燃煤電廠超低排放的再認(rèn)識(shí)

隨著國(guó)家超低排放政策的頒布實(shí)施，超低排放成為行業(yè)內(nèi)熱點(diǎn)話題。對(duì)超低排放應(yīng)正面認(rèn)識(shí)，積極應(yīng)對(duì)，客觀分析，系統(tǒng)總結(jié)。探索節(jié)能運(yùn)行方式，適應(yīng)電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)新常態(tài)，依靠科技進(jìn)步，不斷解決超低排放中存在的問(wèn)題。全社會(huì)應(yīng)對(duì)燃煤電廠進(jìn)行客觀的評(píng)判，全面提升火電環(huán)保工作水平。

從2013年開(kāi)始，“超低排放”成為火電環(huán)保行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)話題，即在現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）的基礎(chǔ)上，燃煤電廠煙氣污染物排放指標(biāo)進(jìn)一步達(dá)到甚至超過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組控制水平。李克強(qiáng)總理在2016年3月政府工作報(bào)告中提出，全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造。明確全國(guó)燃煤電廠需在2020年前全部實(shí)現(xiàn)超低排放，對(duì)超低排放進(jìn)行了總動(dòng)員。發(fā)改委、環(huán)保部、能源局等三部委聯(lián)合發(fā)文并召開(kāi)動(dòng)員會(huì)，正式部署超低排放的具體要求。從電力環(huán)保技術(shù)上，超低排放是在現(xiàn)行技術(shù)基本可達(dá)到的前提下，燃煤電廠進(jìn)一步降低大氣污染物排放濃度，提高環(huán)境質(zhì)量的必然措施。

對(duì)超低排放的認(rèn)識(shí)

煤炭作為主要能源的地位短期難以改變，超低排放有利于提高電煤比例，是實(shí)際改善環(huán)境質(zhì)量的措施。我國(guó)煤炭在短期內(nèi)是支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要能源。我國(guó)電煤占總煤炭消費(fèi)比例的51%，與發(fā)達(dá)國(guó)家的80%以上占比有很大差距。超低排放能夠進(jìn)一步減少電煤污染物排放，通過(guò)超低排放改造后，燃煤電廠的二氧化硫、氮氧化物及煙塵等的排放標(biāo)準(zhǔn)將達(dá)到甚至低于天然氣電廠的排放標(biāo)準(zhǔn)，使得煤炭的清潔和高效利用得以實(shí)現(xiàn)。因此，超低排放是一項(xiàng)革命性的變革和舉措，有利于推動(dòng)提高電煤比例，是一項(xiàng)實(shí)際改善環(huán)境質(zhì)量的措施。

超低排放有利于提升煤電企業(yè)社會(huì)形象。超低排放起初并非政府要求，而是發(fā)電企業(yè)自主提出的。我國(guó)煤質(zhì)條件遠(yuǎn)不及其他國(guó)家，現(xiàn)行的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）已經(jīng)是最嚴(yán)的排放標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)地區(qū)的特別排放限值要求更是遠(yuǎn)低于各發(fā)達(dá)國(guó)家的排放要求，在此背景下，煤電企業(yè)在治理大氣污染的進(jìn)程中，自我加壓、積極探索，提出更為嚴(yán)格的“超低排放”，充分體現(xiàn)了煤電企業(yè)主動(dòng)承擔(dān)社會(huì)責(zé)任。煤電企業(yè)技術(shù)發(fā)展和超低排放的實(shí)現(xiàn)也推動(dòng)了非電煤企業(yè)污染物治理，并為其提供了借鑒，也為其他工業(yè)企業(yè)污染治理水平提供了示范，有效地提升了煤電企業(yè)的社會(huì)形象。

