中国大气污染防治技能进展

2015年12月30日

我国大气污染严重,污染废气排放总量处于较高水平。为控制和整治大气污染,“九五”以来,我国在污染排放控制技能等方面睁开了大批研究开拓义务,取得了许多新的后果,大气污染的防治也取得次要进展。在“八五”、“九五”时代,国家辟出专款睁开全球气候变卦猜想、影响和对策研究,在温室气体排放和温室效应机理、海洋对全球气候变卦的影响、气候变卦对社会经济与自然本钱的影响等方面取得很大进展。比来几年来,我国状况监测才干有了很猛进步,初步组成了具有中国特点的状况监测技能和管理零碎,状况监测义务的进展清楚。 

前 言 

我国国平易近经济的高速展开推动了我国环保科技研究范围不时拓展,我国早期的状况科学着重纯粹研究污染惹起的状况成果,现在扩展到单方面研究生态系统、自然本钱保护和全球性格况成果;特别是污染防治,由工业“三废”治理技能,扩展到综合防治技能,由点源的治理技能,扩展到区域性综合防治技能,并研究开拓了无废少废的洁净消费工艺、废料本钱化技能等。 

在大气污染防治技能的研究开拓方面,比来几年来我国取得浩瀚后果,与此同时,如表1所列,大气污染的治理也取得了很大进展。

表1 比来几年我国大气污染治理取得的一些进展[1] 
大气污染防治 1995年 1996年 1997年 1998年 1999年 2000年 
工业废气治理率(%) 82.5 84.4 86.3 87.1 85.1 89.8 
建成城市烟尘 
控制区数(个) 3002 2319 2339 2446 2364 2718 
烟尘控制区面积 
(平方公里) 12532 12961 15791 13796 16000 18000 

“九五”时代全国主要污染物排放总量控制计划基本完成。在国际消费总值年均添加8.3%的情况下,在大气污染防治方面,2000年全国二氧化硫、烟尘、工业粉尘等项主要污染物的排放总量比“八五”末期区分下降了10?15%。 
结合经济结构调解,国家撤消、关停了8.4万多家技能掉队、糜掷本钱、质量低劣、污染状况和不契合安全消费前提的污染严重又没有治理前景的小煤矿、小钢铁、小水泥、小玻璃、小炼油、小火电等“十五小”企业,对高硫煤施行限产,有效地增加了污染物排放总量。 

全国23万多家有污染的工业企业中,90%以上的企业完成了主要污染物达标排放。46个调查的状况保护重点城市中,25个城市完成了大气质量按功用分区达标,有19个城市(区)被授予国家状况保护典范城市(区)。 
重点区域的污染治理也取得了阶段性后果。“两控区”二氧化硫排放总量降低,酸雨范围和频率掉失落控制,保持动摇。北京市状况治理初见成效。重点区域的污染治理带动了全国污染防治义务的单方面展开[2]。 

1 大气污染防治技能 

为控制和整治大气污染,“九五”以来,我国在煤炭洁净加工开拓技能、煤炭洁净高效熄灭技能、煤炭洁净转化技能、污染排放控制技能等方面睁开了大批研究和开拓,取得了许多新的后果。与此同时,我国大气污染的防治也取得次要进展。酸雨和二氧化硫控制区的污染防治义务已深化展开。“两控区”内175个地市和电力、煤炭等行业编制了二氧化硫污染防治方案。关停小火电机组198台(装机容量208万千瓦)。8个省、自治区、直辖市末尾限制燃煤含硫量。今朝,“两控区”年增加二氧化硫排放量近80万吨,93个城市二氧化硫的浓度抵达国家状况质量标准[3]。 

假设中国的燃煤电站的烟气排放要抵达今朝兴隆国家规矩的水平,SO2的排放量将从每年680万吨下降至170万吨,NOx的排放量将从100%下降至30%,CO2也将减排2500万吨。中国控制和整治大气污染任重而道远。 

