[科普中国]-空气污染控制技术

背景

空气污染对人体健康的危害巨大，污染物主要通过呼吸道侵入人体，引起支气管炎、咽喉炎、哮喘、感冒、肺气肿等疾病。当污染状况严重时，甚至会威胁到人类的生命。此外，污染物中的二氧化硫、氯化物等还会腐蚀金属、橡胶制品和建筑物等。随着科技进步的加快，空气污染控制技术正在飞速发展。2

中国空气污染控制技术控制燃煤污染物的排放严格控制燃煤污染物排放是防治大气污染的重点，巨大的能源消费量和以煤为主的能源消费结构是我国长期以来空气污染的主要成因。

1、燃煤电厂污染物排放控制成效显著

燃煤电厂排放是大气污染的首要污染源。我国从20世纪70年代开始研究SO2控制技术，80年代中期研发力度加大，1991年在重庆珞璜电厂2台36万千瓦机组上安装了石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置。“十五”以后脱硫机组容量快速增长，石灰石-石膏脱硫技术被普遍认同。该工艺采用石灰或石灰石的浆液在洗涤塔内吸收烟气中的SO2，脱硫效率可达95%以上。其主要缺点是易结垢堵塞、设备部件磨损较严重，尤其副产物石膏难处理，易形成二次污染。此外，值得关注的是海水脱硫技术，可利用海水的自然碱度直接中和吸收烟气中的SO2，适用于海边电厂的脱硫，过程简单，吸收SO2后的海水经鼓入空气处理后排海。与石灰石-石膏法烟气脱硫相比，海水脱硫技术投资和运行费用低、经济优势显著，但是对燃煤品质要求高，也存在设备腐蚀和脱硫海水重金属含量升高等问题。目前全国有12个燃煤电厂共47套海水脱硫工程投运或在建，总装机容量约为20GW。在烟气脱硝方面，低氮燃烧技术在20世纪90年代开始得到应用。低氮燃烧技术设备投资较低，可基本满足GB13223-2003的排放要求，但单靠该技术无法满足日益严格的排放标准，需要与其他NOx控制技术联合使用。选择性催化还原(SCR)工艺具有脱除效率高、系统简单、运行可靠、维护方便、无副产物等优点。因此，随着2012年新《火电厂大气污染物排放标准》的实施以及脱硝电价政策的出台，SCR脱硝技术正在得到快速发展与应用。目前，国内的脱硝机组70%采用了SCR技术，大都采用NH3作为还原剂，但NH3是一种化学危险品，储运安全与环境风险较高。个别电厂尝试选用尿素作为脱硝还原剂，但运行成本高。另外，运行中的SCR脱硝装置，也发现存在催化剂积灰、下游空预器结垢等问题。

从20世纪80年代中期开始，我国陆续引进FGE、Lurgi等公司的除尘器技术。通过消化吸收和创新，国产电除尘技术发展迅速。袋式除尘技术和设备已实现专业化和标淮化，研制的锅炉烟气净化专用特种滤料，也已在工程中成功应用。随着环保要求的提高，布袋除尘器及电-袋复合除尘器相继在燃煤电站得到应用。电-袋复合除尘器是一种有机集成静电除尘和过滤除尘两种除尘机理的除尘装置。前部分的收尘室为电除尘方式，后部分为袋除尘方式，可以保证最大的除尘效率，特别是在控制大气细颗粒物的污染排放方面有其独特的优点。

2、燃煤工业锅炉和炉窑污染物排放控制有待加强

燃煤工业锅炉是中国第二大煤烟型污染源，具有如下特点：首先，燃煤消耗量大，而且多为高灰分高硫煤，污染物排放量巨大；其次，烟筒低矮，烟气低空排放；第三，布局分散，排放的烟气温度高、压力低、组成复杂，含有酸性气体，腐蚀性强。近年来，我国燃煤工业锅炉粉尘控制较为有效，SO2污染治理刚刚起步，NOx控制则少之又少。因此，现阶段应高度关注燃煤工业锅炉的污染排放，其难度远大于控制燃煤发电厂锅炉污染。

3、燃煤烟气污染物控制急需创新技术支撑

经过多年发展，烟气脱硫技术已相对成熟，脱硫设备、材料的国产化率达到95%以上，脱硫设施及运行成本大幅度降低。今后其发展重点将集中在：开展新型烟气脱硫机理、技术和工艺研究，扩大烟气脱硫技术工业应用研究；开展脱硫副产物综合利用研究，扩展应用领域。目前我国很多脱硫副产物尚无出路，不得不抛弃，从而增加了脱硫成本，导致二次污染。

面对我国NOx排放不降反升的迫切局面，烟气脱硝将步入快速发展阶段，但在脱硝技术与装置方面仍有许多问题亟待解决。首先，催化剂是SCR脱硝系统中最关键的环节，约占脱硝工程总造价的40%左右，催化剂的自主创新研制、运行再生与失效处置技术有待突破；其次，NH3作为一种化学危险品，存在潜在的环境与安全风险，相比之下，CH4储量丰富且分布广泛，容易获取，故用CH4选择还原NOx的工艺具有更加广阔的实用前景和经济价值；第三，目前世界各国都在大力开发新型低温脱硝催化剂和低温脱硝技术，Shell公司研发的商业化低温NH3-SCR脱硝技术，工作温度120℃—300℃，但应用条件十分苛刻（粉尘