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PAGE4脫硝市場(chǎng)現(xiàn)狀及前景分析1我國(guó)脫硝形勢(shì)嚴(yán)峻我國(guó)以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu),導(dǎo)致了大氣中NOx污染物比較多。但我國(guó)對(duì)NOx的控制卻基本處于缺位狀態(tài),NOx排放量逐年增多,危害增加。要控制NOx排放,應(yīng)該從第一大污染源——火電行業(yè)人手。煙氣脫硝是繼煙氣脫硫之后國(guó)家控制火電廠污染物排放的又一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域。電站煙氣脫硝主要是處理氮氧化物,主要由一氧化氮和二氧化氮構(gòu)成。一氧化氮原本無毒無害,當(dāng)發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化成為二氧化氮后,對(duì)環(huán)境就造成了極大的污染,并嚴(yán)重危害身體健康。氮氧化物的大量排放,一是增加了空氣中氮氧化物的濃度,導(dǎo)致城市或區(qū)域灰霾、光化學(xué)煙霧等復(fù)合型空氣污染如重;二是增加了酸雨的污染程度;三是通過干、濕沉降的作用,加重了水體富營(yíng)養(yǎng)化的影響。隨著全國(guó)各個(gè)電廠脫硫設(shè)施的建設(shè),二氧化硫的治理效果顯現(xiàn),氮氧化物正逐漸成為第一大酸性污染氣體。據(jù)統(tǒng)計(jì),2000-2005年我國(guó)氮氧化物排放從1100萬(wàn)t增加到1900萬(wàn)t,年均增長(zhǎng)10%。2005年后,空氣中氮氧化物濃度仍在不斷上升。我國(guó)氮氧化物排放主要集中在東部地區(qū)。據(jù)測(cè)算,全國(guó)80%以上的氮氧化物排放量來自于人口密集、工業(yè)集中、經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的中東部地區(qū)。數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)氮氧化物排放量超過100萬(wàn)t的省份依次為廣東、山東、河北、江蘇和河南,這5省的排放量占全國(guó)排放總量的43.5%。從單位面積排放強(qiáng)度來看,排放量最大的地區(qū)依次是上海、天津和北京。而且,這些地區(qū)大氣中二氧化氮的總負(fù)荷呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)氮氧化物排放量主要來自火電、交通部門及工業(yè)部門。2007年火電廠排放的氮氧化物總量已增至840萬(wàn)t,比2003年的597.3萬(wàn)t增加了近40.6%.約占全國(guó)氮氧化物排放總量的40%。我國(guó)目前火電脫硝機(jī)組只有4000萬(wàn)Kw左右,占火電裝機(jī)容量?jī)H6%左右,未來市場(chǎng)前景巨大。截至2008年底,我國(guó)發(fā)電裝機(jī)規(guī)模已達(dá)79253萬(wàn)Kw,其中火電機(jī)組容量為60132萬(wàn)Kw,占總裝機(jī)規(guī)模的75.87%。如果到2010年、2015年和2020年火電裝機(jī)容量分別達(dá)到71780萬(wàn)Kw、101700萬(wàn)Kw和121900萬(wàn)Kw計(jì),火電行業(yè)NOx排放量到2010年、2015年和2020年將分別達(dá)到1038萬(wàn)t、1310萬(wàn)t和1452萬(wàn)t。以安裝高效低氮燃燒器和SCR計(jì),單位造價(jià)在200到250元/Kw之間,則到2015年需總投資為602億元至868億元,到2020年零總投資634億元至934億元。數(shù)據(jù)顯示,在2015年以前,脫硝行業(yè)每年平均規(guī)??蛇_(dá)100億元以上,市場(chǎng)容量巨大。