徐德龍院士：降污治霾工程技術(shù)之我見

徐德龍院士

院士簡介：徐德龍，男，1952年出生， 甘肅蘭州人，無機非金屬材料專家?，F(xiàn)任中國工程院黨組成員、副院長、機關(guān)黨委書記。中國在硅酸鹽工程領(lǐng)域的學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人，在水泥懸浮預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)、粉體工程等方面取得多項重大成果。1976年畢業(yè)于西安冶金建筑學(xué)院（現(xiàn)西安建筑科技大學(xué)），1983年獲得南京化工學(xué)院（現(xiàn)南京工業(yè)大學(xué)）無機非金屬材料專業(yè)碩士學(xué)位，1996年獲得東北大學(xué)鋼鐵冶金系鋼鐵冶金專業(yè)工學(xué)博士學(xué)位。曾任西安建筑科技大學(xué)校長、黨委副書記。

一、誰弄臟了我們的空氣？

到底是誰弄臟了我們的空氣，首先要搞清楚霧霾的源結(jié)構(gòu)，我比較同意國際上一些說法。2015年發(fā)布的全球CO2排放源結(jié)構(gòu)圖顯示，世界上33%的CO2排放是由交通運輸產(chǎn)生，29%的CO2排放量是由工業(yè)生產(chǎn)引起，27%的CO2排放量是由社會生活造成，商業(yè)和其他占了11%排放量。

目前，中國汽車保有量在大幅度增加，加上我國汽油燃燒尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)不高，造成很嚴(yán)重的污染。我以前工作過的城市西安，目前汽車保有量達到240萬輛，但是由于它可吸入顆粒少，所以PM2.5沒有發(fā)生很大波動。比如，西安2006年到2008年汽車保有量從40萬輛增加到60萬輛，但是它的PM2.5是呈減少趨勢，這是為什么呢？

究其原因，就是西安市把他的6000輛公交車油改氣。2012年，隨著汽車保有量持續(xù)增加，期間PM2.5有所增長，但是西安市把2萬多輛出租車油改氣，從而又降低了PM2.5數(shù)值。所以，交通工具運輸對于一個大城市來說是一個很大污染源。從空中俯瞰西安和津京地區(qū)，就像蓋了一個黑蓋子，所以說不是被別的東西污染了我們，而是我們自己污染了自己生活的地方。

二、建議實施的幾項重大減污治霾工程技術(shù)

在我國主要工業(yè)CO2排放源結(jié)構(gòu)中，電力和供暖占據(jù)71%，水泥15%，鋼鐵7%，其他7%。知道了幾大排放源，我們就可以有針對性地實施幾項重大減污治霾工程技術(shù)。

（一）采用XDL高固氣比水泥生產(chǎn)新工藝

2013年，京津冀地區(qū)水泥總產(chǎn)量1.45億噸，有水泥企業(yè)30家，年排放CO2超過1.01億噸，排放SO2超過1.2萬噸，排放NOx超過1.8萬噸。

XDL高固氣比水泥生產(chǎn)新工藝，這一國外引進自主改進創(chuàng)新的新工藝。主要特征有:①高固氣比快速高效反應(yīng)，使窯產(chǎn)能提高40%以上，熱耗下降20%以上，電耗下降15%，SO2減排75%，NOx減排50%以上，熟料速度提高10%以上；②用余熱作為生料磨和礦渣的烘干熱源，廢氣溫度下降至80℃左右；③全廠無球化粉磨使電耗下降30%，環(huán)境質(zhì)量大為改善；④采用雙覆膜濾袋收塵器，排放濃度將至10mg/Nm3以下，資源吃干榨盡。

XDL高固氣比換熱與反應(yīng)的優(yōu)點包括：高固氣比、高熱效率、高分解率。XDL水泥煅燒工藝是當(dāng)前最先進的水泥煅燒技術(shù)。推廣案例包括甘肅三易水泥有限公司3000T/D水泥熟料生產(chǎn)線，陜西富平生態(tài)水泥有限公司2*6500T/D水泥熟料生產(chǎn)線等。

（二）無干擾巖層熱供暖技術(shù)

