多重缺陷致霾 对症下药治霾 | 周勇：雾霾大暴发根本原因解析（四）

发表时间：2021-04-12 　　来源：http://www.binhuanyuan.com/news_article?news_id=94

本文分四次刊载：

一次刊载为执行摘要和“一、对题目的进一步解读”、“二、2013年中国北方暴发大雾霾并持续至今，是可以确认的事实”两大点，请点击《周勇：雾霾大暴发根本原因是燃煤烟气治理缺陷（一）| 聚焦大气污染精准治理》阅读；

二次刊载为“三、2013年前后与大气污染物排放相关的突变因素，是在新的大气污染物排放标准和脱硝电价加价政策刺激下的燃煤烟气治理大规模改造。四、2015年以后开展的超低排放改造是常规污染物的深度减排，仍有足够多的致霾非常规污染物排入大气，并造成雾霾，只是程度有所减轻。五、煤炭消费总量、散煤燃烧量、机动车排放等常规变量，在2013年前后都没有突变，不可能导致雾霾大暴发”三大点， 请点击《周勇：雾霾大暴发根本原因解析（二） |  突变因素 非常规污染物 常规变量》阅读；
第三次刊载为“六、雾霾治理应该是雾霾大暴发之后大气污染治理的首要任务，而不是继续加码治理过程有严重缺陷并导致雾霾的常规污染物。七、作为绩效考核指标和指挥棒的PM2.5质量浓度和空气质量优良天数，并非雾霾治理的关键变量。八、因新冠疫情封城或大范围经济活动近乎停滞期间，雾霾仍频发，反证了不能停歇的电力、钢铁、焦化等行业的燃煤烟气治理设施的缺陷，是雾霾大暴发的根本原因三大点，请点击《雾霾非酸雨 指挥棒非精准 | 周勇：雾霾大暴发根本原因解析（三）》”
本次刊载为文章的九、十大点。 
九、关注点区域密集分布的大型电力或工业燃煤烟气治理设施，具有某几类相同的缺陷，在相同的刺激政策下，按照统一的新标准，采取一致行动，才可能导致出现突然、持续、大范围、严重且年年暴发的大雾霾
1、发达国家20世纪5次严重大气污染灾难，都发生在很小的区域
      20世纪5次严重大气污染灾难，都是发生在很小的区域，如河谷、山谷、入海口等。其中两次发生面积大的雾霾，是伦敦煤烟型雾霾和洛杉矶光化学污染型雾霾，都发生在几十公里的范围内。
      发生在这么小的面积，造成的危害已经很大，也被发现和处置。其中也进行了多年雾霾成因的探究、争论，也有利益集团一次次的否认和国会议案级别的博弈。中国应该不会存在这方面的问题，因为没有强大的资本为纽带的私人利益集团（美国），或无法替代也没有治理措施的燃煤污染（英国伦敦）。但如果以气象条件、经济结构、产业转型时间等内部存在很大差异的中国中东部整体数据，来否定面积已经非常大的华北平原或山东省等雾霾关注点地区的数据分析结果，既不可能，也容易让人怀疑其动机真的是想治理好雾霾，还是某些利益或信誉相关者的代言人。
2、中国发生的大雾霾，能够达到上千公里，跨越几个省市，需要有足够多的细颗粒物做支撑，燃煤电厂、供热锅炉、钢铁厂、焦化厂等大型燃煤烟气治理设施“功不可没”，前两者是关键
      中国发生的大雾霾，能够蔓延上千公里，跨越几个省市。重灾区华北平原的面积也非常大。要在这么大的面积上，近乎同时形成大雾霾，而且持续多年，每年秋冬季持续多次，这需要足量的、持续的致霾污染物来源的供给。即使在铁腕治霾下，雾霾严重程度已经降低，但天数没有多少下降，可见致霾污染物供给没有发生质变。

