雾霾是怎么形成的 雾霾天气形成的原因和危害

近日，中国投资协会能源投资专业委员会秘书处就今年2月底疫情期间，在全国经济活动被骤然按下暂停键，全国人民自觉在家隔离的情况下，北京还是发生了严重的雾霾现象，专门采访了侯先生。下文是采访节选。

问：侯总，您好！这些年还在做节能减排项目吗？能否请您简单先说以下，什么是雾？雾是怎样形成的？

答：2015年10月份以后就不再做了，在家专门研究雾霾。雾是漂浮着小水珠的饱和水蒸汽气溶胶。

地面的水分不断的向大气蒸发扩散，空气中水分含量增加，使空气相对湿度升高，当空气中的水蒸汽达到一定浓度（空气相对湿度50%），由于水分子之间有吸引力，水蒸汽就会在空气中形成水蒸汽气溶胶，空气湿度继续增加达到90%以上并接近100%，遇到温度降低时，空气中的水蒸汽就会达到饱和（相对湿度达到100%）,温度继续降低，空气中多余的水蒸汽就会冷凝成小水珠，以液态小颗粒的形式漂浮在空气中，这些漂浮在水蒸汽气溶胶中的小水滴反射光线成为可见颗粒物，这就是我们肉眼看到的雾。由于纯净的水分子之间有引力，形成气态水分子之间的内聚力，因此，即使太阳出来以后，气温升高，空气湿度变小，大雾被空气撕裂，仍然可以变成一朵朵的雾团漂浮在地面。

问：那什么是霾呢？什么是雾霾？雾霾是怎样形成的？又是怎样消散的？

答：霾是一个笼统的概念，中国字典和古书籍把一切模糊的东西统称为“霾”，因此，有灰霾、烟霾、沙霾、雲霾、雨霾、尘霾、雾霾、阴霾……之称。雾霾是被污染物颗粒污染了的不饱和水蒸汽气溶胶。

当空气中的水分含量增加到一定程度（空气相对湿度达到50%以上），水分子之间吸引力将水分子吸引在一起形成气溶胶，水蒸汽气溶胶就像一张大网笼罩在一个地区，污染物颗粒在水蒸汽气溶胶中自由度大大降低，无法自由扩散，只能乖乖地被水分子俘获、浸润、胀大成为可以反射光线的可见大颗粒，这就是雾霾颗粒，雾霾颗粒增多到一定量（空气污染指数AQI大于70）就形成了影响视野的雾霾。

水蒸汽是雾霾的基质和溶剂，污染物颗粒是雾霾气溶胶中的溶质，水蒸汽是发生雾霾的必要条件，污染物颗粒决定雾霾的轻重程度。

雾霾的消散原理和过程是：当外部条件改变，例如，太阳升起后气温升高，空气湿度减小，或者干燥的北风置换、冲淡空气湿度，只要空气湿度小于50%，空气中水蒸汽浓度减小，水分子之间的距离增大，水蒸汽气溶胶的内聚力消失，雾霾颗粒中的水分重新蒸发到大气中，失去水分的雾霾颗粒重新变回微小、不可见的污染物颗粒，恢复原有的自由度，不但雾霾消失，污染物颗粒也可以重新向高空扩散，空气质量也随之变好。

问：雾和雾霾有什么共同点？有什么不同点？怎么区别？

答：雾和雾霾共同点是：

1）雾和雾霾都是由水蒸汽作为基质的气溶胶。

2）雾和雾霾大都发生在凌晨气温最低的时段。

3）雾和雾霾都看得到。

4）雾和雾霾当太阳照射使地面空气温度升高都会自动消失。

雾和雾霾的不同点是：

1）雾是纯净的水蒸汽气溶胶；雾霾是混入污染物颗粒的气溶胶。

2）雾是饱和水蒸汽气溶胶（空气湿度=100%）；雾霾是不饱和水蒸汽气溶胶（空气湿度=50%～100%）。

3）雾看得到是因为雾中的小水珠颗粒反射光线；雾霾看得到是因为被水蒸汽泡胀的雾霾颗粒反射光线。

4）雾像天上的云一样有边界，可以成团飘浮在空气中；雾霾没有边界，以弥漫状态存在，不能成团飘浮在空气中。

雾有明显的边界，例如，区域性大雾可以看到河东大雾笼罩像一堵灰色的气墻，不见天日、近距离视物不清，河西红日初升，视野清晰。请看第一张照片，高楼后面大雾笼罩下什么也看不见，大楼前面楼层、窗户清晰可见。大雾往往以河流，湖泊、山脉、高大建筑为边界。

