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中电联王志轩:网传燃煤电厂脱硫脱硝加剧雾霾不靠谱!
—电力治霾功不可没
2017-01-12 17:12  · 来源:新华网    · 作者:索炜  · 责编:王长尧

  近日,网上流传一篇定论中国治霾无功的文章——《不听工程师意见 中国三年治霾无功!》。针对文章中的观点,1月10日中国电力企业联合会专职副理事长、资深电力环保专家王志轩接受记者专访,认为,工程师的意见并不靠谱,对文章中不实观点一一进行澄清。王志轩表示,电力行业污染物减排成效显著,为全国污染物减排做出巨大贡献。

  《不听工程师意见 中国三年治霾无功!》文章称,燃煤电厂脱硫脱硝措施导致雾霾加剧。王志轩表示,电力行业污染物减排成效显著,为全国污染物减排做出巨大贡献。

  焦点一、电力治霾是否有功 

  记者:近期华北地区,包括北京,社会各界都非常关心污染源治理问题,最近在微信圈广为流传的一篇定论中国治霾无功的文章,您作为中国电力企业联合会的专职副理事长能否先谈谈电力治霾是否有功,同时,您作为资深电力环保专家,对这篇文章怎么看?

  王志轩:好的,谢谢采访。那篇文章的确影响很大,而且文章所附的作者介绍中提到,作者是美国一个著名大学的土木环境系博士,名头很多,尤其是环境类专业背景使文章的可信力大为提高。文章中标题醒目,其中“目前的脱硫、脱硝措施导致雾霾加剧”小标题,使很多从事电力、环保的业界人士一下子被震懵了,对此我谈一点看法。我先回答电力治霾是否有功的问题。

  气象观测中的霾是指大量极细微的干尘粒等均匀浮游在空中,使水平能见度小于10km的空气普遍混浊的现象,而空气中PM2.5浓度大小往往是判断霾程度的重要判据,反之霾的严重程度也与PM2.5浓度直接相关。雾也可使空气能见度小于10km,区别霾与雾一般可通过相对湿度大小,相对湿度大于95%时为雾,相对湿度小于80%为霾,介于二者之间是雾与霾的混合物。化石燃料燃烧时产生的细颗粒物和二氧化硫、氮氧化物等经过大气化学的作用产生的硫酸盐、硝酸盐等细颗粒物是形成空气中PM2.5的主要污染物。

  由于我国能源长期以来以煤为主,电力也是以煤电为主,所以燃煤电厂的大气污染物控制历来是国家要求的重点。改革开放以来,我国燃煤发电发展很快,与1980年相比,2015年火电发电量增长16.5倍,电煤消耗量增长14.7倍,燃煤中约50%用于发电。

  我国对燃煤电厂大气污染物的控制是分阶段进行的,这也与发达国家的控制过程类似。先是以高烟囱扩散来解决环境污染问题,逐步通过加装污染控制设备提高污染物去除效率,以降低烟气中颗粒物、二氧化硫、氮氧化物的排放。根据中国电力企业联合会分析数据,电力颗粒物(烟尘)排放量由1980年的约每年400万吨,降至2015年的40万吨左右,下降了90%;二氧化硫排放量由2006年的约1350万吨排放峰值降至2015年的200万吨左右,下降了85%,比1980年的245万吨下降了18%;氮氧化物排放量由2011年的约1000万吨峰值降至2015年的180万吨左右,下降了82%。可见,电力这三项污染物的排放比从2006年到2010年峰值期要下降很多,且比1980年排放量还要低很多。

  由于污染物是霾形成的元凶,要说电力是近年来雾霾形成和加重的原因是站不住脚的。而且由于热电联产机组大规模采用,污染控制技术大为提高,在替代了大量城市供热锅炉、提高煤炭利用效率的同时,大大减少了污染物排放,对治霾起到了重要作用。

  文章中还歪曲了部分专家学者的观点,比如,作者引用了贺克斌院士和另一位专家的研究成果来说明电厂湿烟气影响环境的问题。只要稍加分析就会感到作者是移花接木、生拉硬扯、引用不当。贺院士并没有说明是电厂的问题,把电厂相关的因素对雾霾的影响不进行定量分析,采用直接推论是没有任何意义的。至于引用另一位作者的研究成果,更是不知所云,因为根本不是在一个条件下的论证。

  需要强调的是,电力污染物的大幅下降,环保电价政策起到了关键性促进作用,因此这个功劳是党和国家、环保主管部门、行业主管部门、电力企业、环保产业、社会共同努力的结果。

  焦点二、文章所谓“权威”观点哪儿不靠谱 

  记者:当前我国电力大气污染物治理技术水平如何?

