摘要：在研究國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上結(jié)合中國(guó)燃煤電廠煙氣治理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，分析了排放煙氣中可過(guò)濾顆粒物、可凝結(jié)顆粒物、溶解性固形物的概念、聯(lián)系和區(qū)別，明確指出中國(guó)燃煤電廠有色煙羽環(huán)境管理的關(guān)鍵是管控以SO₃為代表的可凝結(jié)顆粒物，進(jìn)而梳理了目前有色煙羽治理環(huán)境管理方面存在的問(wèn)題，提出了可凝結(jié)顆粒物環(huán)境管理的相關(guān)政策建議。

0 引言

截止2018年3月，全國(guó)已完成超低排放改造的燃煤發(fā)電機(jī)組容量達(dá)700GW，占煤電總裝機(jī)比例約71%，電力行業(yè)SO₂、NOx、煙塵等常規(guī)煙氣污染物排放量大幅降低，為改善中國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量做出了巨大貢獻(xiàn)。隨著污染防治認(rèn)識(shí)的深入和環(huán)保管理要求的提高，特別是“濕法脫硫?qū)е蚂F霾”掀起的巨大輿論波瀾，一些潛在問(wèn)題也日益凸顯， 越來(lái)越多的地區(qū)又對(duì)燃煤電廠“有色煙羽”提出了治理要求，進(jìn)一步補(bǔ)充和延伸了超低排放概念。

本文通過(guò)對(duì)燃煤電廠煙氣排放多種形態(tài)顆粒物及相關(guān)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的研究，提出了有色煙羽治理的關(guān)鍵是SO₃等可凝結(jié)顆粒物控制，分析了目前有關(guān)環(huán)境管理政策存在的問(wèn)題，對(duì)完善燃煤電廠有色煙羽環(huán)境管理提出了政策建議。

1 燃煤電廠顆粒物種類及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 顆粒物的種類及形態(tài)

燃煤電廠煙氣污染物來(lái)源于鍋爐燃燒生成及煙氣治理過(guò)程次生，主要包括顆粒物和SO₂、NOx、Hg及其化合物、CO、NH₃(脫硝噴氨逃逸)等氣態(tài)污染物， 《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2011)對(duì)前4項(xiàng)污染物分別規(guī)定了排放限值，國(guó)家也發(fā)布了相應(yīng)的測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)。此外，煙氣中還含有液態(tài)霧滴、氣態(tài)水等物質(zhì)，隨脫硫方式及除霧效果、煙氣排放溫度而含量有所不同，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)燃煤電廠由于采用濕法煙氣脫硫工藝，排放煙氣為濕煙氣。

在中國(guó)，顆粒物的定義是懸浮于排放氣體中的固體和液體顆粒物狀物質(zhì)，現(xiàn)行的《固定污染源排氣中顆粒物和氣態(tài)污染物采樣方法》(GB/T16157—1996)和《固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測(cè)定 重量法》(HJ836—2017)等測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，均是基于對(duì)煙氣中的顆粒物采用濾膜(筒)進(jìn)行過(guò)濾、捕集、烘干、稱重的原理進(jìn)行測(cè)量。

實(shí)際上，燃煤電廠排放煙氣中的顆粒物不僅僅包括燃煤產(chǎn)生的煙塵、脫硫脫硝過(guò)程中煙氣霧滴中攜帶的未溶硫酸鹽、亞硫酸鹽及未反應(yīng)吸收劑等可被濾膜過(guò)濾的顆粒物(filterable particulatematter，F(xiàn)PM)，還會(huì)有因粒徑小于采樣濾膜截留直徑故而穿透濾膜逃逸到大氣中并因溫度、壓力、水分等物理狀態(tài)改變而形成的顆粒物(不包括SO₂、NOx在大氣環(huán)境中發(fā)生復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)生成的二次顆粒物)。一類是美國(guó)EPA定義的可凝結(jié)顆粒物(condensable particulate matter，CPM)，即在煙道采樣位置處為氣相，穿透濾膜后在大氣中降溫凝結(jié)成為液態(tài)或固態(tài)顆粒物，主要為SO₃ /H₂SO₄等分子態(tài)或亞微米級(jí)氣溶膠態(tài)污染物;另一類是溶于穿透濾膜的細(xì)微霧滴中的離子態(tài)硫酸鹽、亞硫酸鹽、氯鹽等溶解性固形物，離開(kāi)煙道后在大氣中經(jīng)稀釋、干燥、降溫、凝結(jié)等作用， 失去水分后變成細(xì)顆粒物的溶解性固形物。

