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党和国家领导人多次就雾霾治理问题表态,脱硝是燃烧烟气中去除氮氧化物的过程

  中国的经济在不断增长,能源的需求也在不断增加。除了煤电外,水电和核电也都是可以大规模生产的电力生产方式。然而水电的建造受到自然条件的限制。核电不会造成二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮的排放。可以相信,核电比例的增加将有助于减少灰霾的发生和温室气体的排放。

核分析技术, 包括中子活化技术,全反射X光荧光分析技术和加速器质谱等技术,用于大气污染的监测和相应的源解析技术是十几年以来国际原子能机构长期支助的国际合作项目,为原子能院培养了一批专家。然而,由于缺乏行业间的沟通交流,这些资源尚未能被有效地利用到国家的抗霾工作中。

为了科学治理PM2.5污染,解决经济、社会、环境协调发展问题,在中组部直接关怀和支持下,2013年5月,一批来自各行业的国家级专家组成了“PM2.5特别防治小组”。崔大庆是原子能院从瑞典引进的“千人计划”特聘研究员,他的加入为小组雾霾源分析提供了重要的智力和技术支持。

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。

  中国原子能科学研究院具有比较齐全的核分析设备,还有核分析和大气污染源解析专家。早在上世纪六七十年代,该院就开展过核武器大气层试验造成的落下灰和放射性气溶胶的分析检测,其特性与PM2.5灰霾极为相近。2006年,中国国家原子能机构(CAEA)与国际原子能机构(IAEA)联合成立的核保障与核保安联合培训中心落户原子能院,拥有200平方米的洁净实验室和二次质谱,各种显微镜和微米级单颗粒物搬移装置和制样设备,日常分析国际国内核材料核查活动采集的环境颗粒物样品。这些样品的研究方法与灰霾的采样分析方法也十分相似。

1.把核分析技术和环保部门的监测技术,监测网络和常规分析技术紧密结合起来,尽快实施一些科研项目。

在2013年12月17日参加“PM2.5特别防治小组”广州会议后,崔大庆觉得环境部门现有技术对雾霾源分析不足,而原子能院拥有的核分析技术恰好可以弥补这个不足,可以为PM2.5的源分析提供精准的武器。回到原子能院后,他就找到院领导讨论这件事情。院领导听了崔大庆的思路后,认为原子能院能为国家治理PM2.5出力,使命光荣且重大,当即召集院内相关专家,调研相关资料,梳理原子能院的技术储备。

脱硝是燃烧烟气中去除氮氧化物的过程,一般在除尘、脱硫之前。目前主要采用的是选择性催化还原法在催化剂作用下,选择性地与氮氧化物,从而达到去除氮氧化物的目的。而部分残留的氨与烟气中二氧化硫反应生成硫酸铵和硫酸氢氨,在正常情况下,脱硝的效率能达到80%-90%,剩下的10%-20%的氮氧化物仍留在烟气中。

  时间就是金钱。此起彼伏的灰霾正在严重危害着公众的健康,对在各抗霾岗位上拼搏的人们来说,时间就是生命。以核治霾,大有可为。

燃煤电厂释放的二氧化硫SO2 和氮氧化物NOX是PM2.5灰霾颗粒物的重要组成部分。我国70%以上的能源依靠燃煤,是世界上的第一煤炭生产和消费大国,每年燃烧36亿吨煤。一些大型燃煤电厂装配了脱硫装置,但脱硝装置还没有普及。现有的主要的烟气处理法有:(1)石灰石法烟气脱硫法,该方法应用范围最广,是最成熟的脱硫工艺技术,但此方法不能脱硝。(2)旋转喷雾干燥法。(3)循环流化床燃烧法。(4)炉内喷钙法。(5)氨法等常规方法。(6)核技术方法——电子束干法。

缘起:国家需求,一拍即合

2)同时加大散煤治理力度;

  电子束干法是利用电子加速器产生的电子束处理烟气,同时脱硫脱硝,可达到脱硫率90%,脱硝率80%。此方法最为先进,属于干法处理,又不产生需二次处理的废水、废渣。对不同含硫量的烟气的变化有较好的适应性和负载跟踪能力。其副产品为硫铵和硝铵,可做化肥及制复合肥和硫酸钾的原料, 可降低装置运行费用40%; 系统简单,操作方便,过程容易控制,且装置造价和运行费用低于常规方法(湿法),经济性高。

我国灰霾频发的一个重要原因之一是偏重燃煤的能源结构,其中70%以上的电力靠燃煤。中国燃煤电厂密度的分布与PM2.5灰霾年均浓度分布也是大体重合的。

“为国家需要贡献自己的力量”,这始终是原子能院人的信念。自从崔大庆提出“核分析技术组合拳抗霾”的构想以后,得到了原子能院各路专家的支持。我国从事全反射X荧光第一人金理云老先生激动地说:“等了这么久,终于有人认识到我们核分析技术的重要性了,我们早就有这个想法了。”

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。

当然,核分析技术也有一定局限性。在实践中需要考虑各种分析技术的特点和价格,确定采样分析方案,组成核分析技术与常规技术的组合拳。如果该计划得到实施,将大大超过现在国内使用的技术,在国际上也是一个突破。

