徐德龙院士：降污治霾工程技术之我见

徐德龙院士：降污治霾工程技术之我见

徐德龙院士

院士简介：徐德龙，男，1952年出生， 甘肃兰州人，无机非金属材料专家。现任中国工程院党组成员、副院长、机关党委书记。中国在硅酸盐工程领域的学术和技术带头人，在水泥悬浮预热预分解技术、粉体工程等方面取得多项重大成果。1976年毕业于西安冶金建筑学院（现西安建筑科技大学），1983年获得南京化工学院（现南京工业大学）无机非金属材料专业硕士学位，1996年获得东北大学钢铁冶金系钢铁冶金专业工学博士学位。曾任西安建筑科技大学校长、党委副书记。

一、谁弄脏了我们的空气？

到底是谁弄脏了我们的空气，首先要搞清楚雾霾的源结构，我比较同意国际上一些说法。2015年发布的全球CO2排放源结构图显示，世界上33%的CO2排放是由交通运输产生，29%的CO2排放量是由工业生产引起，27%的CO2排放量是由社会生活造成，商业和其他占了11%排放量。

目前，中国汽车保有量在大幅度增加，加上我国汽油燃烧尾气排放标准不高，造成很严重的污染。我以前工作过的城市西安，目前汽车保有量达到240万辆，但是由于它可吸入颗粒少，所以PM2.5没有发生很大波动。比如，西安2006年到2008年汽车保有量从40万辆增加到60万辆，但是它的PM2.5是呈减少趋势，这是为什么呢？

究其原因，就是西安市把他的6000辆公交车油改气。2012年，随着汽车保有量持续增加，期间PM2.5有所增长，但是西安市把2万多辆出租车油改气，从而又降低了PM2.5数值。所以，交通工具运输对于一个大城市来说是一个很大污染源。从空中俯瞰西安和津京地区，就像盖了一个黑盖子，所以说不是被别的东西污染了我们，而是我们自己污染了自己生活的地方。

二、建议实施的几项重大减污治霾工程技术

在我国主要工业CO2排放源结构中，电力和供暖占据71%，水泥15%，钢铁7%，其他7%。知道了几大排放源，我们就可以有针对性地实施几项重大减污治霾工程技术。

（一）采用XDL高固气比水泥生产新工艺

2013年，京津冀地区水泥总产量1.45亿吨，有水泥企业30家，年排放CO2超过1.01亿吨，排放SO2超过1.2万吨，排放NOx超过1.8万吨。

XDL高固气比水泥生产新工艺，这一国外引进自主改进创新的新工艺。主要特征有:①高固气比快速高效反应，使窑产能提高40%以上，热耗下降20%以上，电耗下降15%，SO2减排75%，NOx减排50%以上，熟料速度提高10%以上；②用余热作为生料磨和矿渣的烘干热源，废气温度下降至80℃左右；③全厂无球化粉磨使电耗下降30%，环境质量大为改善；④采用双覆膜滤袋收尘器，排放浓度将至10mg/Nm3以下，资源吃干榨尽。

XDL高固气比换热与反应的优点包括：高固气比、高热效率、高分解率。XDL水泥煅烧工艺是当前最先进的水泥煅烧技术。推广案例包括甘肃三易水泥有限公司3000T/D水泥熟料生产线，陕西富平生态水泥有限公司2*6500T/D水泥熟料生产线等。

（二）无干扰岩层热供暖技术

以乌鲁木齐为例，采暖季温度与空气污染的关系成反比随着温度降低，燃煤供暖造成PM2.5值、SO2排放量等升高。而岩层热是最具潜力的能源，它蕴藏于地面以下1000米至10000米的高温岩体中，它的温度在几十摄氏度至几百摄氏度之间，是一种可用于采暖、发电的清洁可再生热源。

1. 研发目标：用地表岩层热替代化石燃料燃烧，将锅炉热换管置于地下，实现无干扰洁净供暖。无干扰岩层热供暖原理是通过钻机向地下一定深处高温岩层钻孔，在钻孔中安装一种密闭的岩层换热器，通过热换器将地下深处热能导出，并通过专用装置二次稳压调质后向地面建筑物供热的新技术。这一技术与传统地热利用技术区别在于不开采使用地下热水，就可随时随地低成本获取岩层热能。

2. 岩层供暖技术特点：①普遍适用(每个建筑物地下都有地热能，开发地热能在地面具有普遍性，钻孔位置选定比较灵活，一般不受地质条件制约，供暖质量十分稳定。)②绿色环保(无废气、废液、废渣等任何排放，能量来自于地热，治污减霾成效显著)③保护水资源(系统与地下水隔离，仅通过热换器管壁与高温岩层换热，不抽取地下热水，也不使用地下水。)④高效节能(专用的吸热导热装置与新材料的使用提高了地下吸热导热效率，一个换热孔可以解决1-1.3万平方米建筑物能量需求，占地面积很小。)⑤系统寿命长(地下换热器采用特种钢材制造，耐腐蚀、耐高温、耐高压，寿命与建筑物寿命相当。)

