環(huán)保部等3部委2015年12月11日聯(lián)合下發(fā)《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》提出，到2020年，全國所有具備改造條件的燃煤電廠力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)超低排放。
作為畢生從事電力行業(yè)環(huán)境保護(hù)的科技工作者，筆者見證了中國電力行業(yè)環(huán)保取得的巨大成績(jī)。尤其是環(huán)保技術(shù)方面，從靜電除塵器、脫硫、脫硝等最初完全靠引進(jìn)，到后來的消化吸收，以及目前依靠自主創(chuàng)新取得了重大技術(shù)突破的超低排放。在國家大力推行超低排放、電力企業(yè)正在進(jìn)行大規(guī)模超低排放改造時(shí)期，有專家學(xué)者提出了質(zhì)疑觀點(diǎn)，如煤質(zhì)特殊要求、單位減排成本不合理、技術(shù)簡(jiǎn)單羅列、增加社會(huì)負(fù)擔(dān)等。
筆者希望專家學(xué)者到電力企業(yè)實(shí)地考察，以數(shù)據(jù)為依據(jù)，客觀公正地發(fā)表意見。
我國的煤電技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平，但如果煙氣處理系統(tǒng)環(huán)保指標(biāo)達(dá)不到世界先進(jìn)水平，就不名副其實(shí)。
發(fā)電系統(tǒng)和煙氣處理系統(tǒng)都是發(fā)電系統(tǒng)的組成部分，如果發(fā)電三大主機(jī)是“三雄”，而環(huán)保三大設(shè)施是“三矬”，就不能理直氣壯地宣告我國的煤電是世界一流。在我國煤電大規(guī)模走向世界的時(shí)候，超低排放顯得格外重要。
坦誠地講，我國用10年時(shí)間將燃煤電廠安裝脫硫設(shè)施率由14%提高到99%以上，并基本上實(shí)現(xiàn)無煙氣旁路運(yùn)行;用5年的時(shí)間安裝將脫硝設(shè)施率由12%提高到92%，取得了世界環(huán)保史舉世矚目的成績(jī)。
可是，由于規(guī)模大、建設(shè)速度快，也難免遺留一些急需解決的問題。如煙塵超標(biāo)、脫硫容量不足、低負(fù)荷脫硝退出、石膏雨、三氧化硫出現(xiàn)、氨逃逸和汞排放等。實(shí)施超低排放改造不僅是控制二氧化硫、氮氧化物、煙塵3種常規(guī)污染物的需求，也為解決這些問題提出的一攬子解決方案，以實(shí)現(xiàn)多污染物協(xié)同減排。
對(duì)于降低單一污染物減排成本等問題可以引起學(xué)術(shù)上的探討。在同時(shí)減排多種污染物時(shí)，用單因子減排成本來表征多因子的方法論評(píng)價(jià)超低排放有失偏頗。
對(duì)于降低單一污染物減排成本等問題可以引起學(xué)術(shù)上的探討，如二氧化硫從2000毫克/立方米到200毫克/立方米，以及從200毫克/立方米到35毫克/立方米，減排1噸二氧化硫的成本后者遠(yuǎn)高于前者。
但筆者認(rèn)為，在同時(shí)減排多種污染物時(shí)，用單因子減排成本來表征多因子的方法論評(píng)價(jià)超低排放有失偏頗。更何況，國家1.5分/kwh的加價(jià)政策是針對(duì)二氧化硫從2000毫克/立方米到200毫克/立方米的減排。而1.0分/kwh的加價(jià)政策是針對(duì)多種污染物減排。如果針對(duì)二氧化硫從200毫克/立方米到35毫克/立方米的減排，也要把1.0分/kwh中有多少用于脫硫的升級(jí)改造的百分比搞清楚。
在國家、地方、企業(yè)等各方力量的推動(dòng)下，超低排放技術(shù)及工程應(yīng)用得到了迅猛發(fā)展。
◇2011年7月，環(huán)境保護(hù)部頒布了《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)，此標(biāo)準(zhǔn)首次規(guī)定了燃?xì)廨啓C(jī)組與燃?xì)獍l(fā)電鍋爐大氣污染物排放限值。
