燃煤電廠有色煙羽治理要點分析與環境管理

呂正俊

摘要：本文通過對燃煤電廠煙氣排放多種形態顆粒物及相關國內外標準的研究，提出了有色煙羽治理的關鍵是SO3等可凝結顆粒物控制，分析了目前有關環境管理政策存在的問題，對完善燃煤電廠有色煙羽環境管理提出了政策建議。

關鍵詞：燃煤電廠;有色煙羽;可凝結顆粒物;SO3;環境管理

1、燃煤電廠有色煙羽及環境管理現狀

1.1有色煙羽相關概念。鍋爐燃燒會使燃料中的硫生成SO2和少量SO3，中國燃煤電廠普遍采用SCR煙氣脫硝工藝和石灰石–石膏法等濕法煙氣脫硫工藝，SCR脫硝中的釩鈦系催化劑又會使煙氣中一小部分的SO2氧化成為SO3，后者在濕法煙氣脫硫系統中因漿液噴淋急劇降溫會冷凝形成SO3/H2SO4氣溶膠，它們因粒徑微小（主要在0.1μm以下）不易被漿液洗滌脫除。這些脫硫后的飽和濕煙氣（約50℃）中還含有大量的氣態水及微小霧滴，在煙囪口排入大氣環境的過程中由于溫度降低會繼續發生凝結，在煙囪口形成含有更多霧狀水蒸汽和SO3氣溶膠的煙羽，其會因天空背景色和天空光照、觀察角度等原因發生顏色的細微變化，即為“有色煙羽”。

此外，煙氣攜帶的霧滴中的溶解性固形物也會在大氣中失水變成細顆粒物，這也就是“濕法煙氣脫硫導致霧霾”一說的原因。這些最終進入大氣中的溶解性固形物的量與霧滴濃度、脫硫副產物溶解度高度相關，采用石灰石–石膏法煙氣脫硫的燃煤電廠溶解性固形物排放濃度明顯低于采用鈉法和鎂法的燃煤供熱鍋爐。石灰石–石膏法脫硫工藝排放煙氣攜帶的霧滴中還會有部分未溶硫酸鈣（石膏）、亞硫酸鈣、碳酸鈣（吸收劑）等可過濾顆粒物，在流速過快、大氣溫度或氣壓較低等不利條件時會發生“石膏雨”現象，近年來環保公司通過采用煙氣協同治理技術，以降低脫硫后煙氣中霧滴含量、減少石膏等的攜帶，來實現顆粒物的超低排放，這也從源頭上降低了“石膏雨”現象的發生。

由于中國濕法脫硫燃煤機組中95%以上是石灰石–石膏法脫硫工藝，且隨著實現超低排放后霧滴排放濃度的明顯降低，可以認為溶解性固形物不是中國燃煤電廠排放顆粒物的關鍵問題，也可以參考Method5解決溶解性固形物測試結果部分缺失的問題;“石膏雨”隨著超低排放實施已在排放源頭上得到了有效抑制，大幅降低了發生的可能性。

1.2有色煙羽環境管理現狀。目前，世界上沒有一個國家對有色煙羽提出環保控制要求，但美國已經有22個州對燃煤電廠煙氣中的SO3提出了排放限值，其中有14個州的排放限值低于6mg/m3;德國沒有單獨針對燃煤電站SO3排放限值的標準，但是有SO3和SO3的綜合排放限值為50mg/m3;日本將SO3/H3SO4納入顆粒物限值進行控制。近年來在中國電力行業廣泛應用的低低溫電除塵、復合塔脫硫、濕式電除塵等超低排放技術對SO3具有良好的協同脫除效果，已為全面控制以SO3為主的CPM打下良好基礎。

