重霾起源和深度治霾的初步探索

1、 李树生摘要： 自我国重霾爆发一年多来，社会各界对重霾起源众说纷纭。为此，我们深入轻重工业锅炉冒汽（气）排放系统进行反复调查测试，并根据不同行业特点进行多项科学实验。科研结果证明：重霾起源并不是社会舆论所说排汽种类，而是常言说“灯下黑” 是我们引以为豪的燃煤锅炉脱硫脱硝大量喷水降温和燃气锅炉烟汽降温引发质变造成的。用本人研发9项节能动态应用理论和烟汽治霾的成功经验，来探索一条“科技治霾 废汽变宝”的中国治霾发展模式。关键词：重霾突发；元凶；科技治霾；废汽变宝；中国梦1 引言 2013年1月我国重霾突发至今，引发中国政府、科学界和亿万百姓的高度关注。我用30年节能减排消除多项工业冒汽浪费的成功经

2、验，深入石化厂、电厂、钢铁厂、轻工生产、民用采暖的热力系统、燃烧系统和冷却系统进行抽样调研了68家企业，并结合相关行业的实况和社会对雾霾的多种提法，进行分类分析和反复试验研究，对重霾起源和深度治霾做出的初步探索，以抛砖引玉的方式，希望关心和支持治霾的官员和专家多提宝贵意见，集思广益共推治霾大业，加速将制造灰霾的元凶从源头上铲除掉。2 “燃煤锅炉、汽车尾气、施工扬尘”不是造成2013年1月我国重霾突发的主因因为2013年1月我国重霾突发时，全国燃煤锅炉数量和总吨位不仅没增加而且有所减少；汽车总量和汽车尾气排量也没有质和量的根本变化；施工扬尘只有在刮风时才能扬尘，而雾霾却是无风天气发生的；至于秸秆

3、焚烧具有季节性而且是暂时的，不会长期引发全国大面积雾霾；而百姓做饭、街摊烧烤属于长期稳定均衡排放，也不会造成重霾突发。 以上分析研究表明，燃煤锅炉、汽车尾气、施工扬尘等在2012年至2013年之间没有发生质和量的根本变化，所以说公开指责造成重霾的所谓主凶只能是雾霾成因之一，充其量是雾霾的帮凶，而不是造成我国重霾突发的元凶。3 刮风下雨雾霾自然消失的原因探索我国雾霾发生和消失是成波浪式变化的，这几天爆发雾霾，过几天一刮风或下雨下雪，雾霾就没了。事实证明刮风等自然力量，并不是将雾霾位移到外地存放起来，而是在华夏大地上消失了。上次发生的雾霾消失了，下次再发生的雾霾是生产生活中新排放的，前后两次雾霾不

4、是同一体，只要生产不再排汽，下次雾霾就不会再发生。 雾霾中的“雾”和“霾”，雾是由自然水蒸发和加热排汽两种汽组成，霾是人为微尘排放和微粒风涌两种形式的污染物，本来两者毫不相干的雾和霾，却形成大气重度污染的污染源，它的起源和消失属于低温烟汽（气）排放常见的物理现象，同时也伴有微弱酸性化学反应。锅炉烟囱排放物主要是CO2、H2O和PM2.5，三者排放量占烟囱总排放量的95%以上。其中CO2和 H2O都是无色无味的，两者都是眼睛看不见的物质，为什么锅炉运行烟囱就冒白汽？究其原因，是水汽携带PM10以下的微尘，导致烟汽透明度降低成雾霾。 锅炉烟囱排出的雾霾生成气溶胶，气溶胶是由CO2（气）、H2O（溶

5、）、PM2.5（胶）在特定环境下生成的，气溶胶产生的必要条件包括：一是要有100非饱和汽，二是要带微量负电荷。烟囱内CO2、H2O和PM2.5是在负电荷吸附和水汽粘溶作用下形成气溶胶。 烟囱低温排汽漂浮在地面上聚集成雾霾。雾霾是雾和霾的不稳定“混合体”，刮风或下雨将带不同电荷雾霾之间发生摩擦，形成正负电荷相互抵消，分解成水汽、微尘和空气，微尘落地，水汽升空，雾霾在刮风下雨的摩擦运动中自然消失。4 造成2013年1月我国重霾爆发至今的根源研究通过对石化、电力、钢铁、轻工和民用锅炉的反复调查发现，我国电厂和热电厂大锅炉虽然在2012年前安装了脱硫脱硝设备，由于运行成本高等种种原因，导致环保检查和非

