超低排放

 

    剛剛過去的“十二五”，無疑是中國大氣環(huán)境保護(hù)尤其是電力行業(yè)節(jié)能減排工作極不平凡的5年。特別是2014年以來，國家陸續(xù)出臺了《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》等一系列政策文件大力支持和推進(jìn)燃煤電廠超低排放改造。目前，全國已完成超低排放改造機(jī)組容量約1億千瓦，正在改造的超低排放機(jī)組容量超過0.8億千瓦。

 

    超低排放不僅實(shí)現(xiàn)了燃煤煙氣多污染物的協(xié)同減排，還緩解了“煤改氣”的高成本及氣源不足的能源短缺問題，進(jìn)一步推進(jìn)了燃煤電廠的節(jié)能減排和綠色發(fā)展。那么，超低排放對于我國能源與環(huán)境發(fā)展有何意義?如何推動煤炭集中清潔高效利用?

 

    超低排放是能源與環(huán)境可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的要求

 

    國際上，發(fā)達(dá)國家經(jīng)過數(shù)十年的治理，空氣質(zhì)量已得到顯著改善，但近年來國際上針對燃煤電廠大氣污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)日趨加嚴(yán)、排放控制指標(biāo)不斷增加，如2013年美國環(huán)保局(EPA)針對新建燃煤電廠修訂了大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，對普通燃煤機(jī)組和低品質(zhì)煤機(jī)組規(guī)定了更嚴(yán)格的常規(guī)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，其中顆粒物(PM)、二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOX)的排放限值分別為10.21mg/Nm3、113.40mg/Nm3和181.44mg/Nm3。除常規(guī)污染物外，發(fā)達(dá)國家針對三氧化硫(SO3)等可凝結(jié)顆粒物也提出了排放限值要求，如美國有14個(gè)州的SO3排放限值低于6mg/m3，德國、新加坡等國家燃煤煙氣中SO3的排放濃度限值為10mg/m3。

 

    我國能源資源的基本特征是富煤、少油、缺氣。煤炭占我國已探明化石能源資源儲量的94%左右，是我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展最大的能源支撐，在保障我國能源安全方面起基礎(chǔ)性作用。為解決燃煤造成的環(huán)境污染問題，全國各地相繼推出了以天然氣替代燃煤的措施。然而2014年我國天然氣產(chǎn)量僅為1329億立方米，進(jìn)口天然氣約580億立方米，天然氣產(chǎn)量和進(jìn)口量遠(yuǎn)不能滿足消費(fèi)需求，全面煤改氣難以實(shí)現(xiàn)。

 

    2013年我國煤炭消費(fèi)量約為36.1億噸(約占全球的50%)，其中散燒煤量占全國的22%左右，而煤炭在燃煤電廠的消費(fèi)量僅18億噸(約占全國的50%，遠(yuǎn)低于2010年美國的92%、德國的80%);京津冀、長三角、珠三角等重點(diǎn)地區(qū)單位國土面積能源消費(fèi)強(qiáng)度大，尤其是煤炭消費(fèi)強(qiáng)度約為全國平均水平的4.9倍，是美國的15.7倍，導(dǎo)致單位國土面積污染物排放強(qiáng)度大。要使重點(diǎn)地區(qū)空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)，必須執(zhí)行比發(fā)達(dá)國家更為嚴(yán)格的燃煤大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

 

    鑒于我國能源消費(fèi)現(xiàn)狀以及大氣污染治理的嚴(yán)峻形勢，實(shí)施燃煤電站超低排放改造，大力推進(jìn)煤炭集中清潔高效利用，已成為我國深入推進(jìn)能源消費(fèi)革命的重要方向，是新形勢下我國大氣污染防治從減排為主向減排與質(zhì)量改善并重轉(zhuǎn)變過程中的戰(zhàn)略需求。

 

    超低排放推動了大氣污染控制技術(shù)創(chuàng)新成果快速轉(zhuǎn)化應(yīng)用

 

    一直以來，我國都非常重視燃煤煙氣污染控制技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用工作。在國家和地方財(cái)政資金的長期持續(xù)支持下，特別是“十二五”以來，涌現(xiàn)了一批適應(yīng)超低排放限值要求的顆粒物、二氧化硫和氮氧化物等污染物高效治理關(guān)鍵技術(shù)，如單塔高效脫硫協(xié)同除塵脫汞、全負(fù)荷高效催化脫硝協(xié)同汞氧化、高效干式除塵協(xié)同SO3控制、濕式靜電煙氣多種污染物深度凈化等關(guān)鍵技術(shù)的成功開發(fā)，為燃煤電廠實(shí)現(xiàn)超低排放奠定了良好的基礎(chǔ)。

 