3. 各种经济指标对比分析。岩层供热一次性投资240-300元/m2采暖面积，集中供热和燃气锅炉分别为260和240元，运行费用三者分别为2.9、5.8、6.0元/m2每月。相对比岩层供热优势明显。

4. 治污减霾的功效。以1000平方米建筑为例，与燃煤锅炉相比，采用干热岩供热技术代替标准煤16万吨，减少CO2排放量约43万吨，减少SO2排放量约1360吨，减少氮氧排放物约2496吨，减少粉尘排放量约1536吨，具有很好的治污减霾效果。

（三）燃煤电厂烟气治理构想

据统计，2013年中国电力、冶金、建材、化工等高能耗工业总能耗为18亿吨标准煤，占社会总能耗56%左右，工业能耗90%是煤炭。

1. 火力发电系统存在的主要环保问题：①绝大部分电厂采用静电收尘器，烟气排放粉尘浓度偏大80-100mg/Nm3(2012年版国标值≤30mg/Nm3)；②烟气中SO2浓度约为2300mg/Nm3，经过脱硫仍高达530mg/Nm3(国标为200mg/Nm3，新建电厂为100mg/Nm3)；③因燃煤中N含量偏高(0.8%)，加之煤粉锅炉温度偏高，一般烟气中NOx大于1500mg/Nm3。由此可见，电厂减排压力很大。

2. 电厂烟气治理建议：①用覆膜式收尘袋取代静电收尘器或电袋复合收尘器。因覆膜式收尘袋具有膜切割粒径小，适应性强，用其取代电收尘器后，可确保粉尘排放浓度降至5-10mg/Nm3。②探索煤与脱硫石灰石精准混合后一道混磨、均化，在燃烧过程中脱硫并生产特级粉煤灰的方法。煤粉混烧不会降低燃烧温度，当碳酸钙与碳元素三倍摩尔比(或九倍质量比)时，炉内不会产生明显降温。将脱硫煤与煤中硫精准测量，以Ca/S为控制指标，精确配合，均匀混合粉磨，在燃烧的同时，实现实时脱硫，使煤中的硫转化为硫酸钙、硫铝酸盐、硫铁酸盐等有用矿物，提高粉煤灰的品质，副产优质灰。③控制燃烧过程，减少NOx的生成量，从源头上减排。热力型NOx是由空气中氮在高温下氧化而成，生成量取决于温度。燃料型NOx是由燃烧中氮氧化物在燃烧过程中热分解且氧化生成，包括挥发性NO与焦炭型NO两种途径。优化燃烧过程改造电厂的总体设想为通过循环燃烧，可将粉煤灰中的残炭由3%-4%降至1%，在燃烧中实时脱硫，通过控制燃烧氛围，可将NOx生成量降至400mg/m3，电收尘改双覆膜袋收尘，烟尘浓度≤10mg/Nm3。④通过电煤分质清洁利用，转变电力企业发展模式。物尽其用，分质提值清洁利用。

（四）关于逐步减少开山炸石生产建设用砂石料的建议

2013年京津冀地区共有大小采石场近3000处，由于开山炸石生产建设用砂石料造成植被破坏总面积约20万亩，给京津冀地区生态环境进一步恶化留下巨大隐患。京津冀地区雾霾问题已成为举世瞩目重大环境问题，而粒径小于1微米超细固体颗粒物、氮氧化物和硫化物向大气中排放，是构成PM2.5的主要成分。

目前，京津冀地区开山炸石生产建筑用的砂石料每年达6亿吨。爆破过程中产生超细粉尘和NOx等潜在PM2.5形成物，约相当于64万辆轻型机动车总排放量。我国京津冀地区累积堆存有200多亿吨铁尾矿和铁矿废石，并且每年还在持续产生10亿吨以上。京津冀地区高炉水渣和钢渣年产量分别为5824.98万吨和3106.65万吨。采用铁矿尾矿和废石制备建设用砂石骨料来代替开山炸石时生产的砂石料，在北京地区已经取得初步成果。北京市累积利用尾矿和废石已超过3.6亿吨，并且经受了12年的应用考验。

因而建议京津冀地区，制定逐步禁止开山炸石造砂和鼓励利用铁废石和尾矿的优惠政策；疏通兴隆、遵化、迁西、迁安等重点尾矿坝和废石堆场至京津冀主要城市的铁路运输线，以减少运输成本，使得相关企业获利；加快利用固体废弃物相关配套技术标准，施工规范制定，加强工程示范引领作用。

三、几点结论

中国降污治霾难点在于既要保持中高速发展，又要迈向中高端水平，还要显著改善环境质量。但我们的优势在于党的坚强领导，人民的迫切要求，优秀的传统文化和务实创新强大的工程技术队伍。

因此，关键在于我们思维方式的改变，即将东方本论和西方的还原理论有机深度融合，创造出一条我国独特的降污治霾模式；根本出路一是创新驱动发展，二是全面从严依法治国。

（编辑：刘启强 罗丽冰）