摘要：我國煤電超低排放改造已實(shí)現2017年電力行業(yè)煙塵拘抠、SO₂和NOx排放量?jì)H占排放峰值的7%、9%和11%。燃煤電廠(chǎng)排放的顆粒物有兩種類(lèi)型:一類(lèi)是目前我國排放標準中已監控的可過(guò)濾顆粒物,另一類(lèi)是我國尚無(wú)標準控制的可凝結顆粒物。應通過(guò)控制煙氣中的SO₃實(shí)現對可凝結顆粒物的控制,盡快針對燃煤電廠(chǎng)的濕煙氣特點(diǎn),制定SO₃監測的方法標準和SO₃排放標準桐臊。充分發(fā)揮現有煙氣治理設施中的低低溫電除塵器、濕式電除塵器、濕法脫硫對SO3的協(xié)同脫除作用,可以將SO₃控制在5mg/m³以下。采用煙氣加熱方式消除白色煙羽會(huì )增加污染物排放。

截至2018年第三季度末，我國實(shí)現超低排放的煤電機組達7.5億kW，占全部煤電機組的75%以上欲纸，已建成全球最大的清潔煤電供應體系。煤電超低排放的環(huán)境效益日益顯現：2017年全國火電發(fā)電量45442億kW· h，是2006年的1.9倍，而火電SO2排放量120萬(wàn)t君然，僅為2006年的9%，火電NOx排放量114萬(wàn)t，僅為2011年的11%，火電煙塵排放量26萬(wàn)t乱凿，僅為2006年的7%勋篓。中國燃煤電廠(chǎng)在煙塵、SO2和NOx三大污染物控制方面取得的成就贏(yíng)得了廣泛贊譽(yù)碍庵，為改善我國大氣環(huán)境質(zhì)量做出了巨大貢獻。但打贏(yíng)藍天保衛戰還未取得根本性勝利，仍是目前的首要任務(wù) 。火電行業(yè)在經(jīng)濟合理的前提下，應進(jìn)一步減少大氣污染物排放 增炭。燃煤電廠(chǎng)超低排放后是否需要進(jìn)一步治理跷敬，如何治理，不僅是一個(gè)重要的科學(xué)問(wèn)題些惑，更是一個(gè)重大的現實(shí)問(wèn)題赚抡。

1 地方政府燃煤電廠(chǎng)深度治理政策

2015年12月11日，原環(huán)境保護部、國家發(fā)改委和國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《全面實(shí)施燃煤電廠(chǎng)超低排放和節能改造工作方案》仆玖，標志著(zhù)燃煤電廠(chǎng)超低排放的正式實(shí)施。燃煤電廠(chǎng)沒(méi)有實(shí)施超低排放改造前，SO2排放標準相對寬松，石灰石-石膏濕法脫硫設施能夠做到達標排放折扮，但普遍存在石膏雨現象，在人口密集區還會(huì )引起居民糾紛。由于國外濕法脫硫均未出現過(guò)石膏雨，屬于國內特有現象，主要是由于工程設計與運行管理不當造成的。為解決這一問(wèn)題，上海市在2016年1月29日出臺的《燃煤電廠(chǎng)大氣污染物排放標準》(DB31/963—2016)中，增加了“燃煤發(fā)電鍋爐應采取煙溫控制及其他有效措施消除石膏雨、有色煙羽等現象”條款，以期在超低排放改造過(guò)程中一并解決這一問(wèn)題冲或。

2018年9月30日，浙江省發(fā)布了《燃煤電廠(chǎng)大氣污染物排放標準》(DB33/2147—2018)，出臺了與上海市類(lèi)似的規定，強調位于環(huán)境空氣敏感區的燃煤電廠(chǎng)應采取煙溫控制或其他有效措施消除石膏雨、有色煙羽等現象。

2018年6月，天津市發(fā)布《火電廠(chǎng)大氣污染物排放標準》(DB12/810—2018)，要求對煙氣進(jìn)行冷凝区燥，控制排煙溫度，目的是回收煙氣中的水分窿飞，減少可凝結顆粒物的排放。