◇2012年9月，上海漕涇電廠提出燃煤機(jī)組滿足燃?xì)廨啓C(jī)組的排放標(biāo)準(zhǔn)，能否擴(kuò)建兩臺(tái)百萬千瓦燃煤機(jī)組，并在現(xiàn)有百萬千瓦機(jī)組上進(jìn)行了有益探索。
◇與此同時(shí)，國內(nèi)首個(gè)柔性電極濕式電除塵工程在湖南益陽電廠30萬千瓦機(jī)組上實(shí)施，并獲得重大成功。
◇2014年6月，浙能集團(tuán)嘉華電廠百萬千瓦燃煤機(jī)組超低排放改造工程、神華舟山電廠新建35萬千瓦機(jī)組超低排放工程順利投運(yùn)。
◇此后，在國家、地方、企業(yè)等各方力量的推動(dòng)下，超低排放技術(shù)及工程應(yīng)用得到了迅猛發(fā)展。
目前，超低排放工程在從65噸/小時(shí)到3000噸/小時(shí)的燃煤鍋爐上均有應(yīng)用。截至2015年10月，全國投運(yùn)的超低排放機(jī)組總?cè)萘砍^8000萬千瓦。
超低排放是環(huán)保史上的重大突破
在氮氧化物控制方面
清華大學(xué)牽頭完成的“燃煤煙氣選擇性催化脫硝關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用”是完全具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重大突破。國家科學(xué)技術(shù)研究院自主開發(fā)的煙氣脫硝系統(tǒng)防堵及寬負(fù)荷脫硝技術(shù)，能夠經(jīng)濟(jì)、安全地實(shí)現(xiàn)各種電力負(fù)荷條件下，氮氧化物排放濃度均小于50mg/m3，專家鑒定達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
在煙塵控制方面
國電環(huán)境保護(hù)研究院自主開發(fā)的基于超微晶材料的高頻電源，在電除塵器上得到了廣泛應(yīng)用，達(dá)到國際先進(jìn)水平，被列為科技部等部委確定的“國家重點(diǎn)新產(chǎn)品”。福建龍凈研發(fā)的電袋復(fù)合除塵器可以實(shí)現(xiàn)除塵器出口煙塵濃度小于10mg/m3，甚至小于5mg/m3。國電環(huán)境保護(hù)研究院研發(fā)的濕式電除塵技術(shù)、福建龍凈開發(fā)的低低溫電除塵技術(shù)、浙江菲達(dá)環(huán)保開發(fā)的旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)均是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，處于國際先進(jìn)或領(lǐng)先水平。
在二氧化硫控制方面
國電科學(xué)技術(shù)研究院牽頭開發(fā)的凹凸環(huán)雙相提效技術(shù)、雙pH值循環(huán)脫硫技術(shù)，清新環(huán)境開發(fā)的以旋匯耦合為主的脫硫除塵一體化技術(shù)，福建龍凈開發(fā)的一塔雙區(qū)技術(shù)等，均是國內(nèi)自主研發(fā)技術(shù)，工程應(yīng)用效果處于國際領(lǐng)先水平。
系統(tǒng)集成各種先進(jìn)技術(shù)，統(tǒng)籌考慮污染物協(xié)同減排，在實(shí)現(xiàn)超低排放的同時(shí)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，更是環(huán)保技術(shù)組合上的重大突破。
回首“十二五”，電力環(huán)保人可以很自豪地說，國內(nèi)的污染控制技術(shù)、裝備、指標(biāo)已經(jīng)與國際先進(jìn)水平并駕齊驅(qū)甚至處于領(lǐng)先地位，關(guān)鍵技術(shù)和裝備實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。
