新型氮氧化学物理检查测量试验仪保证减排指标有效贯彻

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近日,由福建计量院承担的国家质检总局科技计划项目《烟气中氮氧化物计量技术研究》通过验收。
近段时间我国环境问题尤为突出,全国各地防霾、治霾工作已经全方位的展开。减排成为防霾、治霾最直接有效的方法,国家和各地方政府相继出台相关政策,向雾霾宣战,重点整治火电、水泥、钢铁等这些重污染行业。
2014年7月1日的减排大限将至,二氧化硫和氮氧化物的排放标准将更加严格,脱硫脱硝工程面临的挑战将更加严峻。而此次的项目研制的测定烟气中一氧化氮、二氧化氮的检测仪器,能够有效提升烟气中氮氧化物计量的有效性和准确性。
该研究成果将为脱硫脱硝技术的评价提供可靠的技术支持,进一步保障我国“十二五”期间氮氧化物减排目标的有效落实。
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氮氧化物检测仪

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一、氮氧化物排放现状分析
2013年,全国氮氧化物排放量2227.4万吨,比上年减少4.7%。
产业信息网发布的《2015-2020年中国脱硝市场评估与未来发展趋势报告》显示,工业氮氧化物排放量1545.6万吨,比上年减少6.8%,占全国氮氧化物排放总量的69.4%。城镇生活氮氧化物排放量40.7万吨,比上年增加3.6%,占全国氮氧化物排放总量的1.8%。机动车氮氧化物排放量640.6万吨,比上年增加0.1%,占全国氮氧化物排放总量的28.8%。集中式污染治理设施氮氧化物排放量0.4万吨。
2013年,氮氧化物排放量超过100万吨的省份依次为河北、山东、河南、内蒙古、江苏、广东和山西,7个省份氮氧化物排放量占全国氮氧化物排放总量的44.7%。工业氮氧化物排放量*大的是山东,城镇生活氮氧化物排放量*大的是黑龙江,机动车氮氧化物排放量*大的是河北,集中式污染治理设施氮氧化物排放量*大的是广东。
二、脱硝技术市场结构分析
国家对燃煤烟气脱硫脱硝系列标准进行了立项,对脱硫脱硝产业发展加以引导。燃煤烟气脱硫脱硝系列国家标准项目组在充分吸收国内外*新科学研究成果和实践经验的基础上,结合国家自然科学基金、国家“863”计划项目、国家火炬计划项目、国家“十一五”科技支撑计划项目等国家重大科研项目,对燃煤烟气脱硫脱硝系列关键技术及技术标准化进行了深入研究,*终创新性地建立了具有自主知识产权的与国际接轨的以3项国家标准为主的重要脱硫脱硝装备标准体系,填补了我国在燃煤烟气脱硫脱硝方面缺乏标准的现状。
1、烟气脱硫技术
烟气脱硫作为目前世界上*大规模商业化应用的脱硫方法,按脱硫的方式和产物的处理形式划分,一般可分为干法、半干法和湿法三大类。发达国家对烟气脱硫技术研究开展较早,到20世纪90年代,美国、日本、欧洲等发达国家和地区已广泛采用了脱硫设施,其中以石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术应用*为广泛。
我国目前的燃煤烟气脱硫技术以引进为主,在实际应用过程中,引进技术常常因为与我国国情适应性差,导致已建烟气治理设施在运行中出现性能不稳定、投运率不高、经济性差等问题。通过对22家2008年底前建设的火电厂烟气脱硫工程后评估结果的综合分析,60%电厂脱硫机组实际燃煤含硫量超出设计值,67%气-气换热器、44%除雾器等设备存在严重质量问题,且脱硫设备缺乏有效诊断系统性能的手段,造成重复建设和国家投资的浪费。
脱硫脱硝国家标准编制项目组通过制修定《燃煤烟气脱硫设备第1部分燃煤烟气湿法脱硫设备》(GB/T19229.1-2008),首次在脱硫脱硝技术装备的核心设计、关键设备配置、运行维护和安全问题等各关键环节上通过国家标准进行严格全面的质量控制,创新性地解决了系统的可用率低和设备腐蚀、结垢、堵塞、烟气带水等问题,提高了产品质量,降低了成本。
填补了石灰石-石膏湿法燃煤烟气脱硫设备缺乏国家统一标准的空白,创新性地提出了人机安全要求,从脱硫设备的劳动安全卫生和人体功效角度要求防止职业健康危害,使武汉凯迪、北京博奇、国电龙源、远达环保、浙大网新等企业的脱硫产品走向国际市场,成功出口欧洲、美洲和中国香港等地区。
2、SCR技术
SCR技术是脱硝效率高、*具市场前景的脱硝技术,已成为国际上火电厂NOx排放控制的主流技术。目前,我国火电厂烟气脱硝技术及相关政策还处于探索阶段,国内已建或在建的烟气脱硝工程96%以上采用SCR工艺,基本是采用全套引进SCR关键技术和设备的方法建设,不仅投资及运行成本高,且存在适应性的难题。
因此,结合中国煤的特点,开展煤组分对催化剂的作用机理等关键技术的研究,开发适合中国煤燃烧系统的烟气脱硝相关工艺和设备,是实现我国烟气脱硝技术的国产化及产业化自主创新发展的关键。燃煤烟气脱硫脱硝系列国家标准项目组通过《燃煤烟气脱硝技术装备》(GB/T21509-2008)的编制,对SCR脱硝各关键环节进行了规范化、标准化引导,解决了SCR工艺及催化剂如何适应中国燃煤复杂多变的难题。
该标准填补了国内燃煤烟气SCR脱硝装备标准的空白,形成了SCR脱硝行业的准入门槛,避免了不合格的SCR产品充斥市场,打破了国外企业对SCR催化剂的垄断,推动国内企业建立了SCR催化剂生产基地(如国电龙源、中电投远达等),为我国“十二五”全面开展脱硝工作提供了技术支撑。
三种脱硝技术简介

