山西省主要工业行业有色烟羽污染特征及治理建议

山西省主要工业行业有色烟羽污染特征及治理建议
摘要：对山西省主要工业行业废气污染源湿法脱硫后排放的有色烟羽污染特征
进行了分析，结合国内目前采取的治理措施和实测数据，提出了山西省现阶段有
色烟羽治理工作的建议。

关鍵词：有色烟羽；可凝结颗粒物；溶解盐
1 引言
山西省现有产业结构以煤炭、钢铁、电力、焦化等传统重工业为主。

近年来，随着城市化、工业化快速发展，省内多个重点区域雾霾天气频发，特别是在秋冬季高湿、高稳等不利
气象条件下，PM2.5排放极易形成雾霾天气。

Yang 等[1]对我国主要城市PM2.5源解析研究结
果显示，SO42-，NO3-和NH4+是其主要组成成分，可占PM2.5质量的40%以上。

由于我国工
业废气治理普遍采用湿法脱硫方式，其排放所形成的“有色烟羽”所含大量水汽及裹挟的SO3
气溶胶、硫酸盐等物质，其对雾霾的生成和转化贡献影响日益成为专家学者、社会舆论关注、讨论的重点。

“有色烟羽”治理的概念在2017年燃煤电厂、钢铁行业等涉及湿法脱硫的领域被多次提出，并迅速在国内部分省市以政策、排放标准等形式予以规定，其治理方向既有针对其中污染物
削减治理，也有针对视觉污染的治理。

但普遍存在治理目的模糊、概念不清，企业对治理存
在疑问和抵触，治理设备市场百花齐放，部分措施无益改善环境，甚至造成资源浪费。

因此，研究湿法脱硫后有色烟羽中的污染物成分和相应治理对策，对于指导有色烟羽治
理工作开展，进一步控制雾霾、促进环境空气质量改善具有重要意义。

2 有色烟羽污染特征
山西省燃煤电厂目前已全面执行超低排放标准，其湿法脱硫后排放的湿烟气中除常规污
染物烟尘、二氧化硫、氮氧化物外，还有可凝结颗粒物、液态水及其溶解盐、气态水以及其
他微量污染物等。

朱法华等在对我国燃煤电厂有色烟羽研究中指出，满足超低排放的燃煤电
厂排放的“有色烟羽”呈白色或蓝色，其中白色烟羽是由烟气中的水汽冷凝形成的，火电厂排
放烟气中的水汽以气态为主，占99. 95%以上，气态水中不含盐，只有液态水溶液中才含有“溶解盐”，由于液态水占比小于0.05%，超低排放条件下烟气中排放的溶解盐介于0. 15～2
mg/m3，一般不超过1 mg /m3。

蓝色烟羽是由烟气中的可凝结颗粒物SO3气溶胶形成的，当
烟气中的硫酸气溶胶体积浓度约在36 mg/m3时就可能出现蓝色烟羽[2]。

燃煤电厂湿烟气排放的SO3在湿法脱硫中因浆液喷淋急剧降温冷凝形成SO3/H2SO4气溶胶，属超细颗粒物（＜0.05μm），其比表面积大，易吸附多种有害物质；同时由于脱硝过程
中大量NH3喷入烟气，易与硫氧化物在空气中反应生成硫酸氨盐，这也是大气PM2.5的重要组分。

相关研究表明，大气颗粒物中的硫酸铵盐吸湿增长能力强，当大气相对湿度升高到95%时，其粒径、质量浓度可增加数倍，是重度雾霾天气爆发的成因之一[3]。

此外，脱硫后烟气
带出的雾滴中含有脱硫反应生成的硫酸盐、亚硫酸盐、氯盐等溶解盐，在大气环境作用下可
能形成大量细微凝结核而加剧PM2.5排放。

上述物质在我国现行颗粒物排放管控体系下均存在监管缺失，有色烟羽治理重点应考虑
对上述常规污染物外的可凝结颗粒物和溶解盐进行控制。

3 有色烟羽治理对策现状
近年来，国内市场上有色烟羽治理技术发展迅速，其技术方法主要为：烟气加热、烟气
冷凝、烟气冷凝-再热升温技术。

（1）烟气加热技术
烟气加热技术是对脱硫后排入烟囱前的湿饱和烟气进行加热，将湿烟气的温度升高，保
持湿烟气的绝对含湿量不变，相对含湿量减小，使得烟气相对湿度小于升温后的饱和湿度，
从而达到消除烟羽的技术要求。