超低排放可能成為繼水電高壩和特高壓輸電之后，中國(guó)電力工業(yè)的第三項(xiàng)世界領(lǐng)先技術(shù)。首先，在工程技術(shù)方面，我國(guó)的燃煤煤質(zhì)復(fù)雜，平均發(fā)熱量與揮發(fā)分偏低，硫分與灰分偏高，二氧化硫、煙塵和氮氧化物的排放濃度較高，為實(shí)現(xiàn)超低排放，我國(guó)的火電環(huán)保產(chǎn)業(yè)進(jìn)行著不斷的研究總結(jié)和技術(shù)進(jìn)步，例如，通過(guò)催化劑改良和精確噴氨技術(shù)有效緩解空預(yù)器堵塞問(wèn)題；通過(guò)控制灰硫比防控低溫省煤器的低溫腐蝕；通過(guò)工程實(shí)施和設(shè)計(jì)優(yōu)化不斷升級(jí)雙循環(huán)脫硫技術(shù)，降低了投資成本，提高了脫硫效率，減少了停機(jī)工期，旋匯耦合、雙托盤(pán)等脫硫塔內(nèi)提效技術(shù)也明顯優(yōu)于國(guó)外水平。其次，在施工技術(shù)方面，環(huán)保工程企業(yè)克服了實(shí)施方案復(fù)雜，施工難度大的困難，很多超低排放改造項(xiàng)目是在機(jī)組服役時(shí)間較長(zhǎng)、場(chǎng)地狹小的情況下完成的。再次，在運(yùn)行技術(shù)方面，由于排放標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，超低排放對(duì)環(huán)保設(shè)施的運(yùn)行要求進(jìn)一步提高，電廠、特許經(jīng)營(yíng)單位及時(shí)總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)運(yùn)行工況變化進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和設(shè)備維護(hù)，超低排放已投運(yùn)的項(xiàng)目總體運(yùn)行良好。最后，在監(jiān)測(cè)技術(shù)方面，我國(guó)積極研究開(kāi)發(fā)了新的測(cè)試技術(shù)，新的監(jiān)測(cè)儀表，自行完成了超低排放的日常監(jiān)控、性能監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)。電廠、工程公司、咨詢(xún)技術(shù)等單位在克服這些困難同時(shí)，也推動(dòng)了我國(guó)整體環(huán)保產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，將我國(guó)燃煤電廠超低排放的技術(shù)水平打造成世界頂尖。

超低排放有利于“中國(guó)制造”走向世界。中國(guó)燃煤電廠污染控制、相關(guān)污染治理技術(shù)及工程已居世界領(lǐng)先水平，環(huán)保企業(yè)的工程組織和管理水平也是世界頂尖的。隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進(jìn)，我國(guó)電力企業(yè)也在加速走出去。燃煤電廠的“超低排放”作為中國(guó)電力企業(yè)的特色，能夠點(diǎn)亮“一帶一路”，將中國(guó)自主研發(fā)制造的技術(shù)和設(shè)備遠(yuǎn)銷(xiāo)海外，讓更多“中國(guó)制造”和“中國(guó)創(chuàng)造”走向世界。

超低排放改造現(xiàn)狀

從2013年下半年起，少數(shù)東部地區(qū)的電力企業(yè)自主性推出了超低排放，并陸續(xù)在火電廠實(shí)施超低改造。2015年，三部委《工作方案》出臺(tái)后，全國(guó)統(tǒng)一行動(dòng)，落實(shí)國(guó)家要求，各大電力集團(tuán)、地方電力均制定了“十三五”超低排放規(guī)劃，嚴(yán)格按要求在2020年之前完成超低排放改造。地方政府也大力鼓勵(lì)和支持超低改造，進(jìn)一步提高品質(zhì)，提升服務(wù)。超低排放正成為全行業(yè)一致的行動(dòng)，在降低了大氣污染物排放的同時(shí)也帶動(dòng)了地方和行業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

一是超低排放需大量采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備。“靜電除塵器+濕法脫硫” 是國(guó)際公認(rèn)的高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性好的“經(jīng)典高效”煙氣治理裝備，經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐，具有效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、檢修方便的特點(diǎn)，在“十一五”期間以削減二氧化硫排放量為主的總量減排工作中作出了極大的貢獻(xiàn)。“十二五”后，國(guó)家修訂了《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，脫硫中采用雙循環(huán)、旋匯耦合、雙托盤(pán)、高效漸變復(fù)合脫硫等技術(shù)，在除塵中采用濕除、低溫或低低溫、加電場(chǎng)、高效電源、聚并器、DUC、高效除霧等技術(shù)得到大量應(yīng)用。

二是工程公司等對(duì)超低排放改造貢獻(xiàn)突出。超低排放改造以技改工程為主，由發(fā)電廠牽頭，工程公司以及部分咨詢(xún)單位克服場(chǎng)地、工期的限制，在新技術(shù)適應(yīng)性研判、確定合理的設(shè)計(jì)參數(shù)、優(yōu)化場(chǎng)地布置、優(yōu)化施工組織方案等方面作出了卓有成效的貢獻(xiàn)，相比較而言，電力設(shè)計(jì)單位由于主要承接新建工程設(shè)計(jì)，很多技改工程的難點(diǎn)并不涉及，因此貢獻(xiàn)并不突出。