1.2 國(guó)內(nèi)外測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

美國(guó)EPA在2008年開(kāi)始將CPM納入顆粒物排放源強(qiáng)，并于2010年12月出臺(tái)了Method202修訂案，其原理為在捕集FPM的常規(guī)裝置(即Method5，17或201A，稱重法)后加裝干式?jīng)_擊瓶，煙氣降溫后再由濾膜捕集顆粒物，沖擊瓶吸收和濾膜收集的顆粒物之和即為CPM， 測(cè)量示意見(jiàn)圖1。

Method202也明確煙氣溫度低于30℃時(shí)不予測(cè)量CPM。對(duì)于FPM的測(cè)量，Method17和201A明確它們不適用于含有霧滴的濕煙氣，而采樣濾膜前有加熱裝置的Method5則適用，因后者在采樣時(shí)要求加熱至120±14℃去除液態(tài)水，故存在于霧滴中的溶解性固形物也會(huì)失水變?yōu)楣腆w顆粒并被濾膜捕集。國(guó)內(nèi)外也有研究表明，上述溶解性固形物也有少量會(huì)形成為PM0.3，可直接逃逸出過(guò)濾材料的捕集，變?yōu)榱丝赡Y(jié)顆粒物。

因此，對(duì)于燃煤電廠濕煙氣FPM測(cè)試，美國(guó)EPA要求采用的Method5測(cè)試的FPM結(jié)果已包含了中國(guó)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)中定義的顆粒物及絕大部分溶解性固形物，與Method202聯(lián)用時(shí)測(cè)試結(jié)果則增加了CPM。按美國(guó)EPA 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，溶解性固形物并不是單獨(dú)的一種顆粒物形式，而是分布于FPM及CPM之中，后兩者完整地構(gòu)成了EPA所謂的一次總顆粒物。而中國(guó)現(xiàn)行的GB/T16157—1996和HJ836—2017均沒(méi)有考慮CPM的測(cè)量，也沒(méi)有強(qiáng)制要求顆粒物采樣時(shí)加熱煙氣，導(dǎo)致顆粒物的定義與美國(guó)EPA定義的可過(guò)濾顆粒物內(nèi)涵并不一致，溶解性固形物作為顆粒物的一種形式不包含于可過(guò)濾顆粒物中，因此目前中國(guó)燃煤電廠顆粒物測(cè)試結(jié)果缺失了CPM及溶解性固形物。中國(guó)燃煤煙氣中各類顆粒物形態(tài)及現(xiàn)行測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)所得測(cè)試結(jié)果示意見(jiàn)圖2。

根據(jù)文獻(xiàn)對(duì)燃煤電廠、供熱鍋爐、工業(yè)鍋爐等凈煙氣中顆粒物排放濃度測(cè)試的結(jié)果表明，煙氣中CPM、溶解性固形物的排放濃度可達(dá)濾膜法檢測(cè)的FPM排放濃度的0.7～5.7倍。目前中國(guó)無(wú)論是固定源污染物監(jiān)測(cè)或大氣污染管理、控制等方面，均忽視了CPM及溶解性固形物。