    在改善區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量、推進(jìn)煤炭清潔高效利用和加快行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的客觀需求下，國內(nèi)浙江能源集團(tuán)、神華集團(tuán)等發(fā)電集團(tuán)和地方政府進(jìn)一步自我加壓，通過產(chǎn)學(xué)研合作，于2014年5月底6月初率先在長三角地區(qū)的嘉興嘉華電廠1000MW機(jī)組、舟山電廠350MW機(jī)組等完成了燃煤電廠超低排放改造。隨后，超低排放技術(shù)開始逐步在京津冀魯、珠三角等重點(diǎn)區(qū)域燃煤機(jī)組(如三河電廠、五沙電廠等)上實(shí)現(xiàn)工程化試點(diǎn)應(yīng)用和推廣。

 

    在實(shí)施超低排放改造的過程中，國內(nèi)高等院校、科研院所、電力集團(tuán)、環(huán)保企業(yè)等相繼從全過程控制角度對顆粒物、二氧化硫、氮氧化物等污染物的高效協(xié)同脫除開展了進(jìn)一步系統(tǒng)研究，并通過對不同環(huán)保設(shè)備的優(yōu)化集成研究，開發(fā)了自主創(chuàng)新的系列超低排放成套技術(shù)與裝備。高精度的低濃度污染物檢測方法和儀器也得到了發(fā)展和示范應(yīng)用，提高了低濃度污染物的監(jiān)測能力和水平，如針對高濕條件下超低濃度的顆粒物連續(xù)在線監(jiān)測問題已實(shí)現(xiàn)突破，可滿足現(xiàn)有監(jiān)測水平的需求;SO3在線監(jiān)測儀器已開發(fā)成功，并在1000MW等機(jī)組上進(jìn)行了比對試驗(yàn)研究;同時(shí)，低污染燃燒技術(shù)、劣質(zhì)煤超低排放技術(shù)、超超低排放技術(shù)、低成本超低排放技術(shù)等一批先進(jìn)控制技術(shù)也正在加緊研發(fā)和示范應(yīng)用中。此外，實(shí)施超低排放改造還促進(jìn)了我國鋼鐵、建材、化工、有色等非電行業(yè)大氣污染高效治理技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用，如非電行業(yè)全過程多污染物排放協(xié)同控制、污染物脫除與資源化利用一體化、多污染物協(xié)同控制、典型行業(yè)VOCs排放控制及替代、機(jī)動車(柴油車、汽油車、摩托車和替代燃料車)尾氣高效后處理、船舶與非道路機(jī)械污染高效控制、氨排放控制等技術(shù)。

 

    國家長期科研成果的積累和政府及企業(yè)的共同努力，為超低排放技術(shù)工程化應(yīng)用夯實(shí)了基礎(chǔ)。同時(shí)，實(shí)施超低排放改造也推動了新技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用，正逐漸形成相互促進(jìn)、良性互動的局面。

 

    超低排放扭轉(zhuǎn)了“煤炭=污染”的觀念

 

    浙能集團(tuán)嘉興嘉華電廠1000MW機(jī)組超低排放改造示范工程于2014年5月底在國內(nèi)率先投入了滿負(fù)荷運(yùn)行，是國內(nèi)首臺超低排放燃煤發(fā)電機(jī)組。2015年環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評估中心組織專家對超低排放機(jī)組環(huán)保性能、運(yùn)行狀態(tài)、費(fèi)用效益等進(jìn)行了綜合評估分析，結(jié)果表明超低排放機(jī)組具有很好的穩(wěn)定性，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性良好。根據(jù)中國環(huán)境監(jiān)測總站對嘉興電廠的實(shí)測數(shù)據(jù)，示范工程的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度小于超低排放限值。示范工程項(xiàng)目為全國燃煤電廠實(shí)施超低排放技術(shù)應(yīng)用樹立了典范，推動了燃煤電廠超低排放技術(shù)的推廣，被國家能源局授予“國家煤電節(jié)能減排示范電站”榮譽(yù)稱號。超低排放技術(shù)的成功示范，扭轉(zhuǎn)了“煤炭=污染”的觀念，為煤炭清潔化利用提供了一條重要途徑。

 

    溫州發(fā)電廠330MW燃煤機(jī)組超低排放示范工程脫硝裝置采用寬溫度窗口催化劑，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的全負(fù)荷高效脫硝。2016年1月，華電電力科學(xué)研究院對溫州電廠330MW機(jī)組SCR脫硝裝置進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)測，測試結(jié)果表明在鍋爐35%~100%負(fù)荷下系統(tǒng)脫硝效率穩(wěn)定在85%以上，NOX排放濃度小于40mg/m3。

 

    燃煤電廠超低排放還同步解決了多個(gè)問題(如脫硫設(shè)計(jì)裕量不足、脫硝裝置低負(fù)荷退出、Hg等重金屬協(xié)同控制、SO3脫除以及石膏雨、酸霧等環(huán)境問題)，不僅有效提升了整體燃煤電力行業(yè)的大氣污染物減排能力，還降低了燃煤電廠大氣污染環(huán)境損害成本。

