燃煤鍋爐凈煙氣中可凝結(jié)顆粒物的排放尚未進(jìn)行有效監(jiān)測和治理,而可凝結(jié)顆粒物是環(huán)境空氣中PM2.5和氣溶膠物質(zhì)的重要前體物,可凝結(jié)顆粒物排放濃度在總顆粒物濃度中的占比較高,在固定源排氣常規(guī)污染物達(dá)到超低排放的情況下,進(jìn)一步深度治理的邊際效應(yīng)顯著降低,治霾當(dāng)務(wù)之急是控制凈煙氣中可凝結(jié)顆粒物的排放濃度。控制可凝結(jié)顆粒物排放濃度需要制定合理的控制標(biāo)準(zhǔn),對濕煙氣的控制標(biāo)準(zhǔn)須更嚴(yán)格。可凝結(jié)顆粒物治理宜在合理的標(biāo)準(zhǔn)指引下,采取有針對性的措施,避免盲目治理。

0 引言

近幾年來，固定源排氣中的常規(guī)污染物排放濃度控制成效顯著，尤以燃煤電廠超低排放為代表。排放至大氣的凈煙氣中會有大量體積極小的氣態(tài)有機(jī)或無機(jī)物在空氣中稀釋、降溫?cái)?shù)秒后凝結(jié)成液態(tài)或固態(tài)，并通過凝聚、碰撞與合并生成可凝結(jié)顆粒物CPM( Condensable Particulate Matter) 。燃煤鍋爐凈煙氣中CPM的排放尚未進(jìn)行有效監(jiān)控，已經(jīng)采取的污染物治理措施基本上不是直接針對CPM。CPM是環(huán)境空氣中PM2.5和氣溶膠物質(zhì)的重要前體物，PM2.5在大氣環(huán)境中穩(wěn)定存在時間長，輸送距離遠(yuǎn)，影響范圍廣，不易通過干沉降去除。未對CPM 進(jìn)行有效治理的情況下，CPM排放濃度在總顆粒物濃度TPM( Total Particulate Matter ) 中的占比較高，在固定源排氣常規(guī)污染物達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)的情況下，進(jìn)一步深度治理常規(guī)污染物的邊際效應(yīng)顯著降低，而治理CPM的邊際效應(yīng)比較高，治霾當(dāng)務(wù)之急是有針對性地控制凈煙氣中CPM的排放濃度。控制CPM排放濃度需要制定合理的控制標(biāo)準(zhǔn)，并且要區(qū)分干濕煙氣情況。控制CPM排放濃度應(yīng)制定合理的排放標(biāo)準(zhǔn)，采取合理的治理措施，避免盲目治理。

1 燃煤鍋爐凈煙氣中可凝結(jié)顆粒物的排放濃度比較高

胡月琪等分別對燃煤電廠、供熱鍋爐、工業(yè)鍋爐等的凈煙氣中顆粒物排放濃度進(jìn)行了測試，如表1 所示，煙氣中CPM、水溶性離子的排放濃度均比較高。

從某燃煤電廠A的顆粒物排放情況看，可過濾顆粒物FPM( Filterable Particulate Matter) 排放濃度僅有1. 04mg /m3，遠(yuǎn)低于5mg /m3 的超低排放標(biāo)準(zhǔn)，但是CPM排放濃度卻達(dá)到12.94 mg /m3，是FPM排放濃度的12. 4 倍。CPM 的粒徑通常遠(yuǎn)小于FPM 的粒徑，CPM的粒數(shù)濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于FPM 的粒徑。

