环保百科全书2018版之大气治理篇

一、大气治理篇

1.从PM2.5谈起，解析大气污染成因

1.1.大气污染成因解析

大气污染的源头可分为三类：一是工业源，包括燃煤电厂以及钢铁、水泥生产等工业过程中的废气排放；二是生活源，主要是居民供暖、餐饮业等造成的污染；三是流动源，主要为机动车、非道路交通工具和机械设备的废气排放。据中国环境统计年报数据，2015年工业源对二氧化硫、氮氧化物和烟（粉）尘等大气污染物的贡献最大，占比分别为83.7%、63.8%和80.14%，是大气污染的最主要排放源。

2015年，在工业废气排放量当中，依次排名前三位的分别是热电、建材、钢铁行业。这三个行业的二氧化硫总排放量为883.2万吨，占工业企业排放总量的63%；氮氧化物排总排放量为869.0万吨，占工业企业排放总量的79.9%；烟尘总排放量为825.2万吨，占工业企业排放总量的74.5%。

1.2.PM2.5为主要污染物之一，二次颗粒物贡献最大

空气环境的主要污染物为PM2.5、O3、NO2、PM10，其中PM2.5关注度最高。

PM2.5有两种来源，一类是自然界、人类活动或污染源直接产生一次排放；另一类则是由大气当中的气态污染物反应生成，如二氧化硫、氮氧化物、VOCs等经过一系列复杂的物理化学反应形成的二次细颗粒。中科院研究表明二次颗粒物是PM2.5最大来源。以我国中东部地区为例，在PM2.5总量当中，约60%都是二次粒子生成的，而成霾时二次颗粒物所占比例往往会更高。

各个地区的PM2.5成因有其区域性特征。据北京市环保局公布的PM2.5源解析研究结果，北京地区本地污染排放贡献占三分之二，区域传输贡献约占三分之一，但是重污染日区域传输贡献超过50%。在本地污染中，机动车、扬尘、工业生产、生活面源（即做饭、取暖燃煤、生物质等居民排放）为主要来源，分别占45%、16%、12%和12%。

相比之下，上海、广州等地区域传输的贡献相对较小。上海PM2.5污染源主要以工业、交通和区域传输为主，分别占32.9%、25.8%和21.5%；工业污染中，15.4%为工业工艺过程排放、10.2%为工业锅炉和炉窑排放、7.3%为电厂排放。广州空气中的PM2.5来源中，33.09%是工业源（主要为燃煤电厂、工业锅炉等）、23.14%为机动车污染、13%为生物质燃烧、10%为扬尘污染和其他一些污染物。各地PM2.5的污染源具有多样性，需采取不同的控制措施对症下药。

2.大气治理的路径为从电力转向非电和天然气替代

2.1.政策持续引导大气污染治理开展

自2012年起，我国大气污染防治政策开始密集出台，截至2017年底，已经出台大气相关的政策、法规、标准等达280多项，引导大气治理工作的有序开展。

2013年9月，国务院发布《大气污染防治行动方案》（“大气十条”），提出五年内使全国空气质量整体改善。2015年修订《大气污染防治法》将VOCs纳入监测范围；2016年新《环境空气质量标准》对臭氧和细颗粒物两种污染物新设置了标准，并加严了其他几项部分污染物的限制要求；2017年《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》提出将VOCs排放总量下降10%以上；2018年3月，国务院印发《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，明确大气治理的区域和目标，并研究将VOCs纳入环境保护税征收范围。

2.2.大气治理路径简析

我国大气治理正沿着从电力行业到非电行业和天然气替代的路径逐步推进。

燃煤电厂大气治理成效显著，2016年，全国已投运烟气脱硫机组容量约8.48亿千瓦，占全国火电机组的80.5%，占全国煤电机组容量的90.0%。已投运火电厂烟气脱硝机组容量约8.64亿千瓦，占全国火电机组容量的82%，占全国煤电机组容量的91.7%。而目前正大力推广的超低排放则可实现SO2、NOx和粉尘排放浓度低于35、50和10mg/m3，接近燃气电厂排放标准。据生态环境部数据，截至2017年底，全国的燃煤机组已有71%完成了超低排放改造，已经接近尾声。

