燃煤电厂有色烟羽治理要点分析与环境管理

吕正俊

摘要：本文通过对燃煤电厂烟气排放多种形态颗粒物及相关国内外标准的研究，提出了有色烟羽治理的关键是SO3等可凝结颗粒物控制，分析了目前有关环境管理政策存在的問题，对完善燃煤电厂有色烟羽环境管理提出了政策建议。

关键词：燃煤电厂;有色烟羽;可凝结颗粒物;SO3;环境管理

1、燃煤电厂有色烟羽及环境管理现状

1.1有色烟羽相关概念。锅炉燃烧会使燃料中的硫生成SO2和少量SO3，中国燃煤电厂普遍采用SCR烟气脱硝工艺和石灰石–石膏法等湿法烟气脱硫工艺，SCR脱硝中的钒钛系催化剂又会使烟气中一小部分的SO2氧化成为SO3，后者在湿法烟气脱硫系统中因浆液喷淋急剧降温会冷凝形成SO3/H2SO4气溶胶，它们因粒径微小（主要在0.1μm以下）不易被浆液洗涤脱除。这些脱硫后的饱和湿烟气（约50℃）中还含有大量的气态水及微小雾滴，在烟囱口排入大气环境的过程中由于温度降低会继续发生凝结，在烟囱口形成含有更多雾状水蒸汽和SO3气溶胶的烟羽，其会因天空背景色和天空光照、观察角度等原因发生颜色的细微变化，即为“有色烟羽”。

此外，烟气携带的雾滴中的溶解性固形物也会在大气中失水变成细颗粒物，这也就是“湿法烟气脱硫导致雾霾”一说的原因。这些最终进入大气中的溶解性固形物的量与雾滴浓度、脱硫副产物溶解度高度相关，采用石灰石–石膏法烟气脱硫的燃煤电厂溶解性固形物排放浓度明显低于采用钠法和镁法的燃煤供热锅炉。石灰石–石膏法脱硫工艺排放烟气携带的雾滴中还会有部分未溶硫酸钙（石膏）、亚硫酸钙、碳酸钙（吸收剂）等可过滤颗粒物，在流速过快、大气温度或气压较低等不利条件时会发生“石膏雨”现象，近年来环保公司通过采用烟气协同治理技术，以降低脱硫后烟气中雾滴含量、减少石膏等的携带，来实现颗粒物的超低排放，这也从源头上降低了“石膏雨”现象的发生。

由于中国湿法脱硫燃煤机组中95%以上是石灰石–石膏法脱硫工艺，且随着实现超低排放后雾滴排放浓度的明显降低，可以认为溶解性固形物不是中国燃煤电厂排放颗粒物的关键问题，也可以参考Method5解决溶解性固形物测试结果部分缺失的问题;“石膏雨”随着超低排放实施已在排放源头上得到了有效抑制，大幅降低了发生的可能性。

1.2有色烟羽环境管理现状。目前，世界上没有一个国家对有色烟羽提出环保控制要求，但美国已经有22个州对燃煤电厂烟气中的SO3提出了排放限值，其中有14个州的排放限值低于6mg/m3;德国没有单独针对燃煤电站SO3排放限值的标准，但是有SO3和SO3的综合排放限值为50mg/m3;日本将SO3/H3SO4纳入颗粒物限值进行控制。近年来在中国电力行业广泛应用的低低温电除尘、复合塔脱硫、湿式电除尘等超低排放技术对SO3具有良好的协同脱除效果，已为全面控制以SO3为主的CPM打下良好基础。