《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采用方法》( GB /T 16157-1996) 標(biāo)準(zhǔn)( 以下簡稱國標(biāo)法) 僅對FPM進(jìn)行測量，該燃煤電廠的顆粒物排放濃度已經(jīng)非常好。但是，從排放濃度看，該燃煤電廠的排放濃度顯然非常高。供熱廠、工業(yè)企業(yè)所用脫硫工藝的脫硫副產(chǎn)物溶解度遠(yuǎn)高于石灰石法，其排放的CPM濃度、離子總量均明顯高于燃煤電廠。供熱廠1、工業(yè)企業(yè)B采用濕法脫硫除塵一體凈化工藝，其FPM的濃度遠(yuǎn)高于燃煤電廠。供熱廠2采用了袋式除塵器+ 濕法脫硫，其FPM排放濃度明顯低于濕法脫硫除塵一體凈化工藝，但是其CPM排放濃度并不低。特別需要注意的是，某工業(yè)企業(yè)B采用鈉法+ 氨法脫硫除塵一體凈化工藝，其FPM、CPM、水溶性離子濃度均非常高，分別達(dá)到46.58、35.81、51. 24 mg/m3，對于環(huán)境的危害特別大。

胡月琪等測試的燃煤鍋爐凈煙氣的CPM排放濃度結(jié)果具有很強(qiáng)的代表性。燃煤鍋爐凈煙氣排放了如此高濃度的CPM，對于霧霾污染源的確定、污染物的治理具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義，應(yīng)引起足夠的重視。

朱法華對燃煤電廠凈煙氣中SO3排放濃度的檢測結(jié)果和胡月琪等的檢測結(jié)果具有一致性。超低排放機(jī)組煙氣中SO3濃度測試結(jié)果的平均值為8.86mg/m3，其中加裝濕式電除塵器的20臺機(jī)組平均值6.6mg/m3。實(shí)現(xiàn)超低排放之前，煙氣中SO3的排放濃度平均不超過30mg/m3。

對于污染物治理，應(yīng)當(dāng)考慮環(huán)保投入的邊際效應(yīng)。在FPM 濃度仍較高的情況下，采用超低排放改造等措施，降低顆粒物排放濃度很有必要，且環(huán)保投入的邊際效應(yīng)較高，能夠起到立竿見影的效果。在FPM 治理達(dá)到非常好的情況下，再進(jìn)一步深度治理的邊際效應(yīng)很小，減排量也很小，投入?yún)s不小; 在CPM尚未獲得有效治理的情況下，采取適當(dāng)?shù)闹卫泶胧档虲PM排放濃度能夠帶來較高的環(huán)保邊際效應(yīng)。

2 達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，再提高排放標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保邊際效應(yīng)非常低

在煙氣污染物治理方面，超低排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對于控制污染物排放總量、排放濃度起到了非常重要的作用，在較短的時間內(nèi)，對于大氣質(zhì)量改善起到了重要作用。超低排放技術(shù)在燃煤電廠成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上，在更大范圍內(nèi)也逐步得到推廣應(yīng)用。在超低排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的基礎(chǔ)上，若進(jìn)一步降低常規(guī)污染物的濃度，邊際效應(yīng)顯著下降。以脫硝為例，若原煙氣NOx濃度從500mg/m3 降低至100mg/m3，布置兩層催化劑即可實(shí)現(xiàn)( 為方便表述，不以催化劑面積，而以催化劑層數(shù)表示催化劑的使用量) ，每層催化劑的邊際效應(yīng)為200mg/m3，脫硝還原劑氨的反應(yīng)比較完全。若降低至50mg/m3，則須增加至三層催化劑，第三層催化劑的邊際效應(yīng)僅50mg/m3。同時，由于催化劑層數(shù)的增多，SO2氧化生成SO3的濃度會提高; NOx排放濃度越低，低濃度的NOx和氨氣反應(yīng)越困難，氨逃逸的問題會越突出。NOx和氨氣均是CPM 的重要來源，在目前的脫硝工藝沒有明顯改進(jìn)的情況下，深度脫硝會加劇CPM 的排放。提高脫硝效率，催化劑層數(shù)需要增加，SCR脫硝裝置之后布置的空氣預(yù)熱器、低溫省煤器出現(xiàn)堵塞的機(jī)會升高，煙氣阻力增大，帶來能耗的增加。能耗的增加是一種變相的污染物排放濃度升高。若進(jìn)行更深度的脫硝，當(dāng)出口NOx達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)的時候，運(yùn)行人員通常會選擇提高噴氨量的做法。在脫硝效率超過一定的平衡點(diǎn)后，可能會出現(xiàn)減排的氮氧化合物濃度不如增加的氨逃逸、SO3生成濃度多，會出現(xiàn)減排控制悖論。