非电行业超低排放改造空间较大。非电行业已经具备初步的治理措施，但是排放标准和治理水平要远低于电力行业。非电行业的工业锅炉还具有点多面广、容量偏小、燃烧方式落后等特点，增加了治理的难度。非电行业改造推进缓慢的原因主要有两方面：一是受制于缺乏经济可行的技术方案，二是受制于这些行业盈利能力较差。随着供给侧改革的推进，非电行业的盈利能力逐步改善，为非电行业的大气污染物治理提供了有效的经济基础，未来提标改造将逐步推进。

天然气替代是当前大气治理的重中之重。据国网能源研究院数据，我国1.6亿户农村居民家庭中，燃煤采暖用户约为6600万户，每年散煤使用量约2亿吨。散煤燃烧产生的烟气毫无治理措施，其单位排放系数远远高于电厂锅炉，北方地区清洁供暖可对大气治理起到重要的作用。纵观欧美发达国家的大气治理历史，天然气替代也是最为重要的措施之一，因此，天然气替代是大气污染治理领域除了非电行业提标改造外的另一重点。

3.电力行业大气污染治理已近尾声

3.1.燃煤电站烟气治理技术简析

工业源废气污染主要来自于化石燃料的燃烧，关键污染物包括二氧化硫、氮氧化物、粉尘等。不同工业源废气的治理方式根据其污染物种类而存在着一定的差异。以最为典型的燃煤电厂为例，其烟气治理步骤包括脱硝、除尘、脱硫三个环节。

脱硝的方法主要有SCR和SNCR脱硝工艺。SCR即选择性催化还原法，是指在200-450℃时，加入液氨、氨水或者尿素为还原剂，在催化剂的作用下，使得烟气中的氮氧化物发生还原反应，转化为氮气和水，从而减少NOx的排放量。该方法脱硝率一般为80%-90%，净化效率高，技术成熟度高，因而是当前应用最多、技术最成熟的烟气脱硝技术。但是，SCR的催化剂成本高，且使用完后属于危废，将产生后续的处理成本。SNCR即选择性非催化还原法，是指在850-1100℃时，将尿素等氨基还原剂喷入炉膛，在没有催化剂的作用下，氮氧化物与还原剂直接反应生成氮气和水。该方法脱硝效率相对较低，约为25%-50%，但由于不需要使用催化剂，所以使用方法简单，成本低廉，适用于循环流化床锅炉。

除尘技术主要分为袋式除尘和电除尘。袋式除尘是利用纤维编织物制成的布袋以过滤的方式去除烟气当中的固体颗粒物，含尘气体进入布袋除尘器后，颗粒和比重大的粉尘因重力作用落入出灰口，细小粉尘则通过滤料被拦截达到净化效果。该方法下除尘效果好，但是随着粉尘在布袋表面的积聚，烟风道的阻力增加，将导致能耗变高且除尘效率降低。电除尘是利用静电场使得含尘气体经过电场时被分离，尘粒与电子结合带负电，从而被吸附到正极进行收集过滤。电除尘运行稳定且维护成本低，广泛应用于电力行业。

脱硫的技术方法主要分为干法和湿法。湿法脱硫技术为气液反应，即以吸收剂水溶液的形式洗涤烟气，技术成熟、运行可靠，是当前电力行业主流的脱硫方法。石灰石-石膏法是主要的湿法脱硫技术，利用石灰浆液与二氧化硫发生反应生成亚硫酸钙，最终以石膏的形式进行回收。湿法脱硫中液体与烟尘接触面积大，反应速度快，脱硫效率高；但是，该方法能耗高、系统复杂，投资和运行费用也比较高，且石膏会产生粉尘腐蚀钢结构，所以在钢铁、冶金等行业使用较少。干法脱硫技术是直接将石灰石等脱硫剂喷入炉内，高温下形成多孔的氧化钙颗粒，从而与二氧化硫反应。干法的投资和运行成本低，操作简单，能耗低，但脱硫效率相对低。