2 燃煤電廠有色煙羽及環(huán)境管理現(xiàn)狀

2.1 有色煙羽相關(guān)概念

鍋爐燃燒會(huì)使燃料中的硫生成SO₂和少量SO₃，中國(guó)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(huì)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(tǒng)中因漿液噴淋急劇降溫會(huì)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(tài)水及微小霧滴，在煙囪口排入大氣環(huán)境的過(guò)程中由于溫度降低會(huì)繼續(xù)發(fā)生凝結(jié)，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(huì)因天空背景色和天空光照、觀察角度等原因發(fā)生顏色的細(xì)微變化，即為“有色煙羽”。其中，白色、灰白色煙羽主要是霧狀水蒸汽形成的視覺(jué)影響，而藍(lán)色煙羽因其含有較高的SO₃等CPM才更具有污染性環(huán)境影響：一是其在大氣中停留時(shí)間長(zhǎng)，污染擴(kuò)散距離遠(yuǎn);二是其環(huán)境毒性大，是酸雨的主要成分;三是其具有強(qiáng)酸性，極易與大氣中NH₃等發(fā)生反應(yīng)形成硫酸鹽，這是PM2.5的重要組分。

此外，煙氣攜帶的霧滴中的溶解性固形物也會(huì)在大氣中失水變成細(xì)顆粒物，這也就是“濕法煙氣脫硫?qū)е蚂F霾”一說(shuō)的原因。根據(jù)文獻(xiàn)和的研究，這些最終進(jìn)入大氣中的溶解性固形物的量與霧滴濃度、脫硫副產(chǎn)物溶解度高度相關(guān)，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(huì)有部分未溶硫酸鈣(石膏)、亞硫酸鈣、碳酸鈣(吸收劑)等可過(guò)濾顆粒物，在流速過(guò)快、大氣溫度或氣壓較低等不利條件時(shí)會(huì)發(fā)生“石膏雨”現(xiàn)象，近年來(lái)環(huán)保公司通過(guò)采用煙氣協(xié)同治理技術(shù)，以降低脫硫后煙氣中霧滴含量、減少石膏等的攜帶，來(lái)實(shí)現(xiàn)顆粒物的超低排放，這也從源頭上降低了 “石膏雨 ”現(xiàn)象的發(fā)生。

由于中國(guó)濕法脫硫燃煤機(jī)組中95%以上是石灰石–石膏法脫硫工藝，且隨著實(shí)現(xiàn)超低排放后霧滴排放濃度的明顯降低，可以認(rèn)為溶解性固形物不是中國(guó)燃煤電廠排放顆粒物的關(guān)鍵問(wèn)題，也可以參考Method5解決溶解性固形物測(cè)試結(jié)果部分缺失的問(wèn)題;“石膏雨”隨著超低排放實(shí)施已在排放源頭上得到了有效抑制，大幅降低了發(fā)生的可能性。經(jīng)過(guò)超低排放改造后的中國(guó)燃煤機(jī)組SO₂、NOx和可過(guò)濾顆粒物排放已降至很低水平，但對(duì)于大氣環(huán)境影響程度遠(yuǎn)勝于它們的SO₃卻不包含于顆粒物測(cè)試結(jié)果中，也無(wú)排放限值要求，這才是目前亟待解決的問(wèn)題，也是消除燃煤電廠有色煙羽的關(guān)鍵。

2.2 有色煙羽環(huán)境管理現(xiàn)狀

目前，世界上沒(méi)有一個(gè)國(guó)家對(duì)有色煙羽提出環(huán)?？刂埔螅绹?guó)已經(jīng)有22個(gè)州對(duì)燃煤電廠煙氣中的SO₃提出了排放限值，其中有14個(gè)州的排放限值低于6mg/m³;德國(guó)沒(méi)有單獨(dú)針對(duì)燃煤電站SO₃排放限值的標(biāo)準(zhǔn)，但是有SO₂和SO₃的綜合排放限值為50mg/m³;日本將SO₃/H₂SO₄納入顆粒物限值進(jìn)行控制。近年來(lái)在中國(guó)電力行業(yè)廣泛應(yīng)用的低低溫電除塵、復(fù)合塔脫硫、濕式電除塵等超低排放技術(shù)對(duì)SO₃具有良好的協(xié)同脫除效果，已為全面控制以SO₃為主的CPM打下良好基礎(chǔ)。

