国外大气污染防治现状及技术应用状况-郑州国际环保产业博览会


时间:2018年10月16-18日
地点:郑州中原国际博览中心
详细地址:郑州市郑汴路96号

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国外大气污染防治现状及技术应用状况
作者: admin   发布于:2017-12-21 08:45   

20世纪30年代以来,随着工业化进程的不断加快,欧美发达国家先后经历了煤烟型污染、光化学污染、酸雨等一系列大气污染问题。为了改善空气质量,欧美发达国家进行了几十年的治理,从中积累了大量防治对策及控制技术的经验。通过实施各种计划、执行日趋严格和完善的环境标准体系及排污许可证制度,辅以灵活的经济措施,使欧美的能源结构和工业结构逐步趋于清洁化。城市大气中的硫污染和烟尘污染基本得到解决,酸雨进一步加重的势头得以控制,环境空气质量逐年改善。本文综述了欧美发达国家的大气污染防治对策及技术应用状况,希望能给我国大气污染控制提供一些借鉴。

1、发达国家大气污染防治对策

1.1美国大气污染防治对策

20世纪70年代末,美国先后颁布并实施了《国家环境政策法》《清洁空气法》,并在1977年和1990年进行了重大修改。通过采取大气污染防治对策,达到国家空气质量标准(NAAQS)。

(1)设定技术标准

清洁空气计划要求采用“ 最佳可用控制技术(BACT)”来控制排放。控制技术应根据具体情况,结合能源、环境及经济影响和其他成本因素来评估生产过程的应用、可行性方法、系统和技术,并加强对专利、发明等知识产权的保护,推进国家标准化的研究制定[1]。

(2)许可证制度

1990年前的《清洁大气法》只要求新污染源领取许可证。1990年的修正案要求各州在1991年后必须按照联邦环保局有关许可证条例的规定,制定和实施包括所有空气污染源的许可证规划,目的是把适应于每一污染源的所有联邦和州的管理规定都纳入一个许可文件中。污染源可以在联邦环保局认可州许可证规划之后的一年中,提交许可证申请,许可证由州的有关局发放,但联邦环保局有权审查。为了满足许可证规定的要求,污染源必须安装排放控制装置和监测排放的系统。

(3)研发与示范

美国政府重视环保技术的产业化进程,鼓励企业、科研院校和政府间的研发合作,将环保相关技术和产品的开发和商业化融为一体。20世纪90年代,对环保技术的开发在技术示范、场地提供、申请许可的审批等方面给予支持。然而,早期因缺少经验,并没有对技术商业化进行评估,导致美国政府每年提供的17亿美元的R&D经费不能很好地利用。因此,EPA在其产业化进程中对新技术的试验、示范、评估等每一个关键节点都有明确的目标评估。同时,国家技术委员会制定了一系列加强政府与学术界、产业界的知识创新和技术开发的计划,由科技与创新构成美国产业结构的基础。

(4)环境税

环境税激励技术创新,并使技术更好地达到标准。如:损害臭氧的化学品消费税、汽油税、开采税、固体废弃物处理税、二氧化硫税、环境收入税等,还有较多的环境税收优惠政策。例如,为了鼓励企业安装环保设施,安装节能设备的公司或企业可享受税收抵减优惠。这些政策对技术创新性的影响,很难判定其的深远意义。

 (5)财政支持

对创新方案并超前达到环境标准的早期技术研发者,给予奖励。例如:一家24小时电力供应公司与电力科学研究院、EPA和能源部合作,开展电冰箱制造商之间的竞赛,给达到未来美国联邦能源标准和其他标准(不包括CFC的使用)的奖金为3000万美元。目前,美国EPA针对清洁空气技术还在继续推行“清洁空气优秀奖”,并有针对社区行动、宣传教育、法规政策创新和高效交通创新等的分类奖。

1.2欧盟大气污染防治对策

欧洲各国针对大气污染物的跨界输送问题,签署了一系列跨国协议,这些协议规定了一定期限内各国的硫氧化物、氮氧化物等跨国输送的大气污染物削减量。1979年在联合国欧洲经济委员会支持下,欧盟各国签署了远距离跨国界空气污染条约;1985年在芬兰赫尔辛基签署了第一硫协议,对硫的排放进行了限制;1994年签署的第二硫协议(奥斯陆协议)第一次在生态系统的沉降方面制定了若干方法以减少实际沉降和临界沉降量之间的差距,协议形成了国家排放减少约定,不同国家的约定不同;1999年的Gothenburg协议针对硫、氮氧化物、氨和有机挥发物的排放制定了2010年的排放限制。20年间欧洲空气污染控制的国际合作在减少排放和改进环境质量方面作用明显,1980年到1996年欧洲二氧化硫排放量从6000万吨减少到3000万吨根据Gothenburg协议,欧洲的硫排放在2010年前再减少50%。欧洲空气污染控制的下一步将继续对烟雾和细颗粒采取措施。