1.1脱硫技能 

控制SO2排放的工艺按其在熄灭过程中所处位置可分为熄灭前、熄灭中和熄灭后脱硫三种。熄灭前脱硫主要是洗煤、煤的气化和液化。洗煤可用作脱硫的辅佐伎俩,经济适用的煤气化和液化技能在进一步开拓之中。就熄灭中脱硫的型煤和轮回流化床熄灭来说,燃用型煤比直接燃用原煤节煤又干净,较多用于中小锅炉上;国际最大的轮回流化床是75t/h炉型,适用于工业锅炉和采暖,国外电站运用于机组容量有的高达300t/h。 

表2 烟气脱硫技能[4] 

湿 法 干 法/半 干 法 
1,石灰石/石灰丢弃法 1,改变喷雾单调(SDA)法 
2,石灰石/石膏法 2,炉内喷钙尾部增湿活化 
(LIFAC与LIMB) 法 
3,双碱法 3,轮回流化床脱硫技能 
4,氧化镁法 4,荷电干式放射脱硫(CDSI)法 
5,韦尔曼―洛德 5,电子束照射(EBA)法 
(Wellman-Lord)法 
6,氨法 6,脉冲电晕等离子体(PPCP)法 

熄灭后烟气脱硫技能是今后世界独一大规模商业化运用的脱硫办法,是控制SO2污染和酸雨的主要技能伎俩。而烟气脱硫被认为是控制SO2最行之有效的路径。烟气脱硫主要有湿法、半干法、干法和硫氮联脱法等。今朝世界上采用烟气脱硫系统最多的国家为美国、日本和德国。各国今朝采用的各类主要烟气脱硫技能列于表2。个中,湿式石灰石-石膏法、喷雾单调法、LIFAC法、CDSI法是工艺成熟、运用较广的烟气脱硫方法,其工艺流程和经济功用比较列于表3。 

表3几种烟气脱硫(FGD)工艺经济功用比较[4] 

工艺流程 湿式石灰石-石膏法 喷雾单调法 LIFAC法 CDSI 法 
适用煤种 
含硫量(%) >1.5 1-3 <2 <2 
Ca/S 1.1 1.5 2.0 1.5 
钙的使用率(%) >90 40-45 35-40 4-45 
脱硫成效(%) >90 80-85 70-75 60-70 
投资占电 
厂投资比例(%) 13-19 8-12 3-5 2-4 
脱硫费用 
(元/tSO2脱除)900-1250 750-1050 600-900 600-800 
配备占空中积 大 中 小 极小 
灰渣形状 湿 干 干 干 
烟气再热 需 无需 无需 无需 

今朝,世界上运转着500座以上的烟气脱硫装置。而个中90%以上(按机组容量计)为湿法脱硫工艺。兴隆国家大型燃煤锅炉几乎都配备有效率在95%以上的湿法脱硫配备,中小锅炉也采取了经济可行的脱硫方法,包括炉内喷钙及增湿活化脱硫工艺。半干法改变喷雾法、炉内喷接纳剂――增湿活化脱硫工艺在欧洲运用较多。流化床熄灭技能在熄灭过程中有效控制SO2和NOx的生成,日益遭到重视。日本睁开使用表面热处理后的活性炭纤维(ACF)对烟道气中止脱硫、脱氮的试验研究,取得了很好结果。使用ACF净化烟道气的技能属于半干式氧化型,其优点是:脱硫、脱氮反应在常温下中止,副产的硫酸、硫酸盐及硝酸、硝酸盐等可以获得延续收受接收。这种燃煤锅炉烟气脱硫、脱氮技能不只具有较高的脱硫、脱氮功用,而且用水量少,所需配备复杂,今朝正在中止实用化研究。 
二氧化硫不只在大气中组成酸雨,构成空气污染,而且严重堕落锅炉尾部配备,影响消费战争安运转。电站锅炉是我国二氧化硫的主要排放源,它的特征是烟气量大,SO2浓度低,综合使用难度大。在电站烟气脱硫的运转费中,脱硫剂的费用占据很高比例。我国发电用煤的平均含硫量高达1.15%,因此,电站烟气脱硫对我国来说更为次要。 