2017年以來(lái)，中國(guó)越來(lái)越多的省份出臺(tái)地方政策或標(biāo)準(zhǔn)，希望通過(guò)對(duì)有色煙羽進(jìn)行控制從而改善當(dāng)?shù)氐拇髿赓|(zhì)量(見(jiàn)表1)。

此外，江蘇省徐州市和連云港市、山西省臨汾市和大同市、浙江省紹興市等地市也提出了燃煤電廠有色煙羽的相關(guān)政策要求。

3 有色煙羽環(huán)境管理的不足及建議

3.1 目前政策的不足

國(guó)內(nèi)部分省市出臺(tái)有色煙羽治理相關(guān)政策，說(shuō)明煙氣中CPM的環(huán)境危害已經(jīng)引起了地方管理部門的高度重視并采取了措施，對(duì)于引導(dǎo)有色煙羽及CPM的治理有正面意義。但由于對(duì)有色煙羽的形成機(jī)理、關(guān)鍵影響研究不夠深入，這些文件均沒(méi)有抓住治理有色煙羽的關(guān)鍵是對(duì)SO₃等提出管控要求，存在以下不足之處。

(1)治理目標(biāo)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(biāo)僅是消除燃煤電廠煙羽的視覺(jué)影響，如若采用其所要求的煙氣直接加熱消白技術(shù)，并不能減輕燃煤電廠CPM 等的排放，反而造成了設(shè)備投資和運(yùn)行成本增加，考慮加熱煙氣帶來(lái)的能源消耗甚至?xí)纬森h(huán)境負(fù)效益。

(2)沒(méi)有結(jié)合燃煤電廠的實(shí)際情況開(kāi)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(guó)EPA要求不必考慮煙氣中CPM，除非環(huán)境溫度足夠低，一般難見(jiàn)有色煙羽，開(kāi)展有色煙羽治理和觀測(cè)有待商榷; 對(duì)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(xù)要求其煙氣降溫對(duì)于污染減排意義不大;對(duì)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(kāi)展有色煙羽治理和觀測(cè)也無(wú)法解決。

(3)在基本概念并不清晰的情況下，短時(shí)間內(nèi)大規(guī)模要求各行業(yè)均進(jìn)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(guī)模對(duì)其實(shí)施治理有待商榷。目前市場(chǎng)上各類技術(shù)紛繁蕪雜，治理效果未經(jīng)科學(xué)測(cè)試評(píng)估，如情況不明就大規(guī)模導(dǎo)入，容易造成無(wú)效治理和資源浪費(fèi)。

3.2 完善環(huán)境管理政策的相關(guān)建議

根據(jù)前述國(guó)內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及目前地方有關(guān)環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)和政策的分析，對(duì)中國(guó)完善燃煤電廠有色煙羽環(huán)境管理提出以下政策建議。

(1)完善顆粒物定義，建立CPM檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

美國(guó)EPA明確規(guī)定固定污染源向環(huán)境空氣中排放的顆粒物總量應(yīng)為FPM與CPM之和(溶解性固形物分別包含于兩者之中)，其發(fā)布的Method5等和Method202也分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩者的準(zhǔn)確測(cè)試。而中國(guó)現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)僅表征的是煙氣中FPM(相比美國(guó)FPM 的定義缺少部分溶解性固形物)，也不包含CPM，在固定污染源監(jiān)管上還存有漏洞。

