【中國環保在線 廢氣處理】李克強總理強調，要集中科（kē）學家攻克霧霾（mái）形（xíng）成機理難題。本文通過對比法和（hé）簡單實驗得出結論，我（wǒ）國大範圍頻繁出現的霧霾（mái）汙（wū）染的元（yuán）凶就是人為排放的水分過多。同時，本文也提出了治理對策：排煙除濕脫白，並且建議各行業（yè）環保大氣控製標準增加排煙溫濕度控（kòng）製指標要求。
霧霾（mái）元凶是（shì）水分排（pái）放過多？專家建議新增（zēng）治氣指標
我國大氣（qì）霧霾的元凶到底是什麽？治理對策是什麽？以電力行業（yè）濕法脫硫為首的工（gōng）業（yè）排煙濕度大和排（pái）煙水份中的溶解性顆粒物就是元（yuán）凶，對策是排煙除濕脫白，這不僅能快速抑製霧霾，還能大幅減少煤炭（tàn）清（qīng）潔燃燒的投資和成本，節水（shuǐ）、節能，分享如下供指教（jiāo）和參考。
追尋元凶：簡單對比法
回想十多年前，我國（guó）酸雨、工業煙（yān）粉塵排放量都大但卻少有霧霾，十多年來從電力行業開始普及應（yīng）用鍋爐（lú）煙氣除塵、脫硫（liú）、脫硝，近年來又推行超低排放，主要指標如顆粒物、二氧化硫、氮氧化物（wù）排放量都大幅度降（jiàng）低，霧霾卻（què）多了，為什（shí）麽？我（wǒ）們用簡單對比，結果見表（biǎo）1，對比看出（chū），僅火電行業2014年排放煙氣中的水量就比2005年（nián）增加了超過15億噸（dūn），排煙水分中的溶解性顆粒物排放量2000萬噸以上，這還不包括循環水冷卻塔排放的水分。估算的方法是（shì），每燃燒1噸煤排放10000m3煙氣，沒有（yǒu）脫（tuō）硫時排煙所含水分50g/m3，脫硫濕煙氣所含飽和水分0.112kg/m3(@50°C)，水中溶解性顆粒物1000mg/L。順序還有燃煤熱電、天然氣鍋爐、鋼（gāng）鐵、焦炭、電解鋁（lǚ）、水泥、平板玻璃、汽車尾（wěi）氣、餐飲等，估算全國每（měi）年人為排放濕煙氣所含水分超過60億噸，這應（yīng）該就是我國大氣霧霾的元凶。
表（biǎo）1電（diàn）力行業主要汙染物排放量(萬噸)
有些人一直（zhí）強調，霧是霧、霾是霾（mái），那就擱置霾的來源，做為常識，首先霧就是水，能看見的白霧就是小（xiǎo）水（shuǐ）滴。煙氣中水蒸汽屬於氣體，是除（chú）霧器、哪（nǎ）怕十級（jí）除霧器，包括濕式靜電除塵（chén）器都除不去（qù）的，並且是在燃（rán）燒過程中和脫硫漿液噴淋期間（jiān）產生的，而不是除霧器清洗過程產生的。煙氣中飽和水蒸汽密度0.804kg/m3小（xiǎo）於（yú）空氣，排出煙囪與低（dī）溫環境空氣混合降溫後變為長長的白霧，霧滴顆粒為PM2.5級，很細（xì）很多，但密度與水相同、為1000kg/m3，是空氣密度的近800倍，懸浮累計在幾百米到（dào）幾千米（mǐ）的大氣層中形成大霧，這從（cóng）飛（fēi）機（jī）上都看得（dé）到。遇天氣升溫水霧蒸發為水蒸汽（qì），水（shuǐ）中的溶解性顆粒物析出就是霾，遇冷冷凝會變成雨、雪，或遇風可被風吹走。一再強調霧霾與天氣條件有關、屬於氣象災害（hài）純都是推托，人不能（néng）勝天（tiān），但可以改變我們自己。多項研究表明，我（wǒ）國大氣霧霾的PM2.5來源中來自二次生成，而二次生成的細顆粒與（yǔ）水分密切相（xiàng）關，也就是說霧就（jiù）是人為（wéi）排放水分（fèn）多直接導致（zhì）的，而霾則主要是間接產生的。把煙氣中產生的（de）水分用國土麵積去分攤是低級錯誤，我國霧霾的產生與能源消（xiāo）耗密度密切相關，是極（jí）不均勻的。
