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周勇:雾霾大暴发根本原因是燃煤烟气治理缺陷(二)

北极星电力网新闻中心  来源:北极星电力网  作者:周勇  2021/2/25 15:31:30  我要投稿  
所属频道: 火力发电   关键词: 烟气治理 周勇 湿法脱硫

北极星火力发电网讯:研究表明,根据相互印证的数据,并综合集成多领域、多学科研究,可以确认,造成2013年雾霾大爆发并持续至今的根本原因,是燃煤烟气排放治理中的技术缺陷、标准缺陷和监管不到位等......

本文分四次刊载,第一次刊载为执行摘要和“一、对题目的进一步解读”、“二、2013年中国北方暴发大雾霾并持续至今,是可以确认的事实”两大点,请点击《周勇:雾霾大暴发根本原因是燃煤烟气治理缺陷(一)》阅读;本次刊载为文章的三、四、五大点。

(来源:北极星电力网 作者:周勇 本文系投稿,如需转载请联系授权!)

三、2013年前后与大气污染物排放相关的唯一突变因素,是在新的大气污染物排放标准和脱硝电价加价政策刺激下的燃煤烟气治理大规模改造

1、常规污染物治理取得辉煌成绩,监测和控制指标国际领先,但导致雾霾大爆发的可凝结颗粒物等是缺项

即使到今天,燃煤烟气治理的主要目标还是延续过去治理酸雨的二氧化硫、氮氧化物、烟尘(可过滤颗粒物)等常规污染物。从2007年开始至今,电力行业的氮氧化物和二氧化硫排放已经下降90%,全社会而言也有大幅度持续下降,排放指标达到国际先进水平。但对标国际标准,可凝结颗粒物等是缺项,也是导致雾霾的主要污染物。

2、2011年之前,燃煤烟气治理设施中部分有GGH或者运行率相对较低,类似干烟气排放模式;该阶段雾霾发生的频次属于常规变化,没有突变

在2011年之前,部分湿法脱硫设施有GGH,许多已经存在的烟气治理设施运行率很低。因此,二氧化硫排放量下降较慢,而氮氧化物还没有开始减排。这期间华北平原的霾和雾天数之和仍然比较稳定,没有发生突变。

2011年出台大气污染物排放新标准,并借鉴2007年开始脱硫电价加价取得的二氧化硫和烟尘大幅度下降的成功经验,推出针对氮氧化物的脱硝电价加价政策,并实行严格的实时在线监控和偷排重罚政策,关键时间节点是2013年1月1号开始。原本是要重现2007年的辉煌,但燃煤烟气治理缺陷导致事与愿违,常规污染物排放急速下降,但其治理过程中产生的次生污染物导致雾霾大爆发,危害更严重。

3、2012年是燃煤烟气治理设施集中改造年,许多企业因为GGH存在结垢和烟气泄漏不达标问题而被拆除,新增加或开始正常运转的大量湿烟气排放设施,新上大量氨法脱硝设施,燃煤烟气治理设施发生突变

这一年发生的突变主要有:

·原来部分有GGH的湿法脱硫设施被取消GGH,干烟囱变成湿烟囱,干烟气排放变为湿烟气排放

·原来没有GGH及后来新建湿法脱硫设施多数都没有GGH,为湿烟气排放

·2012年开始大规模脱硝改造,湿法脱硫设施与脱硝串联运行

·企业为了实现比国际水平严格得多的氮氧化物排放标准,过量喷氨,增加催化剂层数,加大了二氧化硫转化成三氧化硫的比率;过量的氨与三氧化硫优先进行酸碱中和反应生成硫酸氢铵。这也可以从目前脱硫粉煤灰中含有大量氨盐得到证实

·2012年底后,实时在线监控、有力的刺激政策及偷排惩罚措施叠加,彻底扭转2011年之前连续几年烟气治理设施运行率较低的问题,湿烟气排放量暴增

4、从取消GGH带来的变化,可以简要说明燃煤烟气治理缺陷是导致雾霾发生的重要原因之一

取消GGH后发生的突变主要有:

·取消GGH后,监测数据显示,造成超细颗粒物数浓度几十倍增加

·取消GGH后,湿烟囱可能造成超细颗粒物数浓度成百上千倍的暴升。GGH在加热烘干脱硫后湿烟气时,是在相对密闭的空间里进行的,换热过程会造成烟气剧烈紊流,烟气中的气溶胶会相互撞击长大,压力也比较高,颗粒形状会更近球形,而且密度会比较大,比表面积会相对小;而取消GGH后的烟气排入大气后显著减少了相互撞击长大的机会,而且颗粒物生成过程是自由无压力状态,生成的颗粒物形状疏松,密度小,颗粒小,比表面积大,更容易在大气中长期悬浮富集(孙中强团队诊断沈阳暴发雾霾的原因)

·取消GGH后,脱硫塔内工艺条件变化,脱硫塔入口烟气温度上升,有些脱硫设施造成超细颗粒物数浓度增加10-100倍,在实施超低排放改造前都直接排入大气中

·取消GGH后,排烟高度降低一半,污染物最大落地点浓度增加一倍(有的话)

