環(huán)境保護部等3部委2015年12月11日聯(lián)合下發(fā)《全面實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實現(xiàn)超低排放。針對燃煤電廠實施超低排放的必要性和可行性，今日特刊登相關(guān)專家文章，以饗讀者。
作為畢生從事電力行業(yè)環(huán)境保護的科技工作者，筆者見證了中國電力行業(yè)環(huán)保取得的巨大成績。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，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)正在進行大規(guī)模超低排放改造時期，有專家學者提出了質(zhì)疑觀點，如煤質(zhì)特殊要求、單位減排成本不合理、技術(shù)簡單羅列、增加社會負擔等。筆者希望專家學者到電力企業(yè)實地考察，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)達到世界先進水平，如供電煤耗、可靠性和自動化控制等發(fā)電指標。但如果煙氣處理系統(tǒng)環(huán)保指標達不到世界先進水平，就不能成為名副其實的世界先進水平。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)電三大主機是“三雄”，而環(huán)保三大設施是“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)模走向世界的時候，超低排放顯得格外重要。坦誠地講，我國用10年時間將燃煤電廠安裝脫硫設施率由14%提高到99%以上，并基本上實現(xiàn)無煙氣旁路運行；用5年的時間安裝將脫硝設施率由12%提高到92%，取得了世界環(huán)保史舉世矚目的成績?？墒牵捎谝?guī)模大、建設速度快，也難免遺留一些急需解決的問題，如煙塵超標、脫硫容量不足、低負荷脫硝退出、石膏雨、三氧化硫出現(xiàn)、氨逃逸和汞排放等。實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，以實現(xiàn)多污染物協(xié)同減排。
對于降低單一污染物減排成本等問題可以引起學術(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高于前者。但筆者認為，在同時減排多種污染物時，用單因子減排成本來表征多因子的方法論評價超低排放有失偏頗。更何況，國家1.5分/kwh的加價政策是針對二氧化硫從2000毫克/立方米到200毫克/立方米的減排。而1.0分/kwh的加價政策是針對多種污染物減排。如果針對二氧化硫從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改造的百分比搞清楚。
2011年7月，環(huán)境保護部頒布了《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011），此標準首次規(guī)定了燃氣輪機組與燃氣發(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組滿足燃氣輪機組的排放標準，能否擴建兩臺百萬千瓦燃煤機組，并在現(xiàn)有百萬千瓦機組上進行了有益探索。與此同時，國內(nèi)首個柔性電極濕式電除塵工程在湖南益陽電廠30萬千瓦機組上實施，并獲得重大成功。2014年6月，浙能集團嘉華電廠百萬千瓦燃煤機組超低排放改造工程、神華舟山電廠新建35萬千瓦機組超低排放工程順利投運。此后，在國家、地方、企業(yè)等各方力量的推動下，超低排放技術(shù)及工程應用得到了迅猛發(fā)展。目前，超低排放工程在從65噸/小時到3000噸/小時的燃煤鍋爐上均有應用。截至2015年10月，全國投運的超低排放機組總?cè)萘砍^8000萬千瓦。
超低排放是環(huán)保史上的重大技術(shù)突破
在氮氧化物控制方面，清華大學牽頭完成的“燃煤煙氣選擇性催化脫硝關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及應用”是完全具有自主知識產(chǎn)權(quán)的重大突破。國家科學技術(shù)研究院自主開發(fā)的煙氣脫硝系統(tǒng)防堵及寬負荷脫硝技術(shù)，能夠經(jīng)濟、安全地實現(xiàn)各種電力負荷條件下，氮氧化物排放濃度均小于50mg/m3，專家鑒定達到國際領(lǐng)先水平。
在煙塵控制方面，國電環(huán)境保護研究院自主開發(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用，達到國際先進水平，被列為科技部等部委確定的“國家重點新產(chǎn)品”。福建龍凈研發(fā)的電袋復合除塵器可以實現(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)、浙江菲達環(huán)保開發(fā)的旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)均是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，處于國際先進或領(lǐng)先水平。
在二氧化硫控制方面，國電科學技術(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)，工程應用效果處于國際領(lǐng)先水平。
系統(tǒng)集成各種先進技術(shù)，統(tǒng)籌考慮污染物協(xié)同減排，在實現(xiàn)超低排放的同時，達到節(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、指標已經(jīng)與國際先進水平并駕齊驅(qū)甚至處于領(lǐng)先地位，關(guān)鍵技術(shù)和裝備實現(xiàn)了國產(chǎn)化。
劣質(zhì)煤電廠也可實現(xiàn)超低排放
統(tǒng)籌考慮節(jié)能與減排的雙重目標，同時還要考慮經(jīng)濟性，實現(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)煤電廠實施示范工程，而這也讓一些人產(chǎn)生錯覺，就是只有優(yōu)質(zhì)煤電廠才可以實現(xiàn)大氣污染物超低排放。
通過示范工程的實施，超低排放技術(shù)得到不斷改進與完善。進入2015年，在統(tǒng)籌考慮節(jié)能、減排、經(jīng)濟等多重目標的前提下，多地劣質(zhì)煤電廠實現(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、穩(wěn)定、高效地實現(xiàn)了超低排放。再如，山西平朔煤矸石發(fā)電有限公司的3號與4號機組、山西昱光發(fā)電有限公司的2號機組、山西宏光發(fā)電有限公司的2號機組等，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)電機組，2015年全部實現(xiàn)了超低排放，并通過了山西省環(huán)境保護廳組織的竣工驗收。