2018年古毛，河北省大氣污染防治工作領(lǐng)導小組辦公室(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“大氣辦”)印發(fā)的《河北省鋼鐵、焦化祭椰、燃煤電廠(chǎng)深度減排攻堅方案》、唐山市大氣辦印發(fā)的《唐山市鋼鐵球凰、焦化超低排放和燃煤電廠(chǎng)深度減排實(shí)施方案》、邯鄲市大氣辦印發(fā)的《邯鄲市鋼鐵誉察、焦化腔癣、燃煤電廠(chǎng)深度減排攻堅方案》语卤、衡水市大氣辦印發(fā)的《關(guān)于衡豐卷扮、恒興公司開(kāi)展有色煙羽“脫白”工作的通知》等均要求對煙氣進(jìn)行先冷凝后加熱的處理方式，回收煙氣中部分水分睡毒、減少可凝結顆粒物排放和消除石膏雨、有色煙羽等。其中贡馒，唐山市還將燃煤電廠(chǎng)顆粒物、SO2和NOx的排放要求分別嚴格限制在5mg/m3 龄坪、25mg/m3 和30mg/m3 ;衡水市明確規定了排放煙氣中的SO3不高于5mg/m3 。

2018年，江蘇省徐州市市政府辦公室下發(fā)了《關(guān)于加快推進(jìn)全市燃煤發(fā)電企業(yè)煙氣綜合治理的通知》，要求燃煤發(fā)電公司盡快進(jìn)行煙氣排放系統改造，基本消除石膏雨和有色煙羽，其工藝也是先冷凝后加熱肖论。鎮江市人民政府下發(fā)了《關(guān)于加快推進(jìn)全市燃煤發(fā)電企業(yè)實(shí)施煙氣綜合治理的通知》脱姥，也是采用先冷凝后加熱技術(shù)。

由此可見(jiàn)，上海市出臺地方標準的目的是在超低排放改造過(guò)程中一并解決脫硫系統原先存在的石膏雨淳地、有色煙羽問(wèn)題;天津市的地方標準是要求對煙氣進(jìn)行冷凝處理蚣憨，進(jìn)一步減少可凝結顆粒物的排放溯挥，并不要求消除有色煙羽;其他省份、城市則是在電廠(chǎng)超低排放后，要求電廠(chǎng)對煙氣采用先冷凝后加熱的方式，消滅石膏雨、有色煙羽羞烘。事實(shí)上，滿(mǎn)足超低排放的燃煤電廠(chǎng)不可能出現石膏雨，否則其顆粒物無(wú)法達到超低排放。

采用先冷凝后加熱的方式對煙氣進(jìn)行治理，其目的都有減少可凝結顆粒物的需求曾瞪，但可凝結顆粒物的測試方法、排放標準、監控要求等在所有文件中均未涉及，只有衡水市的文件中要求排放煙氣中SO3濃度不高于5mg/m3 私痹。厘清SO3和可凝結顆粒物的定義及二者之間的關(guān)系，明確排放與監控要求，這才是政策精準發(fā)力的關(guān)鍵點(diǎn)。

2 SO3和可凝結顆粒物定義及關(guān)系

我國對燃煤電廠(chǎng)顆粒物排放水平的測試，其依據均源自《固定污染源排氣中顆粒物的測定與氣態(tài)污染物采樣方法》(GB/T16157—1996)，針對的是可過(guò)濾顆粒物。下面從國內外的測試標準中梳理SO3和可凝結顆粒物的定義榨狐，厘清二者之間的關(guān)系。

2.1 煙氣中SO3的測試方法及測試對象

濕法脫硫后，煙氣中的水分基本處于飽和狀態(tài)，SO3極易與水結合形成硫酸，因此煙氣中的SO3全部以H2SO4形式存在 鹿篇。當煙氣溫度低于硫酸蒸汽的露點(diǎn)(Dew point)溫度時(shí)，硫酸蒸汽冷凝形成硫酸液滴。0.5～3.0μm小粒徑的硫酸液滴會(huì )形成硫酸氣溶膠，導致硫酸霧的出現;而粒徑超過(guò)10μm的較大的硫酸液滴則會(huì )吸附在飛灰顆粒上 。所以，SO3的測試結果均與測試方法密切相關(guān)，表1列出了國內外SO3的測試方法標準及測試對象。