我国燃煤二氧化硫控制技能的研究开拓始于20世纪60年代初,其后规模不时扩大。“七五”时代,工业型煤开拓、燃煤固硫新型轮回床锅炉技能开拓、火电厂排烟脱硫技能研究等列入国家科技攻关计划;“八五”时代,轮回床熄灭脱硫技能完满化及工程配套运用技能研究、工业型煤固硫技能完满化及工业运用研究、湿式脱硫除尘技能研究、喷钙脱硫成套技能开拓等列入国家科技攻关计划;“九五”时代,又把燃煤烟气二氧化硫控制关键技能及配备研究列入科技攻关计划。 

关于燃煤烟气净化技能,比来几年来,我国在基础研究和中小锅炉烟气净化技能方面取得了肯定进展。为提高脱硫剂的脱硫效能,在Ca(OH)2中参与易潮解盐和碱,或用熄灭飞灰和Ca(OH)2的水合物作吸着剂,或用活性焦或活性炭作吸附剂,在实验室研究中都取得肯定后果。适宜中小型锅炉的网膜塔除尘脱硫系统、双击式除尘脱硫工艺、改变喷雾半干法烟气脱硫小型试验装置等都取得初步成效[5,6]。 

其余,在“九五”国家科技攻关计划中,脉冲电晕法离子体烟气脱硫技能取得了次要进展,完成了2万Nm3/h中试线树立与试验,脱硫率大于80% [7];新型氨法脱硫技能(NADS)经由验收;“使用杭州湾海水脱除电厂烟气中二氧化硫”的中试研究取得打破。 

在自立开拓研制的同时,如表4所列,一些大型电厂也接踵从国外引进了一些前辈的除硫配备,对多种工艺中止了试验和示范。如珞璜电厂的石灰石-石膏法技能、黄岛电厂的改变喷雾单调法、山西太原第一热电厂的高速水平流简单纯真湿法、南京下关电厂的炉内喷钙尾部增湿活化法(LIFAC)、深圳西部电厂的海水脱硫法等等[8]。 

表4我国引进的部分烟气脱硫装置情况[4] 
引进单位 工艺流程 烟气量 锅炉 脱硫剂 效能(%) 运转时间 技能供应方 万m3/h t/h 
胜利油口南化工厂 氨一硫铵法 210 NH3H2SO4 90 1979 日本西洋公司 
南京钢铁厂 碱式硫酸铝法 5.18 AI2(SO4)3 Al(OH)3 95 1981 日本同和公司 
沈阳黎明提议机公司 喷雾单调法 5 石灰 85 1990 丹麦NIRO公司 
重庆珞璜电厂 湿石灰石―石膏法 108.7 石灰石浆 95 1992 1993 日本三菱公司 
山东德州电厂 荷电干接纳剂放射法 75 Ca(OH)2 60―70 1995 美国ALANCO公司 
重庆夭折化工总厂 JBR喷气沸腾法 6.1 石灰石 70 1995 日本千代田公司 
山东潍坊化工厂 简单纯真石灰石膏法 10 消石灰浆 70 1995 日三菱公司 
太原发电厂 小型高速平流式 60 石灰石 80 1996 日明天立公司 
广西南宁化工厂 简单纯真石灰石石膏法 5 Ca(OH)2 70 1996 日本川崎公司 
南京下关电厂 炉内喷钙增湿活化法 79.5 石灰石 75 1997 芬兰IVO公司 
成都热电厂 电子束法 30 NH3 80 1997 日本荏原制造所 
上海四方锅炉厂 角管锅炉+喷钙 35 石灰石 丹麦 
山东淄博矿物局岭子煤矿 IHI-FW轮回流化床锅炉 万m3/h 30 石灰石 90 日本石川岛播磨公司 
深圳西部发电厂 海水烟气脱硫装置 7000吨SO2/年 海水 90 2000 挪威ABB状况工程公司 

个中,“中日协作电子束烟气脱硫示范工程” 处理成都电厂200MW机组锅炉的30万m3/h烟气,是今朝世界上已投入运转的处理烟气量最大的电子束脱硫装置。其脱硫率及脱硝率均逾越80%及10%的设计值,各项运转消耗目的均低于设计值。 