清华大学贺克斌院士和德国马克斯˙普朗克化学研究所的程雅芳教授等人在最近一期美国《科学进展》杂志上报告说,随着PM2.5污染程度上升,硫酸盐是PM2.5中相对比重上升最快的成分。他们发现,在北京及华北地区雾霾期间,硫酸盐主要是由二氧化硫和二氧化氮溶于空气中的“颗粒物结合水”,在中国北方地区特有的偏中性环境下迅速反应生成。此外,北京及华北地区大量存在的氨、矿物粉尘等碱性物质使得当地颗粒物结合水的pH值远高于美国等地,呈现出特有的偏中性环境,而二氧化氮氧化机制的反应速率会随pH值上升而大幅提高。这一分析将雾霾源直接指向了电厂的烟囱,因为经过脱硫脱硝的烟气同时满足了三个条件:颗粒物结合水、氨。电厂的烟囱直接排出大量一次污染物硫酸盐,然后湿气在静稳空气中扩散,吸收从工厂和汽车排放的更多污染物,经过二次污染,使硫酸盐不断增加。

日前,由福建计量院承担的国家质检总局科技计划项目《烟气中氮氧化物计量技术研究》(项目编号:2012QK024)通过验收。

资料来源:智研数据中心整理 3、脱硝电价预测
2014年1月,工业和信息化部就进一步加强石化和化学工业节能减排工作提出指导意见。《石化和化学工业节能减排指导意见》提出,到2017年年底,石化和化学工业万元工业增加值能源消耗比2012年下降18%,重点产品单位综合能耗持续下降。
全行业化学需氧量、二氧化硫、氨氮、氮氧化物排放量分别减少8%、8%、10%和10%,单位工业增加值用水量降低30%,废水实现全部处理并稳定达标排放,水的重复利用率提高到93%以上,新增石化和化工固体废物综合利用率达到75%,危险废物无害化处置率达到100%。
为进一步贯彻落实国务院《节能减排“十二五”规划》和《“十二五”节能减排综合性工作方案》的部署,2014年2月19日,科技部、工业和信息化部联合印发《2014-2015年节能减排科技专项行动方案》,提出要坚持以企业为创新主体,加大重点行业关键共性技术攻关与集成应用力度,加速科技成果转化和产业化,推动新技术、新产品的大规模应用,提升节能减排产业技术创新能力和产业化水平,有效支撑国家“十二五”节能减排目标的实现。
为发挥价格杠杆的激励和约束作用,促进燃煤发电企业建设和运行环保设施,减少二氧化硫、氮氧化物、烟粉尘排放,切实改善大气环境质量,国家发改委2014年4月发布《燃煤发电机组环保电价及环保设施运行监管办法》。
《监管办法》明确,燃煤发电机组必须按规定安装脱硫、脱硝和除尘环保设施,其上网电量在现行上网电价基础上执行脱硫、脱硝和除尘电价加价等环保电价政策。目前,脱硫电价加价标准为每千瓦时0.015元,脱硝电价为0.01元,除尘电价为0.02元。