2、国外大气污染防治技术应用状况

2.1 美国大气污染源最佳可行控制技术(BACT)

美国针对固定源大气污染的控制策略包括运行许可证制度、基于最佳控制技术的排放标准体系、大力发展清洁能源及节能技术、未达标地区的新源审查制度、实施污染物排放交易、推行多项经济激励措施等。通过实施各种计划、标准、制度,辅以灵活的经济措施,美国的能源结构和工业结构逐步趋于清洁化。

美国现有的空气质量排放标准遵循“技术强制” 原则,根据污染物类别的不同,新源和现源的不同,依据不同水平的生产工艺和污染控制技术制定了宽严程度不同的排放标准。新建源采用“最佳可行控制技术”(BACT)[2],对现有源采用“最佳可行改造技术” (BARCT)。BACT是通过生产工艺和可行的方法及技术最大限度地减少每种污染物的排放量,其着眼于能源、环境及经济的综合影响,是基于最大可能减排量的一种排放限制手段。

2.1.1 电力、热力行业

美国要求所有的新建源应采用最佳可行控制技术(BACT),控制最为严格的是加州南海岸空气管理区,对燃油/燃气内燃机、燃气汽轮机、小型工业/商业/机关锅炉和加热设备、家用小型燃气供暖设备、餐馆燃烧设施、商业炭烤设施和未列入RECLAIM计划的烤箱、烘干机、窑炉等固定排放源均有明确的要求。如针对燃气锅炉、燃气轮机,通过燃烧控制(分级燃烧、烟气再循环、表面燃烧)、低氮燃烧器(LNB)或超低氮燃烧器使用、SCR/SNCR等技术实现NOx减排;固定式内燃机采用机前处理(如对进入内燃机缸内的燃料或空气作有利于减少排放生成的预处理)、机内净化(如改善燃烧过程、优化燃烧系统、改进燃料供给系统、采用增压技术、实施电子控制)、机后处理(如催化反应、三元催化转换、热氧化反应、微粒过滤、静电除尘)对HC、CO、NOx进行控制。

另外,加州的南海岸空气质量管理区(AQMP)在燃料控制以及排放监管等方面也提出了相应要求:1)制定天然气燃料规范,提高天然气的品质;2)强化监测系统建设,保证达标排放。

2.1.2 建材行业

针对建材行业,美国就水泥、石灰/石灰石-石膏、沥青、玻璃、黏土制品等行业的高污染排放特征,制定了严格的大气污染物排放标准。为了满足标准限值的要求,生产企业采用清洁生产技术及先进控制技术以减少生产环节的大气污染物排放。随着MACT排放水平的下降,美国持续收严有害大气污染物排放的标准,以水泥生产为例,《波特兰水泥新源排放标准》2010年生效,促进了水泥厂采用清洁的生产工艺和技术,包括新型干法预分解窑技术、节能粉磨技术等,从源头减少了污染物的产生。通过采用自动化与智能化控制手段实现了工艺控制最优,减少了污染物的排放。同时,采用末端治理技术,如湿法脱硫袋式除尘或静电除尘,使用低氮燃烧器对SO2 、PM、NOx进行控制。

2.1.3 石油及化工行业

美国的石油炼制工业现执行《炼油厂—催化裂化、催化回用及硫回收单元有害空气污染物排放标准》(NESHAP-subpart UUU)和《炼油厂新源排放标准》(NSPS-J/JA)。《炼油厂—催化裂化、催化回用及硫回收单元有害空气污染物排放标准》曾多次修订,不断收严其有害大气污染物排放标准。《炼油厂新源排放标准》(NSPS-J/JA)于2008年6月24日正式生效。基于严格的限值排放标准,美国的石化行业所推荐的大气污染物控制技术详见下表。

2.1.4 钢铁、冶金与铸造行业

冶金及铸造行业的主要污染物为颗粒物、SO2 、NOx及VOCs等。美国RBLC数据库针对冶金、铸造行业的不同工艺环节以及不同污染物类型分别给出了最佳可行以及合理可行的控制技术,行业涉及铸钢加工业、铸铁加工业、铁合金生产、铸造等,工艺环节包括电弧炉、感应电炉、钢包冶金、铸造及浇注、制芯、熔渣处理、干燥机、预热装置等炼钢车间操作等。多采用袋式除尘器、湿式电除尘器对颗粒物进行控制;采用过程控制及末端治理方式控制SO2 及NOx排放。