6、检查时开停转换的现象普遍存在。 图1 央企某热电厂同样锅炉左边喷水脱硫与右边未脱硫的排汽量对比 2012年8月6日国发【2012】40号文件，加速我国全面投入燃煤锅炉脱硫脱硝，环保部门明令要求2012年底全国同时投运在线监测的烟气脱硫脱硝。 重霾爆发是2013年1月全国同时投入在线监测的燃煤锅炉烟气脱硫脱硝大量喷水降温和燃气锅炉节能大幅度降低排烟温度，烟汽大幅度降温导致原来的饱和汽变成非饱和汽，由此可见，引起我国重霾爆发的根本原因是锅炉烟汽发生本质变化造成的（见图1）。（注：非饱和汽、饱和汽、过热汽、再热汽是不同性质的汽体）。4.1 湿法脱硫（脱硝）大量喷水降温是重霾的元凶电厂每座湿法脱硫塔（

7、脱硝）每小时喷几十吨水，将120-160烟汽大量喷水降温为40-60非饱和汽，非饱和汽与带负电荷PM2.5和无色无味CO2粘合在一起形成燃煤式气溶胶，40-60非饱和汽升不到高空去，由新增引风机将低温水汽吹出烟囱，漂浮在低空不停积聚，浓度不断升高，是造成我国重霾的元凶。 4.2 燃气锅炉烟汽降温是都市重霾的主凶燃气锅炉为了节能2012年底将120-160烟汽降为约70烟汽，靠加大风机风压风量吹出烟囱，带负电荷的非饱和汽和CO2与大气中微尘吸附，形成燃气式气溶胶，燃气式气溶胶是以非饱和汽为主，漂浮在低空不断积聚，浓度升高，是形成都市重霾的主凶。 4.3 引发锅炉烟汽质变的物理特性试验研究 根据实

8、验室和在电厂、热电厂现场的大量试验数据，绘制出图2是脱硫降温前130以上排汽CO2、H2O、PM2.5自然分离示意图，图3是脱硫降温后低于80 的CO2、H2O、PM2.5吸附成霾示意图，图4是排汽温度与雾霾（气溶胶）生成量的试验曲线。饱和汽和非饱和汽的划分，理论上是以100海平面为准，不同海拔高度临界点是不同的，如天安门广场为98.5，兰州市为95。 当烟汽高于100特别是130，饱和汽自然升到高空去（见图2）。 当烟汽80的非饱和汽（见图3），必用大风机将水汽吹出烟囱，因温度太低而飘附在低空，形成燃煤式和燃气式气溶胶，因含CO2气体导致PM2.5微尘落不了地，因有PM2.5造成水汽上不了高

9、空。 CO2 CO2 H2O PM2.5 粘合体 H2O 气溶胶PM2.5 这些污染物在阳光作用下会发生光化学反应，生成更大污染物，是危害百姓“心肺之患”的祸根。2013年1月全面投入脱硫脱硝排烟40-60和燃气锅炉排烟约70同时大量非饱和汽排放，是造成我国重霾、PM2.5和气溶胶大面积爆发超标的关键。 4.4 雾霾演变成灰霾的成因 由于烟囱排出的CO2、H2O、PM2.5和气溶胶，带有负电荷和湿性，在大气中遇二次污染物（XOX、O3、OH、PM2.5等），会发生吸附形成更大微粒，同时在阳光作用下大气氧化性增强也加大二次颗粒物的显著生成量，形成更严重的气溶胶等污染物，这些污染物就像药引子一样对

10、大气起着更大范围的发酵作用，这一连锁反应，导致空气质量急剧恶化，PM2.5持续“爆表”，大气能见度大幅度降低，是雾霾迅速演变为灰霾的重要成因。5 用创新技术消除重霾之源5.1 锅炉烟汽深度治霾的技术难度 我国自十一五期间，就有许多能耗企业为了节能，将锅炉排烟温度降到120以下。调查的68家大企业，有32家锅炉电除尘后至脱硫塔前的排烟温度降为90-120，其中15家降温为90-110在无二次引风机条件下进入大烟囱，运行不到2年就发生了不同程度的烟囱腐蚀现象，腐蚀严重的烟囱出现16个100-200空洞，堵漏后的深红色痕迹厂外也能看得见（如：原北辰热电等）。 5.2 我国脱硫脱硝后的烟汽深度治霾刻不