与日方协作树立的山东潍坊化工厂、南宁化工集团公司和四川夭折化工总厂三套简单纯真石灰石-石膏法脱硫装置的示范工程,从运转结果看,装置都具有设计前辈新颖、结构紧凑、自动化控制程度高、电脑监控和图象显示直不雅观清晰清楚明了以及操作复杂、维修便当并无须对原有烟简中止变革等优点,其脱硫率也远远高于其它同类型的配备,的确起到了示范感染,为我国酸雨污染的治理供应了有效技能。 
然则,我国今朝还没有掌握烟气脱硫配备的设计和制造技能,治理伎俩也比较掉队,排放标准恳求低,燃煤锅炉的二氧化硫排放基本处于失落控形状。至今,我国99%以上的电厂没有脱硫装置。表4中所列从国外引进的前辈除硫配备,无论何种脱硫工艺,其状况效益是清楚的,对我国积累配备设计、运转和管理阅历也是无效的。但价格既昂贵,国力难以承受,又无中国知识产权,而且,总的来说,在运转中在经济上是红利的。 

1.2脱氮技能 

1980年代以来,世界上许多国家盘绕NOx排放控制成果采取了一系列国家举措和国际性协作方案。 

早在1979年,有33个国家签署了却合国经济委员会关于欧洲长程越界空气污染合同。1988年11月根据该合同制定了一项议定书,恳求到1994年将N0x排放冻结在1987年(或更早年份)的水平上。一切签字国均被恳求采用最佳实用技能控制新增固定源和运动源排放的NOx。欧洲在1988年经由了“欧共体关于大型熄灭配备污染物排放限制规律”,恳求欧共体1987年7月以前安装的大于50MW的全部熄灭配备,其NOx排放总量到1993年要在1980年基础上增加10%,到1998年要增加30%。个中德国、比利时、法国、荷兰和卢森堡等国到1993年增加20%,1998年增加40%。 

除上述国际合同外,许多国家还根据各自特征采取了呼应的国家举措。如奥地利、比利时、丹麦、德国、意大利、日本、荷兰、瑞典、瑞士、英国和美国等均制定了现有锅炉和新增锅炉的NOx排放标准及国家控制方案。在NOx控制技能方面,上述国家均己运用商业化的低NOx熄灭技能,个中奥地利、日本和德国等己运用商业化的烟气脱氮技能,而美国、丹麦、荷兰、瑞典等国烟气脱氮则处于示范工程阶段。 

NOx排放控制技能大致可分为二类:改进熄灭技能添加NOx的发作和烟气中去除NOx。 

在SOx/NOx的联合脱除技能中,一类是脱硫技能和脱氮技能(主要是SCR技能)的组合,如SNRB工艺和S NOx工艺。SNRB的事理是在省煤器后喷入钙基吸着剂脱除SO2,在布袋除尘器的滤袋中悬浮有SCR催化剂并在气体进布袋除尘器前喷入NH3以去除NOx。该技能己在美国R.E.Burger电厂中止了5MW规模的示范,脱氮率达90%,脱硫率大于80%,据估计用于250MW机组时的投资约为260美元/kW;SNOx技能的事理是以SCF去除NOx,SO2催化氧化为三氧化硫(SO3)在降膜冷凝中凝集水合为硫酸,该技能已在美国中止了35MW规模的示范,脱氮率94%,脱硫率95%,配备投资为250美元/kW。另一类SOx/NOx联合脱除技能是使用吸附剂同时脱除硫氧化物(SOx)和NOx,如氧化铜工艺。1970年代,壳牌公司(Shell)开拓了固定床反应器零碎,并在日本一燃油锅炉出息行了试验;1980年,该工艺又在美国中止了0.5MW的小试;今朝,美国匹斯堡动力技能两头正开拓流化床反应器零碎,小试己抵达脱氮、脱硫率90%旁边,估计投资费约为133美元/kW。第三类是NOx SO技能,它是类似的干法可再生工艺,其吸附剂为钠浸渍型Al2O3,S02和NOx在120℃的流化床中与吸附剂反应生成复杂的S-N化合物,反应产物在620℃下加热释放NOx,又用甲烷和蒸汽处理使释放出SO2和H2S而得以再生。该工艺小试己在Toronto电厂中止(5MW),脱氮率可达70%-90%,脱硫率达90%,115MW的工程示范将在美国动力部的洁净煤计划的第三阶段中中止。第四类是炉内和烟道喷吸着剂技能,它也可同时脱除SOx和NOx。Natec本钱公司开拓的烟道喷NaHCO3工艺己在五个燃煤锅炉安装了示范装置,结果标明,当用电除尘器(ESP)除尘时, 脱硫率可达90%, 脱氮率为25%。 