      密布在华北平原、汾渭平原密密麻麻的燃煤电厂和燃煤供热锅炉，加上后来进一步采取湿法脱硫脱硝的钢铁、焦化等企业，在干烟囱变为湿烟囱和湿法脱硫脱硝改造后，存在多方面的缺陷，形成大量的可导致PM2.5数浓度很高的可凝结颗粒物排放、氨排放、有水溶性盐的雾滴排放和水汽排放等，为雾霾大暴发提供了超细颗粒物保障和充分均匀分布的条件。
3、工业和交通领域过度喷氨，为硫酸盐、硝酸盐的形成提供了新保障
      工业和交通源氨排放对城市大气氨和铵盐的贡献超过一半。正是这些工业或交通脱硝等过量喷氨产生的氨排放，构成低温季节细颗粒物组分中的铵根主要来源。北京APEC会议前后铵根和硫酸根、硝酸根同样大幅度下降，但没有任何对氨的控制措施，也说明三者同源。
4、密集的燃煤烟气治理设施的缺陷，改变了烟气排放到大气中的范式；改变始于2012年，暴发在2013年，为中国北方关注点区域提供了实时足量，并不断累积的超细颗粒物供给
      这些燃煤烟气治理设施的排放，能够使得北京之外的城市上空只是在雨雪、大风等特殊天气后晴空万里，一两天后就会有新产生的超细颗粒物，在大气中的累积、混合、移动，就等适合雾霾发生的气象条件的到来。
      烟气排放到大气中的范式从2013年开始已经改变，不再是就近沉降或酸雨式沉降，而是粒径小、数量多的超细颗粒物在空中漂浮，很难沉降，只能等适合的气象条件成为雾霾，或者是等风等雨再沉降或刮走。每次风雨净化后，大气中很快又能充满超细颗粒物。燃煤烟气治理设施不断产生足量的超细颗粒物，就像装满子弹的手枪，只等着气象条件扣扳机。但把这说成是气象原因造成的，等于因果颠倒。气象因素只可能是渐变因素，难以产生特别大的突变；突变，只能是大气中污染物的存在形态和数量发生了显著变化。
5、燃煤烟气治理设施产生的超细颗粒物对于有很大禁煤区的北京也有较大影响，燃气烟气治理的氨/铵排放和水气排放也有利于北京当地源雾霾的形成
      北京，尽管有很大范围的禁煤区，外地燃煤区域大量超细颗粒物在形成雾霾前随时随风潜入；北京本地也产生其他形式的细颗粒物。北京“煤改气”后，水气排放增加，在特定的敏感时间段，促进二次细颗粒物长大，加剧雾霾程度。如果北京先达到成霾条件，就会出现比外地非禁煤区更严重的雾霾。根据安院士和苏跃进的计算，特殊时间段的人为水汽对雾霾形成的影响不低。
      在华北平原这个大气场中，电力、供热、钢铁、焦化等湿法脱硫脱硝为主的燃煤烟气治理设施，是可凝结颗粒物的主要来源，是实时足量氨排放的来源，是促成二次生成的湿度条件的来源，是水溶性盐被机械带出的源泉。北京也不会例外，只是雾霾发生时不会类似其他城市，受自身燃煤烟气设施排放的细颗粒物和水汽，在静稳天气下直接累积和二次复合的严重影响。
      北京虽然没有燃煤烟气治理缺陷加重雾霾爆发前后当地雾霾的程度，但是采暖季燃气采暖集中供热锅炉也有脱硝氨/铵的排放，以及大大小小所有燃气采暖炉的水汽排放，也为北京基于当地污染的雾霾发生提供了关键物质条件，并加速致霾气象条件的形成。
      总体而言，由于北京禁煤措施，其大气质量处于山东半岛的烟台和青岛之间，已经很不错。否则的话，根据其地理位置和地形地貌，北京空气质量应该和石家庄类似。这也反证燃煤烟气治理缺陷，是导致雾霾大爆发的根本原因。
十、雾霾治理的主要任务、治霾路线图和对策建议
1、雾霾治理是首要且紧迫的任务
      大气中不断累积的一次和二次超细颗粒物，在容易发生雾霾天气条件下，从数浓度高的超细颗粒物，转变为数浓度迅速下降、质量浓度迅速升高的细颗粒物形态，并伴随加速的细颗粒物二次复合，是短时间内大范围雾霾形成的基本过程。