  王志轩:由于我国《火电厂大气污染物排放标准》世界最严,而我国的电煤质量又相对较差,需要更高的污染控制技术水平来支撑。几十年来我国火电厂大气污染物控制技术主要是在引进国际上先进除尘、脱硫、脱硝技术基础上进行消化、吸收、再创新发展起来的,当然也有完全自主知识产权的环保技术,总体来看位于世界先进水平。

  我国作为后发国家,对燃煤电厂除尘、脱硫、脱硝实践和形成的技术路线、行业技术规定和规范,是集全人类在燃煤电厂污染控制中的经验和智慧的基础上逐渐形成的,并不是文章中所称的“许多专家没有想到”。如是否装GGH(烟气再热器)问题,烟囱腐蚀问题、湿烟气的扩散问题、烟塔合一问题、氨逃逸的问题等等都是经过了大量论证。

  决定一个具体机组污染物治理设施的效率由排放限值和环境影响评价来决定,具体选择何种技术也要经过环境、技术、经济论证。但总体来说,在锅炉燃烧阶段采用低氮氧化物措施后再经烟气脱硝总体效率大致在80-90%,除尘效率一般都在99.9%以上,脱硫效率一般都在95%以上。

  只重污染物排放量,忽视烟气温、湿度?烟气温度是环评关键指标之一 

  记者:就文中对我国脱硫脱硝治理谈及的几个负面观点,想请您具体谈谈。文中提到“环保部门一直在关注排放烟气的多少,而忽视了烟气的温度与湿度才是问题所在”,是这样吗?

  王志轩:首先,污染物排放量是考量污染物排放治理的核心,当然,烟气的温度和湿度也是必须考虑的。我国对电厂的环境影响评价实际上始于上世纪八十年代中期,尤其是九十年代后电厂的环境影响评价执行率几乎百分之百。对每一个电厂的环境影响评价都会将大气环境质量影响作为重中之重。预测落地浓度是否满足环境质量要求,必然要考虑烟气抬升以及扩散后对空气质量的影响,这是大气环评的基本内容,也是环境保护部门批复污染防治措施的基本依据。烟气温度是考量污染物扩散的核心参数,所以总体上不会造成文章中所指的重大原则性失误。事实上,大气环评不仅对文章中提及的烟气温度有所考虑,对燃煤电厂烟囱高度等都提出了明确要求。对烟气湿度的考虑比较少,主要是因为没有太大必要,采取严格的污染治理措施后,污染物大幅度减少,采用扩散方式满足环境质量要求的方法已位于次要方面。加热不加热只影响烟气的干、湿,湿烟气主要是水蒸气,烟气湿度增加并不会增加污染物排放量。

  此外,上世纪九十年代燃煤电厂大量采用水膜除尘技术,其排放的烟气温度、湿度与当前相当,但污染物排放量较当前要大得多!

  烟气没再热携带更多污染物?系国际普遍做法 湿烟气带入空气中总水量更少 

  记者:那么,我国是不是像文章中所提到的那样,与欧美国家相反,不加装烟气再热器?湿法脱硫排放的污染物比干法脱硫多吗?