未來5年將帶來的SCR脫硝催化劑市場(chǎng)需求為178億元、44.5萬(wàn)1113,平均每年36億元、8.9萬(wàn)m3。脫硝市場(chǎng)容量中,36%左右是SCR脫硝催化劑市場(chǎng)。2國(guó)家政策大力推動(dòng)脫銷行業(yè)大發(fā)展隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視,環(huán)保產(chǎn)業(yè)也迎來一次又一次的大發(fā)展。環(huán)保政策的每一次變遷,猶如接力棒一般,催生了環(huán)保市場(chǎng)的連續(xù)爆發(fā)。2004年1月1日實(shí)施的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》,首次規(guī)定了火電廠氮氧化物的排放限值,并按時(shí)段和不同燃料及其特性分別規(guī)定了不同限值。2009年3月23日,環(huán)境保護(hù)部辦公廳印發(fā)了《2009—2010年全國(guó)污染防治工作要點(diǎn)》。文件第九條規(guī)定:“全面開展氮氧化物污染防治。以火電行業(yè)為重點(diǎn),開展工業(yè)氮氧化物污染防治。在京津冀、長(zhǎng)三角和珠三角地區(qū),新建火電廠必須同步建設(shè)脫硝裝置,2015年年底前,現(xiàn)役機(jī)組全部完成脫硝改造。研究扶持政策,提高氮氧化物污染防治技術(shù)水平?!?009年5月12日,國(guó)務(wù)院發(fā)布了《裝備制造業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》(規(guī)劃期為2009-2011年)。規(guī)劃提出,適應(yīng)環(huán)境保護(hù)和社會(huì)民生需要,大力發(fā)展污水污泥處理設(shè)備、脫硝脫硫設(shè)備、余熱余氣循環(huán)再利用設(shè)備、環(huán)境在線監(jiān)測(cè)儀器儀表等。規(guī)劃還提出鼓勵(lì)使用首臺(tái)(套)的政策,即第一臺(tái)(套)能滿足工程需要的國(guó)產(chǎn)設(shè)備,在國(guó)家重點(diǎn)工翟、重點(diǎn)項(xiàng)目?jī)?yōu)先使用。這打破了以往環(huán)保設(shè)備需要有業(yè)績(jī)、運(yùn)行多年才能參加競(jìng)投標(biāo)的機(jī)制。2009年7月,國(guó)家環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(征求意見稿)。對(duì)比新標(biāo)準(zhǔn)和舊標(biāo)準(zhǔn)(CB13223-2003),在煙塵、二氧化硫和氮氧化物三個(gè)主要污染物的排放量限制方面,新標(biāo)準(zhǔn)均做出了更為嚴(yán)格的規(guī)定。在脫硝方面,新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了到2015年所有火電機(jī)組都將執(zhí)行氮氧化物排放濃度在重點(diǎn)地區(qū)不高于200mg/m3、非重點(diǎn)地區(qū)400mg/m3的限值。重點(diǎn)地區(qū)的新增機(jī)組從2010年開始直接執(zhí)行200mg/m3的排放限值。新標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)將推動(dòng)脫硝行業(yè)的快速啟化物排放的要求較低,火電廠只要采用低氮燃燒技術(shù)就可以達(dá)到國(guó)家要求的排放標(biāo)準(zhǔn),沒有減排壓力;二是沒有相應(yīng)經(jīng)濟(jì)政策的支持,沒有減排動(dòng)力。