焦点二 文章所谓“权威”观点哪儿不靠谱

烟气中氮氧化物等污染物引起的臭氧和细粒子污染问题日益突出,威胁群众身体健康,氮氧化物排放控制已经成为我国下一阶段污染减排重点。随着全国各地向雾霾宣战,脱硫脱硝工程(火电行业、水泥行业、钢铁行业作为重中之重)迫在眉睫。

然而最近的一些研究却从不同角度证实了这个现象。

同时2014年7月1号的减排大限将至,二氧化硫和氮氧化物的排放标准将进一步严格。存量市场约有1/3到1/2面临二次脱硫改造,而电力和其它工业部门的脱硝市场更会将达到高峰期。

目前脱硫的工艺90%是采用湿法脱硫,即通过喷射石灰石浆水雾与烟气中二氧化硫分子接触,达到吸附和收集的目的。石灰石浆雾滴含有大量水份,导致脱硫后排放的烟气中湿度增加,成为湿烟气。同时湿烟气里还携带残留的细煤灰、硫酸铵、硝酸铵、硫酸钙、硝酸钙细颗粒等。湿烟气呈雾状,直接形成雾霾,排向空中。据估计,全国由湿法脱硫所排放到空气中的带有这些污染物的水蒸气达到20万吨/小时,这些水蒸气带有负电荷,在大气中遇二次污染物(XOX、O3、OH、PM2.5等,均产生于其它工业排放和汽车尾气),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着生成量,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大气起着大范围的发酵作用。这一连锁反应,在静稳天气情况下,导致空气质量急剧恶化,大气能见度大幅度降低,PM2.5持续“爆表”,形成重度雾霾。

然而目前在用的氮氧化物监测设备基本上只对一氧化氮进行监测,再通过系数折算为总的氮氧化物排放量,并没有对毒性更强、可直接形成酸雨的二氧化氮进行监测,影响了氮氧化物监测数据的准确性和科学性。该项目研制的测定烟气中一氧化氮、二氧化氮的检测仪器,能够有效提升烟气中氮氧化物计量的有效性和准确性,其研究成果可以为相关部门对脱硝技术的评价提供可靠的技术支持,从而进一步保障我国“十二五”期间氮氧化物减排目标的有效落实。

我国作为后发国家,对燃煤电厂除尘、脱硫、脱硝实践和形成的技术路线、行业技术规定和规范,是集全人类在燃煤电厂污染控制中的经验和智慧的基础上逐渐形成的,并不是文章中所称的“许多专家没有想到”。如是否装GGH问题,烟囱腐蚀问题、湿烟气的扩散问题、烟塔合一问题、氨逃逸的问题等等都是经过了大量论证。

4)立法/颁布条例禁止散煤燃烧,违者重罚。

如有研究表明,当环境接近于饱和状态时,饱和湿烟气因水汽的凝结放出潜热使烟羽抬升比加热到100℃的干烟气还高。因此,可以简单计算,相差大约30℃的两种烟气排放方式在一个开放的大气环境中,这种温度差对扩散时间和空间不足以构成影响。而且,如果作者在文章中所阐述的道理是正确的话,那么由于烟气加热比不加热比烟气含水量更高,对环境影响更大。所以,作者的论证是存在问题的。

3)政府补贴农村居民,使烧洁净煤的价格和散煤的相当;欠发达地区要加大中央财政补贴;

附:不听工程师意见 中国三年治霾无功!