從表1可以看出，國內外對煙氣中SO3的測試方法并不統一，采用不同的測試標準，其測試對象也有所不同。這就造成不同的測試方法獲得的測試結果存在一定差異，有時(shí)可能還相差很大。

2.2 可凝結顆粒物的定義及測試方法

我國尚無(wú)可凝結顆粒物的定義及測試方法，美國EPA Method202對可凝結顆粒物的定義為：在煙道環(huán)境內為蒸汽態(tài)，離開(kāi)煙道后在空氣中冷卻、稀釋后經(jīng)冷凝或反應立刻形成固態(tài)顆粒物或液體顆粒物的一類(lèi)物質(zhì)，所有可凝結顆粒物都是PM2.5 。

從EPA的定義可以看出，可凝結顆粒物是混合物。圖1為EPA Method 202A 采樣流程幅文，采用“控制冷凝+慣性撞擊”的方式對可凝結顆粒物進(jìn)行捕集。

與SO3測試中控制冷凝的方法不同，可凝結顆粒物采樣系統中的水浴控制溫度低于30℃，而SO3控制冷凝采樣方法中的水浴控制溫度需維持在75～85℃。另外鸦屋，可凝結顆粒物前端可根據不同的采樣目的，配置EPA Method 5、Method17或Method201測定可過(guò)濾顆粒物。

2.3 SO3和可凝結顆粒物之間的關(guān)系

煙氣中SO3、可凝結顆粒物的測試方法與測試條件的不同，測試對象就會(huì )有所不同，測試結果也會(huì )存在一定差異缘说。二者都可以采用控制冷凝、慣性撞擊的方式進(jìn)行收集，測試對象必然存在交叉。此外，從定義上看外扒，煙氣中的SO3確實(shí)具有可凝結顆粒物屬性已埠，即在煙道內是蒸汽態(tài)，排入大氣環(huán)境后因冷凝或與其他陽(yáng)離子發(fā)生反應生成硫酸鹽而成為液態(tài)或固態(tài)顆粒物。盡管不同測試方法的測試對象有所不同，但測試結果均表明煙氣中的SO3是可凝結顆粒物中最主要的組成部分，可凝結顆粒物中的SO₂^-4占離子總量的比例高達81.67%，占陰離子總量的比例高達86.76% 唧取。目前，煙氣中SO3的測試已有在線(xiàn)監測儀器，但可凝結顆粒物的測試尚無(wú)在線(xiàn)監測技術(shù)。

3 SO3和可凝結顆粒物控制存在問(wèn)題

3.1 控制對象及控制程度模糊

由于我國對燃煤電廠(chǎng)濕煙氣排放成分缺少足夠的研究扁凛，特別是環(huán)保部門(mén)尚未對煙氣中的可凝結顆粒物給出定義與測試方法，造成煙氣中的成分測試非常混亂紊荞，結果千差萬(wàn)別介敛。例如，煙氣中的“可溶性鹽”“可溶鹽”“溶解鹽”“水溶性離子”“溶解固形物”“溶解性總固體”“超細粒子”“超細顆粒物”等各種概念見(jiàn)諸媒體及相關(guān)論文中赞哗，甚至得出“濕法脫硫是致霾主因”的謬論 。一些地方政府迫于霧霾治理的壓力摧富，倉促出臺超低排放后煙氣深度治理的相關(guān)政策，但對控制對象、控制程度非常模糊。

排放煙氣中的水汽以氣態(tài)為主，占99.95%以上，氣態(tài)水中不含鹽，只有液態(tài)水溶液中才含有“溶解鹽”，即溶解固形物。由于液態(tài)水占比小于0.05%，超低排放條件下煙氣中排放的溶解固形物介于0.15～2mg/m3婚咱，一般不超過(guò)1mg/m3睹梢。

“可溶性鹽”“溶解鹽”等各種沒(méi)有明確定義的項目測試中，測試的都是水溶液中的溶解固形物成分或各種離子濃度之和。水對各種鹽的溶解度不僅與溫度有關(guān)，而且與水溶液的pH 值密切相關(guān)，如煙氣中未反應的石灰石顆粒，在pH 值為7 的水溶液中基本不溶解孵旦，但在pH 值為3 的酸性水溶液中會(huì )快速溶解件炉。