4促進(jìn)我國(guó)脫硝市場(chǎng)的良性發(fā)展4.1建立市場(chǎng)準(zhǔn)入制度為避免惡性競(jìng)爭(zhēng)、確保工程質(zhì)量、提高運(yùn)行可靠性與穩(wěn)定性,建議由國(guó)家相關(guān)部門組織專家或委托行業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)從事煙氣脫硝工程建設(shè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的企業(yè)從注冊(cè)資金、資質(zhì)、業(yè)績(jī)、市場(chǎng)信譽(yù)等方面,設(shè)立脫硝的行業(yè)準(zhǔn)入門檻,制定準(zhǔn)人辦法,進(jìn)行資格準(zhǔn)入。從事火電廠煙氣脫硝工程昀總承包公司,必須是具有法人資格的經(jīng)濟(jì)實(shí)體;所具有的脫硝技術(shù)應(yīng)是先進(jìn)的、完整的、成熟的,具有合法使用該項(xiàng)技術(shù)的權(quán)力和能力;具有相應(yīng)的脫硝工程設(shè)計(jì)、工程承包的能力;具有履行項(xiàng)目工程承包所必需的經(jīng)濟(jì)實(shí)力,財(cái)務(wù)狀況良好;內(nèi)部組織機(jī)構(gòu)完善、管理體系健全、專業(yè)技術(shù)人員和管理人員配備齊全,有組織工程建設(shè)和現(xiàn)場(chǎng)施工管理的經(jīng)驗(yàn),有完整的質(zhì)量保證體系。建議建立國(guó)家鼓勵(lì)的脫硝工藝設(shè)備名錄制度,引導(dǎo)脫硝產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的良性發(fā)展。依托國(guó)家實(shí)施環(huán)保技術(shù)管理體系建設(shè)工程,增強(qiáng)脫硝技術(shù)創(chuàng)新能力,在相關(guān)工藝設(shè)備方面實(shí)行優(yōu)勝劣汰。通過發(fā)布國(guó)家鼓勵(lì)或者限制發(fā)展的脫硝裝備目錄,篩選推廣質(zhì)量較好的脫硝設(shè)備,發(fā)展脫硝設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈。4.2建立經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼政策舊經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼要綜合運(yùn)用各種經(jīng)濟(jì)手段推進(jìn)火電廠的氮氧化物控制工作,以最小的成本換取最大的環(huán)境效益,如排污權(quán)交易政策;要使脫硝的環(huán)境保護(hù)成本傳導(dǎo)到電價(jià)中去,使電力成本真正體現(xiàn)資源和環(huán)境成本;收取的氮氧化物排污費(fèi)要全部用于氮氧化物的治理,尤其是用于老電廠低氮燃燒器改造獎(jiǎng)勵(lì)、煙氣脫硝獎(jiǎng)勵(lì);對(duì)一時(shí)不能實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的設(shè)備要有免稅或減稅措施;通過國(guó)家環(huán)保專項(xiàng)資金補(bǔ)助或中央預(yù)算內(nèi)投資資金補(bǔ)助對(duì)現(xiàn)役電廠建設(shè)姻氣脫硝裝置。煙氣脫硝電價(jià)的計(jì)算是以脫除的氮氧化物多少來確定,或以地區(qū)為單位計(jì)算脫硝的社會(huì)平均成本來確定,還是按煤質(zhì)(揮發(fā)份)情況來確定,需要進(jìn)行系統(tǒng)研究,最好是納入電價(jià)機(jī)制的改革方案之中統(tǒng)籌解決。在電價(jià)機(jī)制不做大的改革之前,可以像脫硫電價(jià)一樣結(jié)合考慮煤質(zhì)(揮發(fā)份)情況給脫硝企業(yè)每度電量一定的電價(jià)進(jìn)行補(bǔ)貼;也可以地區(qū)或地市為單元計(jì)算當(dāng)?shù)孛摮趸锲骄杀?,以平均成本和企業(yè)實(shí)際脫除的氮氧化物量為依據(jù),計(jì)算各企業(yè)煙氣脫硝成本,然后通過電價(jià)支付給脫硝企業(yè)。根據(jù)前面的計(jì)算,在目前的的技術(shù)水平總的污染物排放總量,即為CEMS總的排放量。