2、有色烟羽环境管理的不足及建议

2.1目前政策的不足。国内部分省市出台有色烟羽治理相关政策，说明烟气中CPM的环境危害已经引起了地方管理部门的高度重视并采取了措施，对于引导有色烟羽及CPM的治理有正面意义。但由于对有色烟羽的形成机理、关键影响研究不够深入，这些文件均没有抓住治理有色烟羽的关键是对SO3等提出管控要求，存在以下不足之处。（1）治理目标和方向并不明确。如部分省市提出的有色烟羽治理主要目标仅是消除燃煤电厂烟羽的视觉影响，如若采用其所要求的烟气直接加热消白技术，并不能减轻燃煤电厂CPM等的排放，反而造成了设备投资和运行成本增加，考虑加热烟气带来的能源消耗甚至会形成环境负效益。（2）没有结合燃煤电厂的实际情况开展工作。如海水脱硫燃煤电厂，排烟温度通常在30℃左右，按美国EPA要求不必考虑烟气中CPM，除非环境温度足够低，一般难见有色烟羽，开展有色烟羽治理和观测有待商榷;对于燃煤硫分较低、采用湿式电除尘等措施已有效控制SO3排放的燃煤电厂，继续要求其烟气降温对于污染减排意义不大;对于采用烟塔合一排放烟气的燃煤电厂，燃煤烟气与冷却塔水汽混合排放，如何有效开展有色烟羽治理和观测也无法解决。（3）在基本概念并不清晰的情况下，短时间内大规模要求各行业均进行有色烟羽治理。如前述燃煤电厂普遍采用石灰石–石膏法脱硫，其雾滴中溶解性盐较少，大规模对其实施治理有待商榷。目前市场上各类技术纷繁芜杂，治理效果未经科学测试评估，如情况不明就大规模导入，容易造成无效治理和资源浪费。

2.2完善环境管理政策的相关建议。根据前述国内外有关标准及目前地方有关环境管理标准和政策的分析，对中国完善燃煤电厂有色烟羽环境管理提出以下政策建议。

（1）完善颗粒物定义，建立CPM检测标准。美国EPA明确规定固定污染源向环境空气中排放的颗粒物总量应为FPM与CPM之和（溶解性固形物分别包含于两者之中），其发布的Method5等和Method202也分别实现了对两者的准确测试。

HJ2053—2018虽然根据中国现行标准体系明确了燃煤电厂排放颗粒物的组分为FPM、CPM和溶解性固形物，但国内现阶段缺失CPM的测试标准，应尽快研究编制发布适合中国国情的固定污染源CPM测试标准，完善固定污染源环境标准体系。

（2）明确燃煤电厂有色烟羽重点，开展相关政策、技术研究。

参考欧美发达国家经验，应当明确现阶段中国燃煤电厂治理有色烟羽的关键就是控制SO3为代表的CPM。现有超低排放工程实测数据表明，部分项目的SO3排放浓度仍可达到10mg/m3以上，高于美国大部分州和德国的有关标准，若参考国外标准严格控制仍需进一步采取治理措施。

应结合燃煤电厂实际情况如煤质、烟气治理技术、所在区域环境质量等情况，分门别类、因地制宜、有的放矢地研究制定SO3管理政策，提高政策的科学性实效性，避免一刀切现象。

（3）开展SO3对环境空气质量影响研究，适时修订国家排放标准。以示范工程测试为基础，在京津冀、长三角和“2+26”城市群开展SO3排放排查研究，建立较准确的排放源清单，并结合气象数据进行区域环境空气质量影响模拟，明确燃煤电厂以及如钢铁、焦化、化工等其他行业所排放SO3的影响范围和影响程度，以此为国家层面出台相关政策并考虑实施路线图和时间表提供科学技术支撑。

根据技术可行性和管控必要性研究结果，在《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223—2011）修订时适时考虑加入SO3的排放限值，根据中国环境空气质量现状，有区域、有条件、有层次地开展燃煤电厂SO3治理工作，并进一步向钢铁、焦化、化工等行业共享和延伸。

3、结语

结合超低排放烟气治理技术发展现状，明确指出以SO3为代表的CPM管控是中国燃煤电厂有色烟羽环境管理的关键问题。系统梳理了国内部分省市有色烟羽治理环境管理政策。

参考文献：

[1]燃煤电厂超低排放烟气治理工程技术规范：HJ2053—2018[S].北京：中国环境出版社，2018.

[2]石爱军，胡月琪，白志鹏，等.湿法脱硫烟气中多形态颗粒物的测量方法及组分特征[J].中国环境监测，2017，33（2）：101–109.

[3]李军状，朱法华，李小龙，等.燃煤电厂烟气中可凝结颗粒物测试研究进展与方法构建[J].电力科技与环保，2018，34（1）：37–44.

（作者单位：大连贝斯特环境工程设备有限公司）