水溶性盐霾的主要来源及治理方法 朱维群 山东大学 目 录 湿法脱硫烟气中水溶性盐的分析 水溶性盐的脱除 燃煤烟气污染物干式高效脱除技术  总结 湿法脱硫烟气中水溶性盐的分析 目前需要解决的问题 1.湿法脱硫废水零排放 脱硫废水浊度大 、 硬度高 、 氯离子和重金属含量高， 容易结垢 、 腐蚀 ， 处理难度大 。 这是目前公开的问题 ， 虽然能够实现 ， 但成本较高， 同时也产生多种问题 。 2.湿法脱硫废汽排放问题 这是我们今天主要讨论和想要解决的问题； 脱硫废水 调研电厂脱硫废水水质参数表 湿法脱硫烟气中水溶性盐的分析 湿法脱硫烟气中水溶性盐的分析 调研电厂脱硫废水盐浓度在 33.8100.12g/L。 脱硫废水零排放 燃煤电厂脱硫废水零排放处理过程归纳分为预处理、浓缩减量和蒸发固化三段。 1、 脱硫废水预处理主要是对废水进行软化处理去除废水中过高的钙镁浓度，同时去除废水中的悬浮物、重金属和硫酸根等离子。预处理工艺一般是化学沉淀 → 混凝沉淀 → 过滤。 2、 浓缩减量一般通过 热浓缩或膜浓缩 等技术使预处理后的脱硫废水得到浓缩，减少后续蒸发固化的处理量。热浓缩常用技术主要有多效蒸发 MED和机械蒸汽再压缩 MVR；膜浓缩技术有反渗透 RO、正渗透 FO、电渗析 ED和膜蒸馏（ MD。 3、 蒸发固化可通过 蒸发塘、结晶器和烟道处理法 等技术使废水中的水分汽化，从而达到废水零排放的目的，是脱硫废水零排放的核心。 湿法脱硫废汽问题 各种无机盐溶解在水中，所形成的粒子大小约为 PM（ 10-6）的万分之一。 在 湿法 脱硫过程中， 高含盐浓度的脱硫循环液与烟气的比例一般在 10L/m3，形成的饱和湿烟气中的含水量大约在 150g/m3（含量只温度有关，不包括游离水） ， 在大量烟气以 34米 /秒的速度在脱硫塔中流动时， 盐、水气和烟气形成的是一均匀的气溶胶体系。 0.7米 /秒的风速可将 2mm的石粒吹起，流速大于 3米 /秒烟水汽不仅能够带动水溶性盐，而且也能携带部分颗粒物。 湿法脱硫烟气中水溶性盐的分析 湿法脱硫烟气水汽及水溶性盐形成过程示意图 湿法脱硫烟气中水溶性盐的分析 湿法脱硫之后加装的 湿式电除尘 或高效除雾器只能 除去烟气 水汽 中的部分 较大固体 颗粒 ， 但 对 PM1.0以下的颗粒及水溶性物质无效 。 湿式电除尘 还 存在下述问题 （ 1） 增加 了 湿烟气中的水雾含量 ， 使 烟囱冒 “白烟 ”的现象 更加严重 ； （ 2） 设备运行能耗 含阻力能耗 增大 约 1000-1200kw； （ 3） 相比减排效果 ， 湿电除尘器的运行成本过高 （ 超过 1500元 /h） 。 湿法脱硫烟气中水溶性盐的分析 各类型机组中烟气含水量 系统 300MW烟气 含水量 t/h 600MW烟气 含水量 t/h 1000MW烟气 含水量 t/h 湿法脱硫 160 300 450 脱硫之后的烟气温度 约为 50℃ ，湿度在 100200g/Nm3 总量上看，按燃烧 1吨煤 ， 湿法脱硫烟气带出 1吨水 汽 估算，我国燃煤锅炉烟气湿法脱硫每年向大气排放 近 40亿吨的水 汽 。 湿法脱硫烟气中细颗粒物的分析 湿法脱硫烟气中水溶性盐的分析 我们对脱硫循环浆液进行了分析。过滤去固体物得到清液，测其含有1.4可溶性盐（水汽中水溶性盐含量与石粉来源、脱硫液温度及 pH值、脱硫液循环次数、工艺条件等多种因素有关）。最近到湿法脱硫厂家调研，浆液中水溶性盐的含量远大于 1.4，因为厂家为了降低脱硫废水处理量，必须尽可能地保持高浓度的水溶性盐含量， 氯离子的含量就可达 2。 这样不考虑夹带的亚微米粒子，根据气液平衡、气液组成基本相同原理，计算如下 300MW机组的排放量为 160 1.4 2.24（吨 /小时） 全国按 40亿吨水汽计算 40 106 1.4 5600（万吨） 每年排放 5600万吨，可能超过三种常规污染物的总和 。 这应该是我国雾霾大面积、高强度发生的一个主要原因。 湿法脱硫水汽含有的 水溶性盐（粒径 10-10m）在大气中的停留时间长，具有极强的迁移能力，控制和治理难度很大。