  王志轩:电厂湿烟气加重雾霾的说法是错误的,也说明了作者根本不了解具体工艺。

  首先要明确,脱硫塔内的脱硫化学反应是吸收——氧化还原反应,而不是作者讲的“吸附和收集”,吸附和收集主要是物理方法的活性炭等干法脱硫工艺而不是化学方法的湿法脱硫。而且,经过湿法脱硫后的烟气要经过一个很重要的去除水滴和雾滴的设备——除雾器后再进入烟囱。作者根本没有提起这个重要的设备,通过除雾器后,烟气是饱和烟气或轻微的过饱和烟气,其中水分主要是气态水。所谓的烟气加热,不论是采用GGH还是其他方式加热都是对脱硫后的饱和烟气进行加热。如果加热,饱和烟气进入烟囱后排出,其排放烟气中的水汽 “白烟”减少了,甚至在加热温度高时看不到烟气了,但烟气中含水量并没有减少,仍然是排到了空气中。

  而没有加热过的烟气,由于通过烟囱时还要进一步降温,此时,一部分水汽则凝结成水流到烟囱底部回收,排出烟囱中的烟气“白烟”明显,但烟气带入空气中的总水量反而是减少了。

  因此,不论加热与否,污染物排放量没有增加,貌似排大量水汽的烟气比加热后的烟气排水量还要少。要说区别主要是扩散范围和浓度的影响,但湿烟气的抬升与干烟气的抬升与扩散不能简单比较。

  如有研究表明,当环境接近于饱和状态时,饱和湿烟气因水汽的凝结放出潜热使烟羽抬升比加热到100℃的干烟气还高。因此,可以简单计算,相差大约30℃的两种烟气排放方式在一个开放的大气环境中,这种温度差对扩散时间和空间不足以构成影响。而且,如果作者在文章中所阐述的道理是正确的话,那么由于烟气加热比不加热比烟气含水量更高,对环境影响更大。所以,作者的论证是存在问题的。

  其次,对于烟气排放温度提出标准的主要是德国,德国要求排烟温度不低于72℃,但对于通过冷却塔排放烟气的没有温度要求,而冷却塔的排水量比烟囱要大得多。再有美国的湿法脱硫后烟气大部分是不加热的,而不是作者讲的大部分加热,我国之所以不加热排放很大程度上是吸收了美国的经验。

  用加热的方法来消除腐蚀实际上也收效不大,因为三氧化硫的酸露点大致在100℃左右,加热到72℃或者80℃作用有限,只是腐蚀点有所变化。而且,烟气加热主要是用于解决“白烟”的感观问题以及在电厂附近有居民时解决“烟囱”雨的问题,所以加热与否要看周围环境。即使烟气加热到80℃甚至是100℃,在环境温度低于10℃时,还是能看到明显的白色烟羽,与不加热排放差不多

  还有一点需要说明,一般情况下采用GGH加热除了耗能增加、故障增加外,由于回转式GGH漏风,没有脱硫的烟气会形成短路,大约会有每立方米几十毫克到上百毫克的二氧化硫直接排放,影响脱硫效率。

  湿烟囱是干烟囱高度的一半?湿法脱硫脱硝改造对烟囱高度并无影响 

  记者:文章提到“由于污染物浓度降低,温度减低,脱硫后防腐湿烟囱通常只有原来干烟囱高度的一半”的说法是正确的吗?

  王志轩:这种说法是错误的。刚才我已经谈到了,在环评批复中,对电厂烟囱高度是有明确规定的。在设计规范中,燃煤电厂烟囱高度是由多方面的条件约束的,如不能低于周围建筑的1.5倍等,我国燃煤电厂烟囱高度普遍在240米、210米,采取脱硫脱硝后烟囱高度有些项目有所降低,但普遍在210米以上,要说烟囱高度降低一半是无稽之谈。

  氨逃逸在烟气中发生化学反应污染环境?影响极小 

  记者:文中提到氨逃逸后与烟气中的物质发生化学反应,生成硫酸铵和硫酸氢铵,会对环境质量产生较大影响吗?