雾霾没有边界。请看第二张照片，这是在地面雾霾笼罩期间从北京中国尊525米顶部拍摄的世贸大厦（330米）。照片中看到云朵下面无边无沿的严重雾霾笼罩。从照片中还可以看出，雾和雾霾高不过天空中的云层。照片中的云层不超过300米高。从而也证明了阴天多发生严重雾霾的原因是，云层压低了地面水蒸汽和污染物颗粒的扩散空间，使湿度增加，同时污染物颗粒聚集增多。

照片一：楼前雾团漂浮，楼后的气墻 照片二：云团下面的雾霾

问：为什么疫情期间污染排放减少了，仍然发生连续性重度雾霾？

答：春节以后，好多人在网上发问：汽车不上街了，人们都宅家了，中小型污染企业都停产了，为什么北京地区春节前后还会发生两次连续性重度雾霾呢？

有的传统环保专家用区域容量来解释，称疫情期间，城市周围热电厂没停，大钢铁厂没有关闭，这些企业的污染还在继续排放。在遇到外界因素影响下，容量减小50%、甚至是80%，污染排放超出了减小后的容量，因此发生连续性重度雾霾。

作为工作于节能减排第一线的一名非环境专业的热能工作者，我并不认同这部分传统环保专家的上述说法，我认为在治理污染物排放时次生的大量水蒸汽排放才是发生雾霾的主要原因。

疫情期间，大型钢铁企业和城市周围的热电厂继续排放残余污染物颗粒以外，沒有治理的水蒸汽仍然大量排放。重雾霾那些天都是多云或阴天湿冷天气，白天沒有太阳照射或照射时间很短，污染物颗粒和水蒸汽没有充足的时间和空间向高空扩散 ，湿度绝大部分时间或24小时都大于50%，水蒸汽气溶胶笼罩着大地，污染物颗粒更是失去自由度，长时间积累聚积，不发生重度雾霾是不可能的。

我给你看疫情期间北京市三天重度雾霾天气的空气湿度和空气污染图表：

再看2月15日没有雾霾天气的低湿度天气下的空气质量：

问：为什么说水蒸汽是生成雾霾的决定因素？

答：雾霾是一种气溶胶这一点环保界已经基本达成共识。但是对气溶胶的定义还存在严重的分歧。部分环保专业的工作者认为，微尘颗粒可以形成固体颗粒气溶胶，酸根、氨离子以及盐粒子可以形成各自不同的气溶胶。我和一些热能专业的工作者不同意上述说法，因为气溶胶可以在空气中存在很长一段时间，例如：雾，云和雾霾。首先气溶胶必须由气态物质组成，其次物质分子之间有吸引力形成的内聚粘结力，第三，形成气溶胶的物质必须有一定的量，否则，很难在空气中长时间存在。有谁见过烟囱冒出的烟尘能飘得很远很远？有谁见过黄土马路上的汽车过后扬起的飘尘久久不扩散消失？

水蒸汽是气体并具有粘结力，可以在空气中形成气溶胶，而且还必须达到一定的量（表示为空气湿度50%），其他物质是没有这个资格的。因此说，没有水蒸汽气溶胶就谈不上生成雾霾，水蒸汽是雾霾的基质和溶剂，是生成雾霾的必要条件和决定因素，同时，也是污染物颗粒聚集不散的隐性因素。

问：空气中的湿度对雾霾的形成如此重要，那如何解释有的时候中国相对比较干燥的北方地区被雾霾笼罩，而相对湿度比较高的南方地区却天高气爽呢？

答：很多人都向我提出这个问题。南方地区雾霾相对较少，有两个原因：第一个原因是南方地区是海洋性气候，降雨频繁，雨水冲刷、洗涤了空气中的污染物颗粒，使得污染好几天聚集不起来；第二个原因是，南方以轻工业为主，污染比较大的重工业分布不是很集中，再加上南方地区2005年最先发生雾霾，我国治理污染排放也比较早，也很有成效。

问：为什么一个世纪以来环保科学家不承认水蒸汽是形成雾霾的决定因素呢？

答：雾霾理论产生于西方国家上世纪初的工业革命时期。当时，英国伦敦和美国洛杉矶都在几天严重雾霾期间死了数千人，引起科学家的高度重视与研究。发生雾霾最早的都是沿海城市，终年湿度都很大，大家对大湿度都习以为常，因此，只看到了汽车尾气和烟囱黑烟的危害，忽视了看不见、摸不着并和人类长期密切接触的水蒸汽这个隐性因素，因此，一直以来都认为污染物颗粒是产生雾霾的唯一因素。后世的科学家也没有深入研究“为什么工业革命时期其他内陆地区没有发生严重雾霾死那么多人呢？”直到2010年之后，中国部分科学家和工作在节能减排第一线的热能专家才提出为什么华北地区污染物排放大大减少之后雾霾反而越治越多了？通过观察和计算，我们得出结论是，由于脱硫脱硝和天然气燃烧使局部地区每天排放几十万吨水蒸汽造成该地区空气湿度迅速从50%以下上升到50%以上，水蒸汽气溶胶限制了污染物颗粒扩散的自由度并附着、浸润、胀大颗粒物生成雾霾，水蒸汽形成气溶胶才是发生雾霾的前提条件。没有水蒸汽气溶胶，污染物颗粒再多仍然还是尘埃，不会形成雾霾。