·取消GGH的湿烟囱在当时都普遍出现石膏雨。而在天气好的时候,不一定有石膏雨,因为脱硫液落不下来,都在天上了。气象条件适合时,重雾霾就会产生。除雾器堵塞,烟气流速或烟囱设计不合理,都属于烟气治理设施的缺陷。

仅仅上述变化造成的PM2.5数浓度变动,就达到下限为上百倍的突变,雾霾不大爆发都困难。取消GGH,暴露出了很多雾霾大爆发的原因。如果所有烟气治理设施都有GGH,处于干烟气排放模式,雾霾不一定会爆发。至于GGH烟气泄漏或结垢问题,属于产品质量问题,一些进口设备就不存在这类问题。如果标准过低导致拆除GGH,则是排放标准存在缺陷,就像氮氧化物标准太低导致过度喷氨类似。

5、2013年前后湿烟气排放、取消GGH、脱硝等烟气治理带来的突变

2013年前后湿烟气排放、取消GGH、脱硝等烟气治理带来的突变还有:

·湿法脱硫脱硝后的湿烟气中,有粒径极小、数量极大的可凝结颗粒物(CPM)

·脱硝氨(或铵根)全生命周期排放,为以盐为主的霾的生成,提供了原来缺乏的碱性物质

·湿烟气中有极小的雾滴被机械携带,雾滴中有水溶性盐

·湿法脱硫后的湿烟气,增加了低温时段大气相对湿度,促进致霾气象条件更多更快形成和持续时间增加

·湿烟气形成的烟羽有很好的形成硫酸盐的条件,并在其中形成新的超细颗粒物

·非常规超细颗粒物在干燥和寒冷的北方秋冬季节长时间累积和传输,表现出数浓度极高,但质量浓度很低

·在湿度大的静稳天气,大气中长时间不衰减累积的数浓度很高的超细颗粒物开始凝并,数浓度快速降低,粒径变大,质量浓度迅速升高,并表现出明显的雾霾状态;同时也作为温床和加速器,促成二次细颗粒物的形成;通常是暴发雾霾,有时也可能随着气象条件转好,使得质量浓度高的颗粒物又隐形,看上去天气好转

·燃煤烟气治理设施密布的雾霾重点区域,平时每个城市都是超细颗粒物的策源地和输出地,也是相邻城市随风而来的细颗粒物的输入地,在同一个大气场内的城市,细颗粒物能很快进行混合,难以分出是自身产生的或是传输来的,除了禁煤区很大的北京。

·雾霾发生时多为静稳天气,空气流动缓慢,当地的燃煤烟气治理缺陷导致的非常规污染物,能够迅速加剧当地的雾霾程度;而北京等禁煤区则不会受此拖累

上述因素最终体现在PM2.5数浓度相对雾霾大爆发前的飙升。

图4 雾霾暴发前后PM2.5数浓度和质量浓度的变化趋势

(图4为北京2013年9月一场雾霾的形成情况,在以PM2.5质量浓度为代表的雾霾发生之前,PM2.5的数浓度非常高,而在雾霾发生时,由于超细颗粒物凝并、二次复合等,PM2.5数浓度大幅度下降,质量浓度大幅度上升。在雾霾大暴发之前极高的PM2.5数浓度,其来源是雾霾大暴发主因的重要线索。图中显示出了PM1的组分分析结果。资料来源:An et al. (2019).PNAS.)

6、常规污染物治理的技术和管理缺陷,引发非常规致霾污染物排放暴增,表现为大气中PM2.5数浓度暴升,导致2013年开始雾霾大暴发,并持续至今

采用有缺陷的燃煤烟气治理设施和管理措施治理常规污染物,引发大气中未被监测和控制的非常规致霾污染物排放暴增,表现为大气中PM2.5数浓度暴升,导致2013年雾霾大暴发,并持续至今。显然,雾霾是治理常规污染物过程中,因为技术和管理缺陷造成的次生人为灾害,是人为失误造成的人为灾害,不可能是气象灾害。

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图5 雾霾天数与湿法脱硫的煤炭消费量高度相关

这些非常规污染物包括可凝结颗粒物(CPM),脱硝过量喷氨导致的多种形式氨/铵排放,溶解固形物被机械携带、取消或没有GGH后湿烟羽中形成的超细颗粒物等。

7、并非PM2.5质量浓度变化或突变,导致雾霾大暴发

PM2.5质量浓度从2007年开始,呈持续下降趋势,雾霾大暴发前的2010年到开始大暴发的2013年,基本处于平台期。其年度平均浓度没有出现多大变化,这也是一些人否认2013年真的有雾霾大暴发的依据。实际上,进一步统计北京每年的每小时PM2.5大于300的小时数,2013年是2012年的2倍,也表现出突变。可见2013年开始雾霾大暴发,不是人们观念的改变或错觉。

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图6 雾霾天数和PM2.5质量浓度的变化在2012年之前相似,2013年之后因为围绕PM2.5质量浓度的大气污染治理彻底脱钩

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