由此,經(jīng)過換算,得到脫硫效率、投運(yùn)率、二氧化硫排放量等,生成各種符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的日、月、年報(bào)表,并監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況,保存在上位計(jì)算機(jī)中。4.3工程總結(jié)在原有脫硫系統(tǒng)中,只設(shè)置了脫硫后CEMS系統(tǒng),并不能滿足現(xiàn)有的環(huán)保排放要求,均須對(duì)原有設(shè)施進(jìn)行整改。對(duì)濕法煙氣脫硫系統(tǒng)和煙氣循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng),均要紀(jì)錄煙氣進(jìn)口和出口二氧化硫、煙塵、氮氧化物濃度等參數(shù)。通過此改造工程及長(zhǎng)期的使用情況,總結(jié)如下:(1)由于是改造工程,測(cè)點(diǎn)的選取及設(shè)備的布置都受到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的限制。但環(huán)保要求規(guī)定,測(cè)定位置應(yīng)避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位,測(cè)定點(diǎn)需設(shè)置在距彎頭、閥門、變徑管下游方向不小于4倍直徑,和距上述部件上游方向不小于2倍直徑處。當(dāng)安裝位置不能滿足要求時(shí),應(yīng)盡可能選擇氣流穩(wěn)定的斷面,但測(cè)定點(diǎn)的前直管段長(zhǎng)度必須大于測(cè)定點(diǎn)的后直管段長(zhǎng)度。所以改造工程中,現(xiàn)場(chǎng)的平臺(tái)、扶梯設(shè)置等工程量更大。如果在新建工程中,可以統(tǒng)籌考慮。(2)在脫硫控制系統(tǒng)的選型上應(yīng)盡可能的采用DCS系統(tǒng),或采用PLC的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。隨著國(guó)家更嚴(yán)格的排敖控制及企業(yè)對(duì)脫硫設(shè)備的管理需要,脫硫信息均需接入企業(yè)管理系統(tǒng)或接入互聯(lián)網(wǎng)等,以太網(wǎng)可以接入廣域網(wǎng)(WAN),他的冗余結(jié)構(gòu)、交換技術(shù)等可以使數(shù)據(jù)的通信更便捷。(3)在CEMS的實(shí)際使用中,還應(yīng)該嚴(yán)格遵守運(yùn)行維護(hù)規(guī)程,這是正常使用的關(guān)鍵。如果感覺數(shù)值不準(zhǔn)確,就應(yīng)重新校準(zhǔn)及標(biāo)定分析儀。在使用過程中,應(yīng)定期檢查過濾器、采樣探頭、管路等是否有結(jié)灰、冷凝水等情況,對(duì)某些部件,應(yīng)定期更換。另外由于機(jī)組也可能階段性采用高硫煤或其他焚燒物,CEMS的量程設(shè)置需及時(shí)做出調(diào)整。5主要的脫硝技術(shù)煙氣脫硝技術(shù)按治理工藝可分為濕法脫硝和干法脫硝。主要包括:酸吸收法、堿吸收法、選擇性催化還原法、非選擇性催化還原法、吸附法、離子體活化法等。國(guó)內(nèi)外一些科研人員還開發(fā)了用微生物來處理NOX廢氣的方法。其中,選擇性催化還原法和非選擇性催化還原法技術(shù)較為成熟,且選擇性催化還原法(SCR)在實(shí)際應(yīng)用中最多。5.1選擇性催化還原脫硝技術(shù)(SCR)介紹(1)SCR技術(shù)原理以氨為還原劑的SCR反應(yīng)如下:4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O第一個(gè)反應(yīng)是主要的,因?yàn)闊煔庵袔缀?5%的NOx以NO的形式存在。