用加热的方法来消除腐蚀实际上也收效不大,因为三氧化硫的酸露点大致在100℃左右,加热到72℃或者80℃作用有限,只是腐蚀点有所变化。而且,烟气加热主要是用于解决“白烟”的感观问题以及在电厂附近有居民时解决“烟囱”雨的问题,所以加热与否要看周围环境。即使烟气加热到80℃甚至是100℃,在环境温度低于10℃时,还是能看到明显的白色烟羽,与不加热排放差不多

文章中还歪曲了部分专家学者的观点,比如,作者引用了贺克斌院士和另一位专家的研究成果来说明电厂湿烟气影响环境的问题。只要稍加分析就会感到作者是移花接木、生拉硬扯、引用不当。贺院士并没有说明是电厂的问题,把电厂相关的因素对雾霾的影响不进行定量分析,采用直接推论是没有任何意义的。至于引用另一位作者的研究成果,更是不知所云,因为根本不是在一个条件下的论证。

国际中国环境基金会的专家和资深工程师注意到这个现象,于2014年5月向全国政协提交一篇政策建议,题为“关于重度雾霾成因的新发现及推广有效雾霾治理新技术的建议”,但没有得到重视。2015年12月,“中国大气网”转发某跨国电力环保企业工程师一篇《蓝天白云能持续多久?一个环保工程师眼里的雾霾真相》引起广泛关注。文中指出,燃煤火电厂是主要的污染源。大部分火电厂安装了湿法脱硫设备,但将烟气再热器卸掉,导致排放的烟气烟温较低、湿度较大,致使烟气不易扩散,成为导致雾霾的主要原因。“环保部门一直在关注排放烟气的多少,而忽视了烟气的温度与湿度才是问题所在”,但资深环保专家出面否定。

环保主管部门应根据技术发展的情况、电力转型中煤电角色的转变和运行状态的变化以及环保监管改革的需要,进一步完善污染物排放标准。

王志轩:这种说法是错误的。刚才我已经谈到了,在环评批复中,对电厂烟囱高度是有明确规定的。在设计规范中,燃煤电厂烟囱高度是由多方面的条件约束的,如不能低于周围建筑的1.5倍等,我国燃煤电厂烟囱高度普遍在240米、210米,采取脱硫脱硝后烟囱高度有些项目有所降低,但普遍在210米以上,要说烟囱高度降低一半是无稽之谈。

更有甚者,湿法脱硫之后的烟气温度在30-50℃左右。根据欧美经验,湿法脱硫通常需要加装烟气再热器,将烟气温度抬升到80℃以上排放。而在中国,排烟温度和湿度没有详细规定,部分专家以节能和防止设备堵塞为由,建议取消烟气再热器。一大批新上的电厂不再要求安装GGH,而已经安装的电厂则开始大规模拆除GGH。按照目前烟囱设计规范,由于污染雾浓度降低,温度减低,脱硫后防腐湿烟囱通常只有原来干烟囱高度的一半。烟囱高度降低,湿度增大,烟气在低空排放,更难以扩散,时间一长,致使雾霾加剧。

王志轩:由于我国《火电厂大气污染物排放标准》世界最严,而我国的电煤质量又相对较差,需要更高的污染控制技术水平来支撑。几十年来我国火电厂大气污染物控制技术主要是在引进国际上先进除尘、脱硫、脱硝技术基础上进行消化、吸收、再创新发展起来的,当然也有完全自主知识产权的环保技术,总体来看位于世界先进水平。

1)暂缓“煤电节能减排升级与改造行动计划”,即“超净排放”计划的实施;集中力量解决目前脱硫脱硝导致雾霾加剧的问题,避免环保越发力,雾霾越严重的尴尬;

这就是2012年后,在煤炭总量没有明显增加,汽车增量也逐步趋缓的情况下,雾霾突然大面积加剧的主要原因。因为2012年8月6日国发40号文件,环保部门明令要求2012年底全国同时投运在线监测电厂的烟气脱硫脱硝,各电厂的脱硫装置全面运转,脱硝装置加速安装。

近日,网上流传一篇定论中国治霾无功的文章——《不听工程师意见
中国三年治霾无功!》。针对文章中的观点,中国电力企业联合会专职副理事长、资深电力环保专家王志轩近日接受记者专访时表示,工程师的意见并不靠谱,并对文章中不实观点进行澄清。王志轩表示,电力行业污染物减排成效显着,为全国污染物减排做出巨大贡献。