劣質(zhì)煤電廠也可實(shí)現(xiàn)超低排放
統(tǒng)籌考慮節(jié)能與減排的雙重目標(biāo)，同時(shí)還要考慮經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)燃煤電廠大氣污染物超低排放的確難度很大。因此，2012年~2014年，超低排放技術(shù)率先在優(yōu)質(zhì)煤電廠實(shí)施示范工程，而這也讓一些人產(chǎn)生錯(cuò)覺，就是只有優(yōu)質(zhì)煤電廠才可以實(shí)現(xiàn)大氣污染物超低排放。
通過示范工程的實(shí)施，超低排放技術(shù)得到不斷改進(jìn)與完善。進(jìn)入2015年，在統(tǒng)籌考慮節(jié)能、減排、經(jīng)濟(jì)等多重目標(biāo)的前提下，多地劣質(zhì)煤電廠實(shí)現(xiàn)了超低排放。如山西大同云岡電廠300MW的煤粉爐燃煤發(fā)電機(jī)組，煤質(zhì)灰分35%左右，采用選擇性催化還原煙氣脫硝、5電場(chǎng)低低溫電除塵器和旋匯耦合脫硫除塵一體化技術(shù)，經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、高效地實(shí)現(xiàn)了超低排放。再如，山西平朔煤矸石發(fā)電有限公司的3號(hào)與4號(hào)機(jī)組、山西昱光發(fā)電有限公司的2號(hào)機(jī)組、山西宏光發(fā)電有限公司的2號(hào)機(jī)組等，均是以煤矸石、煤泥等劣質(zhì)煤為燃料的循環(huán)流化床鍋爐30萬千瓦的發(fā)電機(jī)組，2015年全部實(shí)現(xiàn)了超低排放，并通過了山西省環(huán)境保護(hù)廳組織的竣工驗(yàn)收。
超低排放的協(xié)同減排效果
“超低排放的協(xié)同減排是指污染治理設(shè)施在去除某種主要污染物的同時(shí)，也去除其他污染物。這在超低排放工程中表現(xiàn)得尤為明顯。
低低溫電除塵器在去除煙塵的同時(shí)，可以去除煙氣中80%左右的三氧化硫，在國內(nèi)外許多工程中得到驗(yàn)證。
根據(jù)燕山鋼鐵公司兩臺(tái)220噸/小時(shí)的循環(huán)流化床鍋爐電袋復(fù)合除塵器的測(cè)試結(jié)果，在超低排放條件下，嵌入式電袋復(fù)合除塵器對(duì)三氧化硫的協(xié)同脫除效果高達(dá)90.042%，前電后袋的電袋復(fù)合除塵器對(duì)三氧化硫的協(xié)同脫除效果達(dá)86.933%。濕法電除塵器對(duì)三氧化硫的協(xié)同脫除效果一般都在70%以上，效果較好時(shí)可達(dá)到85%以上。此外，濕式電除塵器對(duì)汞、細(xì)顆粒物的協(xié)同脫除效果一般也在70%以上。
根據(jù)山西大同云岡電廠30萬千瓦超低排放工程的測(cè)試報(bào)告，旋匯耦合脫硫除塵一體化裝置在實(shí)現(xiàn)脫硫效率99.1%~99.4%的同時(shí)，協(xié)同脫除粉塵效率高達(dá)82.5%~87.6%，協(xié)同脫除PM2.5高達(dá)48.5%~74.4%。
超低排放的協(xié)同節(jié)能節(jié)水效果
“要想實(shí)現(xiàn)燃煤電廠大氣污染物超低排放，其煙氣治理工程必須統(tǒng)籌考慮，且工程質(zhì)量不能太差。同時(shí)，需加強(qiáng)運(yùn)行管理，否則就難以保證超低排放長(zhǎng)期穩(wěn)定的效果。但也正因?yàn)椴扇×诉@些工程措施與管理措施，超低排放在節(jié)能節(jié)水方面效果顯著。