再以噴淋塔濕法脫硫?yàn)槔魪?000mg/m3 的原煙氣SO2濃度降低至100mg/m3，建設(shè)三層噴淋層即可實(shí)現(xiàn)，每層噴淋層的邊際效應(yīng)為633mg/m3。提高脫硫效率的方法比較多，包括煙氣整流、使用托盤、使用旋匯耦合、串塔布置、使用高效噴嘴等。為方便表述，僅以增加噴淋層的層數(shù)代表提高脫硫效率的途徑。若降低至35 mg /m3，通常須增加至四層噴淋層，第四層噴淋層邊際效應(yīng)僅為65mg/m3。天津市出臺了更嚴(yán)格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)( 征求意見稿) ，要求新建機(jī)組達(dá)到10mg/m3 的標(biāo)準(zhǔn)。若再增設(shè)一層噴淋層的話，第五層噴淋層的邊際效應(yīng)僅為25mg/m3。由于噴淋層數(shù)的增多，脫硫產(chǎn)生的次生顆粒物硫酸鈣、碳酸鈣的粒數(shù)濃度可能會增加。

若進(jìn)一步降低脫硫裝置出口處的霧滴濃度，還需要增加除霧器層數(shù)，或者采用濕式電除塵等工藝手段。噴淋層增加和除霧能力提高，煙氣阻力會增大，增大引風(fēng)機(jī)電耗; 循環(huán)漿液泵的投入數(shù)量增加也會明顯增加電耗，脫硫能耗增加明顯。

超低排放技術(shù)不是直接針對CPM去治理的，其對CPM濃度降低的作用起到輔助作用，但對于特定污染物，某些技術(shù)是負(fù)邊際效應(yīng)。如，提高SCR法脫硝排放標(biāo)準(zhǔn)，會帶來氨氣、SO3排放濃度的升高。在某些情況下，若控制常規(guī)污染物濃度方法不當(dāng)，對于CPM濃度的控制貢獻(xiàn)不大，甚至是負(fù)邊際效應(yīng)。如，對高溫?zé)煔獠捎脧U氨水脫硫，可以控制SO2濃度達(dá)到很低的水平，但會造成氨氣氣溶膠等CPM的上升，若再去治理氣溶膠，一方面治理困難，另一方面，治理成本反而會更高。

在超低排放標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步提高常規(guī)污染物的排放濃度，帶來的邊際效應(yīng)顯著遞減，不但投資顯著增大，技術(shù)難度顯著提高，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、能耗也會顯著增高，能夠帶來的減排量已經(jīng)微乎其微，環(huán)境收益和投入之間的比值非常低。武安君等認(rèn)為，污染物減排不能等同于霧霾治理，霧霾治理要抓住主要矛盾。因此，在當(dāng)前階段，若非必要，常規(guī)污染物排放濃度達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，再降低排放濃度的意義不是很大。為盡快治理霧霾，除了做好常規(guī)污染物排放濃度仍較高的產(chǎn)業(yè)的治理外，有限的財(cái)力物力應(yīng)當(dāng)盡快投放到環(huán)保邊際效應(yīng)比較高的CPM治理方面。

3 可凝結(jié)顆粒物治理應(yīng)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)先行

國內(nèi)針對CPM的危害、治理等已經(jīng)有了一定研究。為控制致霾污染物，隨著認(rèn)識的深入，部分地方出臺了治理霧霾的地方環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定，但是均沒有直接針對CPM，所給出的治理方向比較發(fā)散。部分鋼鐵、電力企業(yè)進(jìn)行了煙氣脫白治理的實(shí)踐和研究，取得了一定的成效。