追尋元凶：簡單試驗
為了驗證煙氣中（zhōng）水分對霧霾形成（chéng）的影響，進行了簡（jiǎn）單試驗，方法是向房間加濕器內分別加入純淨水、礦泉水和自來水，監測室內空氣汙染情況，試（shì）驗結（jié）果如下：
l加純淨水，室內PM2.5濃（nóng）度為20微克/立3
l加（jiā）礦泉水，室內PM2.5濃度為30微克/立3
l加自（zì）來水，室內PM2.5濃（nóng）度為340微克/立（lì）3
參考空氣質量指數標準：PM2.5濃度為0-50微（wēi）克/立3空（kōng）氣質量為一級，51-100微克/立3空氣質量為二（èr）級，大於300微（wēi）克/立3為重度汙染。
深入分（fèn）析純淨水、礦（kuàng）泉水與（yǔ）自來水的區別，水中的可溶性顆粒物含量TDS差別大。溶解性顆粒物的特點是可溶解於水中，在排（pái）放煙氣檢測時呈水分狀態，檢測不（bú）出顆粒物，離開煙囪後水分蒸發，可溶性固體就會再以固體顆（kē）粒出現，並（bìng）且均為超細顆粒（lì）。純淨水的TDS為0-5mg/L，礦泉水為5-50mg/L，合格自來水TDS為50-120mg/L，不合格（gé）的自（zì）來水TDS為可達（dá）300mg/L；相比（bǐ）之下，各種工業淨水(直流冷卻水、循環冷卻水補充水、洗滌用水、鍋爐補充水、工藝和產品用水)的TDS控製標準（zhǔn）為小於1000mg/L，而濕法脫硫（liú）循環液不僅TDS高達30000mg/L以上，還含有20%的懸浮（fú）固體顆粒。這個（gè）試驗容易重複做，結果都相似。張家口有人在加濕器加入自來水後發現，房間內都除都（dōu）有一薄層白色粉末。還（hái）有開啟加濕器後發現孩子咳嗽加重。這些（xiē）結果應該能解釋（shì）為什麽我國十多年來大氣（qì）治理各項考核指（zhǐ）標都大幅降低的情況下，為什麽霧霾卻（què）越來越嚴重，因為真正導致產生霧霾的根源性（xìng）因素在現有的（de）電力行業超低排放和鋼鐵、天然氣、煤焦化、包括（kuò）餐（cān）飲在內的各行業大氣汙染控製標準中，都沒有控製要求。有（yǒu）些人總喜歡拿一些發達國家的做法說事，就算發達國家都不強製控製煙氣濕度對我國治理霧霾參考借鑒價值（zhí）也不大，因為他們的煤耗（hào）總量小得多、分（fèn）散。中國的（de）霧霾必須、隻能用我們自（zì）己的（de）方法解決。
治理對策：排煙除濕脫白
上述研究結果表明（míng），霧霾源自於（yú）水，也可以用水抑製。治理我國霧霾（mái）政府正在推行的燃煤超低排放（fàng）、煤改氣、煤改電、散煤治理、汽車尾（wěi）氣、秸稈禁燒、建築揚塵控製等等都是十分必要，問（wèn）題是（shì）要不要控製排放水分？為了驗證煙氣除（chú）濕脫白對（duì）於（yú）抑製霧霾、超低排放和餘（yú）熱深度回收的（de）作用，中（zhōng）國節能協會、清華大學建築節能中心（xīn）牽頭，在熱力（lì）鍋爐上進行了工業示範項目的建設，項目（mù）在兩台130噸+1台220噸鍋（guō）爐的濕法脫硫（liú）和循環水冷卻塔上進行，在兩台130噸鍋爐共用的濕法脫硫塔後、煙囪之間增加1套立式直接噴淋換（huàn）熱深度淨化係（xì）統，在1台220噸鍋爐（lú）脫硫塔後、煙囪之間增加1台臥式直接噴淋換熱（rè）深度淨化係（xì）統，除濕脫白、深度淨化後的煙氣通過共用的煙囪排放。示範項目的主（zhǔ）要數據和結果如下：
l處理（lǐ）煙氣量：120萬（wàn）m3/h
l實測入口煙氣溫（wēn）度：——50℃