以烏魯木齊為例，采暖季溫度與空氣污染的關(guān)系成反比隨著溫度降低，燃煤供暖造成PM2.5值、SO2排放量等升高。而巖層熱是最具潛力的能源，它蘊藏于地面以下1000米至10000米的高溫巖體中，它的溫度在幾十?dāng)z氏度至幾百攝氏度之間，是一種可用于采暖、發(fā)電的清潔可再生熱源。

1. 研發(fā)目標(biāo)：用地表巖層熱替代化石燃料燃燒，將鍋爐熱換管置于地下，實現(xiàn)無干擾潔凈供暖。無干擾巖層熱供暖原理是通過鉆機向地下一定深處高溫巖層鉆孔，在鉆孔中安裝一種密閉的巖層換熱器，通過熱換器將地下深處熱能導(dǎo)出，并通過專用裝置二次穩(wěn)壓調(diào)質(zhì)后向地面建筑物供熱的新技術(shù)。這一技術(shù)與傳統(tǒng)地?zé)崂眉夹g(shù)區(qū)別在于不開采使用地下熱水，就可隨時隨地低成本獲取巖層熱能。

2. 巖層供暖技術(shù)特點：①普遍適用(每個建筑物地下都有地?zé)崮?，開發(fā)地?zé)崮茉诘孛婢哂衅毡樾裕@孔位置選定比較靈活，一般不受地質(zhì)條件制約，供暖質(zhì)量十分穩(wěn)定。)②綠色環(huán)保(無廢氣、廢液、廢渣等任何排放，能量來自于地?zé)?，治污減霾成效顯著)③保護水資源(系統(tǒng)與地下水隔離，僅通過熱換器管壁與高溫巖層換熱，不抽取地下熱水，也不使用地下水。)④高效節(jié)能(專用的吸熱導(dǎo)熱裝置與新材料的使用提高了地下吸熱導(dǎo)熱效率，一個換熱孔可以解決1-1.3萬平方米建筑物能量需求，占地面積很小。)⑤系統(tǒng)壽命長(地下?lián)Q熱器采用特種鋼材制造，耐腐蝕、耐高溫、耐高壓，壽命與建筑物壽命相當(dāng)。)

3. 各種經(jīng)濟指標(biāo)對比分析。巖層供熱一次性投資240-300元/m2采暖面積，集中供熱和燃氣鍋爐分別為260和240元，運行費用三者分別為2.9、5.8、6.0元/m2每月。相對比巖層供熱優(yōu)勢明顯。

4. 治污減霾的功效。以1000平方米建筑為例，與燃煤鍋爐相比，采用干熱巖供熱技術(shù)代替標(biāo)準(zhǔn)煤16萬噸，減少CO2排放量約43萬噸，減少SO2排放量約1360噸，減少氮氧排放物約2496噸，減少粉塵排放量約1536噸，具有很好的治污減霾效果。

（三）燃煤電廠煙氣治理構(gòu)想

據(jù)統(tǒng)計，2013年中國電力、冶金、建材、化工等高能耗工業(yè)總能耗為18億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占社會總能耗56%左右，工業(yè)能耗90%是煤炭。

1. 火力發(fā)電系統(tǒng)存在的主要環(huán)保問題：①絕大部分電廠采用靜電收塵器，煙氣排放粉塵濃度偏大80-100mg/Nm3(2012年版國標(biāo)值≤30mg/Nm3)；②煙氣中SO2濃度約為2300mg/Nm3，經(jīng)過脫硫仍高達530mg/Nm3(國標(biāo)為200mg/Nm3，新建電廠為100mg/Nm3)；③因燃煤中N含量偏高(0.8%)，加之煤粉鍋爐溫度偏高，一般煙氣中NOx大于1500mg/Nm3。由此可見，電廠減排壓力很大。