11、容缓 任何一种好的技术都不是全面的，或多或少会带来副作用，锅炉烟气脱硫脱硝也不例外，在减少SO2酸雨和XOx有害气体排放的同时，也大幅度增加了烟汽雾霾量和气溶胶生成量。 我国燃煤锅炉脱硫脱硝后的烟汽为40-60，燃气锅炉烟汽约70，非饱和汽温度虽低却含有大量汽化潜热，具有很高潜在可用价值，如何根除脱硫脱硝后的雾霾副作用和提高脱硫脱硝效率，成了深度治霾的重要科研课题。深度治霾就要充分回用烟囱废汽中的“汽化潜热”，在形成雾霾污染之前吸热消霾，从源头上治霾，探索一条“废汽变宝 科技治霾”的中国治霾发展模式。 5.3 突破技术障碍，提高设计标准早期设计规范规定锅炉排烟温度为160，为了节能十几年前改用

12、130德国排烟设计标准。制定130排烟温标，是为了防止低温烟汽与CO2、SO2结露形成酸性水腐蚀破坏烟囱，是根据烟囱安全需要制定的。不论是国家标准、行业标准、还是企业标准，随着时代发展需求都有待进一步提高，锅炉脱硫脱硝的烟汽深度治霾也同样如此，烟汽深度治霾用了我30年来科研成果，已获22项国家发明专利，解决废汽变宝科技治霾的技术难题包括：“两相双向流”、“三相分压理论”、“四相三向流”、解决水泵汽蚀、实现高低压管路闭式共网等动态应用理论，突破国内外设计标准中烟囱内不得结露积存酸性水的规定，新技术恰恰相反，是将烟汽在烟囱内尽可能降温结露。我们在锅炉烟囱节能治霾技改中最低降温到35（如图5实例），

13、将原来排到大气中90%雾霾，在烟道内冷凝后排出，从而达到消除大气雾霾的目的。多数烟囱技改，可实现消除雾霾50-75%的治霾效果。5.4 烟汽治霾要釜底抽薪电厂烟囱排汽形成雾霾，烟囱水汽是由脱硫喷水、脱硝喷水、烧“污泥”喷水、煤含水和空气含水五部分组成。实验室和现场多次试验证明：当排汽（掺微尘）120时，试验板面上不仅未出现任何小水珠，也无微尘出现。当排汽（掺微尘）80时，试验板面上不仅出现水珠，而且滴水成流，水混含霾（见图4）。由此可见，如何减少或消除非饱和汽对空排放量，成了消除雾霾和气溶胶的决定因素。要消除污染载体的水汽，就必须将烟囱水汽降温并冷却成液态水，水汽在凝结时将PM2.5、气溶胶、

14、SO2、NOX等污染物溶于液态水中被排出烟道。由于新技术投运，大幅度减少了进入脱硫塔的水汽和热量，从而减少了脱硫工作量、脱硫补水量、脱硫循环泵耗电量和脱硫成本，新技术不仅节能治霾，还能优化提升脱硫效果，实现锅炉烟汽从源头上大幅度减排的治霾成效。5.5 消除酸性水对烟囱腐蚀破坏是关键通过节能实现治霾效果的解决方案： 将烟汽中的热量尽可能吸收利用；消除酸性水对烟囱腐蚀破坏； 将烟囱内酸性腐蚀水从负压下排出； 将酸性腐蚀水处理后做生产补水用； 对细节准确量化和系统优化设计。 CO2 H2O H2CO3 现有技术：酸性水腐蚀烟囱 新技术：酸性水被排掉SO2 H2O H2SO3 现有技术：酸性水腐蚀烟囱

15、 新技术：酸性水被排掉新技术形成密闭系统：一次性投资小，运行成本低，不仅节能治霾，还没有二次有害物就地排放。属于节能、节水、减少用电、减少雾霾、减少微尘、减少气溶胶排放等一举多得的节能治霾项目。5.6 节能治霾技术适用于任何锅炉烟汽改造通过对68家调研企业分类，用于烟汽节能治霾的发明专利技术，基本上形成3类9种结构的120个系列新产品，分别适用于燃油燃气锅炉、大型燃煤锅炉（湿法脱硫）和小型燃煤锅炉，各类锅炉烟汽治霾所用发明专利技术原理基本相同，而设备内部结构却大为不同。5.7 烟汽降温对脱硫影响的试验研究中石化扬子热电在3台炉烟汽送1座脱硫塔时的实验，1台炉烟汽进脱硫塔比3台炉烟汽进脱硫塔的脱