l實測出口煙氣溫度：——40℃
l計（jì）算入口煙氣濕度（dù）：114g/Nm3
l計算（suàn）出口煙氣濕度：63g/Nm3
l計（jì）算除濕量和冷凝水回收量：45%
l實測循環水溫：供水≤30℃、排水——40℃
l實測出口粉（fěn）塵濃度：≤10mg/Nm3
l實測出口SO2濃度：17mg/Nm3
l實測出口NOx濃度：55mg/Nm3
運行結果表明，通過煙氣直接噴淋冷凝除濕（shī）和深（shēn）度淨化，首先低成本實現了電力行（háng）業現行的煙氣超（chāo）低排放（fàng）指標，同時通過回收（shōu）煙氣餘熱和冷凝水，企業增加（jiā）供熱（rè）能力15%，提高鍋爐燃煤綜合效率7%，一個采暖季淨增效益760萬元，投資回（huí）收期不到四年。企業還對（duì）循環水冷卻的餘熱進行了（le）回收利用，均采用特殊設計的（de）高溫（wēn）熱泵回收循環水的餘熱，外（wài）供80-120℃熱水用於供熱，煙氣（qì）的低溫餘熱則通（tōng）過直接噴淋換熱轉移到循環水中。在我國能源結構主要是煤炭，電（diàn）力、熱力等行業燃煤鍋爐大量采用濕法脫硫（liú）短時期內難以改變的情況下，該示範項目首先證明（míng）超低排放可以實現低成（chéng）本、甚至有效益，更主要的（de）是，通過直接噴淋冷凝除濕脫白也為煤炭清潔燃燒、抑製霧霾提供了（le）可行技術，是更符合國情的大氣和能源發展道路。
機遇：低成本超低排放、節水、節能
水在自然界有三種狀態：固態冰、雪，液態水、霧，氣態水蒸汽。水吸（xī）熱（rè）後會蒸發相變為水蒸汽進入（rù）大氣，水蒸汽（qì）含量（liàng）達到飽和後的大（dà）氣遇冷降溫就會再相變為霧、雨、雪、冰雹等。在地球表麵積、太陽（yáng）輻（fú）射變化不大的情況下，自然界水變蒸汽、蒸汽冷凝成水有其自身的規律和平衡，我國濕月（yuè）份室外（wài）平均大氣濕度（dù）為12g/kg(折算15g/Nm3)，西北（běi）部大氣濕度（dù）低屬於幹燥區域，東南部屬於高（gāo）濕區域。工業、民生等人為排放煙氣濕度過大就破壞的（de）自然界本來的平衡和規律。對我國主要各行業煙氣除濕量的估算如下（xià）：
4.1火電：火電行業（yè）燃煤鍋爐濕法脫硫和循環水冷卻塔排水：每燃（rán）燒1噸煤（méi）濕煙氣帶走（zǒu）水（shuǐ）份（fèn）1噸（dūn），主要（yào）包括煤中原始含水、脫硫補充水，火電循環（huán）水冷卻塔向（xiàng）大氣排放更多的水分，僅火（huǒ）電行業每年向大氣排放的濕煙氣夾帶（dài）水份和循（xún）環水冷（lěng）卻塔散失的水（shuǐ）份就超（chāo）過二十億噸，與燃煤量相接近。以60萬千瓦煤電機組（zǔ）為例，采用濕（shī）法（fǎ）脫硫工（gōng）藝每小時（shí）排放水份90t/h，循環水冷卻塔煤小時排放水分（fèn）700t/h。
4.2鋼鐵行業：鋼鐵行業燒結脫硫排煙、高（gāo）爐水衝渣、連鑄二冷蒸汽、轉（zhuǎn）爐燜渣、轉爐除塵、濕熄焦、循環水冷（lěng）卻（què）塔等排煙蒸（zhēng）發散失的水分為1.5t/t，按照年產鋼10億噸估算，鋼鐵行業每年向大氣排放水（shuǐ）分15億噸。
4.3天燃氣燃燒：每燃燒1單位體積的天燃氣，會產生2個體積的水蒸汽，按照2014年我（wǒ）國天燃氣消耗量1800億立方米，則產生3600億立方（fāng）米水蒸汽（qì），折合近3億噸水分。
4.4煤焦化：按照我國焦炭實際產量4.5億噸、噸焦放散水分0.5t/t，煤焦化行業每年排放水分2.25億噸，其中在鋼鐵行業（yè），另一半主要在獨立焦化廠的濕熄焦係統。
