水蒸气和水溶性离子排放对雾霾暴发的影响分析

4.7雾霾的扩散

吸湿后的颗粒物导致大气中水分不足，雾滴无法达到湿沉降的临界直径，在无明显降水的情况下，湿态水溶性离子颗粒物难以发生自沉降[47]。排放中的污染物生成湿态水溶性离子颗粒物的量相对有限，在雾霾已经形成的情况下，减少生产活动，能够控制雾霾发展，对快速消除雾霾作用有限。

当有明显外部风力作用、且没有明显的输入细颗粒物的情况下，雾霾易发的气象条件通常能够迅速得到改善[13,51-52]，雾霾可快速扩散。较大风力作用下，部分湿态水溶性离子颗粒物能够输送至其他区域，而新补充来的清洁空气稀释本地颗粒物，降低大气含湿量和相对湿度，湿态水溶性离子颗粒物中的液态水快速蒸发，形成干态水溶性离子颗粒物。雾霾扩散后，水溶性离子以干态颗粒物形式存在大气中，很容易在更大的地理范围内流动，隐形于大气中。

4.82013年雾霾大暴发的可能原因

周勇[53]认为，2013年雾霾大暴发的唯一可能就是湿法脱硫造成的。其中一个重要因素是取消GGH。

4.8.1本文推断冬季时烟羽范围内生成大量的水溶性离子颗粒物是2013年雾霾暴发的直接原因

GGH能够提高烟气抬升高度、减少水蒸气量、结垢减少细颗粒物排放等作用，和减少雾霾间有关联性[33,54-55]，但不至于对雾霾暴发有决定性的影响[2]。本文推断认为，湿法脱硫取消GGH后，雾霾暴发的直接原因是饱和湿烟气形成的烟羽内生成了较高浓度的水溶性离子颗粒物，环境温度越低影响越显著，该种影响仍在延续中。

2012年时燃煤电厂二氧化硫排放标准是新建燃煤锅炉小于100毫克/立方米，现有燃煤锅炉小于200毫克/立方米。二氧化硫排放浓度按照100毫克/立方米分析，在雾霾易发气象条件时，设若极端情况下烟羽内二氧化硫全部转化为硫酸液滴，对应的硫酸液滴排放浓度为 153毫克/立方米。脱硫装置出口处的三氧化硫浓度按照30毫克/立方米计算2]，形成的硫酸液滴浓度为37毫克。两项合计硫酸液滴排放浓度为190毫克/立方米。该数值已经远远高于30毫克/立方米的可过滤颗粒物排放标准。硫酸液滴在大气中形成铵盐的情况下，细颗粒物量更多，190毫克的硫酸液滴可以形成256毫克的硫酸铵。

2017 年底，全国累计 7 亿千瓦火电机组实现超低排放，当年 4.66 万亿千瓦时的火电发电量排放了 120万吨二氧化硫，二氧化硫的平均排放浓度为 74毫克/立方米。2012年时还没有对燃煤电厂提出超低排放的要求，二氧化硫平均排放浓度更高。

非电行业的大气污染物排放标准通常比火电厂的要求低，采用钠法、镁法、氨法脱硫工艺比较多，雾滴中携带的水溶性离子浓度高[16,56]。如果除雾器性能不好，或运行维护不好， 水溶性离子颗粒物排放量可能会是灾难性的[54]。较高浓度的二氧化硫在干烟气情况下排放，对环境的影响主要是酸雨和空气质量指数AQI，对雾霾的影响相对较小；而雾霾易发气象条件下，湿法脱硫后的湿烟气在烟囱、烟羽中产生大量冷凝液滴，允许排放较高浓度的二氧化硫会大量转化为硫酸液滴，对于雾霾生成的影响可能比不脱硫还大。

4.2.2对石灰石湿法脱硫后GGH作用的再认识

如果有GGH，烟气在烟囱内处于不饱和状态；即使在冬季情况下，烟羽也不会很浓厚，形成的冷凝液滴量很少，烟羽中水溶性离子颗粒物的生成量会少很多。这个有可能是GGH未被揭示的核心作用。低温季节若没有类似GGH的烟气加热装置，烟羽范围内产生的水溶性离子颗粒物排放浓度可能会远高于可凝结颗粒物的排放浓度，更远高于可过滤颗粒物的排放浓度。如果不能排除烟羽、湿烟囱内污染物的二次转化过程对雾霾的影响，通过GGH烟气加热方式实现烟气消白可能就不只是美容，更可能是有效治病[57]。