  王志轩:作者提出的有关氨逃逸的问题对环境的影响分析,主要是对工艺不熟悉所致。SCR工艺脱硝后,确实有氨逃逸,这也是脱硝工艺、设备选择和设施建造的难点,但不是不能解决的问题。氨逃逸问题主要在于脱硝后氨的过量或者未完全反应,按照工艺要求和设备要求氨逃逸浓度一般控制在3ppm以下,如果控制不好,形成的铵盐会对下游设备尤其是空预器产生影响,这种情况是不可持续的,且由于后续还有除尘脱硫设施对氨有较高效率的协同脱除作用,所以通过烟囱排放的氨极少,不应当成为对环境质量产生影响的重大问题。

  总结:文章危言耸听 用伪科学否定脱硫脱硝的正面作用 

  记者:燃煤电厂脱硫脱硝措施整体来看是否存在欠缺?有没有文章中提到的那么严重?

  王志轩:人类从事的一切生产实践活动,主观上都是进行趋利避害,尽量增大正作用,减少负面作用的活动。虽然我们仍然在污染控制的法规、政策、技术、管理方面存在一些问题,但这些问题都不能成为抹杀电力行业在大气污染控制上取得的巨大成就。

  如果一定要让我评价脱硫脱硝对治理雾霾影响的正作用和副作用比例的话,我认为应当是99比1的问题,即99份的成绩是压倒性的,1份的副作用会增加霾,即可能增加一些难以去除的气溶胶排放等,但这种增加微乎其微,对环境质量中PM2.5的影响比例几乎可以忽略。

  而且我所指的副作用也不是文章所讲的那些生拉硬扯甚至是伪科学内容。从文章中的内容不难看出,作者对脱硫脱硝的正作用虚而化之,一言代过,不加论证,而对各种“副作用”无限放大,以“副作用”否决正作用。看过此文的人很容易得到的基本结论就是火电厂脱硫脱硝是雾霾的祸首。

  文章中的部分观点我是认同的,也是我多年前就建议的,比如加大散煤治理力度、持续推动重型柴油车的减排等,但是对“脱硫、脱硝措施导致雾霾加剧”的观点我不能认同。

  焦点三、电力烟气污染治理怎么做 

  记者:针对当前的电力烟气污染治理工作,您有什么建议?

  王志轩:对于电力企业和行业,当前要按照国家环境保护要求,严格自律,继续提高环保设施可靠性水平,全面做到达标排放。

  环保主管部门应根据技术发展的情况、电力转型中煤电角色的转变和运行状态的变化以及环保监管改革的需要,进一步完善污染物排放标准。

  环保产业应当按照法律法规要求,坚持科学创新,不断提高污染治理设施的技术水平、可靠性、经济性,尽量减少二次污染的产生。

  也希望专家在发挥更大作用的同时,尽量减少在自己不熟悉的领域发表似而非的意见甚至是错误的误导公众的意见,“名气”越大,错误意见的破坏性越大。

  附:不听工程师意见 中国三年治霾无功! 

  2016年12月中,一场严重雾霾席卷京津冀、山西、陕西、河南等11个省市地区,一百多座城市受到重度污染,使居民的生产生活和健康受到严重影响。这几天跨年度的雾霾持续来袭,使不少人感到恐慌和无助,雾霾的肆虐已成为中国社会之伤痛。自2014年以来,尽管中央和各地方发力治霾,投入甚大,措施频出,但效果并不明显。国际中国环境基金会的专家认为目前的大部分措施没有针对主要矛盾,导致治霾劳而无功。

  目前的脱硫、脱硝措施导致雾霾加剧 

  毫无疑问,燃煤是造成雾霾的主要原因,且燃煤的50%被用于发电。因此电厂和大型燃煤工厂的除尘、脱硫、脱硝是十年来环保部主导的空气污染的治理的主要措施。到2016年,绝大部分的电厂上了脱硫脱硝措施,大部分燃煤工厂也开始脱硫脱硝,而这无疑是积极和必须的。并且空气污染因子中,具有毒性的二氧化硫的成份也开始减少。这就是为什么尽管雾霾问题持久和严重,北京却没有发生像当年伦敦的空气污染事故,导致上万人死亡。