由于測試方法纵潦、測試條件各不相同，會(huì )導致結果相差很大，如有些測試是直接對煙氣進(jìn)行冷凝，煙氣中以H2SO4形式存在的SO3、SO2汪绝、NO2、CO2等都會(huì )溶入水中，造成pH值大幅下降，從而溶解煙氣中的可過(guò)濾顆粒物，造成“鹽”濃度明顯偏高。

根據美國EPA Method202，燃煤電廠(chǎng)煙氣排放的顆粒物有可過(guò)濾顆粒物和可凝結顆粒物兩類(lèi)。上述各種“鹽”的分析與測試栅炒，本質(zhì)上都屬于這兩類(lèi)顆粒物。可過(guò)濾顆粒物就是目前我國標準中的顆粒物析粤，對于超低排放燃煤電廠(chǎng)，執行的是全世界最低的排放限值10mg/m3。對于可凝結顆粒物晨抡，世界各國均沒(méi)有排放標準，主要是通過(guò)控制煙氣中SO3來(lái)實(shí)現對可凝結顆粒物的控制，美國已有22個(gè)州頒布了燃煤電廠(chǎng)SO3地方排放標準。

3.2 排放要求與監測方法缺失

在我國所有地方政府出臺的煙氣深度治理政策文件中，盡管表述各不相同，但基本上均提及要控制可凝結顆粒物。非常遺憾的是，除衡水市明確要求煙氣中SO3不高于5mg/m3外驹净，其他地區所有文件中均未明確污染物的排放控制要求，更無(wú)監測方法的相關(guān)要求透舞。如前文所述，我國目前在國家層面暫無(wú)針對燃煤電廠(chǎng)SO3排放的監測方法標準，各單位開(kāi)展的監測基本上均屬于研究性監測，監測方法梁捉、監測對象尚未統一羹唠。考慮到大氣中的環(huán)境行為，建議監測煙氣中以H2SO4形式存在的SO3，無(wú)需監測被飛灰吸附生成的硫酸鹽呼股。

3.3 現有設施對SO3協(xié)同治理不夠充分

燃煤電廠(chǎng)對SO3的治理源于2000年的美國Gavin電廠(chǎng)，該廠(chǎng)在加裝SCR煙氣脫硝后，出現了“藍煙”現象。因為SCR脫硝增加了煙氣中的SO3濃度力翻，濕煙氣中的SO3以亞微米粒徑的硫酸氣溶膠形式存在鉴腻，粒徑越小，對于短波長(cháng)的散射越強，使得煙羽呈現藍色。此后泵网，為了控制藍色煙羽，濕式電除塵器在美國電廠(chǎng)得到應用若垮。

對SO3具有明顯協(xié)同減排效果的煙氣治理設施包括低低溫電除塵器、濕式電除塵器、電袋復合除塵器和濕法煙氣脫硫，只有以硫酸小液滴形式存在的SO3，才易被這些設施協(xié)同脫除嘁构。因此，低低溫電除塵器必須運行在酸露點(diǎn)溫度以下纫脚，其協(xié)同脫除效果才會(huì )明顯，脫除效率可以達到80%以上瀑凝。事實(shí)上，現在有不少電廠(chǎng)的低低溫電除塵器運行在酸露點(diǎn)溫度以上普计，對SO3的脫除效率普遍偏低。濕式電除塵器、濕法脫硫對SO3的脫除效果與硫酸小液滴的大小及煙氣流速密切相關(guān)涉孤，脫除效率與工藝及參數密切相關(guān)，如不同工藝的石灰石-石膏濕法脫硫對SO3的協(xié)同脫除效率可從16.3%變化到86.9% 。

上海市6個(gè)電廠(chǎng)6臺機組SO3全流程的測試結果表明，只要充分發(fā)揮好現有煙氣治理設施協(xié)同脫除SO3效果，排放煙氣中的SO3可以做到小于5mg/m3，平均值僅為2.29g/m3，無(wú)需再對煙氣進(jìn)行冷凝 寻择。煙氣冷凝與濕式電除塵器結合對SO3的脫除效率可高達90%，煙氣冷凝與高效除霧器結合對SO3的脫除效率可高達75.8%钦勘。是否需要采用煙氣冷凝方式進(jìn)一步脫除以SO3為主的可凝結顆粒物丐膝，主要取決于煙氣中SO3濃度的排放標準。