2.1.5 印刷、涂装等其他行业

美国EPA对VOCs的排放控制策略主要是建立了部分消费类和商业产品的VOCs含量限值以及排放限值,重点控制涂料、印刷、农业杀虫剂等行业。南海岸地区除对上述行业和产品提出更严格的限值之外,还对石化行业提出了严格的控制要求。VOCs的污染控制技术基本上可分为两大类,一类是以预防为主的控制措施,主要有工艺改进技术、原材料替代、更换设备和防止泄漏等;另一种是以末端治理为主的治理措施。

预防措施主要是通过改进工艺、替换原材料,以减少进入生产过程中的VOCs总量;改变运行条件,减少VOCs的形成和挥发;更换设备,减少VOCs的泄漏等方法或手段,从源头控制VOCs的排放。1)首先考虑产品替代/再形成,使用低或无溶剂含量涂料替代高溶剂涂料; 2)生产实践控制,提高材料利用率;3)设备替代,减少材料用量以及VOCs排放。末端控制主要有燃烧法、吸收(洗涤)法、冷凝法、吸附法以及生物法等几类,其中燃烧法适合于处理浓度较高的VOCs废气,如化工、喷漆、绝缘材料等行业,一般情况下去除率均在95%以上。

以涂料行业VOCs排放为例,1990年的清洁空气法修正案(CAAA)对VOCs污染物的排放提出了极为严格的限值要求,其中第183(e)款要求EPA必须以最佳可行控制(BAC)规范企业生产行为,即在综合考虑技术经济可行性,健康、环境和能源影响的基础上,所确定的排放管理控制必须采用最有效的设备、措施、工艺、方法、系统或技术,包括化学配方重组、原料或产品替代、重新包装、使用、消费、存储或处置等。基于这些规定,随后制定和完善的一系列法规标准促使不断改进工艺和创新涂料配方、升级治理技术,极大削减了VOCs排放。

为达到《国家建筑涂料VOCs排放标准》,通过推行对低VOCs含量涂料提供经济鼓励等可促进产品达到BAC 的要求。另外产品配方重组被认为是在经济技术上最可行的策略,包括涂料中VOCs含量的适当调整,树脂技术改进等。

美国《国家汽车修补涂料VOCs排放标准》中,EPA将生产商和进口经销商作为最有效的控制对象,确定VOCs限值标准的技术和经济可行性。汽车制造业也通过采用各种OHAP减排技术组合降低表面涂装过程的VOCs 排放量,如使用低HAP含量的涂料,提高涂料利用率,控制烘干炉尾气以及控制溶剂型涂装生产线自动化喷枪的排气等。

2.2 欧盟大气污染源最佳可行技术(BAT)

欧盟的固定源污染控制主要是实施污染预防与控制指令(IPPC指令),建立协调一致的、一体化的工业污染防治系统。指令要求成员国建立并制订排放限值,推广基于最佳可行技术(BAT)的许可制度;欧盟依据IPPC制订了一些行业的最佳可行技术参考文件,要求企业优先达到文件规定的排放限值,以此作为发放排污许可证的依据,同时也要满足欧盟其他相关指令的最低要求;针对VOCs源,欧盟借鉴美国的经验,针对不同的VOCs污染源制定了通用污染控制指令和行业指令,明确了VOCs的排放限值和控制技术。

2.2.1 大型火电厂

针对额定热输入超过50MW的燃烧装置,欧盟给出了治理各类污染物的最佳可行技术[3]。在去除SO2方面,采用湿法石灰石石膏脱硫;海水法脱硫;喷雾干燥法烟气脱硫(半干法脱硫);干法脱硫(如炉膛喷射吸收剂、管道喷射吸收剂、混合喷射吸收剂);烟气循环流化床脱硫;亚硫酸钠、亚硫酸氢钠法烟气脱硫;氧化镁脱硫工艺。去除NOx方面,采用分级燃烧(炉内空气分级燃烧、燃料分级燃烧)、烟气再循环、减少空气预热、低NOx燃烧器等控制技术;去除颗粒物方面,采用静电除尘器、湿式电除尘器、袋式除尘器、旋风除尘器、湿法除尘器进行烟粉尘末端治理。

2.2.2 建材行业

水泥、石灰、玻璃、矿棉、陶瓷等行业是建材行业大气污染物排放的主要污染源,所排放的主要污染物包括颗粒物、SO2、NOx以及VOCs等。欧盟对各类建材行业的大气污染物排放提供了最佳可行控制技术[4-5]。以水泥行业为例,采用静电除尘器、袋式除尘器对颗粒物进行末端治理;通过工艺优化、燃烧控制、末端治理(SNCR、SCR)对NOx进行控制;还通过干法洗涤、湿法洗涤去除SO2。