5、雾霾的治理

5.1总结雾霾暴发的原因

对雾霾成因的认识是一个渐进过程，而湿法脱硫对雾霾生成的影响至今没有一个能被广泛接受的解释。何平[58]指出湿法脱硫取消GGH和雾霾发生间存在联系；孙中强[59]、江得厚[19]等认识到水溶性离子对雾霾有着直接影响；郦建国[60]等认为非常规污染物的控制需要新的突破，需要控制三氧化硫等可凝结颗粒物、湿烟气液态水中的溶解性盐颗粒物等。只有找到雾霾暴发的机理，治理雾霾才能对症下药。

本文认为，雾霾暴发的根源，是区域性地向环境排放了过量的水溶性离子颗粒物[61]和水蒸气，超过了环境的承载能力，而以饱和湿烟气排放的湿法脱硫工艺是水溶性离子颗粒物的重要来源。

大气污染物得到了有效减排，每年秋冬季节雾霾依然频繁发生，说明减排的污染物不是主要致霾物[59]。同时，必须承认湿法脱硫对二氧化硫减排的重要作用，若没有湿法脱硫的大面积推广应用，大量化石能源产生的二氧化硫排放对大气污染、酸雨的影响将不堪设想， 大气中高浓度的二氧化硫形成硫酸液滴对雾霾生成也会有显著影响[62]。

5.2雾霾的治理

治理无机盐引发的雾霾，在减少常规污染物的基础上，重点要减少水溶性离子的生成和排放，控制水蒸气排放量。

图10给出了治理途径。

5.2.1减少常规污染物的排放量

节能增效、创新发展，大力发展可再生能源，是有效减少污染物排放的有效手段。对常规大气污染物减排，应将有限的财力物力，重点用于有较大治理潜力的行业[19,59]，尤其是水溶性离子排放浓度高的行业。

5.2.2减少水溶性离子的排放

控制烟气中水溶性离子的排放。高效除雾器、湿式电除尘器、冷凝除湿[63,64]对饱和湿烟气中的可凝结颗粒物、雾滴有较好的脱除作用[30]。对脱硫副产物溶解度比较高的湿法脱硫工艺，须严格控制雾滴浓度[16,56]。

控制常规污染物生成水溶性离子排放。控制烟气在烟道、烟羽范围内不饱和、低含湿量[19,26]，包括除湿脱白、烟气加热等手段。

5.2.3控制水蒸气的排放量

减少随烟气排放的水蒸气量。通过换热器降低脱硫装置入口烟气温度、冷凝法降低出口烟气温度、污染物干法脱除技术，降低随烟气的水蒸气排放量。

减少冷却塔水蒸气排放量效果更明显。采用背压技术供热、空冷火力发电机组不需要喷淋冷却塔。采用汽轮机低压缸切除或光轴技术，用中压缸排汽供热方式，可不投入冷却水循环。

5.3主要结论

（1）水蒸气排放量快速增长，在雾霾易发的气象条件下，在特定区域、特定时间段内，水蒸气排放对推高大气相对湿度作用明显。

（2）湿法脱硫饱和湿烟气排放时，烟气和环境间的温度差产生冷凝液滴，产生烟羽， 冷凝液滴质量和表面积对二氧化硫等转化为湿态水溶性离子颗粒物的程度有显著影响。

（3）冷却塔的风吹损失中，随液滴排放的水溶性离子颗粒物量不容忽视。

（4）在雾霾易发气象条件下，水蒸气排放推高相对湿度，大气中的干态水溶性离子颗粒物吸湿长大；二氧化硫等常规污染物和湿态水溶性离子颗粒物间发生二次复合，湿态水溶性离子颗粒物积累增长；排放中的大气污染物高比例转化为湿态水溶性离子颗粒物，大气中湿态水溶性离子颗粒物在较低的大气边界层内富集，细颗粒物质量浓度快速增长，雾霾暴发。

（5）GGH的核心作用是保持排放中的烟气处于水蒸气不饱和状态，二氧化硫和可过滤颗粒物无法生成水溶性离子颗粒物。

（6）治理雾霾，重点要控制水溶性离子颗粒物的生成和排放，控制水蒸气的排放。

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