  但脱硫脱硝工艺的不完善和副作用,导致雾霾加剧,是许多专家没有想到的。

  脱硝是燃烧烟气中去除氮氧化物(NOx)的过程,一般在除尘、脱硫之前。目前主要采用的是选择性催化还原法(SCR),即还原剂-氨(NH3)在催化剂作用下,选择性地与氮氧化物(NOx)反应生成氮(N2)和水(H2O),从而达到去除氮氧化物的目的。而部分残留的(或逃逸的)氨与烟气中二氧化硫反应生成硫酸铵和硫酸氢氨,在正常情况下,脱硝的效率能达到80%-90%,剩下的10%-20%的氮氧化物仍留在烟气中。

  脱硝后的烟气进入除尘过程,经过除尘后,99%的大颗粒烟尘被除去,残留的细煤灰和烟气进入脱硫过程。

  目前脱硫的工艺90%是采用湿法脱硫,即通过喷射石灰石浆水雾与烟气中二氧化硫分子接触,达到吸附和收集的目的。石灰石浆雾滴含有大量水份,导致脱硫后排放的烟气中湿度增加,成为湿烟气(湿度是普通空气的10倍)。同时湿烟气里还携带残留的细煤灰、硫酸铵、硝酸铵、硫酸钙、硝酸钙细颗粒等。湿烟气呈雾状,直接形成雾霾,排向空中。据估计,全国由湿法脱硫所排放到空气中的带有这些污染物的水蒸气达到20万吨/小时,这些水蒸气带有负电荷,在大气中遇二次污染物(XOX、O3、OH、PM2.5等,均产生于其它工业排放和汽车尾气),发生吸附形成更大微粒,同时在阳光作用下大气氧化性增强,也加大二次颗粒物的显著生成量,形成更严重的气溶胶等污染物。这些污染物就像药引子一样对大气起着大范围的发酵作用。这一连锁反应,在静稳天气情况下,导致空气质量急剧恶化,大气能见度大幅度降低,PM2.5持续“爆表”,形成重度雾霾。

  更有甚者,湿法脱硫之后的烟气温度在30-50℃左右。根据欧美经验,湿法脱硫通常需要加装烟气再热器(业内称GGH),将烟气温度抬升到80℃以上排放。而在中国,排烟温度和湿度没有详细规定,部分专家以节能和防止设备堵塞为由,建议取消烟气再热器。一大批新上的电厂不再要求安装GGH,而已经安装的电厂则开始大规模拆除GGH。按照目前烟囱设计规范,由于污染雾浓度降低,温度减低,脱硫后防腐湿烟囱通常只有原来干烟囱高度的一半。烟囱高度降低,湿度增大,烟气在低空排放,更难以扩散,时间一长,致使雾霾加剧。

  这就是2012年后,在煤炭总量没有明显增加,汽车增量也逐步趋缓的情况下,雾霾突然大面积加剧的主要原因。因为2012年8月6日国发【2012】40号文件,环保部门明令要求2012年底全国同时投运在线监测电厂的烟气脱硫脱硝,各电厂的脱硫装置全面运转,脱硝装置加速安装。

  国际中国环境基金会的专家和资深工程师注意到这个现象,于2014年5月向全国政协提交一篇政策建议,题为“关于重度雾霾成因的新发现及推广有效雾霾治理新技术的建议”,但没有得到重视。2015年12月,“中国大气网”转发某跨国电力环保企业工程师一篇《蓝天白云能持续多久?一个环保工程师眼里的雾霾真相》引起广泛关注。文中指出,燃煤火电厂是主要的污染源。大部分火电厂安装了湿法脱硫设备,但将烟气再热器卸掉,导致排放的烟气烟温较低、湿度较大,致使烟气不易扩散,成为导致雾霾的主要原因。“环保部门一直在关注排放烟气的多少,而忽视了烟气的温度与湿度才是问题所在”,但资深环保专家出面否定。