2、有色煙羽環境管理的不足及建議

2.1目前政策的不足。國內部分省市出臺有色煙羽治理相關政策，說明煙氣中CPM的環境危害已經引起了地方管理部門的高度重視并采取了措施，對于引導有色煙羽及CPM的治理有正面意義。但由于對有色煙羽的形成機理、關鍵影響研究不夠深入，這些文件均沒有抓住治理有色煙羽的關鍵是對SO3等提出管控要求，存在以下不足之處。（1）治理目標和方向并不明確。如部分省市提出的有色煙羽治理主要目標僅是消除燃煤電廠煙羽的視覺影響，如若采用其所要求的煙氣直接加熱消白技術，并不能減輕燃煤電廠CPM等的排放，反而造成了設備投資和運行成本增加，考慮加熱煙氣帶來的能源消耗甚至會形成環境負效益。（2）沒有結合燃煤電廠的實際情況開展工作。如海水脫硫燃煤電廠，排煙溫度通常在30℃左右，按美國EPA要求不必考慮煙氣中CPM，除非環境溫度足夠低，一般難見有色煙羽，開展有色煙羽治理和觀測有待商榷;對于燃煤硫分較低、采用濕式電除塵等措施已有效控制SO3排放的燃煤電廠，繼續要求其煙氣降溫對于污染減排意義不大;對于采用煙塔合一排放煙氣的燃煤電廠，燃煤煙氣與冷卻塔水汽混合排放，如何有效開展有色煙羽治理和觀測也無法解決。（3）在基本概念并不清晰的情況下，短時間內大規模要求各行業均進行有色煙羽治理。如前述燃煤電廠普遍采用石灰石–石膏法脫硫，其霧滴中溶解性鹽較少，大規模對其實施治理有待商榷。目前市場上各類技術紛繁蕪雜，治理效果未經科學測試評估，如情況不明就大規模導入，容易造成無效治理和資源浪費。

2.2完善環境管理政策的相關建議。根據前述國內外有關標準及目前地方有關環境管理標準和政策的分析，對中國完善燃煤電廠有色煙羽環境管理提出以下政策建議。

（1）完善顆粒物定義，建立CPM檢測標準。美國EPA明確規定固定污染源向環境空氣中排放的顆粒物總量應為FPM與CPM之和（溶解性固形物分別包含于兩者之中），其發布的Method5等和Method202也分別實現了對兩者的準確測試。

HJ2053—2018雖然根據中國現行標準體系明確了燃煤電廠排放顆粒物的組分為FPM、CPM和溶解性固形物，但國內現階段缺失CPM的測試標準，應盡快研究編制發布適合中國國情的固定污染源CPM測試標準，完善固定污染源環境標準體系。

（2）明確燃煤電廠有色煙羽重點，開展相關政策、技術研究。

參考歐美發達國家經驗，應當明確現階段中國燃煤電廠治理有色煙羽的關鍵就是控制SO3為代表的CPM。現有超低排放工程實測數據表明，部分項目的SO3排放濃度仍可達到10mg/m3以上，高于美國大部分州和德國的有關標準，若參考國外標準嚴格控制仍需進一步采取治理措施。

應結合燃煤電廠實際情況如煤質、煙氣治理技術、所在區域環境質量等情況，分門別類、因地制宜、有的放矢地研究制定SO3管理政策，提高政策的科學性實效性，避免一刀切現象。

（3）開展SO3對環境空氣質量影響研究，適時修訂國家排放標準。以示范工程測試為基礎，在京津冀、長三角和“2+26”城市群開展SO3排放排查研究，建立較準確的排放源清單，并結合氣象數據進行區域環境空氣質量影響模擬，明確燃煤電廠以及如鋼鐵、焦化、化工等其他行業所排放SO3的影響范圍和影響程度，以此為國家層面出臺相關政策并考慮實施路線圖和時間表提供科學技術支撐。

根據技術可行性和管控必要性研究結果，在《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223—2011）修訂時適時考慮加入SO3的排放限值，根據中國環境空氣質量現狀，有區域、有條件、有層次地開展燃煤電廠SO3治理工作，并進一步向鋼鐵、焦化、化工等行業共享和延伸。

3、結語

結合超低排放煙氣治理技術發展現狀，明確指出以SO3為代表的CPM管控是中國燃煤電廠有色煙羽環境管理的關鍵問題。系統梳理了國內部分省市有色煙羽治理環境管理政策。

參考文獻：

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（作者單位：大連貝斯特環境工程設備有限公司）