如表2 所示，列出了近期國內(nèi)幾個地方出臺的實(shí)施或征求意見的地方標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定的情況。其中，上海規(guī)定了硫酸霧( SO3) 的排放濃度; 杭州規(guī)定了SO3、氨氣的排放濃度，并要求對石膏雨、有色煙羽治理; 天津?qū)π陆C(jī)組規(guī)定了更嚴(yán)格的常規(guī)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，可以稱之為“超超低排放”，關(guān)于煙氣溫度濕度和再加熱的規(guī)定，實(shí)質(zhì)是對有色煙羽的治理;河北省邯鄲和唐山市、山西省臨汾市等提出了煙氣脫白要求。

歸納起來，這些規(guī)定都和CPM排放濃度的控制有相關(guān)性，含糊的脫白、白煙治理規(guī)定，顯然難以作為可有效操作執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn); SO3、NH3排放濃度規(guī)定可操作執(zhí)行，但是所控制污染物包括了CPM的重要組成部分，不能全面反映CPM的控制效果; 測試SO3不包括硫酸根量、測試NH3不包括銨根量的情況下，測試的濃度值會明顯偏低; 控制煙氣溫度和濕度，與CPM實(shí)際排放控制之間的關(guān)系不明確，且控制溫度濕度情況下，再進(jìn)行煙氣加熱，煙氣“脫白”治理成本非常高昂。

從這些地方的規(guī)定可以看出，煙氣中CPM的環(huán)境危害已經(jīng)引起了政府部門的高度重視，并且已經(jīng)付諸行動。從另外一個側(cè)面說明，對于煙氣中CPM的治理，認(rèn)識上仍然存在差異; 在治理途徑上，仍缺乏更深入的認(rèn)識。如果治理途徑不能直接有效降低致霾污染物排放濃度，可能會造成治理費(fèi)用的浪費(fèi)，治理成本的提高，治理周期的延長。因此，迫切需要從國家層面上盡快制定并實(shí)施CPM排放濃度標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)。從簡化排放標(biāo)準(zhǔn)角度看，可以考慮只控制總的顆粒物排放濃度，不區(qū)分CPM與FPM。

4 可凝結(jié)顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)區(qū)別對待干濕煙氣

1996年頒布執(zhí)行的國標(biāo)法測定顆粒物濃度，測量對象基本上是濕法脫硫經(jīng)GGH加熱后的煙氣，或者是干法、半干法脫硫的凈煙氣，煙氣中基本不含液態(tài)水。在干煙氣條件下，CPM和FPM、水溶性離子之間基本不發(fā)生相互轉(zhuǎn)換的情形。2012 年后，為滿足更嚴(yán)格的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，多數(shù)燃煤電廠原有的GGH大量被拆除、新建機(jī)組通常不采用MGGH，以濕煙囪方式排放飽和濕煙氣，煙氣中所含液態(tài)水濃度顯著高。濕煙囪條件和干煙氣條件下，煙氣中顆粒物的形態(tài)分布有著明顯的差異。

濕煙氣條件下，煙氣中的顆粒物成分之間可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。表現(xiàn)在以下幾個方面:

( 1) 煙氣中含有一定濃度的霧滴，霧滴為液態(tài)水稀釋了的脫硫漿液。脫硫塔除霧器之后測試的霧滴濃度指標(biāo)，是指剔除了含固物后的脫硫漿液量，而脫硫漿液中包含了較高濃度的水溶性離子。胡月琪等的研究可以驗(yàn)證，石灰石脫硫工藝凈煙氣霧滴中的水溶性離子濃度相對較低，而鈉法、氨法脫硫工藝由于脫硫副產(chǎn)物溶解度非常高，凈煙氣霧滴中的水溶性離子濃度比較高。