       在难以恢复类似有GGH时干烟气排放功能（不是恢复GGH）情况下，通过脱硫脱硝过程优化，解决超细颗粒物的一次排放，控制二次复合形成条件，进而大幅度降低大气中PM2.5数浓度，是当务之急。
l 重中之重，是控制低温季节氨排放。低温季节工业和交通氨排放是关键和主要增量氨排放，是硫酸氨、硝酸铵等主要无机盐组份的源头。避免过量喷氨产生的氨排放，通过强化管理即可实现。如，避免过高或加码的氮氧化合物排放浓度要求；按照排放标准要求的小时排放均值控制，允许瞬时超标；控制氮氧化合物减排量和氨气消耗量的比值关系等
l 控制CPM排放，这是对标国际的缺项，也是致霾的关键因素
l 控制二氧化硫在烟羽内快速转化为硫酸根的条件和过程，如减少水气排放或保持水汽不饱和排放等
l 控制有水溶性盐的气溶胶或雾滴的湿烟气排放
2、雾霾治理次要但也是重要的任务
      下一层次的任务，是治理PM2.5源解析中的各种污染物。这些污染物在雾霾大暴发之前就已经存在，还可能更高。相关措施如散煤治理、小散乱污治理、淘汰落后产能、煤炭消费量控制、机动车控制等并非属于雾霾治理的急迫任务，但对其治理能够较大幅度降低PM2.5质量浓度，也是雾霾治理的重要方面。
      雾霾治理，需要分清轻重缓急，抓主要矛盾，而不是用不准确的考核指标作为指挥棒，四面出击，铁腕治理，仍雾霾依旧。
      雾霾治理的技术方面，经过8年治霾，已研发出许多成熟技术，如喷淋、冷凝除湿除水，云除CPM，过程优化降低PM2.5数浓度等很多适用技术，可在超低排放措施基础上，通过打补丁的方式，对准治理目标，低成本、大幅度的降低致霾污染物排放。
3、未来治霾技术路线和不同时期的要点
l 按照尊重经济规律，允许现有设备进行低成本的打补丁改造后，继续使用一定年限，避免已经频换更新烟气治理设施的企业不堪重负。即通过打补丁，实现低成本治霾
l 在财力允许或外部压力加大时，淘汰仍有缺陷的打过补丁的烟气治理设施，更换为先进且不存在致霾缺陷的脱硫脱硝技术设施。即通过技术进步和设备更新，实现较大幅度的治霾
l 随着可再生能源技术水平进一步提高，成本进一步降低，2030年后，加快发展可再生能源，加快燃煤电厂退出；2040年后，钢铁企业逐渐更换为清洁能源并以氢能为还原剂，从而快速减少煤炭消费量。即通过发展可再生能源和氢能，替代煤炭发电及焦炭等，实现源头减污
l 2050年前后燃煤仅保留目前的十分之一左右用于供热为主的热电联产，还需要通过CCUS或碳汇等进行成本很高的燃煤排放碳中和，高成本导致煤炭的能源利用基本退出。即通过碳中和目标约束，实现煤炭近似归零，去除煤炭对大气的污染。
四个阶段的要点各不相同，各有侧重，不宜前后顺序颠倒。否则，会因为经济成本高、技术不成熟、外部压力不足等事倍功半。
4、吸取经验教训，急需甄选治霾有效技术
      在2020年春节新冠疫情期间，尽管常规污染物排放大幅下降，许多指标达到国际先进水平，大部分经济活动停滞，雾霾仍然频发，大大多于雾霾大爆发之前，说明治理效果不容乐观。由于没有对症下药，8年铁腕治霾，付出巨大代价，效果可能部分来源于大量直接关闭、季节性关闭、临时性关闭企业。
      2019年国庆阅兵期间出现严重雾霾，没有再现“重要活动蓝”的主要原因，是主流观点认为大气污染排放标准国际领先，排放量已经大幅度下降，而且阅兵前几个月空气质量还不错，所以选择了强化企业环保管控措施，没有采取过去重大活动时长时间大面积停产措施。而真实情况是企业为了应对环保局的强化要求，现有技术条件下主要采取大比例过量喷氨等行为，使排放到大气中的致霾物质更多，导致雾霾在不利气象条件时发生的更快、更严重。显然，传统治理技术的负作用是雾霾反弹的主要原因，而不恰当的过严管控，往往会带来相反的效果。