问：那么，人为排放的水蒸汽能够回收吗？如何回收？

答：过去是没办法回收的。自从低温换热器和吸收式热泵问世之后，不但低温低压放散水蒸汽是完全可以回收的，热工专家还把眼光投向电厂的冷却塔和钢厂和化工厂的循环冷却水，35℃左右的低温热水的热量也要回收。如果把热电厂的汽轮机乏汽冷凝热回收利用，可以把电厂的热效率提高到80%以上。国家能源部门应该大力提倡该部分的余热回收利用，一部分工作在节能第一线的热能工作者已经成功竣工不少低温水蒸汽余热回收工程，我也曾在包钢6号高炉成功回收冲渣水散蒸汽余热和钢渣焖渣坑水蒸汽余热回收项目，用于包头市冬季采暖和夏季制冷和供生活热水。希望能投委能够鼓励国家和社会资本把更多的资金投到低温余热回收利用上。

问：如何回收低温余热？投资回收期长吗？

排放的低温散蒸汽的回收方法是，将带有水蒸汽的排烟通过换热器或者吸收式热泵降低温度使烟气在低饱和温度下迅速达到饱和，多余的水蒸汽就会释放汽化潜热冷凝为冷凝水。非连续性的排放可以增加低温相变蓄热器将热量储存在相变蓄热塔内，实现对外连续或间断供热。

回收电厂和冶金化工企业的水蒸汽和低温循环水（减少冷却塔水分蒸发）余热有三大好处：第一、不仅使空气湿度减小防止雾霾的发生；第二、充分利用并节约宝贵的水资源；第三、回收的汽化潜热可以用于冬季采暖和夏季制冷和供应生活热水。这是1 – 1 = 3的利国利民的好事。

投资回收期一般不超过4年。

问：照您这么说，投资低温余热回收也是帮助治理雾霾了？

答：当然了。在我国北方地区投资回收低温余热、减少低温水蒸汽排放不仅比治理污染物排放简便、成本低、更加有效，而且还有很好的经济效益，一举三得。

只要弄清了雾霾形成的机理，就不会在治理雾霾的道路上一条道走到黑了。科学、准确的治理方针是：湿度大的南方地区继续治理污染物排放，今后的工业布局应该是把重污染企业迁到湿度比较小的北方地区；干燥的北方地区以治理水蒸汽排放为主。不要再过多在污染物颗粒排放上下功夫了。

问：有哪些低温水蒸汽余热可以回收？

答：首先是回收天然气燃烧废气中的水蒸汽，回收烟气中的水蒸汽汽化潜热可以节约天然气7%～９％。目前新出厂的天然气锅炉排烟进口都已经装有烟气冷凝器，先进的壁挂炉也已经回收烟气水蒸汽冷凝热。必须在所有锅炉上全面彻底安装水蒸汽冷凝器。

重工业企业水蒸汽回收分两个方面：首先是直接排放的散蒸汽冷凝回收；其次是回收循环冷却水的余热，防止喷淋冷却塔或者凉水池向大气蒸发排放低温水蒸汽。

钢铁厂水蒸汽回收的工序和设备有：高炉冲渣水散蒸汽和冲渣水余热回收，高炉水冷壁循环冷却水余热回收；烧结工序脱硫塔水蒸汽回收；炼钢车间焖渣坑水蒸汽和循环水余热回收，连铸冷却水余热回收，转炉烟气喷淋冷却水余热回收；

钢铁厂和化工厂所有冷却水余热回收，防止循环水冷却塔或者凉水池向大气排放水蒸汽。

热电厂是布置在大城市周围最大的污染源和水蒸汽排放源，是造成大城市雾霾频繁发生的根源，也是造成温室效应的主要根源。热电厂的水蒸汽回收设备有：进入锅炉前的褐煤干燥脱水，可以减少烟气水蒸汽排放５％～８％；锅炉连续排污和定期排污的水蒸汽排放（约为锅炉蒸发量的５％左右）；汽轮机废气冷凝热回收（热泵直接回收取代冷水塔）；烟气脱硫塔水蒸汽回收。

能投委：谢谢侯总！您使我们认识到了，我们投资余热回收利用项目，不仅是能源循环利用，而且还是为消除雾霾做贡献。