专家谏言2022冬奥防霾:解决好人为排放水汽尤为关键
编者按:2021年开年以来,华北地区持续雾霾,并触发黄色预警。两会召开期间,各省代表委员在雾霾笼罩当中完成了参政仪式,“两会蓝”的缺席,也引发了社会各界对明年同期举办的北京冬奥会空气质量保障的担忧。针对社会关切,中国绿发会国际环境基金拟于3月29日在线召开“大气污染精准治理第四次研讨会”,从技术与政策角度的为保障“冬奥蓝”贡献力量,欢迎社会各界的广泛参与。
以此为切入点,该文作者长期关注水汽导致的雾霾问题,并深度剖析了雾霾成因及非常规污染物的来源及控制方法,就北京2022年冬奥无霾保障的重点领域、行业、环节等方面提出了可行性的建议及规划。特此刊发,供大家探讨。
按/Cherry 审/Tammy 编/Sakura
冬奥保障防霾建议措施
一、北京的雾霾是哪来的?
如图1所示,雾霾首先是源自煤、天然气、燃油、垃圾、生物质等燃料燃烧产生的烟气产生的,烟气中含有颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等几十种污染物。北京与全国不同,大气治理力度大,煤改气完成了,散煤控制了,重点污染企业搬走了,也就是控制常规污染物的措施已经基本完成了,剩下的天然气热电、垃圾焚烧等烟气也都达到超低排放或达标排放标准,也就是说,按照常规污染物控制的技术路线,似乎已经找不出原因,而供热、垃圾焚烧等企业又涉及民生,不能采用应急停限产措施。那么,北京的雾霾到底是哪来的?我们不得不转向去寻找非常规污染物来源。
二、人为排放水汽---北京雾霾元凶和主要控制源
非常规污染物包括有机污染物VOCs、臭氧、三氧化硫、氯化氢、二噁英,二氧化碳,还有溶解性颗粒物CPM、铵盐、水蒸汽等很多种,这些非常规污染物不可能在一年之内治理好,擒贼擒王,哪个是雾霾元凶?长期研究结果,北京空气污染指数与大气绝对湿度相关性强,重雾霾污染时大气湿度比平常高20%。大气湿度增加的主要来源是什么?是渤海湾蒸发传输来的或其它气向因素引起的?有可能但难控制。最终聚焦我们能控制的人为排放的水汽,人为排放水汽与自然界蒸发的和锅炉产生的水蒸汽不同,是锅炉燃烧、循环水冷却脏水蒸发产生的,本身就夹带着溶解性颗粒物CPM、部分逃逸的氨,还是大气中气态酸性、碱性成分生成二次颗粒物的载体,参考一些实际检测结果。这些结果都是民间检测的,方法简单,就是从烟气中取冷凝水样,对冷凝水进行检测,会有偏差,但可以肯定的是这些水汽不除,污染物一定是都进入大气。要再验证也不难,也就是人为排放到大气的水汽多了脏了,就是超低排放冷凝液的CPM也有300mg/L,工业锅炉的5800mg/L。还可以参考自来水的允许CPM为1000mg/L,实际230-700mg/L,包括天然气锅炉排烟、循环水冷却塔排放水汽冷凝水的CPM平均不会低于300mg/L,北京每天天然气锅炉、垃圾焚烧发电排放的水汽20万吨,水汽夹带的PM2.5可达60吨/天。
火电厂燃煤锅炉湿法脱硫烟气冷凝液检测结果
工业燃煤锅炉氨法脱硫烟气冷凝液成分分析
垃圾焚烧烟气冷凝液成分分析报告
江西某火电厂循环水冷却塔和烟囱排放水汽(2021年2月20日)
北京燃气热电厂锅炉水汽排放
据估算,全国每年排放水汽约160亿吨,其中50%来自火电循环水冷却塔和湿法脱硫排放烟气,而从全国总量看,50%源自各种开式循环水冷却塔的排放。循环水的硫酸根、氯离子允许浓度3000mg/L,外排水汽含溶解性颗粒物浓度就按火电超低排放湿烟气冷凝水300mg/L计算,全国水汽夹带的PM2.5颗粒物总量就可达4800万吨,是常规污染物排放总量的24倍,可以说仅此一个漏洞,就抵消了目前大气污染控制的全部治理效果。循环水冷却塔、湿法脱硫、天然气燃烧为主的人为排水水汽是目前大气污染控制标准、规范、检测之外的漏网之鱼。通过控制人为水汽排放总量来控制大气污染是基于雾霾成因的水汽说。
从全国角度看,非常规污染物控制的重点就是人为排放水汽,有效控制了人为水汽排放,溶解性颗粒物、逃逸氨、VOCs、氯化氢、重金属、二噁英等其它非常规污染物都能不同程度得到控制。简单地识别,就是一切人为排放的白烟,主要包括:
l 火电循环水冷却:60亿吨
l 火电湿法脱硫:22亿吨,煤电合计82亿吨,预计超过全国的一半以上
l 钢铁:15亿吨
l 焦化:8亿吨
l 天然气燃烧:3.1亿吨(北京的主要来源)
l 垃圾焚烧:1亿吨
l 其它行业:热电、水泥、建材、石油化工、煤化工、化肥。。。
三、冬奥无霾保障的重点领域、行业、环节
从保障冬奥无霾的目标看,北京、张家口地区的控制重点是天然气锅炉、垃圾焚烧发电、生物质热电厂的循环水冷却塔和烟囱排放的白烟,更安全的是,以奥运场馆为原点,对周围一定距离内的循环水冷却塔、冒白烟的烟囱,通过余热回收利用,控制人为排放水蒸汽总量,建议控制在排放烟气湿度不超过3%。太原、济南等地大量的余热回收供暖的案例证明,通过水汽说控制大气雾霾污染,采用补丁式、旁路式技术改造方案,代价最小、社会干扰最小,通过余热回收和水资源回收利用,投资回收期三年左右,是没有风险、综合效果最好的冬奥无霾保障措施,总结经验后可以推向全国。两种治理理论和措施的对比见表1。
据了解,北京市发展改革委、市城市管理委已经于2018年制定了北京市中心热网余热利用的方案(2018-2021),计划对天然气锅炉排放烟气的水汽进行余热回收,用于解决城市供热能力不足、减少天然气成本,计划于2021年完成。可以在此基础上,增加冬奥空气质量保障的要求,加大力度,扩大范围到分散的天然气小锅炉、循环水余热和垃圾焚烧等其它排放水汽源的治理。时间非常紧迫,靠常规管理是不可能在一年内完成的,需要政府采用非常规措施,像控制新冠病毒疫情一样,快速决策、快速执行,在2021年底还是可以完成的。
表1我国大气治理的两个技术途径对比
作者:刘晨