      如果没有利益或声誉相关的羁绊，能够站在客观公正立场上做判断，显然是突变造成2013年初开始的雾霾大爆发，而造成突变的原因已经很清楚。
      大气污染治理的各类技术很多，但良莠难分。开拓雾霾治理的技术验证、评价、优选的新领域，甄别验证各种对症下药的治霾方法，给创新一个实践的机会，急需启动冬奥会治霾技术创新专项。如果继续沿着治理酸雨的路径下去，一条路走到黑，治理好雾霾遥遥无期。
      广泛吸纳各地已研发出的成熟技术，可通过改进现有设备起步，如采用喷淋、冷凝等除湿、除水技术来降低水溶性盐排放，云除技术等减少CPM，各种过程优化技术等降低PM2.5数浓度，以实现低成本快速降低雾霾发生的频次和程度。新上相关设施采用新型干法设施，避免产生湿烟气。适当放松氮氧化物排放标准，大幅度减少过度喷氨。减少水气排放，避免致霾气象条件的加快形成等。
      济南市和青岛市的一些燃煤供热锅炉或热电联产烟气治理设施，也采用了一些治霾方面对症下药的技术措施，对导致雾霾的非常规污染物的去除效果较好，回收了余热，节约了能源，但需要进行第三方客观评价。
5、设立治霾技术甄别基金，通过选择对症下药的治理技术，快速降低能见度低的霾、雾和轻雾天数，确保北京冬奥会顺利举行
      明年将在北京、张家口召开的冬奥会，仅剩1年时间。北京所处的大气场是华北平原，需要弥补燃煤烟气治理多方面缺陷。监测和卫星反演显示，细颗粒物随风传输，平时一直在进行。
      同时，北京作为规模相对较大的禁煤区，需要针对众多燃气设施烟气治理过程中的氨/铵排放，以及秋冬季低温季节大量水气低空排放，导致的易霾条件过快、过多形成（提高25%左右），并加速本地排放和外地平时输入的超细颗粒物的二次复合等问题，减少氨/铵排放和水气排放。
      为了对症下药治理雾霾，急需设立治霾技术验证基金，以很少的财政资金，从目前若干成熟的技术中，甄别对症下药的技术，打一场先行先试的区域治霾示范战役，以大程度的完成禁绝重霾和臭氧污染这个重要政治任务，确保北京冬奥会期间能够实现蓝天白云。

      要把冬奥会区域以及华北平原等相关传输区域，作为治霾关注点区域，突出对症下药，强化立刻见效，削减非常规污染物。同时，也是对前面8年治霾的一种补救措施。

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天津滨环院
罗氏脱硝技术核心为低温催化材料，商品名KLoxTM系列。用于本工作的催化剂为KLox-2，压片材料成型为类球形，直径约4cm，也可能成型为直径4-6mm的挤条材料。在广泛的温度范围(室温至300℃）下即可以将氮氧化物转化为无害的物质，较好地达到排放要求。与传统脱硝装置（SCR或SNCR）相比，KLox低温无氨脱硝装置具有如下优点：
一、投资成本低：
由于不需要储运及喷注氨气或氨水，且在低温区运行，因而装置简单，投资成本降低；
二、运行成本低：
由于不需要喷氨，且无需额外的动力或其他能源，运行维护费用较低；
三、无安全生产隐患：
由于不需要氨，杜绝了运输及运行过程中氨逃逸，催化剂无毒，无安全生产隐患；
四、脱硝效率高且可调：
脱硝效率可调，可以按照客户要求设定脱硝效率。如果需要，甚至可以资源化利用NOx。