对烟气脱硫配备中止变革以知足控制NOx恳求的联合脱除工艺也是比来几年来开拓的抢手。美国Dravo石灰公司于1991年在迈阿密的Fort电站中止了1.5MW规模的小试,在湿式脱硫系统中参与金属鳌合剂脱氮率可达60%,添加脱氮后的投资需添加48-65美元/kW,脱除lt NOx的费用为646-830美元。贝纳特尔公司则中止了在湿式系统中参与磷的氧化物的小试。美国阿贡国家实验室在20MW燃高硫煤锅炉出息行了喷雾单调法联合脱硫脱氮的示范试验,经由在石灰水溶液中参与肯定量的NaOH,脱氮率可达50%。 

兴隆国家在脱氮方相貌上次要采取在大型燃煤锅炉上安装低氮熄灭器,使氮氧化物排放降低40%旁边。环保标准严峻的日本和德国还恳求在大型燃煤锅炉装设烟气脱氮装置。 

我国在烟气脱氮方面比来几年取得新的进展,如“全部分级低NOX熄灭技能”于2000年1月经由断定。在配备方面,今朝在新建300MW及以上锅炉已装有低氮熄灭器;但大批300MW以下锅炉氮氧化物(NOX)仍无法控制,而且熄灭控制疗养水平低,使氮氧化物生成量添加[9]。今朝我国仅有NOx的状况质量标准,尚无固定源熄灭NOx排放标准。有关固定源熄灭NOx排放技能研究仅局限于普通低NOx熄灭技能和熄灭固硫技能中附带增加NOx的结果研究等。 

然则,跟着我国度当结构由集约型向集约型的改动和动力消费结构的优化调解,动力消耗排放NOx不时添加的趋势有所缓解,1996年抵达排放峰值。自1997年末尾,NOx排放量逐渐回落,1997年和1998年全国NOx排放总量区分下降到11.66Mt和11.18Mt,区分比1996年峰值添加了0.34Mt和0.82Mt,1998年甚至比1995年降低了0.12Mt[10]。 

1.3除尘技能 

尘埃细粒子对人体呼吸系统、大气能见度和城市景不雅观等都邑发作极端不良的影响。 

跟着各类除尘器的应用和对土壤扬尘、路途扬尘的控制,较易被去除的大粒子的排放水平有很大的降低,但由于细粒子的去除比较艰辛,细粒子的排放水平没有分明下降,它在大气气溶胶中的比例反而有所上升。因此,许多兴隆国家早已把大气气溶胶的状况标准由总悬浮颗粒物(TSP<100µm)改动为对人体安康损伤更大的PM10(又称为可吸入颗粒物或IP<10µm),并对PM10的污染现状、来源、状况影响、安康影响和控制对策等成果中止了一系列深化的查询访问研究。特别是美国经由多年的研究,留心到控制大气气溶胶的污染,不能只控制总悬浮微粒物(TSP)的排放,更应重点控制PM10,甚至PM2.5(颗粒粒径<2.5µm)的排放,为此,美国联邦环保局(EPA)于1997年6月新发布的大气状况质量标准中添加了PM2.5的标准。而大批的研究标明对人体安康和大气状况影响最大的恰恰是粒径<2.5µm的粒子。近几年,在大气气溶胶的研究中,人们逐渐重视细粒子,并对PM2.5、PM1和凝集核(<0.1µm)中止系统的研究。 

我国已末尾重视细粒子的污染和控制成果,1982年终次发布的大气状况质量标准中只将飘尘(相当于PM10)作为参考标准,而1996年发布的新修订的《状况空气质量标准(GB 3095-1996)》已将飘尘改称为可吸入颗粒物(IP),并列为正式标准,同时添加了大气气溶胶中苯并[a]芘的浓度标准。这也标明中国正在由单一的TSP控制转向TSP和细粒子合营控制。但对细粒子的发作、感染机理的研究及控制技能的开拓都还不足[11]。 