在沒有催化劑的情況下,上述化學(xué)反應(yīng)只在很窄的溫度范圍內(nèi)(980℃左右)進(jìn)行,即選擇性非催化還原(SNCR)。通過選擇合適的催化劑,反應(yīng)溫度可以降低,并且可以擴(kuò)展到適合電廠實(shí)際使用的290-430℃范圍。最常用的金屬催化劑含有氧化礬、氧化鈦、氧化鉬、氧化鎢等。在反應(yīng)條件改變時(shí),還可能發(fā)生以下副反應(yīng):4NH3+3O2→2N2+6H2O+1267.1J2NH3→N2+3H2-91.9J4NH3+5O2→4NO+6H2O+907.3J發(fā)生氨分解的反應(yīng)和氨氧化為NO的反應(yīng)都在350℃以上才能進(jìn)行,450℃以上開始激烈。反應(yīng)溫度在300℃以下時(shí)僅有氨氧化為N2的副反應(yīng)可能發(fā)生。(2)SCR系統(tǒng)布置SCR脫硝反應(yīng)系統(tǒng)在火電廠置于鍋爐之后,其布置方式有三種,即高溫高塵布置方式、高溫低塵布置方式以及低溫低塵布置方式。(如下圖)第一種布置的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)入反應(yīng)器的煙氣溫度達(dá)300-500℃,多數(shù)催化劑在此溫度范圍內(nèi)有足夠的活性,煙氣不需要加熱可獲得好的NOX凈化效果。但催化劑處于高塵煙氣中,壽命會(huì)受到下列因素影響:①飛灰中K、Na、Ca、Si、As會(huì)使催化劑污染或中毒;②飛灰磨損反應(yīng)器并使蜂窩狀催化劑堵塞;③若煙氣溫度過高會(huì)使催化劑燒結(jié)或失效。第二種布置將反應(yīng)器布置在省煤器后的高溫電除塵與空氣預(yù)熱器之間,該方式可防止煙氣中飛灰對(duì)催化劑的污染和反應(yīng)器的磨損和堵塞,但是一般的電除塵器在300-400℃的高溫下很難正常運(yùn)行,可靠性不高,一般不采用。第三種布置將反應(yīng)器布置在FGD系統(tǒng)之后,催化劑不受飛灰和SO3等氣態(tài)毒物的影響,但由于煙溫低,一般需用GGH或加設(shè)燃油或天然氣的燃燒器將煙溫提高到催化劑的活化溫度,勢(shì)必增加能源消耗和運(yùn)行費(fèi)用。因此,工業(yè)應(yīng)用中普遍采用高溫高塵布置方式。有垂直氣流布置和水平氣流布置兩種形式,在燃煤鍋爐中,由于煙氣中的含塵量較高,一般采用垂直氣流方式。(3)SCR系統(tǒng)中使用的催化劑按使用溫度范圍,分成高溫、中溫和低溫三類。中溫300-400℃;高溫大于400℃;低溫小于300℃。沸石催化劑(zeolite):345-590℃.氧化鈦基催化劑:300-400℃.氧化鐵基催化劑:380-430℃.活性碳/焦催化劑:100-150℃.目前工程中應(yīng)用最多的催化劑是氧化鈦基催化劑。且市場(chǎng)上主流的SCR催化劑有三種形式,分別為蜂窩式,板式與波紋板式。蜂窩式催化劑元件(陶瓷)是通過擠壓工具整體成型的,由催化活性材料如V2O5,WO3,TiO2等組成,經(jīng)干燥、燒結(jié)、切割成滿足要求的元件,這些元件被裝配入鋼框架內(nèi)從而形成一個(gè)易于操作的催化劑模塊。蜂窩式催化劑在世界催化劑市場(chǎng)占70%左右,主要供應(yīng)商有德國(guó)的ARGILLON、KWH、BASF、DEGUSSA;美國(guó)的CORMETECH;奧地利的CERAM;日本的CCIC;韓國(guó)的SK等。板式催化劑是采用金屬板作為基材浸漬燒結(jié)成型。在世界催化劑市場(chǎng)占25%左右,主要供應(yīng)商有德國(guó)的Argillon和日本的BHK。波紋式催化劑是采用玻璃纖維板或陶瓷板作為基材浸漬燒結(jié)成型。在世界催化劑市場(chǎng)占5%左右,主要供應(yīng)商有丹麥的HaldorTopsoe及日本的HitachiZosen。(4)SCR系統(tǒng)中的還原劑煙氣脫硝用還原劑為氨氣,氨氣可直接來源于液氨汽化,也可通過氨水蒸發(fā)或者尿素分解間接制備。(a)液氨是有毒化學(xué)品,生產(chǎn)場(chǎng)所超過10噸或者儲(chǔ)存量超過100噸時(shí),屬于重大危險(xiǎn)源,是當(dāng)前普遍采用的煙氣脫硝還原劑制備工藝。