( 2) 煙氣中FPM 向水溶性離子轉(zhuǎn)變。由于煙氣中大量凝結(jié)液滴的存在，在濕煙囪、煙羽范圍內(nèi)，煙氣中的SO2和凝結(jié)液滴反應(yīng)生成亞硫酸，并進(jìn)一步被氧化生成硫酸液滴，增加液滴中的硫酸根、亞硫酸根的濃度，而SO3、HCl、HF、NH3等物質(zhì)進(jìn)入液態(tài)水中，煙囪內(nèi)的液滴具有很強(qiáng)的酸性，pH值大約在2 左右，在強(qiáng)酸性條件下，煙氣中的FPM中，脫硫次生顆粒物中溶解度低的硫酸鈣會溶解于強(qiáng)酸液中、碳酸鈣會和強(qiáng)酸間發(fā)生反應(yīng)生成水溶性離子，沒有脫除的粉煤灰顆粒物中的金屬氧化物和強(qiáng)酸反應(yīng)生成水溶性離子。

( 3) 濕煙囪條件下，SO2能夠生成硫酸液滴，一定程度上具有SO3CPM的特征，同時，由于SO2在濕煙囪內(nèi)不足以全部轉(zhuǎn)化生成硫酸液滴，一部分

SO2仍以氣態(tài)形式排放。因此，SO2兼有常規(guī)氣態(tài)污染物和CPM的特征。CEMS裝置通常安裝在水平煙道或煙囪下部，濕煙囪條件下，CEMS不能準(zhǔn)確反映煙囪出口處的SO2濃度。如何對待SO2排放濃度的檢測結(jié)果，如何判定SO2在煙囪出口處，以及煙羽范圍內(nèi)的SO2排放形式，是否需要折算、以及如何折算成CPM，是個值得探討的問題。

若用MGGH對煙氣進(jìn)行加熱，則煙囪內(nèi)煙氣重新進(jìn)入不飽和狀態(tài)，沒有液態(tài)水的存在，煙氣中的SO2無從轉(zhuǎn)化為硫酸液滴，F(xiàn)PM 也無從轉(zhuǎn)化為水溶性離子。另外，由于GGH 的加熱作用，煙氣中的霧滴在換熱元件表面發(fā)生液態(tài)水的蒸發(fā)，液滴中的水溶性離子部分在換熱元件表面凝結(jié)，減少了水溶性離子的排放濃度，部分水溶性離子轉(zhuǎn)化為FPM 排放。因此，GGH 的作用不僅是提高煙氣的抬升擴(kuò)散能力、避免煙囪內(nèi)壁腐蝕，更重要的是煙氣變?yōu)椴伙柡蜔煔猓欢ǔ潭葴p少CPM 的排放濃度。而水溶性離子濃度、CPM濃度高低，對于顆粒物粒數(shù)濃度會有影響。使用MGGH 基本消除了白色煙羽，但是，消除白色煙羽不應(yīng)當(dāng)是使用MGGH 的主要目的。相對于濕法脫硫而言，如果采用干法脫硫、半干法脫硫，基本上不存在濕煙氣產(chǎn)生的問題。

基于以上分析，干煙氣和濕煙氣的CPM排放濃度會不同。對于濕煙囪內(nèi)、以及煙羽范圍內(nèi)，CPM的轉(zhuǎn)化生成情況的研究還很少，從定性看，影響會比較明顯。當(dāng)制定CPM 排放濃度標(biāo)準(zhǔn)時，宜在測試研究的基礎(chǔ)上，對干濕煙氣情形適當(dāng)區(qū)別對待。對于濕煙氣條件，CPM排放濃度應(yīng)當(dāng)要求更嚴(yán)格。

5 采取合理措施治理可凝結(jié)顆粒物排放濃度，避免進(jìn)入治理誤區(qū)