 

    根據(jù)對國內(nèi)典型的300MW、600MW及1000MW等超低排放機(jī)組評估研究結(jié)果，不同超低排放機(jī)組總運(yùn)行成本在2.56分/kWh~4.17分/kWh之間;鍋爐機(jī)組負(fù)荷對脫硫、脫硝系統(tǒng)運(yùn)行成本影響較大，負(fù)荷越高，運(yùn)行成本越低。當(dāng)前，我國已投運(yùn)超低排放機(jī)組主要燃用低硫煤，硫分在0.35%~0.99%之間，部分機(jī)組在設(shè)計(jì)上仍有一定的裕量，一定程度上考慮了煤質(zhì)、鍋爐負(fù)荷波動時(shí)達(dá)到超低排放限值及應(yīng)對重霧霾天氣條件下污染物排放達(dá)到更低排放限值的要求。表1給出了不同發(fā)電方式的發(fā)電成本對比。從表1中可以看出，超低排放燃煤機(jī)組發(fā)電成本只比執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)排放限值燃煤機(jī)組高0.016元/kWh;與燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組、燃?xì)忮仩t發(fā)電機(jī)組、太陽能光伏發(fā)電機(jī)組等相比，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

 

    隨著燃煤電廠超低排放改造的深入實(shí)施，超低排放關(guān)鍵技術(shù)得到了不斷發(fā)展和優(yōu)化，整體改造成本有所下降，市場也逐步成熟。

 

    超低排放推動煤炭集中清潔高效利用

 

    除了燃煤電廠外，我國每年仍有7億噸左右的煤炭用于分散的、難以管控的、燃燒效率較低和污染治理措施落后或無污染治理的中小工業(yè)鍋爐/爐窯、民用鍋爐等燃燒。噸煤主要污染物排放是大型超低排放電站鍋爐的50倍以上，排放了大量污染物，尤其在冬季采暖期污染更為嚴(yán)重。例如，京津冀地區(qū)農(nóng)村散煤中，采暖用煤占90%左右，且主要集中在冬季(11月~次年3月)燃燒采暖，期間實(shí)現(xiàn)燃煤污染物超低排放顯得尤為重要。

 

    當(dāng)前，我國能源領(lǐng)域供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革正在加快推進(jìn)。針對散燒煤污染治理問題，筆者認(rèn)為也要用改革的辦法推進(jìn)煤炭消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整，減少終端用能散燒煤的供給，擴(kuò)大煤炭在火電行業(yè)的集中利用。通過天然氣或電能等清潔能源來替代散煤，提高終端用能的非煤化比例，實(shí)現(xiàn)冬季采暖期大氣污染物超低排放。同時(shí)，將散燒煤炭集中用于污染控制設(shè)施先進(jìn)的燃煤發(fā)電鍋爐或熱電聯(lián)供鍋爐上燃燒，提高散燒煤炭的利用效率，并通過升級改造實(shí)現(xiàn)燃煤煙氣污染物超低排放，從而大幅降低散燒煤污染排放水平。

 

    經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下我國電力相對過剩的現(xiàn)象日趨顯現(xiàn)。據(jù)測算，通過電能替代散燒煤，與散燒煤炭相比，預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)大氣污染物減排90%以上，熱效率可提高20%以上，節(jié)約用煤約1.4億噸/年。同時(shí)，可提高火電廠發(fā)電設(shè)備年平均利用小時(shí)數(shù)至5600小時(shí)以上(2015年全國平均水平僅4329小時(shí))，節(jié)約用煤約8600萬噸/年。因此，通過電價(jià)調(diào)控機(jī)制，特別是冬季采暖季節(jié)適度降低居民用電電價(jià)，引導(dǎo)用電采暖替代散燒煤采暖，提高社會電氣化水平，同時(shí)提高超低排放發(fā)電機(jī)組的發(fā)電負(fù)荷，降低發(fā)電成本，可顯著提升整體社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

 

    不難看出，我國以煤為主的一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)難以根本改變，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源和環(huán)境的問題日益嚴(yán)峻。新形勢下，加快實(shí)施燃煤電廠超低排放改造，建設(shè)環(huán)境友好型的清潔燃煤電廠，是深化煤炭行業(yè)供給側(cè)改革的重要舉措，為破解我國同時(shí)存在的燃煤大氣污染和能源安全問題提供了一條重要出路，對推進(jìn)大氣污染減排和加快生態(tài)文明建設(shè)都具有重要意義。

 

    另外，在實(shí)施燃煤電廠超低排放改造，推動超低排放技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展和應(yīng)用，不斷提高煤炭集中、清潔、高效利用水平的過程中，除依靠政府的政策驅(qū)動外，還需呼吁社會各方力量凝聚起來，共同推進(jìn)我國大氣環(huán)境保護(hù)。

 

    作者系浙江大學(xué)能源工程學(xué)院副院長