观点｜浓度不降反升的硫酸盐颗粒物该如何解释

　　有环保专家确认，在我国，硫酸盐颗粒物已经成为当前大气中PM2.5的第一大组成部分。非采暖季，硫酸盐颗粒物占大气PM2.5的比例为2/3左右；采暖季的平均占比在1/3左右。

　　有观点认为，这些硫酸盐颗粒物主要是大气中的二氧化硫与氨气合成的。但近年来，我国大气中二氧化硫浓度大幅下降，氨气的主要来源农业尿素的用量也在下降，大气中由二氧化硫和氨气合成的硫酸盐颗粒物应该同步下降才对。那么，浓度不降反升的硫酸盐颗粒物该如何解释？

　　答案只有一个：湿法脱硫工艺。

　　二次颗粒很要命

　　在湿法脱硫的脱硫塔内，脱硫乳液中的石灰石或熟石灰，以及其他少量的碱性元素，如镁、铝、铁、氨等，与二氧化硫反应生成石膏及其他硫酸盐。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、硫酸铝等。

　　问题就出在这些硫酸盐身上。脱硫过程中，并非所有乳液都落到了塔底，因为进入脱硫塔的烟气温度很高，将大量乳液液滴蒸发，由于蒸发速度很快，一些微小液滴中的可溶性硫酸盐来不及结晶，于是析出了大量极细的硫酸盐固体颗粒，平均粒径很小，很大一部分颗粒物直径在1微米以下。这些含有硫酸钙颗粒和可溶盐的乳液蒸发量非常巨大，对应一台100万千瓦的燃煤发电机组，脱硫塔乳液蒸发量每小时高达100吨左右，因此析出的极细颗粒物数量也很大。这些颗粒物随着烟气向脱硫塔上部流动，大部分被从上部滴落的液滴吸附，但仍有可观的残留颗粒物随着烟气从塔顶排出。

　　近年来，随着深度脱硝工作的推进，又产生了一种不可忽视的颗粒物，即硫酸铵。在燃煤锅炉烟气污染物减排流程中，第一道工艺是脱硝，第二道是除尘，第三道才是脱硫，脱硝工艺中以氨水或尿素水作为还原剂，有可能发生氨逃逸。氨逃逸量与氨喷射和控制技术有关，同时与氮氧化物的排放上限成反比，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。如果在脱硝环节逃逸了10毫克/立方米的氨，在湿法脱硫环节90%的氨与二氧化硫合成硫酸铵，则可以产生约36毫克/立方米的硫酸铵。全国每年煤炭消耗近20亿吨的燃煤电厂采用脱硝加湿法脱硫工艺，硫酸铵生成量将高达72万吨/年。

　　湿法脱硫后的烟气经过烟囱排放到大气中，脱硫过程中产生的大量二次颗粒物也随之排放到了大气中。其中石膏颗粒物粒径较大，于是跌落在距烟囱不远的周围，被称为石膏雨；而那些粒径较小的可溶盐则随风飘向远方，并逐渐沉降，提高了广大地区大气中颗粒物的浓度。

　　经测算，脱硫后烟气中的硫酸盐颗粒物常常会达到几百毫克/立方米，比起脱硫前烟气中的颗粒物浓度，增加了好几倍甚至几十倍，它们全都变成了PM2.5。这就是经过最近几年大规模燃煤烟气处理后，大气中的PM2.5浓度并没有大幅度下降的原因所在。

　　老设备老办法，新设备新办法

　　去除湿法脱硫环节产生的二次颗粒物，关乎我国大气污染治理的成败，不得不重视。根据德国等发达国家的经验，一般是老设备采用老办法，新设备采用新办法，即对于已经投入运行、设计使用年限还未到的湿法脱硫设备，主要用打补丁的方式减少颗粒物排放；而对于新上马的燃煤锅炉，则直接改用（半）干法脱硫工艺。

　　给湿法脱硫打补丁的具体措施主要包括，第一，加装湿式静电除尘器，用静电吸附颗粒物和液滴。第二，利用烟气冷凝去除颗粒物，如果在烟气从脱硫塔出来后对其冷凝，会均匀地冷凝出大量水滴，及时地与邻近的颗粒物结合，以冷凝水形式从冷凝器排出，从而将颗粒物大量清除；也可以在烟气进入湿法脱硫环节之前就将其冷却，这样烟气中能够容纳的饱和蒸汽量会大大降低，脱硫塔中没有大量液滴蒸发，也就不会析出大量的硫酸盐颗粒物了。第三，烟气再加热，经过湿法脱硫的烟气温度较低，排放到大气中之后上升高度较低，大量颗粒物散落在烟囱周围，严重影响烟囱周围的大气环境，如果将烟气加温，烟气上升高度增加，颗粒物的散落范围将扩大，但是这种操作并没有减少大气中颗粒物总量。第四，通过烟气再加热装置将烟气加热到消除水雾的温度后，再通过袋式除尘器除尘。

　　前些年，我国的燃煤电厂很少采用上述任何一种工艺，近几年可能是因为发现了极细颗粒物排放问题，才陆陆续续加装第一项湿式静电除尘器。然而，问题在于，如果仅采用第一项工艺，对硫酸盐颗粒物的去除效果有限。因为颗粒物越小，其表面积与质量之比越大，颗粒物在空气里运动时的摩擦阻力就越大，运动到静电除尘器极板上的速度很慢，很大比例的极细颗粒物没有被这道工艺去除。实际上，颗粒物越小，在空气中漂浮时间就越长，对大气污染的影响也就越大。而如果再安装第二项或者第四项工艺，可以大大减少二次颗粒物的排放量，但随之带来的是设备投资的大量增加，对小一点儿的燃煤锅炉，烟气处理装置甚至超过了对锅炉系统的投资，且运行费用很高，企业根本承受不起。

　　所以在新建锅炉上，建议干脆摒弃湿法脱硫工艺，采用（半）干法烟气综合处理技术。德国目前比较成功的是APS（ActivatedPowderSpray，活性粉末喷洒）烟气处理工艺，可以综合脱硫、硝、重金属和二恶英，在脱硫过程中不产生新增的极细颗粒物，而且它没有污水需要处理，从而节约运行成本。实践经验表明，采用这种系统，颗粒物排放浓度可以达到1毫克/立方米左右，二氧化硫排放可以达到5毫克/立方米左右，大大低于当前我国的超低排放标准。由于（半）干法脱硫的优势很明显，所以目前德国新建的锅炉，尤其是在垃圾焚烧厂，基本上都是采用这种工艺。（资料来源：能源评论）

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