(b)氨水也是《危險(xiǎn)化學(xué)物品名表GB12268-90》規(guī)定的危險(xiǎn)品,含氨10%~35%的氨水為82503號(hào)危險(xiǎn)品。(c)尿素不屬于危險(xiǎn)產(chǎn)品,尿素受熱分解成氨氣。液氨儲(chǔ)存及供應(yīng)系統(tǒng)流程(如下圖):氨站工藝流程示意圖5.2選擇性非催化還原脫硝技術(shù)(SNCR)介紹(1)SNCR技術(shù)原理在爐膛800~1250℃這一溫度范圍內(nèi)、在無催化劑作用下,NH3或尿素等氨基還原劑可在有氧的氣情況下、選擇性地還原煙氣中的NOx,據(jù)此發(fā)展了SNCR法。主要反應(yīng)為:尿素為還原劑:2NO+CO(NH2)2+?O2→2N2+CO2+2H2O氨或氨水為還原劑:4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O(2)SNCR脫硝技術(shù)應(yīng)用SNCR技術(shù)的應(yīng)用已有二十幾年(例如FuelTech)。SNCR煙氣脫硝技術(shù)的脫硝效率一般為15%~45%,受鍋爐結(jié)構(gòu)尺寸影響很大,可用作低NOx燃燒技術(shù)的聯(lián)合處理技術(shù)。美國(guó)的SNCR技術(shù)在燃煤電廠的工業(yè)應(yīng)用是在80年代開始的,目前世界上燃煤電廠SNCR工藝的總裝機(jī)容量在10GW以上。(3)SNCR技術(shù)的特點(diǎn)a.SNCR與SCR相比,系統(tǒng)簡(jiǎn)單,爐膛就是反應(yīng)器;b.投資少;c.但脫硝效率低,一般大型鍋爐上為15-45%;使用的廣泛性不及SCR,由于,所佔(zhàn)空間小、不會(huì)產(chǎn)生SO3,并且造成空氣預(yù)熱器的堵塞或腐蝕的可能性小,可用于對(duì)氮氧化物排放要求不高的鍋爐。d.SNCR是一項(xiàng)實(shí)踐已經(jīng)證明很久又可信的技術(shù)。e.SNCR從1974年開始在美國(guó)商業(yè)應(yīng)用,已在電廠鍋爐,工業(yè)鍋爐,城市垃圾焚燒爐及其他燃燒裝置上得到廣泛運(yùn)用。5.3混合型煙氣脫硝技術(shù)(SCR+SNCR)混合法的工藝除了SNCR/SCR之外還有許多種。SNCR+SCR混合煙氣脫硝技術(shù)是應(yīng)用在燃煤電站鍋爐上的相對(duì)成熟煙氣脫硝技術(shù)?;旌蟂NCR+SCR是一種聯(lián)體工藝,非SCR與SNCR工藝共用。它是在SCR工藝的基礎(chǔ)上,結(jié)合了SCR技術(shù)高效、SNCR技術(shù)投資省的的特點(diǎn)而發(fā)展起來的一種新穎的、技術(shù)成熟的SCR改進(jìn)工藝之一。資料介紹SNCR/SCR混合工藝的運(yùn)行特性參數(shù)可以達(dá)到50~80%的脫硝效率。6加強(qiáng)排放標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)我國(guó)氮氧化物行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)制訂工作起步較晚,目前在工業(yè)爐窯和煉焦?fàn)t的大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)中仍沒有規(guī)定氮氧化物的排放限值。而在僅有的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、《水泥廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中,雖然規(guī)定了氮氧化物濃度限值,但這些標(biāo)準(zhǔn)普遍存在過于寬松的問題。當(dāng)前迫切需要修訂和完善一批行業(yè)氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn),以推

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