在传统除尘技能方面,中国已经研究并开拓了多种实用有效的技能,我国有90%的火电站装了除尘器,平均除尘效能达90%,个中静电除尘(除尘效能达96%)仅占总数的12%。新建大型电站靠高烟囱(210米以上)疏散,疏散结果虽不差,可减轻附近城市的空气污染,但不能处置地区的污染成果。由于受资金缺少的制约,我国大型燃煤锅炉仅配备3―4个电场的电除尘器,加之国产除尘配备运转不动摇,控制功用差,理论排放浓度经常高于现有标准[7]。 
比较之下, 欧洲、美国、日本的大型电站燃煤锅炉都配备5个甚至更多电场的高效静电除尘器或多室的布袋除尘器,除尘效能高于99.9%,理论排放浓度都低于标准恳求,通俗为50mg/Nm3。 

我国今朝的总体平均除尘效能在95%旁边,只相当于兴隆国家20世纪70年代的水平。 

今朝国外烟气净化技能比较成熟前辈,我国必须与国外协作,进修自创国外前辈技能阅历。另一方面,迫在眉睫是展开我国自己的烟气净化技能及家当,逐步完成烟气净化技能和配备的国产化。 

1.4灵敏车污染控制技能和光化学污染研究[8] 

灵敏车排放的大批NOx和VOCs(挥发性无机有毒物)是生成03和组成光化学污染的最主要前体物,而NOx经由一系列的光化学反应还能生成硝酸盐气溶胶。北美、欧洲和日本等兴隆国家的阅历标明,NOx污染的控制比较艰辛,在这些国家中NOx的达标率经常低于其它大气污染物。中国以往以SO2和大气气溶胶污染作为大气污染防治研究义务的重点,对N0x和VOCs的研究很少。今朝在中国一些大城市和沿海经济比较兴隆的城市中NOx的污染水平则有相当大的提高,如北京市1998年城郊区域不雅观测点年平均N0x的浓度抵达0.15mg/立方米,逾越二级标准2倍。同时,灵敏车还可以排放出一氧化碳和细粒子,进而影响大气状况质量和人体安康。 

经由多年的研究和开拓,国外提出了以控制汽油车气态污染物为主的三元催化技能和以控制柴油车细粒子排放为主的净化技能,个中前者已经比较成熟,然后者则存在着一些技能成果,开拓碰着了肯定艰辛。固然如斯,兴隆国家在灵敏车尾气排放控制方面已经做出了很大的效果,其灵敏车排放系数经常只需中国的10%或更低。今朝,国外正在中止极低排放,甚至零排放的灵敏车尾气净化技能的开拓,灵敏车尾气净化技能的展开迅猛。 

世界各国为控制城市光化学烟雾污染作出了艰苦的努力,对光化学烟雾的特色、组成机制、前体物的排放源清单、光化学污染控制计谋睁开了深化细致的研究,取得了很大进展。然则,固然许多兴隆国家空气质量有清楚的改进,但大气中03浓度仍居高不下,成为世界各国合营面临的大气状况成果。美国于1980年代中后期睁开了为期10年的南方氧化剂研究计划,旨在进一步弄清大气光化学氧化剂的组成机制及光化学自由基的反应,研究区域性光化学氧化剂污染的控制技能和对策。今朝,该项目的研究仍在延续和中止。 

我国在20世纪70年代末首次在兰州西固石油化工区发现光化学烟雾污染。近十年来,跟着经济的展开和灵敏车保有量的快速添加,北京、上海、广州和深圳等城市频繁不雅观测到NOx污染相当严重的光化学烟雾现象。虽然我国于20世纪80年代在与NOx具有关联性的光化学污染方面中止了一些研究,但之后基本上没有再中止大规模的查询访问和研究,特别是比来在灵敏车及其排放不时添加和汽油质量发生发火次要变卦的污染形式下,尚未对其构成的光化学污染及其特色中止深化研究。 

为处置汽车尾气污染成果,我国已占领了催化净化器家当化关键技能和柴油机颗粒物排放净化技能。比来,我国研制成功一种新的自动补气尾气净化装置[12],它几乎能净化尾气中的全部一氧化碳和碳氢化合物,对NOx也有降低感染。

来源:上海予康环境技术有限公司

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