2. 電廠煙氣治理建議：①用覆膜式收塵袋取代靜電收塵器或電袋復(fù)合收塵器。因覆膜式收塵袋具有膜切割粒徑小，適應(yīng)性強，用其取代電收塵器后，可確保粉塵排放濃度降至5-10mg/Nm3。②探索煤與脫硫石灰石精準(zhǔn)混合后一道混磨、均化，在燃燒過程中脫硫并生產(chǎn)特級粉煤灰的方法。煤粉混燒不會降低燃燒溫度，當(dāng)碳酸鈣與碳元素三倍摩爾比(或九倍質(zhì)量比)時，爐內(nèi)不會產(chǎn)生明顯降溫。將脫硫煤與煤中硫精準(zhǔn)測量，以Ca/S為控制指標(biāo)，精確配合，均勻混合粉磨，在燃燒的同時，實現(xiàn)實時脫硫，使煤中的硫轉(zhuǎn)化為硫酸鈣、硫鋁酸鹽、硫鐵酸鹽等有用礦物，提高粉煤灰的品質(zhì)，副產(chǎn)優(yōu)質(zhì)灰。③控制燃燒過程，減少NOx的生成量，從源頭上減排。熱力型NOx是由空氣中氮在高溫下氧化而成，生成量取決于溫度。燃料型NOx是由燃燒中氮氧化物在燃燒過程中熱分解且氧化生成，包括揮發(fā)性NO與焦炭型NO兩種途徑。優(yōu)化燃燒過程改造電廠的總體設(shè)想為通過循環(huán)燃燒，可將粉煤灰中的殘?zhí)坑?%-4%降至1%，在燃燒中實時脫硫，通過控制燃燒氛圍，可將NOx生成量降至400mg/m3，電收塵改雙覆膜袋收塵，煙塵濃度≤10mg/Nm3。④通過電煤分質(zhì)清潔利用，轉(zhuǎn)變電力企業(yè)發(fā)展模式。物盡其用，分質(zhì)提值清潔利用。

（四）關(guān)于逐步減少開山炸石生產(chǎn)建設(shè)用砂石料的建議

2013年京津冀地區(qū)共有大小采石場近3000處，由于開山炸石生產(chǎn)建設(shè)用砂石料造成植被破壞總面積約20萬畝，給京津冀地區(qū)生態(tài)環(huán)境進一步惡化留下巨大隱患。京津冀地區(qū)霧霾問題已成為舉世矚目重大環(huán)境問題，而粒徑小于1微米超細固體顆粒物、氮氧化物和硫化物向大氣中排放，是構(gòu)成PM2.5的主要成分。

目前，京津冀地區(qū)開山炸石生產(chǎn)建筑用的砂石料每年達6億噸。爆破過程中產(chǎn)生超細粉塵和NOx等潛在PM2.5形成物，約相當(dāng)于64萬輛輕型機動車總排放量。我國京津冀地區(qū)累積堆存有200多億噸鐵尾礦和鐵礦廢石，并且每年還在持續(xù)產(chǎn)生10億噸以上。京津冀地區(qū)高爐水渣和鋼渣年產(chǎn)量分別為5824.98萬噸和3106.65萬噸。采用鐵礦尾礦和廢石制備建設(shè)用砂石骨料來代替開山炸石時生產(chǎn)的砂石料，在北京地區(qū)已經(jīng)取得初步成果。北京市累積利用尾礦和廢石已超過3.6億噸，并且經(jīng)受了12年的應(yīng)用考驗。

因而建議京津冀地區(qū)，制定逐步禁止開山炸石造砂和鼓勵利用鐵廢石和尾礦的優(yōu)惠政策；疏通興隆、遵化、遷西、遷安等重點尾礦壩和廢石堆場至京津冀主要城市的鐵路運輸線，以減少運輸成本，使得相關(guān)企業(yè)獲利；加快利用固體廢棄物相關(guān)配套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，施工規(guī)范制定，加強工程示范引領(lǐng)作用。

三、幾點結(jié)論

中國降污治霾難點在于既要保持中高速發(fā)展，又要邁向中高端水平，還要顯著改善環(huán)境質(zhì)量。但我們的優(yōu)勢在于黨的堅強領(lǐng)導(dǎo)，人民的迫切要求，優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化和務(wù)實創(chuàng)新強大的工程技術(shù)隊伍。

因此，關(guān)鍵在于我們思維方式的改變，即將東方本論和西方的還原理論有機深度融合，創(chuàng)造出一條我國獨特的降污治霾模式；根本出路一是創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，二是全面從嚴(yán)依法治國。

（編輯：劉啟強 羅麗冰）