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湿法脱硫二次颗粒物污染的机理与治理

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在采访整理中,记者想起了佛家大德星云大师的一段话:舍与得就如同天与地,阴与阳,水与火一样是对立统一的矛盾概念,相生相克、相辅相成”。

【财新网】(专栏作家 陶光远)湿法脱硫是中国燃煤烟气主要的脱硫方法,中国绝大多数的燃煤电厂、工业燃煤锅炉、采暖热水锅炉、烧结机、玻璃窑都使用这种方法脱硫,每年脱除的二氧化硫高达数千万吨,大大减少了大气中的二氧化硫浓度,因而减少了酸雨和在大气中碱性物质与二氧化硫合成的硫酸盐颗粒物。

但是,近年来,各地逐渐发现,大气中硫酸盐颗粒物在PM2.5中所占的比例显著升高,经常成为非采暖季大气中PM2.5的主要成分,很可能就是采暖季大气污染的罪魁祸首。

从逻辑上讲,燃煤烟气大规模脱硫,能使大气中二氧化硫的浓度降低,在大气中合成的硫酸盐应该也会大大降低。可是,大气中这么多的硫酸盐是哪里来的?莫非有什么设备把硫酸盐排到了大气中?

我们在一个燃煤烟气污染治理可行性研究的调查工作中发现,湿法脱硫工艺产生了大量极细的硫酸盐,排放到大气中。同一时期,很多专业人士也发现了这个问题。某省的一位专业环保官员告诉我,这种湿法脱硫工艺产生的烟气颗粒物,还有一个俗称,叫“钙烟”。

湿法脱硫工艺为何会产生极细的硫酸盐?我下面试图用科普方式来解释。

脱硫离心机:湿法脱硫二次颗粒物污染的机理与治理
湿法脱硫二次颗粒物污染的机理与治理

燃煤烟气中的主要大气污染物是颗粒物、二氧化硫和氮氧化物。当然还有一些次要颗粒物,如汞等重金属。一些特殊的燃煤或固体燃料的燃烧过程如烧结机和垃圾焚烧,还会产生其他污染物,如氟化氢、氯化氢、二恶英等,篇幅所限本文暂不涉及。

大部分燃煤烟气污染物减排的主要任务就是除尘(去除颗粒物)、脱硫(去除二氧化硫)和脱硝(去除氮氧化物)。

一般来说,在烟气污染物减排过程中,脱硝是第一道工艺,除了低温脱硝工艺外,一般的脱硝工艺采用锅炉内(900~1100℃)的高温脱硝方法——非选择性催化还原法(SNCR),或者锅炉外(300~400℃)的中温选择性催化还原法(SCR)。这两种方法都需要加氨水或尿素水作为还原剂。氨逃逸就在此时发生,氨逃逸量与氨喷射和控制技术有关,同时也与要求氮氧化物脱除的排放上限成反比。在技术相同的情况下,要求排放的氮氧化物越少,氨的使用量就越多,逃逸量也就越多。氨逃逸会在湿法脱硫环节惹出麻烦。

脱硝后,开始烟气的换热降温,以回收烟气中的热量。一般先通过省煤器,将锅炉的进水加热,而后再经过空气预热器,将准备进入锅炉燃烧煤炭的空气加热,经过这两道节能换热过程后,烟气的温度下降到100℃左右,开始进入第二道工序,除尘,即去除颗粒物,一般采用静电除尘或袋式除尘工艺。如果设计合理,设备质量合格,一般情况下,静电除尘器可以将烟气中的颗粒物浓度降至5毫克/立方米以下,袋式除尘器甚至可以将烟气中的颗粒物浓度降至1毫克/立方米以下。今天,除尘技术已经非常成熟。

烟气经过除尘后,开始第三道减排工艺,脱硫。湿法脱硫是现在中国普遍采用的脱硫方法。大部分湿法脱硫工艺是使用脱硫塔,把大量的水与石灰石(主要成分为碳酸钙)粉或生石灰粉(生石灰粉的主要成分是氧化钙,与水反应生成后的主要成分是氢氧化钙)混合,形成石灰石或熟石灰碱性乳液,从脱硫塔的上部喷洒,这些液滴向脱硫塔下滴落;在风机的作用下,含有大量二氧化硫的酸性烟气则从下向上流动,碱性乳液中的石灰石或熟石灰及其他少量的碱性元素(如镁、铝、铁和氨等)与二氧化硫的酸性烟气相遇,就生成了石膏(硫酸钙)及其他硫酸盐。由于石膏在水中的溶解率很低,因此,收集落到塔底的乳液,将其中的石膏分离出来,剩下的就是含有大量可溶性硫酸盐的污水,这些硫酸盐包括:硫酸镁、硫酸铁、硫酸铝和和硫酸铵等,需要去除这些硫酸盐后,污水才能排放或重新作为脱硫制备碱性乳液的水使用。

中间插一段儿:恰恰这些含有硫酸盐污水的处理现在存在很大问题。因为这些污水的处理耗资巨大,很多燃煤企业或未经处理排放到河流中,或不经处理重新作为制备脱硫碱性乳液的水使用;前者严重污染了水体,后者则将这些可溶盐排放到了空中(原因在下面解释)。

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