還有（yǒu）有色（sè）、化工、建材、玻璃、餐飲油煙等，估算我國放散煙氣每年人為排放到大氣的水分超過60億噸，主要集中在京津冀、長三角、珠三角，也就是霧霾嚴重的（de）區域，分布極不均（jun1）勻，重（chóng）點是（shì）燃煤鍋爐、鋼鐵、天然氣和煤焦化。煙氣除濕的主要意義至少有如下幾點：
l抑製霧霾，低（dī）成本實現超低排（pái）放、環保達標，還可以除酸、除VOC、除重金屬、二噁英等水溶性汙染（rǎn）成（chéng）分，將煙氣（qì）中汙染成分一網打盡（jìn）
l節水：按照80%的回收率，年節水預計40億噸，回收的冷凝水接近蒸餾水，隻需簡單處理（lǐ）就（jiù）能回用，年回收量可以超過（guò）海水淡化總量，成為一個新的非常規水源，但比海水淡化、南水北掉更經濟
l回收低溫餘熱：鍋爐效率提高10%
l該係統（tǒng）還（hái）可以考慮處（chù）理利用廢水……
煙氣除濕脫白的可行技術途徑
煙氣除濕有混風除濕、升溫除（chú）濕、冷凍除濕、吸（xī）附除（chú）濕（shī）、溶液除濕和混合除濕等幾類（lèi）方法。現（xiàn）在的濕煙氣排出煙囪一定距離後白霧消除（chú）就屬於混風除濕（shī），——50°C飽和濕煙氣與低溫的環境（jìng）空氣混合後，煙氣的相對濕度降低到接近大氣水平，但實際上排放煙氣的總含（hán）濕量沒有減少。我國引進濕法脫硫工藝中，采用升（shēng）溫除濕技術，比如GGH、MGGH，通過濕煙氣與脫硫塔進口高溫煙氣間接換熱升溫，降低煙氣的相對濕度除濕脫白，同樣也沒有（yǒu）減（jiǎn）少排水的總水分，並且增加能耗（hào）。由於升（shēng）溫除（chú）濕（shī）存在（zài）沒有減少水分排放量、投（tóu）資、運行成本高、維修量大等許多問題，其推廣應用（yòng）一直存在爭論（lùn），在超低排（pái）放的技術規範中僅被列為可選擇項目，有的廠家用，大部（bù）分企業不用、甚至拆除，這是導致我國（guó）霧霾一個嚴重錯誤，也算有一定理由。國外也有企業采用天然氣燃燒後的高溫煙氣與濕煙氣混風、升溫（wēn）除濕，消耗額（é）外能量，也不值得推（tuī）廣。國內也有人研究溶液除濕，有開發（fā）前途，但還沒有達到在煙氣濕法脫硫係統（tǒng）工業應用的水平（píng）。
目（mù）前一實現工業應用值得推廣的就是前述示範（fàn）項目所（suǒ）采用的直接噴（pēn）淋換（huàn）熱冷凍（dòng）除濕，將（jiāng）放散濕煙氣逐步冷卻到大氣平均溫濕度好，比如降低到25°C、相對濕度70%，可以解（jiě）決排煙除濕，回收冷凝水接近80%，再熱後則煙囪無需防腐。
問題討論
1)超低排（pái）放：由（yóu）於我國煤炭消耗量巨大，火電、熱力等行業必須實施超低排放，鋼鐵、天然氣、焦（jiāo）化等行業也應該實施以潔淨空氣指標為參照的超低（dī）近零排放。但超低排放的（de）工藝流程、設備選擇還（hái）有減少投（tóu）資降低成本（běn）為目的的簡化、優化的必要，主要問題：一是沒有（yǒu）控製（zhì）煙氣的溫度濕度，指標設計上存（cún）在缺失，二是將濕式（shì）靜電除塵器做為主要技術措施，濕電在精除塵、除白霧方（fāng）麵確（què）有良好效（xiào）果，問題是濕（shī）電不能去除水蒸汽狀（zhuàng）態的水分，而（ér）且由於工藝定位不當，濕（shī）電入口煙氣粉塵濃度、溫度、濕度（dù）值（zhí）設（shè）計不（bú）合理，導致造價高、設備尺寸大，是否能長期穩定運行也有疑問。