根據(jù)66萬千瓦機(jī)組的實(shí)際測(cè)試結(jié)果，與原來的靜電除塵器相比，采用低低溫靜電除塵器，在同樣除塵效率的前提下，可降低電除塵器的比集塵面積20%以上，減少電除塵器的設(shè)備投資;節(jié)約脫硫系統(tǒng)水耗40噸/小時(shí)，年節(jié)水超過20萬噸;降低整個(gè)煙氣系統(tǒng)約10%的引風(fēng)機(jī)電耗。同時(shí)，煙氣余熱的利用，可降低電廠的供電煤耗1.85克/千瓦時(shí)。僅此一項(xiàng)，一臺(tái)機(jī)組每年就可節(jié)約標(biāo)煤6105噸，相當(dāng)于減排二氧化碳2.2萬噸。
用高頻電源供電基本上是電除塵器實(shí)現(xiàn)超低排放的標(biāo)準(zhǔn)配置。國電環(huán)境保護(hù)研究院控股公司生產(chǎn)的高頻電源在上海外高橋第三發(fā)電有限公司100萬千瓦機(jī)組上的首次應(yīng)用表明，實(shí)現(xiàn)了電除塵器節(jié)能69.5%，提效51.5%。近年來，累計(jì)投運(yùn)的國電環(huán)境保護(hù)研究院的電除塵器高頻電源就達(dá)5000套，降低煙塵排放30%～70%。同時(shí)，降低電除塵器能耗50%～80%甚至更高，累計(jì)節(jié)電5.7億千瓦時(shí)，相當(dāng)于減排二氧化碳67萬噸。
國電科學(xué)技術(shù)研究院開發(fā)的凹凸環(huán)雙相提效脫硫技術(shù)在實(shí)現(xiàn)綜合脫硫效率提高5%～10%的同時(shí)，綜合能耗降低5%～8%。雙pH值循環(huán)控制脫硫技術(shù)(包括單塔雙循環(huán)、雙塔雙循環(huán)、一塔雙區(qū)技術(shù)等)、旋匯耦合脫硫除塵一體化技術(shù)等技術(shù)均可在較低液氣比的前提下，大幅度提高脫硫系統(tǒng)的脫硫效率。如大同云岡電廠僅運(yùn)行3臺(tái)漿液循環(huán)泵(3層噴淋層)就可達(dá)到99%以上的脫硫效率，而不是靠增加噴淋層、增加液氣比、增加能耗來提高脫硫效率。當(dāng)然也不排除少數(shù)電廠由于不了解超低排放技術(shù)，采用措施不當(dāng)?shù)姆椒ㄈ?shí)現(xiàn)超低排放。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2014年全國實(shí)現(xiàn)超低排放的至少有14個(gè)電廠的19臺(tái)機(jī)組，總?cè)萘?34.5萬千瓦，其中有3臺(tái)百萬千瓦燃煤機(jī)組。表1顯示全國電力行業(yè)污染物排放及煤耗指標(biāo)。
從表1中數(shù)據(jù)可以看出，2014年與2013年相比，由于實(shí)施超低排放等環(huán)保改造，電力行業(yè)大氣污染物排放量大幅下降。與此同時(shí)，發(fā)電煤耗、供電煤耗、廠用電率也均下降，說明超低排放等環(huán)保改造沒有造成耗能的明顯增加。
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表2給出的是上海外高橋第三發(fā)電有限公司超低排放改造前、改造后的能耗與排放情況。由表2可見，2015年實(shí)現(xiàn)超低排放后，大氣污染物下降幅度很大，在全廠負(fù)荷率略有下降的情況下，發(fā)電煤耗與供電煤耗不但沒有上升，反而有所下降。
上海外高橋第三發(fā)電有限公司燃用的主要是神華煤，煤質(zhì)較好。但使用不同煤質(zhì)的山西大同云岡電廠也同樣證明了這樣的節(jié)能效果。電廠于2014年對(duì)3號(hào)300MW煤粉爐燃煤機(jī)組實(shí)施了超低排放改造，工程于2014年10月投入運(yùn)行。與改造前相比，由于采用了低低溫電除塵器，除塵系統(tǒng)能耗從0.41%下降至0.25%，脫硫系統(tǒng)能耗從0.92%上升至1.02%。兩者合計(jì)從1.33%下降至1.27%，煙氣凈化系統(tǒng)廠用電率有所下降。低低溫省煤器的應(yīng)用可使發(fā)電煤耗下降2g/kWh左右。
由此可見，不論是從單一電廠看，還是從整個(gè)電力行業(yè)看，在超低排放改造時(shí)，統(tǒng)籌考慮節(jié)能效果，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能與減排雙贏。
