[科普中國]-空氣污染控制技術

背景

空氣污染對人體健康的危害巨大，污染物主要通過呼吸道侵入人體，引起支氣管炎、咽喉炎、哮喘、感冒、肺氣腫等疾病。當污染狀況嚴重時，甚至會威脅到人類的生命。此外，污染物中的二氧化硫、氯化物等還會腐蝕金屬、橡膠制品和建筑物等。隨著科技進步的加快，空氣污染控制技術正在飛速發(fā)展。2

中國空氣污染控制技術控制燃煤污染物的排放嚴格控制燃煤污染物排放是防治大氣污染的重點，巨大的能源消費量和以煤為主的能源消費結構是我國長期以來空氣污染的主要成因。

1、燃煤電廠污染物排放控制成效顯著

燃煤電廠排放是大氣污染的首要污染源。我國從20世紀70年代開始研究SO2控制技術，80年代中期研發(fā)力度加大，1991年在重慶珞璜電廠2臺36萬千瓦機組上安裝了石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置?！笆濉币院竺摿驒C組容量快速增長，石灰石-石膏脫硫技術被普遍認同。該工藝采用石灰或石灰石的漿液在洗滌塔內(nèi)吸收煙氣中的SO2，脫硫效率可達95%以上。其主要缺點是易結垢堵塞、設備部件磨損較嚴重，尤其副產(chǎn)物石膏難處理，易形成二次污染。此外，值得關注的是海水脫硫技術，可利用海水的自然堿度直接中和吸收煙氣中的SO2，適用于海邊電廠的脫硫，過程簡單，吸收SO2后的海水經(jīng)鼓入空氣處理后排海。與石灰石-石膏法煙氣脫硫相比，海水脫硫技術投資和運行費用低、經(jīng)濟優(yōu)勢顯著，但是對燃煤品質(zhì)要求高，也存在設備腐蝕和脫硫海水重金屬含量升高等問題。目前全國有12個燃煤電廠共47套海水脫硫工程投運或在建，總裝機容量約為20GW。在煙氣脫硝方面，低氮燃燒技術在20世紀90年代開始得到應用。低氮燃燒技術設備投資較低，可基本滿足GB13223-2003的排放要求，但單靠該技術無法滿足日益嚴格的排放標準，需要與其他NOx控制技術聯(lián)合使用。選擇性催化還原(SCR)工藝具有脫除效率高、系統(tǒng)簡單、運行可靠、維護方便、無副產(chǎn)物等優(yōu)點。因此，隨著2012年新《火電廠大氣污染物排放標準》的實施以及脫硝電價政策的出臺，SCR脫硝技術正在得到快速發(fā)展與應用。目前，國內(nèi)的脫硝機組70%采用了SCR技術，大都采用NH3作為還原劑，但NH3是一種化學危險品，儲運安全與環(huán)境風險較高。個別電廠嘗試選用尿素作為脫硝還原劑，但運行成本高。另外，運行中的SCR脫硝裝置，也發(fā)現(xiàn)存在催化劑積灰、下游空預器結垢等問題。

從20世紀80年代中期開始，我國陸續(xù)引進FGE、Lurgi等公司的除塵器技術。通過消化吸收和創(chuàng)新，國產(chǎn)電除塵技術發(fā)展迅速。袋式除塵技術和設備已實現(xiàn)專業(yè)化和標淮化，研制的鍋爐煙氣凈化專用特種濾料，也已在工程中成功應用。隨著環(huán)保要求的提高，布袋除塵器及電-袋復合除塵器相繼在燃煤電站得到應用。電-袋復合除塵器是一種有機集成靜電除塵和過濾除塵兩種除塵機理的除塵裝置。前部分的收塵室為電除塵方式，后部分為袋除塵方式，可以保證最大的除塵效率，特別是在控制大氣細顆粒物的污染排放方面有其獨特的優(yōu)點。

2、燃煤工業(yè)鍋爐和爐窯污染物排放控制有待加強

燃煤工業(yè)鍋爐是中國第二大煤煙型污染源，具有如下特點：首先，燃煤消耗量大，而且多為高灰分高硫煤，污染物排放量巨大；其次，煙筒低矮，煙氣低空排放；第三，布局分散，排放的煙氣溫度高、壓力低、組成復雜，含有酸性氣體，腐蝕性強。近年來，我國燃煤工業(yè)鍋爐粉塵控制較為有效，SO2污染治理剛剛起步，NOx控制則少之又少。因此，現(xiàn)階段應高度關注燃煤工業(yè)鍋爐的污染排放，其難度遠大于控制燃煤發(fā)電廠鍋爐污染。

3、燃煤煙氣污染物控制急需創(chuàng)新技術支撐

經(jīng)過多年發(fā)展，煙氣脫硫技術已相對成熟，脫硫設備、材料的國產(chǎn)化率達到95%以上，脫硫設施及運行成本大幅度降低。今后其發(fā)展重點將集中在：開展新型煙氣脫硫機理、技術和工藝研究，擴大煙氣脫硫技術工業(yè)應用研究；開展脫硫副產(chǎn)物綜合利用研究，擴展應用領域。目前我國很多脫硫副產(chǎn)物尚無出路，不得不拋棄，從而增加了脫硫成本，導致二次污染。

面對我國NOx排放不降反升的迫切局面，煙氣脫硝將步入快速發(fā)展階段，但在脫硝技術與裝置方面仍有許多問題亟待解決。首先，催化劑是SCR脫硝系統(tǒng)中最關鍵的環(huán)節(jié)，約占脫硝工程總造價的40%左右，催化劑的自主創(chuàng)新研制、運行再生與失效處置技術有待突破；其次，NH3作為一種化學危險品，存在潛在的環(huán)境與安全風險，相比之下，CH4儲量豐富且分布廣泛，容易獲取，故用CH4選擇還原NOx的工藝具有更加廣闊的實用前景和經(jīng)濟價值；第三，目前世界各國都在大力開發(fā)新型低溫脫硝催化劑和低溫脫硝技術，Shell公司研發(fā)的商業(yè)化低溫NH3-SCR脫硝技術，工作溫度120℃—300℃，但應用條件十分苛刻（粉塵