2)煙氣脫（tuō）硝：以電力行業為代表的煙氣脫硝大量采（cǎi）用SCR、SNCR噴氨脫硝（xiāo），首先由於氨的生產（chǎn）過程是高耗能高汙染的行業，噴氨脫硫純屬汙染（rǎn）物轉（zhuǎn）移，得不償失。更主要的是，噴氨脫（tuō）硝存在的氨（ān）逃逸也是形（xíng）成霧霾的重要因素。
3)除塵技術：目前除塵技術選擇上過於選擇幹式電除塵、電袋、布袋，這些類型的除塵器（qì）出口顆粒物（wù）濃度降低到20mg/m3、甚至5mg/m3都是可能的，問題是否合理、是（shì）否經濟。研（yán）究（jiū）表明，如前所述，經過濕法脫（tuō）硫排放煙氣中水分中（zhōng）夾帶出去的溶解性顆粒物遠超過100mg/m3，因此通（tōng）過脫硫塔改進，通過噴淋冷凝洗滌（dí）達到5mg/m3才更有意義，投資、運行費用也都更低，前麵原有的電（diàn）除塵器可以利用，但沒有必要進行超低改造。
4)煤改氣：從長遠看，我國進行能源結（jié）構調整、多用清潔能源是完全正確和十分必要的，但（dàn）需（xū）要一定的條件，比如用天然氣、電的價（jià）格降低到與用煤接近的水平（píng），需要（yào）通過（guò）市（shì）場手段而不是行政手段（duàn）。我國（guó）現在焦化廠行業存在產能過剩，許多廠都付產天然氣（qì），在煤製（zhì）天（tiān）然氣技術發展（zhǎn）到一定程度國內供應量充足、價格有優勢時，用戶（hù）自（zì）然會選（xuǎn）擇多用天然氣。用天然氣也必須充分進行（háng）脫硝和除（chú）濕，才是真正的清潔能源。
4)直接噴淋除濕：采（cǎi）用直（zhí）接噴淋冷凝（níng）除濕脫白和深度淨化設備簡單、投資少，但（dàn）通過熱泵實現循環水的冷卻和餘（yú）熱回收投資較多，回收餘（yú）熱需要投入（rù）的（de）蒸汽、天然氣、電等能耗高。在采暖季餘（yú）熱能得（dé）到利（lì）用，而（ér）在不需要采暖的地方和（hé）季節，大量的冷卻（què）所需冷量和（hé）低（dī）溫餘（yú）熱（rè）用途是需要考慮的問題。研究采用直接噴淋與（yǔ）間接換熱相結合的混合冷凝工藝可以減少（shǎo）熱泵的容（róng）量和能耗，應該更經濟。按照必要性和經濟性順序考慮，首先除濕脫白是除霧霾的需要，還能節水（shuǐ）、低（dī）成本實現超低（dī）排放，足夠的投入是必須的。為了降低投資（zī）、運行成本，可以（yǐ）按（àn）照回收和不回（huí）收利用（yòng）餘熱，順便選擇以下免費、廉價冷源和（hé）低溫（wēn）餘熱的用途：
l自然（rán）冷源：海（hǎi）、江、河、湖、地熱、冷空氣（qì）
l人工遊泳池、河、湖、景觀
l自來水、生活排汙水
l本係統（tǒng）或企業工藝利用
l生活熱水
l冬季采暖
l夏季空調供冷
l低溫餘熱發電
結論與建（jiàn）議
1、我國大範圍頻繁出現的霧霾汙染的元凶就是人為排放的水分過多。
2、為了抑製霧霾，我（wǒ）國火電等各行業的環（huán）保大氣控製標準必須增加排煙溫（wēn）濕度控製（zhì）指標要求，終目標（biāo）為25ºC以下、相對（duì）濕度（dù）70%以下。直接噴淋冷凝除濕脫白和（hé）深度淨（jìng）化（huà）是適（shì）合國情的超低近零排放（fàng）技（jì）術路線。
3、實施煙氣除濕為主要技術手段的超低排放後，相關（guān）行業（yè）的技（jì）術設備發展需要進行必要的調整，比如除塵、防腐、開式循環（huán）冷卻塔、SCR/SNCR脫硝等應該淘汰、或限製采用。(劉晨)
注：本文有刪減
原標題：我國大氣（qì）霧霾的（de）元（yuán）凶、對策與機遇探討