HJ2053—2018雖然根據(jù)中國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)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(guó)內(nèi)現(xiàn)階段缺失CPM的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)盡快研究編制發(fā)布適合中國(guó)國(guó)情的固定污染源CPM測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，完善固定污染源環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系。對(duì)于溶解性固形物，HJ836—2017提出了為保證在濕度較高、煙溫較低的情況下正常采樣，應(yīng)選擇具備加熱采樣頭固定裝置功能的采樣管，并提出煙氣中水分影響正常采樣時(shí)開(kāi)啟加熱裝置，但該標(biāo)準(zhǔn)并未明確開(kāi)啟加熱的使用條件，可參考Method5強(qiáng)制要求燃煤電廠顆粒物采樣時(shí)應(yīng)開(kāi)啟加熱到一定條件以改善其測(cè)試結(jié)果缺失問(wèn)題。

(2)明確燃煤電廠有色煙羽重點(diǎn)，開(kāi)展相關(guān)政策、技術(shù)研究。

參考?xì)W美發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)明確現(xiàn)階段中國(guó)燃煤電廠治理有色煙羽的關(guān)鍵就是控制SO₃為代表的CPM。現(xiàn)有超低排放工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，部分項(xiàng)目的SO₃排放濃度仍可達(dá)到10mg/m³以上，高于美國(guó)大部分州和德國(guó)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，若參考國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制仍需進(jìn)一步采取治理措施。

應(yīng)結(jié)合燃煤電廠實(shí)際情況如煤質(zhì)、煙氣治理技術(shù)、所在區(qū)域環(huán)境質(zhì)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(xué)性實(shí)效性，避免一刀切現(xiàn)象。同時(shí)，鑒于目前有色煙羽治理市場(chǎng)上的復(fù)雜狀況，可參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，組織開(kāi)展對(duì)各類有色煙羽治理技術(shù)示范工程SO₃控制效果的系統(tǒng)測(cè)試研究，獲取一手技術(shù)、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，推動(dòng)具備實(shí)用價(jià)值、環(huán)境經(jīng)濟(jì)可承受的工程技術(shù)應(yīng)用。

(3)開(kāi)展SO₃對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量影響研究，適時(shí)修訂國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

以示范工程測(cè)試為基礎(chǔ)，在京津冀、長(zhǎng)三角和“2+26”城市群開(kāi)展SO₃排放排查研究，建立較準(zhǔn)確的排放源清單，并結(jié)合氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)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(yè)所排放SO₃的影響范圍和影響程度，以此為國(guó)家層面出臺(tái)相關(guān)政策并考慮實(shí)施路線圖和時(shí)間表提供科學(xué)技術(shù)支撐。

根據(jù)技術(shù)可行性和管控必要性研究結(jié)果，在《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2011)修訂時(shí)適時(shí)考慮加入SO₃的排放限值，根據(jù)中國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀，有區(qū)域、有條件、有層次地開(kāi)展燃煤電廠SO₃治理工作，并進(jìn)一步向鋼鐵、焦化、化工等行業(yè)共享和延伸。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中顆粒物的定義和測(cè)試的差異進(jìn)行了分析，指出目前中國(guó)在固定源污染物監(jiān)測(cè)或大氣污染管理、控制等方面， 均忽視了CPM及溶解性固形物。

(2)結(jié)合超低排放煙氣治理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，明確指出以SO₃為代表的CPM管控是中國(guó)燃煤電廠有色煙羽環(huán)境管理的關(guān)鍵問(wèn)題。

(3)系統(tǒng)梳理了國(guó)內(nèi)部分省市有色煙羽治理環(huán)境管理政策，指出目前存在治理重點(diǎn)和方向不清、沒(méi)有結(jié)合燃煤電廠實(shí)際全面考慮、短時(shí)間內(nèi)大規(guī)模要求各行業(yè)均進(jìn)行治理的科學(xué)性存疑等問(wèn)題。

(4)提出完善顆粒物定義、建立CPM檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)展燃煤電廠有色煙羽治理政策及技術(shù)研究、開(kāi)展SO₃對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量影響研究、適時(shí)修訂國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的政策建議。

來(lái)源： 《中國(guó)電力》  作者：莫華 朱杰

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