16、硫效果更好，且雾霾、PM2.5、气溶胶排量大幅度减少。 烟气（汽）热量进脱硫塔浓缩段加热是为了浓缩，为了水蒸发，而不是为了化学反应，只要脱硫塔满足和保持特定温度，脱硫效果就有保障。现有脱硫设备普遍存在结晶效果不理想现象，我们调研发现，形成结晶效果不佳的直接原因，是喷水量和循环水量太大，造成塔底紊流，破坏硫结晶条件，究其原因是进塔热量太多。如用新技术改造，将烟汽热量大幅度减少，即减少喷水量和循环水量，塔底形成稳流，脱硫优化为高效结晶。试验结论，烟道温度、热量在适当范围内降低和减少，对湿法脱硫工况有改进而无不良影响。5.8 烟汽治霾技术成熟运行安全可靠的原因 新设备保持了原烟道的过气断面积不变，不

17、论新设备投不投入运行，原锅炉烟汽排放同样顺畅。 新技术投运，新设备出口进脱硫塔的烟汽（气）温度和排量，在中控室随时可调。 新设备为不锈钢材质，耐腐蚀。设备和烟道内保持负压不变，却不存酸性腐蚀水，确保了系统长期安全运行。5.9 电厂烟汽节能治霾技术与发达国家电除雾技术的投资效益对比序号 事项 节能治霾技术（李树生发明专利）电除雾技术（发达国家应用技术）1消除雾霾量（%） 消除50-70 %确保50 %51烟汽用电加热成145（汽量未减）2减少PM2.5（%） 减少50-70 % 趋向于 03减少气溶胶（%） 减少50-70 % 趋向于 04节能效益（万元） 1000万元 05运行成本（万元）用电

18、小于80万元耗电高于800万元6工程投资（万元）设备单价500万元工程投资1000万元设备单价980万元工程投资1600万元7投资回收期（年）节能效益1-1.5年 无节能效益8减少脱硫成本减少脱硫成本20%脱硫成本未变发达国家的电除雾技术应用，虽然运行成本高又无节能效益，却旁证了重霾是由40-70非饱和汽引发的科学论断的真实性。6 从喊霾升级为治霾行动是关键中国治霾必经三阶段：找出病症；对症下药；药到病除。6.1 百姓呼唤治霾新技术重霾爆发近一年半，从专家到百姓谈霾热情此起彼伏，将雾霾口号变成治霾行动是关键，如何大幅度削减锅炉因脱硫增加的雾霾量和气溶胶生成量成为当务之急。33年我自筹2800万

19、元科研费，针对烟囱“大白龙”和30多种工业生产冒汽设施进行数百次逐项攻关试验，形成“蒸汽零排放”和烟囱微排汽，解决锅炉烟汽节能微排、治霾与安全之间的矛盾，实现了节能、治霾、安全三统一，成功探索一条废汽变宝科技治霾之路。图5 为治霾效果对比： 左边烟囱为改造前白龙冒汽， 右边烟囱为技改后微排汽6.2 社会期待治霾新成效治霾发明人在找准霾源的同时，研发了治霾新技术和成功应用。中国治霾要消除几十万根烟囱“大小白龙”喷吐的重霾（如图5），仅靠发明人推广是远远不够的，急需政府接传“治霾棒”，建议政府或环保部门成立“国家治霾重点实验室”，由治霾专家承担治霾重责，将发明专利技术按行业编制成系列“软件包”和标

20、准设计图集，引导全国不同行业治霾工程设计选用。 6.3 驱除重霾的中国梦 重霾发生一年多，开始人们谈霾色变，时间一长百姓无奈，甚至有人提出治霾是个长期而艰巨的攻关难题，会像发达国家那样需要几十年，令国人望霾行叹，驱除重霾是乎成了中国人一个渴望不可及的梦。 治霾不是公益事业（公益事业可做可不做），治霾是关系到亿万百姓健康的头等大事，治霾是国家发展中必须完成的重要任务。我们研发节能动态应用理论和积累了烟汽治霾的成功经验，寄望与各级政府和民众携手共建治霾大业，由能解决各行业治霾技术难题的专家作为带头人，组建中国治霾团队，为各省市和各行业消除雾霾根源逐一落实到位，相信万众一心，就能实现李克强总理提出本届政府要把雾霾治理好的诺言，加速实现“废汽变宝 科技治霾”之目的。 “科技治霾 废汽变宝