減少CPM排放濃度，需要綜合考慮CPM的生成、煙氣常規(guī)污染物治理和CPM治理的協(xié)同、經(jīng)濟(jì)合理的CPM脫除等措施，并且要避免進(jìn)入治理誤區(qū)。周勇等對濕法脫硫致霾進(jìn)行了分析，對控制可溶鹽排放問題進(jìn)行了呼吁，并提出了一定的治理措施。

控制CPM的生成可以包括減少爐膛內(nèi)燃燒階段的污染物生成，脫硝環(huán)節(jié)減少氨逃逸、減少SO2氧化生成SO3的比例等。

CPM的協(xié)同治理是一個努力方向。在空氣預(yù)熱器與干式電除塵間設(shè)置煙氣冷卻器，將煙氣溫度從120～130℃降低到90℃左右，由于在該溫度范圍大部分SO3發(fā)生凝結(jié)，沉積在灰顆粒表面，能有效脫除SO3。提高除霧器、濕式電除塵等的除霧效果，通過深度除霧，能夠有效降低霧滴濃度，并一定程度脫除硫酸霧。對于氨法、鈉法、鎂法脫硫，尤其要注重控制霧滴濃度，降低煙氣中水溶性離子的濃度。通過深度脫硫，降低凈煙氣中的SO2濃度，可以降低SO2在濕煙氣中生成硫酸液滴的量。

針對CPM的脫除措施，目前比較有效的措施是冷凝法。冷凝法可以實(shí)現(xiàn)有效降低煙氣中的CPM，并回收煙氣中的部分水份。對于缺水區(qū)域，部分回收煙氣中的水分意義明顯。同時，冷凝法還能實(shí)現(xiàn)有色煙羽治理。冷凝法存在的主要問題是如何獲得經(jīng)濟(jì)、可行的冷源。

應(yīng)當(dāng)指出的是，采用冷凝法的目的不應(yīng)該主要是為了實(shí)現(xiàn)“脫白”，而“脫白”的目的應(yīng)當(dāng)主要圍繞降低污染物的排放濃度。“脫白的方法有多種，例如，使用MGGH可以實(shí)現(xiàn)“脫白”，但對于降低CPM排放濃度作用比較有限，也不能降低煙氣中的含水量，投資不小，能耗不低。即使在城市建成區(qū)域、環(huán)境敏感區(qū)域等對白色煙羽有特殊要求的區(qū)域內(nèi)，也應(yīng)當(dāng)盡可能采用以脫除污染物為目標(biāo)的“脫白”手段。

檢驗(yàn)CPM的排放是否達(dá)標(biāo)，其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)是CPM的排放濃度。通過控制煙氣的溫度、濕度等，不是治理目標(biāo)，只能是一個過渡期內(nèi)的、間接的控制CPM濃度的一種監(jiān)測控制手段。如果通過煙氣的深度治理，凈煙氣能夠滿足CPM的排放濃度要求，就沒有必要進(jìn)行“脫白”治理。反過來，如果采取了“脫白”措施，但是CPM排放濃度不能達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，就不能認(rèn)定為達(dá)標(biāo)排放。合理的“脫白”方法是有效治理煙氣中CPM排放濃度的一種手段，而不應(yīng)當(dāng)作為治理污染物的追求目標(biāo)，本末不可倒置。

6 結(jié)語

(1) 燃煤鍋爐凈煙氣中CPM的排放濃度比較高，治理CPM 排放的環(huán)保邊際效應(yīng)高。

(2) 達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，再提高常規(guī)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保邊際效應(yīng)非常低。

(3) CPM治理應(yīng)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)先行，目前國內(nèi)已有的地方規(guī)定非常發(fā)散，不利于CPM的有效治理。

(4) CPM排放標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)區(qū)別對待干濕煙氣，對于濕煙氣排放應(yīng)當(dāng)采取更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。

(5) 采取合理措施治理CPM排放濃度，避免進(jìn)入治理誤區(qū)。