它在空气中发生一系列变化可以形成雾霾细颗粒 （粒径 10-6m） 。 另一个问题是 一般公认 VOC和氮氧化物是臭氧产生的前驱物，现在采取了强力的环保措施 进行了治理 ，臭氧 浓度 应该降低才对。 但现在臭氧经常超标， 因此，我们怀疑大量水溶性氯离子的排放可能促进了臭氧的产生，请详细分析。 湿法脱硫烟气中水溶性盐的分析 1号样 2号样 3号样 4号样 PM1.0 71 23 28 0 PM2.5 998 774 699 393 PM10 2565 2960 2591 1941 脱硫 液的雾霾 实验 湿法脱硫烟气中水溶性盐的分析 1号样品是烟气与石灰石浆液在吸收塔中反应后排出的浆液； 2号样品是流出的 1号浆液在澄清池中澄清后的上清液； 3号样品是流出的 2号上清液和锅炉污水； 4号是在三联箱中经过综合处理，沉降，絮凝，澄清处理后的水。 四个水样分别抽滤一遍，得到 清液 。 在 加湿器 中 分别 加入 纯净水、矿泉水和自来水， 检 测空气污染情况 纯净水， PM2.5值， 20微 克 /米 3 矿泉水， PM2.5值， 30微 克 /米 3 自来水， PM2.5值， 340微 克 /米 3 在家庭房间中使用添加自来水的加湿器， 3岁儿童咳嗽不仅没有改善，反而愈加严重，咳嗽持续半个月，到医院检查，被医生诊断为 “ 加湿器肺炎 ” 。 燃煤烟气湿法脱硫过程与使用加湿器相似，显然脱硫液中的成分更加复杂，烟气中的水汽成分也比自来水更加复杂。 湿法脱硫烟气中水溶性盐的分析 华电电 科 院李壮等 人 研究了 660MW煤粉炉 采用 石灰石 /石膏法湿法脱硫后 PM2.5排放的 变化 。 测定方法 采用等速采样喷嘴将烟道中的烟尘进行等速采样，进入采样枪的烟尘首先经过旋风分离器将 10μm 以上的颗粒物切割下来，然后进入两级稀释器并通入过滤的空气进行稀释，经过稀释并降温后的颗粒物采用芬兰 Dekati公司生产的低压荷电撞击器（ ELPI）进行分级测量。 湿法脱硫 条件 除尘设备采用四电场静电除尘器； 脱硫设备采用石灰石一石膏湿法脱硫工艺；脱硫塔内布置四层喷淋、两级除雾器。 湿法脱硫烟气中水溶性盐的分析 位置 PM0.38/粒 cm-1 PM1.0/粒 cm-1 PM2.5/粒 cm-1 锅炉出口 12007359 12155350 12205166 除尘设备出口 54854.95 59236.73 60185.8 脱硫设备出口 25138978 25145878 25146871 湿法脱硫烟气中水溶性盐的分析 各粒径范围粒数浓度比例 各粒径质量浓度比例 位置 PM0.38/mgm -3 PM1.0/mgm -3 PM2.5/mgm -3 锅炉出口 63.082 5 153.962 4 345.974 2 除尘设备出口 0.266 819 2.733 299 6.391 39 脱硫设备出口 6.018 551 9.406 81 13.236 01 研究数据表明，脱硫后 PM2.5是脱硫前的 400倍之多， 是锅炉出口的 2倍， 湿法脱硫后增加了 各级 PM2.5的排放浓度。 烟气还含有大量小雾滴，粒径为 0.3微米的雾滴 含盐浓度为 3％。 此外，还可能有通过除雾器逃逸的石膏晶粒经过干燥后形成的微粒。 湿法脱硫烟气中水溶性盐的分析 现阶段 PM2.5 测试方法通常采用火电厂烟气中细颗粒物 （PM2.5） 测试技术规范 重量法 （ DL/T 1520-2016） 中的称重法。 该方法通过采样前、后收集膜的质量差和采样体积，计算出 PM2.5 的质量浓度，主要测试系统 如右图 被测气体通过一个喷嘴得到加速并偏转 90，空气动力学当量直径较大的颗粒物由于惯性无法跟随气流运动，进而撞击收集膜并被捕捉，较小的颗粒物随气流继续前进，进入下一级撞击收集膜。 用 0.5微米滤膜得到的烟尘测定数值是不溶性盐，亚微米粒子及水溶性盐可以通过滤膜。 湿法脱硫烟气中水溶性盐的分析 湿法脱硫排放烟气中的水汽至少是 SO2排放浓度的 4000倍，水汽中的无机物排放量至少是 SO2排放浓度的 40倍以上。 