单纯的烟气加热技术在一定条件下够使饱和湿烟气从视觉感
官上“脱白”，并有利于污染物抬升扩散，降低局地污染物浓度。

但对烟气中的溶解盐、可凝
结颗粒物并无实际削减作用，且存在增加能耗的问题。

（2）烟气冷凝技术
烟气冷凝技术是在脱硫塔湿烟气排放前对饱和湿烟气进行冷却，将湿烟气的温度降低，
在降温过程中烟气的绝对含湿量下降。

该技术可减少外排烟气带水，并减少烟气中溶解盐类
和可凝结颗粒物的排放，同时具体一定的视觉“脱白”作用。

冷凝技术具有减排的优点，可减
少湿法脱硫烟气后的饱和湿烟气中的绝对含湿量，一定程度减少进入环境的雾滴（含溶解盐等）量和可凝结颗粒物的排放。

通过进一步采取措施强化冷凝过程中的水汽相变凝聚、热泳
凝并、碰撞洗涤作用，可促进微细颗粒物聚合长大成液滴，同时配套高效除雾、湿式电除尘
等雾滴捕集设施后，可实现对常规污染物、可凝结颗粒物、溶解盐类等的进一步去除[4]。

但
单纯的烟气冷凝技术存在降温幅度受环境限制、冷源能耗较高等问题，同时若后端不对烟气
进行加热升温处理，还将降低原排放烟气热力抬升高度，对局地污染物扩散带来不利影响。

在国内电厂烟气冷凝节水的研究中同样发现通过相变凝聚等回收电厂烟气外排水的同时，还可以协同脱除烟气中各类污染物。

天津市生态环境局在对不同排放水平的燃煤锅炉排放烟
气采用冷凝降温收集烟气冷凝水的成分分析表明，不同排放水平下的对应的烟气治理措施直
接决定了排放烟气冷凝水中硫酸盐的高低，其冷凝液水质成分分析见表1。

表1 不同治理措施下燃煤锅炉排放烟气冷凝液的水质成分分析
可见，对湿法脱硫后的烟气适当采取烟气冷凝脱水的方法，可减少烟气中的硫酸盐等污染物
排放。

但治理水平的高低显然对外排烟气中硫酸盐类物质排放量的影响程度更大。

（3）烟气冷凝-再热升温技术
冷凝再热技术综合了加热技术和冷凝技术的特点，受环境温度、相对湿度等外界条件影
响制约小，适用范围广，成本相对较低，在保证一定的污染物减排效果下，兼顾“有色”烟羽
感官污染消除并保证污染物热力抬升扩散效果，也是目前市场主流的有色烟羽治理方法。

因此，对于有条件的企业，在采取冷凝降温除湿基础上，尽量利用工业余热提高排烟温度，促
进污染物抬升扩散。

4 减排效果分析
2017年，山西全省火电厂装机规模6366万KW（63660MW），按3400m3/MWh烟气量，全年运行5500h，可凝结颗粒物排放浓度（以SO3计）按6mg/m3，冷凝法捕集去除效率按50%，全年可捕集SO3约3571.3吨。

可见，对目前排放标准远低于燃煤电厂的钢铁、焦化等
行业主要固定大气排放源有色烟羽实施治理后，可凝结颗粒物的（SO3）的直接减排量将十分可观。

5 结论及建议
（1）有色烟羽治理重点不应放到有色烟羽“表征”治理上，而是重点针对其中所含可凝结颗粒物、溶解盐等污染物的治理。

（2）对于已经达到超低排放的火电行业而言，其现有超低排放治理设施对烟气中可凝结颗粒物、溶解盐已有较好的协同治理效果。

但对于排污量大、治理起步较晚的如钢铁、焦化、水泥等重污染行业，建议优先对其排放的常规污染物进行超低排放的深度治理，充分利用常规污染治理设施的协同效果减少有色烟羽中污染物排放，现阶段不宜单独增加冷凝加热等末端治理设施。

（3）当前阶段，应重点关注对SO3等可凝结颗粒物排放的协同治理。

建议环境主管部门明确可凝结颗粒物的统一检测方法，在相关排放标准中增加SO3作为其表征性控制指标，并对现有市场上有色烟羽治理措施进行统一、科学的对比验证，推广高效、节能的有色烟羽治理措施。

参考文献：
[1]Yang F M，Tan J H，Zhao Q，et al. Characteristics of PM2.5 speciation in representative megacities andacross China. Atmospheric Chemistry and Physics，2011，11：5207-5219.
[2]朱法华，孙尊强，申智勇.超低排放燃煤电厂有色烟羽成因及治理技术的经济与环境效益研究[J].中国电力，2019，52（08）：1-7+25.
[3]叶兴南，陈建民.灰霾与颗粒物吸湿增长[J].自然杂志，2013，35（05）：337-341.
[4]刘志坦，惠润堂，杨爱勇，舒喜.燃煤电厂湿烟羽成因及对策研究[J].环境与发展，2017，29（10）：43-46.。