三是细颗粒物的来源不明确、源权重不清楚。基于外场观测的源解析结果存在较大的不确定性,其原因主要在于我国排放源清单还存在较大的不确定性和强烈的动态变化。

另一类是X射线、激光检测手段,原子能院计划在前期积累的基础上,通过短期科研,把分析‘指纹’解析出来,得到‘指纹’的判断方式和工作流程,把检测设备做成小型化的在线检测工具,向环保部门推广。原子能院的专家们已经将环保部门提供的PM2.5样品进行了初步测试,原子能院自行研制的全反射X光光谱和激光等离子化原子发射光谱分析取得了比预期更加理想的分析结果。

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;

  核分析技术, 包括中子活化技术,全反射X光荧光分析技术和加速器质谱等技术,用于大气污染的监测和相应的源解析技术是十几年以来国际原子能机构长期支助的国际合作项目,为原子能院培养了一批专家。然而,由于缺乏行业间的沟通交流,这些资源尚未能被有效地利用到国家的抗霾工作中。

将电子加速器用于燃煤电厂烟气脱硫脱硝

这项工作得到行业内资深学者的大力支持。当中国环境科学研究院副院长柴发合等专家听到核分析术的介绍时,非常振奋,甚至有相见恨晚的感觉。柴发合是环保部PM2.5治理项目的主要领军人物,他对环境检测部门现有的检测技术非常了解,知道他们急需什么技术。柴发合认为:“原子能院核分析技术团队将是治理雾霾不可或缺的一支队伍。”

农村散煤治理的思路首先要十分清晰,大范围的“煤改气”、“煤改电”时机还不成熟,特别是目前电力还是以煤电为主的前提下,农村住户的“煤改电”只是把污染转移到电厂,另外农村电网短时期内也难以全面升级,所以主攻方向还是推广无烟煤、洁净型煤、生物质成型燃料等。第二是要全国协调联动,因为空气是流动的,光京、津、冀控制住不管用。有几个具体措施可以采纳:

发展安全清洁的[核电]()
  我国灰霾频发的一个重要原因之一是偏重燃煤的能源结构,其中70%以上的电力靠燃煤。中国燃煤电厂密度的分布与PM2.5灰霾年均浓度分布也是大体重合的。
大量燃煤除了造成灰霾频发以外,还引发了酸雨,也对农业、林业和公众健康造成了严重危害。此外,煤炭资源濒于枯竭也是燃煤电站发展不可逾越的瓶颈。据估算,按目前的势头,我国将在2049年前后消耗掉所有已经探明的煤炭储量。

以安全清洁的核电取代空气污染大户煤电

在PM2.5治理过程中,我国给出的数值是个总量,但颗粒成分民众并不清楚,必须有很精准的仪器才能将雾霾成分检测清楚,原子能院所做的就是这件的事情。

目前对于燃煤散烧的控制,基本上是“八仙过海,各显神通”:中小锅炉以“煤改气”、“煤改电”,使用洁净型煤或直接淘汰等方式。农村在推广使用无烟煤、洁净型煤、生物质成型燃料等清洁能源,部分地区也有“煤改气”、“煤改电”的计划。根据各地的经济情况,洁净型煤的补贴在200-600元之间,“煤改气”、“煤改电”的补贴在1000-3000元之间。

核分析技术可提取PM2.5的指纹
  核技术领域的科学家们早已开展了多年的核分析技术和大气污染的监测治理方面的基础研究工作,开发了一些设备,但是还没有有效途径与环境保护部门沟通交流,使这些国家的重要资源发挥实效。

摘要:2013年初以来,中国发生了大范围持续灰霾天气。灰霾事件造成了公路封闭、航班延误、企业停产、学校停课。据统计,上海市的灰霾天 -->

曾经为我国“两弹一艇”立下过汗马功劳的中国原子能科学研究院近年来在民用领域不甘寂寞,他们急国家之所急、想国家之所想,利用多年的技术储备——多项先进的核分析技术结合精细化的源解析,在国家环保部、科技部和北京市科委等支持下,联合中国环境科学研究院、中科院应用物理研究所、中科院高能物理研究所、上海应用物理研究所等单位,为分析雾霾成因治理提供精准武器。

目前的脱硫、脱硝措施导致雾霾加剧

摘要:消除灰霾已经成为政府、各个学科和各行业面临的最为紧迫的课题,而运用核技术可以为消除灰霾作出三方面贡献。   本文简单介绍 -->

在这方面,核技术可以发挥独特的优势。核技术领域的科学家们早已开展了多年的核分析技术和大气污染的监测治理方面的基础研究工作,开发了一些设备,但是还没有有效途径与环境保护部门沟通交流,使这些国家的重要资源发挥实效。

愿景:“指纹”追踪绘制PM2.5地图

上海交通大学的缪正清教授最近三年发表了四篇论文,认为脱硫脱硝导致雾霾加剧证据确凿。缪教授指出,尽管95%的二氧化硫和氮氧化物被脱硫脱硝工艺转化成硫酸盐和硝酸盐,但在高效转化过程中并没有实现高效收集。因此,脱硫脱硝工艺通过水雾这个媒介,增加了排向大气的硫酸盐和硝酸盐,这些颗粒不仅粒径细,而且数量巨大。他估算出45天干燥时段,据最保守的估计,电厂排放到大气的烟尘和硫酸盐达到134ug/m3。而以前没有经过脱硫脱硝的干烟气,污染物难以持久停留在空气中,对雾霾的贡献估算为8ug/m3。

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