因此，燃煤烟气排放指标应该综合考虑 现有排放指标（ SO2 、 NOx和烟尘）等； 二氧化碳排放量（能效）； 水汽排放量及水溶性盐含量； 湿法脱硫烟气中水溶性盐的分析 湿法脱硫烟气中水溶性盐的分析 中国煤炭消费量占世界总量的 50以上 ， 因此 ，国外的一些研究和技术可能对于 我们 只有参考意义而没有引领作用 ， 我们 必须进行 新的 煤炭利用技术革命或者大幅度降低煤炭使用量 。 湿法脱硫烟气中水溶性盐的分析 湿法脱硫治理燃煤污染或是雾霾重要成因 观点经人民日报社内参报送，获时任中央政治局常委、国务院副总经理张高丽批示。 湿法脱硫烟气中水溶性盐的分析 操作方法 冷冻 /冷凝法 吸收法 吸附法 膜法 分离原理 冷凝 吸收 吸附 渗透 除湿后露点 /℃ 0-20 0-30 -30-50 -20-40 设备占地面积 中 大 大 小 操作维修 中 难 中 易 生产规模 小 大型 大型 中 大型 小 大型 主要设备 冷冻机 表冷剂 吸收塔 换热器 泵 吸附塔 换热器 切换阀 膜分离器 换热器 耗能 大 大 大 小 表 烟气中水汽的各种处理技术方法的特点 水溶性盐的脱除 目前可以实现的技术为烟气冷凝，它通过应用耐腐蚀换热器达到减少水汽排放的效果，但它存在以下缺点  冷凝水汽的水质不高， pH23，具有腐蚀性； 需要价格较高、换热面积较大的耐腐蚀换热器； 水汽排放降低有限，最多降低 20，仍然有至少 80的水汽排放； 电厂冷源缺乏，或增加大量成本。 水溶性盐的脱除 目前许多地方已经认识到湿法脱硫烟气水汽 含盐 排放是雾霾的一个主要原因，正在进行烟气“脱白” 。 建议 对 烟气“脱白” 从投资成本、运行成本和排放指标等 多 方面详细客观地 进行 评价。 认真评价是控制雾霾的有效方法还是“错上加错” 。 水溶性盐的脱除 下面对烟气 “ 脱白 ” 作以下计算 湿法脱硫烟气水汽的排放温度一般在 50℃ 左右 ， 水在常压下 50℃时的蒸发潜热约为 2300kJ/kg， 300MW机组每小时的水汽排放量按100吨 计算 ， 将 100吨 水汽变成水要消耗的相变热是 2300kJ/kg*100*103kg2.3*108kJ 利用 25℃ 水直接喷淋 ， 温升 25℃ ， 水的比热容为 4.2kJ/（ kg℃） ， 假设只将水汽变成 50℃ 水 ， 这样每小时需要的冷却水量 y 4.2*25*y2.3*108 y2190（ 吨 ） 这样 ， 采取最理想的冷却效果 ， 冷却 30万机组每小时 100kg水汽排放就需要 25℃ 冷却水 2190kg。 水溶性盐的脱除 燃煤烟气污染物干式高效脱除技术 湿法脱硫不仅存在废水零排放难题，同时也存在废汽排放处理难题。 因此，不加水的烟气干法脱硫是比较好的解决水汽排放的方法。 现有干法烟气脱硫技术主要有炉内喷钙法、活性碳（焦）吸附法、电子束辐射法、金属氧化物脱硫法等。 炉内喷钙法脱硫效率低，一般只适合于循环流化床锅炉；其它几种脱硫方法虽然脱硫效率高，但工艺复杂、运行费用高、易造成二次污染等。 因此，有必要开发新的烟气干法脱硫技术。  燃煤烟气污染物干式高效脱除技术 针对烟气湿法脱硫技术存在的缺点，我们开发了一种固定资产投资少、运行维护成本低、能耗少、水耗为零、产物可资源利用的燃煤烟气污染物干式高效脱除技术。 燃煤烟气污染物干式高效脱除 工艺流程示意图  燃煤烟气污染物干式高效脱除技术 1 3 1 8 1 3 2 2 1 3 2 6 1 3 3 0 1 3 3 4 1 3 3 8 1 3 4 2 1 3 4 6 1 3 5 0 1 3 5 4 1 3 5 8050100150200250NOxmg/m3时刻图 . 220t/h循环 流 化床锅炉脱硝结果 干式高效烟气脱硝技术在电厂的应用  燃煤烟气污染物干式高效脱除技术 干式 高效烟气脱硫技术已在电厂进行了现场试验，锅炉类型为 170t/h煤粉炉，烟气量为 3 105 Nm3/h。 图 . 干式高效脱硫技术在电厂的应用效果  燃煤烟气污染物干式高效脱除技术