3.4 煙氣加熱無(wú)法消除藍色煙羽

對于滿(mǎn)足超低排放的燃煤電廠(chǎng)敢弟，有色煙羽只能是白色煙羽或藍色煙羽粹续。白色煙羽是由煙氣中的水汽冷凝形成的疙榨。煙氣加熱可消除白色煙羽敬察，但由于能耗增大會(huì )導致污染物排放量的增加。可見(jiàn)溃需，從減少大氣中PM2.5等污染物的角度出發(fā)缔禾，不應對煙氣進(jìn)行加熱以消除白色煙羽牡芽。

藍色煙羽是由煙氣中的硫酸霧滴形成的。煙氣加熱不能消除藍色煙羽已埠，因為煙氣中的SO3在200℃以下全部以硫酸氣溶膠嫂茸，即硫酸霧滴的形式存在，只有當煙氣溫度大于500℃時(shí)，煙氣中的SO3才全部以氣態(tài)SO3形式存在 顿乒，而燃煤電廠(chǎng)加熱排煙溫度一般都在80℃以下营曼。

4 結論與建議

燃煤電廠(chǎng)超低排放大幅減少了電力行業(yè)顆粒物、SO2和NOx的排放，為我國大氣環(huán)境質(zhì)量改善做出了巨大貢獻。燃煤電廠(chǎng)濕煙氣排放的顆粒物有兩種類(lèi)型，一類(lèi)是目前我國排放標準中已監控的可過(guò)濾顆粒物，另一類(lèi)是我國尚無(wú)標準控制的可凝結顆粒物。一些報道及研究中關(guān)于煙氣中排放“鹽”偏高的結果，是由于監測方法不當，煙氣中可過(guò)濾顆粒物、SO2 枷踏、NO2、CO2等溶解在凝結水中并相互反應造成的。

燃煤電廠(chǎng)可凝結顆粒物中的最主要成分是SO3，全部以硫酸氣溶膠的形式存在，部分會(huì )被飛灰吸附反應生成硫酸鹽。國內外不同監測方法針對的SO3對象有所不同堕鹿。現有煙氣治理設施中的低低溫電除塵器、濕式電除塵器、濕法脫硫等對SO3具有明顯的協(xié)同脫除作用泣藻，但不同電廠(chǎng)的脫除效率相差較大。燃煤電廠(chǎng)超低排放后的煙羽只能是白色煙羽或藍色煙羽。煙氣加熱可以消除白色煙羽赚懊，但不能減少SO3或可凝結顆粒物的排放，更不能消除藍色煙羽才毡。相反，由于能耗增大會(huì )增加污染物的排放添务。

從技術(shù)角度，建議國家盡快針對我國燃煤電廠(chǎng)的濕煙氣特點(diǎn)投货，抓緊研究濕煙氣中SO3和可凝結顆粒物的賦存形式、監測方法與控制技術(shù)转谐，并進(jìn)行工程示范;系統研究超低排放條件下，現有煙氣治理設施對煙氣中SO3和可凝結顆粒物的協(xié)同脫除效果與影響因素，弄清不同治理設施對SO3和可凝結顆粒物的脫除機理;深入研究濕煙氣條件下，有色煙羽的成分曼验、成因很翠、物理特性、擴散規律及其環(huán)境影響诲双。

從管理角度，建議國家盡快明確煙氣中SO3和可凝結顆粒物的定義，出臺固定污染源煙氣中SO3和可凝結顆粒物的監測方法標準;修訂《火電廠(chǎng)大氣污染物排放標準》(GB 13223—2011)，增加SO3的排放標準限值;地方政府必須依法出臺相關(guān)的政策與標準，對煙氣進(jìn)行治理時(shí)必須明確具體的污染物及其治理要求、監控方法;任何非法或背離環(huán)境保護目的的所謂煙氣綜合治理政策都應盡快停止執行，堅信減少大氣污染物排放才是治理霧霾的重要手段携添。

來(lái)源：《環(huán)境影響評價(jià)》  作者：朱法華 李軍狀