2.2.3 石油及化工行业

VOCs、颗粒物是石化行业的主要污染物,欧盟针对石化行业不同工艺提出了适用于不同污染物类型的最佳可行技术[6-10]。以矿物油、天然气提炼行业为例,通过对再生器进行优化设计、使用SCR、SNCR对NOx进行控制;利用三级或多级旋风除尘器、静电除尘器或洗涤器处理颗粒物;使用脱硫催化剂或湿法洗涤、文丘里洗涤、海水法脱硫等方法以去除SO2。

2.2.4 钢铁、冶金与铸造行业

冶金及铸造行业的主要污染物包括颗粒物、SO2、NOx以及VOCs等。欧盟针对冶金、铸造行业的不同工艺环节以及不同污染物类型分别给出了最佳可行控制技术[11-13]。如在钢铁烧结工艺中,通过降低烧结料中的挥发性碳氢化合物含量、顶层烧结控制VOCs排放;在烧结混合料中添加含氮化合物,抑制二英形成;采用低含氮燃料、烟气再循环、低NOx燃烧器、SCR/SNCR对NOx进行控制。铸造工艺中,对铸造和成型车间进行真空清洗、使用自动卷帘系统、严格控制工艺过程粉尘等方法对颗粒物排放进行预防,并采用旋风器、织物或袋式过滤器、湿式洗涤器对颗粒物进行去除。

2.2.5 印刷与涂装行业

VOCs是印刷、涂装行业的典型污染物,针对印刷、涂装等相关工艺产生的VOCs,欧盟同样推荐了最佳可行技术[14-15]。如使用水性油墨、利用自动化清洁器对烘干室等印刷生产区域的空气继续抽取与处理、在废气流中调整溶剂浓度、优化焚烧炉的使用等技术方法控制柔印和凹印包装产生的VOCs。

3、小结

从国内环保产业发展状况看,政策、制度推进了行业的市场化,产业快速发展迎来了整合期。节能环保领域的投资平稳增长,资本来源多样化。龙头企业增长突出,但全国性巨头企业短期内仍难现。

欧美地区在节能、环保领域都有详尽的BAT技术,对我国大气污染防治工作具有重要借鉴意义,对大城市未来的研究和发展方向具有指引作用。随着我国近些年节能环保产业的发展,其中部分技术已被我国引进并应用于相应行业,且仍有许多实用技术可在国内推广使用。

从国外发展状况看,由于传统冶金、水泥、玻璃等高污染、高能耗工业不是发达国家的重点工业,已大部分转移在国外生产,因此近年来其的节能减排技术已滞后于我国的发展速度,国内的工业企业由于节能减排压力而研发了相应的技术。

从国外工业节能技术看,更加重视产业循环利用生产方式,在源头上做到减量化,在中端做到再利用,在末端做到再资源化。如日本是冶金行业能源利用率最高的国家,即通过加强钢铁企业废弃物的循环利用,如最大限度地循环利用钢铁渣和含铁粉尘的回收利用,充分利用废塑料和废轮胎,节约燃料并减少排放。同时,大量减少了钢铁企业废弃物的产生,节约废弃物填埋占地,使钢铁产业进入良性发展轨道,此经验值得国内借鉴。此外,发达国家美国将新能源技术的开发和应用作为本国未来发展的方向,在发电技术(包括地热能、太阳能、风能、水力发电)、交通运输技术(包括生物质能、燃料电池和性能先进的汽车)和能效方面的技术(包括建筑物、工业、能源管理、气候变化与政府间合作)等领域进行了重点研发。欧盟计划在2018~2020年期间,实现接近零排放建筑物的规范化系列设计等。因此我国对于新能源技术开发、可再生能源利用、建筑节能及交通运输技术等,应作为未来的重点研发方向。

从工业大气污染防治技术看,国外在原料控制上做得比较完善,如控制燃料质量、涂料及原料低VOCs含量、焚烧垃圾原料等。而我国在此方面控制较差,导致原料供应随意性大,不能满足设计要求,致使污染防治设施无法达到预期设计效果。在污染防治技术方面,国内对颗粒物、SO2方面的控制技术较完善,但对于NOx、VOCs、有毒有害(如二英)污染防治技术上与国外还有差距。以NOx控制为例,国外的低氮燃烧技术较先进,美国南加州已经执行9ppm排放限值,未来最严还会执行5ppm排放限值,且低氮燃烧技术在民用采暖热水炉上也规范应用。此外,国外也在研发治理餐饮业排放的污染治理技术。

借鉴国外节能环保产业发展经验,建议我国大力发展节能环保关键技术装备、加快培育高端节能环保装备创新能力、探索推进信息技术促进节能减排、加快建立完善市场化的节能环保激励约束机制、强化节能评估和能源审计,发展节能服务业、积极推进节能环保企业的“引进来”和“走出去”。

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