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施在去除某種主要污染物的同時，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，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證。根據(jù)燕山鋼鐵公司兩臺220噸/小時的循環(huán)流化床鍋爐電袋復合除塵器的測試結(jié)果，在超低排放條件下，嵌入式電袋復合除塵器對三氧化硫的協(xié)同脫除效果高達90.042%，前電后袋的電袋復合除塵器對三氧化硫的協(xié)同脫除效果達86.933%。濕法電除塵器對三氧化硫的協(xié)同脫除效果一般都在70%以上，效果較好時可達到85%以上。此外，濕式電除塵器對汞、細顆粒物的協(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試報告，旋匯耦合脫硫除塵一體化裝置在實現(xiàn)脫硫效率99.1%~99.4%的同時，協(xié)同脫除粉塵效率高達82.5%~87.6%，協(xié)同脫除PM2.5高達48.5%~74.4%。
超低排放的協(xié)同節(jié)能節(jié)水效果
要想實現(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，需加強運行管理，否則就難以保證超低排放長期穩(wěn)定的效果。但也正因為采取了這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)66萬千瓦機組的實際測試結(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，減少電除塵器的設備投資；節(jié)約脫硫系統(tǒng)水耗40噸/小時，年節(jié)水超過20萬噸；降低整個煙氣系統(tǒng)約10%的引風機電耗。同時，煙氣余熱的利用，可降低電廠的供電煤耗1.85克/千瓦時。僅此一項，一臺機組每年就可節(jié)約標煤6105噸，相當于減排二氧化碳2.2萬噸。
用高頻電源供電基本上是電除塵器實現(xiàn)超低排放的標準配置。國電環(huán)境保護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100萬千瓦機組上的首次應用表明，實現(xiàn)了電除塵器節(jié)能69.5%，提效51.5%。近年來，累計投運的國電環(huán)境保護研究院的電除塵器高頻電源就達5000套，降低煙塵排放30％～70％。同時，降低電除塵器能耗50％～80％甚至更高，累計節(jié)電5.7億千瓦時，相當于減排二氧化碳67萬噸。
國電科學技術(shù)研究院開發(fā)的凹凸環(huán)雙相提效脫硫技術(shù)在實現(xiàn)綜合脫硫效率提高5%～10%的同時，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行3臺漿液循環(huán)泵（3層噴淋層）就可達到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?shù)姆椒ㄈ崿F(xiàn)超低排放。
據(jù)不完全統(tǒng)計，2014年全國實現(xiàn)超低排放的至少有14個電廠的19臺機組，總?cè)萘?34.5萬千瓦，其中有3臺百萬千瓦燃煤機組。表1顯示全國電力行業(yè)污染物排放及煤耗指標。
從表1中數(shù)據(jù)可以看出，2014年與2013年相比，由于實施超低排放等環(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，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。
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年實現(xiàn)超低排放后，大氣污染物下降幅度很大，在全廠負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3號300MW煤粉爐燃煤機組實施了超低排放改造，工程于2014年10月投入運行。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，還是從整個電力行業(yè)看，在超低排放改造時，統(tǒng)籌考慮節(jié)能效果，可以實現(xiàn)節(jié)能與減排雙贏。
超低排放全面實施的必要性
我國是發(fā)展中國家，2014年人均能源消費量為2.2噸油當量，遠低于加拿大的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噸油當量。2014年我國的人均用電量約是韓國的1/2，美國的1/3。可見，能源與電力的增長在我國仍然是剛性需求。
2014年我國探明的資源儲量，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，全面實施煤改氣，那么，天然氣消費將達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)實的，將嚴重影響我國的能源安全。
根據(jù)測算，假定標準煤炭價格以600元/噸計，超低排放后的電價成本為0.466元/kWh；燃氣價格以3.6元/m3（標況）計，9F燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電成本為0.932元/kWh，燃氣鍋爐發(fā)電成本則為1.0836元/kWh。可見，在我國以天然氣代替燃煤發(fā)電來改善環(huán)境，經(jīng)濟上不具可行性。
統(tǒng)籌考慮能源安全、環(huán)境形勢和經(jīng)濟承受能力，在我國全面推行燃煤電廠的超低排放是現(xiàn)實、可行的選擇。隨著燃煤電廠超低排放的普遍實施，電力行業(yè)大氣污染物排放量將進一步大幅下降，但我國的環(huán)境空氣質(zhì)量可能仍不會滿足人民群眾的需求，主要是因為有50%左右的煤炭在非電行業(yè)使用，遠遠高于其他用煤國家。霾源于煤而止于電，這是世界主要用煤國家的共識，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的工程應用，電除塵器高頻脈沖電源的推廣應用，活性焦、有機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，煙氣治理系統(tǒng)的節(jié)能、降低運行費用等。
由于超低排放的技術(shù)路線較多，不同電廠應根據(jù)自己的特點進行合理的選擇，不能照搬照套。
推動電力環(huán)保事業(yè)健康良性發(fā)展，體制機制創(chuàng)新必不可少。因此，需要開展相應的配套法律、法規(guī)、政策、標準及環(huán)保激勵機制研究。通過建立和完善市場手段，推進電網(wǎng)環(huán)保調(diào)度，引導和鼓勵企業(yè)自主自覺減排。而對于企業(yè)，基于現(xiàn)有條件，通過精細化運行、規(guī)范化管理實現(xiàn)環(huán)保設施持續(xù)、可靠、經(jīng)濟運行，也是最切實可行的發(fā)展途徑。
作者系國電環(huán)境保護研究院副院長