超低排放全面實(shí)施的必要性
能源與電力的增長(zhǎng)在我國仍然是剛性需求。
我國是發(fā)展中國家，2014年人均能源消費(fèi)量為2.2噸油當(dāng)量，遠(yuǎn)低于加拿大的9.4、美國的7.1、俄羅斯的4.8、德國的3.8、法國的3.7、日本的3.6，甚至低于南非的人均水平2.4噸油當(dāng)量。2014年我國的人均用電量約是韓國的1/2，美國的1/3。
全面實(shí)施煤改氣，在我國并不現(xiàn)實(shí)的，將嚴(yán)重影響我國的能源安全。
2014年我國探明的資源儲(chǔ)量，石油僅是世界人均水平的1/17，天然氣是世界人均水平的1/10。如果為了改善環(huán)境，全面實(shí)施煤改氣，那么，天然氣消費(fèi)將達(dá)到世界人均水平且以自產(chǎn)氣為主，我國天然氣將在5年之內(nèi)全面開采完畢。顯然這是不現(xiàn)實(shí)的，將嚴(yán)重影響我國的能源安全。
在我國以天然氣代替燃煤發(fā)電來改善環(huán)境，經(jīng)濟(jì)上不具可行性。
根據(jù)測(cè)算，假定標(biāo)準(zhǔn)煤炭?jī)r(jià)格以600元/噸計(jì)，超低排放后的電價(jià)成本為0.466元/kWh;燃?xì)鈨r(jià)格以3.6元/m3(標(biāo)況)計(jì)，9F燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電成本為0.932元/kWh，燃?xì)忮仩t發(fā)電成本則為1.0836元/kWh。
統(tǒng)籌考慮能源安全、環(huán)境形勢(shì)和經(jīng)濟(jì)承受能力，在我國全面推行燃煤電廠的超低排放是現(xiàn)實(shí)、可行的選擇。
隨著燃煤電廠超低排放的普遍實(shí)施，電力行業(yè)大氣污染物排放量將進(jìn)一步大幅下降，但我國的環(huán)境空氣質(zhì)量可能仍不會(huì)滿足人民群眾的需求，主要是因?yàn)橛?0%左右的煤炭在非電行業(yè)使用，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他用煤國家。霾源于煤而止于電，這是世界主要用煤國家的共識(shí)，必須大幅度提高煤炭用于發(fā)電的比例，在其他領(lǐng)域與行業(yè)實(shí)施“以電代煤”是改善環(huán)境的根本出路。
仍需研究與完善的問題
“盡管我國燃煤電廠超低排放技術(shù)取得了一系列重大突破，但仍有許多問題值得研究。
如燃用無煙煤電廠NOx的控制、低溫SCR的工程應(yīng)用，電除塵器高頻脈沖電源的推廣應(yīng)用，活性焦、有機(jī)胺等資源化煙氣脫硫技術(shù)，煙氣中可凝結(jié)顆粒物、可溶解顆粒物的脫除，低濃度污染物檢測(cè)，煙氣治理系統(tǒng)的節(jié)能、降低運(yùn)行費(fèi)用等。
“由于超低排放的技術(shù)路線較多，不同電廠應(yīng)根據(jù)自己的特點(diǎn)進(jìn)行合理的選擇，不能照搬照套。
推動(dòng)電力環(huán)保事業(yè)健康良性發(fā)展，體制機(jī)制創(chuàng)新必不可少。因此，需要開展相應(yīng)的配套法律、法規(guī)、政策、標(biāo)準(zhǔn)及環(huán)保激勵(lì)機(jī)制研究。通過建立和完善市場(chǎng)手段，推進(jìn)電網(wǎng)環(huán)保調(diào)度，引導(dǎo)和鼓勵(lì)企業(yè)自主自覺減排。而對(duì)于企業(yè)，基于現(xiàn)有條件，通過精細(xì)化運(yùn)行、規(guī)范化管理實(shí)現(xiàn)環(huán)保設(shè)施持續(xù)、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，也是最切實(shí)可行的發(fā)展途徑。