  然而最近的一些研究却从不同角度证实了这个现象。

  清华大学贺克斌院士和德国马克斯˙普朗克化学研究所的程雅芳教授等人在最近一期美国《科学进展》杂志上报告说,随着PM2.5污染程度上升,硫酸盐是PM2.5中相对比重上升最快的成分。他们发现,在北京及华北地区雾霾期间,硫酸盐主要是由二氧化硫和二氧化氮溶于空气中的“颗粒物结合水”,在中国北方地区特有的偏中性环境下迅速反应生成。此外,北京及华北地区大量存在的氨、矿物粉尘等碱性物质使得当地颗粒物结合水的pH值远高于美国等地,呈现出特有的偏中性环境,而二氧化氮氧化机制的反应速率会随pH值上升而大幅提高。这一分析将雾霾源直接指向了电厂的烟囱,因为经过脱硫脱硝的烟气同时满足了三个条件:颗粒物结合水、氨(脱硝逃逸)和矿物粉尘(细煤灰和残留石灰)。电厂的烟囱直接排出大量一次污染物硫酸盐,然后湿气在静稳空气中扩散,吸收从工厂和汽车排放的更多污染物,经过二次污染,使硫酸盐不断增加。

  上海交通大学的缪正清教授最近三年发表了四篇论文,认为脱硫脱硝导致雾霾加剧证据确凿。缪教授指出,尽管95%的二氧化硫和氮氧化物被脱硫脱硝工艺转化成硫酸盐和硝酸盐,但在高效转化过程中并没有实现高效收集。因此,脱硫脱硝工艺通过水雾这个媒介,增加了排向大气的硫酸盐和硝酸盐,这些颗粒不仅粒径细,而且数量巨大。他估算出45天干燥时段,据最保守的估计,电厂排放到大气的烟尘和硫酸盐达到134ug/m3。而以前没有经过脱硫脱硝的干烟气,污染物难以持久停留在空气中,对雾霾的贡献估算为8ug/m3。

  散煤燃烧治理不力 

  燃煤散烧排放是造成北方重污染天气的另一重要原因。大量燃煤分散在中小锅炉及农村取暖锅炉,然而这些燃煤锅炉几乎没有采取任何污染控制措施。据环保部门调查显示,作为大气污染重灾区的京津冀地区,每年的散烧燃煤量占煤炭使用总量的10%,但对污染物排放量的贡献却达到了50%(中国环境报,2016.12.20)。

  目前对于燃煤散烧的控制,基本上是“八仙过海,各显神通”:中小锅炉以“煤改气”、“煤改电”,使用洁净型煤或直接淘汰等方式。农村在推广使用无烟煤、洁净型煤、生物质成型燃料等清洁能源,部分地区也有“煤改气”、“煤改电”的计划。根据各地的经济情况,洁净型煤的补贴在200-600元之间,“煤改气”、“煤改电”的补贴在1000-3000元之间。

  农村散煤治理的管理涉及政府十多个部门,职责不清,技术规范和标准体系不健全,一些地区政府补贴不到位是散煤治理困境的主要原因。2014年和2015年,整个河北省只完成了推广清洁型煤计划的25.8%和29.5%。治霾压力最大的省都只是这样,其它省份的情况可想而知。

  农村散煤治理的思路首先要十分清晰,大范围的“煤改气”、“煤改电”时机还不成熟,特别是目前电力还是以煤电为主的前提下,农村住户的“煤改电”只是把污染转移到电厂,另外农村电网短时期内也难以全面升级,所以主攻方向还是推广无烟煤、洁净型煤、生物质成型燃料等。第二是要全国协调联动,因为空气是流动的,光京、津、冀控制住不管用。有几个具体措施可以采纳:

  1)成立全国和各省市的散煤治理领导机构,指导和协调各相关部门;

  2)政府统一安置型煤或环保炉具,并协调洁净型煤配送;

  3)政府补贴农村居民,使烧洁净煤的价格和散煤的相当;欠发达地区要加大中央财政补贴;

  4)立法/颁布条例禁止散煤燃烧,违者重罚。

  建议 

  综上所述,建议环保部排除干扰,直面问题:

  1)暂缓“煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)”,即“超净排放”计划的实施;集中力量解决目前脱硫脱硝导致雾霾加剧的问题,避免环保越发力,雾霾越严重的尴尬;

  2)同时加大散煤治理力度;

  3)配合持续的机动车减排,特别是重型柴油车的减排,重度雾霾才可望在短时期内消除。

 

 

  

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