三是超低排放尚未系統(tǒng)地進(jìn)行總結(jié)。截至2015年底，全國(guó)已投運(yùn)的超低排放機(jī)組總?cè)萘砍^(guò)了1億千瓦，但目前還沒(méi)有系統(tǒng)的總結(jié)，包括技術(shù)路線、施工組織、實(shí)施效果、運(yùn)行能耗等方面。

超低排放改造的建議

在克服了煤質(zhì)條件復(fù)雜、排放標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)、考核標(biāo)準(zhǔn)高、場(chǎng)地工期條件緊張等一系列困難后，國(guó)內(nèi)的超低排放技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。在引進(jìn)吸收部分國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，中國(guó)電力環(huán)保產(chǎn)業(yè)研究開(kāi)發(fā)了多項(xiàng)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超低排放工程技術(shù)并處于世界先進(jìn)水平。

一是超低排放對(duì)環(huán)境質(zhì)量的改善有待進(jìn)一步研究。隨著超低排放的全面開(kāi)展，有關(guān)霧霾和超低排放的關(guān)系成為一個(gè)熱點(diǎn)話題。有研究指出，現(xiàn)有的燃煤電廠污染物排放水平已是世界最低之一，但超低排放對(duì)霧霾的治理作用很小。如北京從2014年起陸續(xù)關(guān)停四大燃煤電廠，但對(duì)解決北京市的霧霾基本不起作用，在“APEC會(huì)議”和“九˙三”閱兵期間，政府采取了一系列措施來(lái)控制大氣污染物排放，但燃煤電廠措施甚少，超低排放作出的貢獻(xiàn)幾乎可以忽略。也有研究者分析了煤電超低排放的環(huán)境效益，指出超低排放對(duì)總量減排的貢獻(xiàn)不大，對(duì)常規(guī)污染物地面濃度改善很小，但對(duì)PM2.5改善效果顯著?？傊?，燃煤電廠實(shí)現(xiàn)超低排放后，對(duì)環(huán)境質(zhì)量改善的作用還需進(jìn)一步研究。

二是超低改造與達(dá)標(biāo)工程相比，環(huán)保效益明顯低。很多超低排放工程的宣傳都以大氣污染物與目前標(biāo)準(zhǔn)的減少量為參照量，這會(huì)將公眾引入誤區(qū)。以二氧化硫?yàn)槔?，?shí)現(xiàn)超低排放后從50毫克/立方米降到了35毫克/立方米，則稱(chēng)污染物減排了30%，看起來(lái)超低排放對(duì)環(huán)境改善產(chǎn)生了明顯的效果，而實(shí)際上，評(píng)價(jià)污染物減排的環(huán)保效率應(yīng)該用“邊際貢獻(xiàn)”對(duì)比。

假設(shè)，二氧化硫原始濃度按5000毫克/立方米估算，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的二氧化硫的減排量為4950毫克/立方米，而超低排放改造是從達(dá)標(biāo)排放為基礎(chǔ)的，二氧化硫的減排量為15毫克/立方米，可以看到超低排放的“邊際貢獻(xiàn)”僅為達(dá)標(biāo)排放的15/4950，約為3‰，即使入口二氧化硫濃度低一些，超低排放的“邊際貢獻(xiàn)”也僅僅達(dá)到達(dá)標(biāo)排放的1%的水平。

然而，超低排放邊際成本卻很大。因?yàn)樵跍p排初期，只要采用一些簡(jiǎn)單的方法就可以實(shí)現(xiàn)污染物的大量減排，而隨著減排率逐步提高，邊際成本將大幅增加。實(shí)施煙氣超低排放改造后，煤電度電成本在現(xiàn)行2.7分/千瓦時(shí)基礎(chǔ)上再增加1~1.8分/千瓦時(shí)，但考慮到其不足1%的邊際貢獻(xiàn)，污染物控制的邊際成本約為34~51元/千克，大致是二氧化硫和氮氧化合物全社會(huì)平均治理成本的25~40倍。如果僅煙塵治理需增加0.5分錢(qián)的話，則去除每千克煙塵的代價(jià)為100元以上，遠(yuǎn)高于2元的全社會(huì)平均治理成本。

三是超低排放的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)程、監(jiān)測(cè)手段尚需完善。首先，當(dāng)前超低排放改造歷程尚短，技術(shù)路線復(fù)雜多樣，而技術(shù)規(guī)范、設(shè)計(jì)導(dǎo)則的編制往往是針對(duì)已經(jīng)在行業(yè)內(nèi)被公認(rèn)的“最佳可行技術(shù)”，因此存在一定滯后性。其次，超低排放改造完成后，需要在運(yùn)行中從降低成本、科學(xué)維護(hù)的角度出發(fā)，綜合考慮不同機(jī)組的特點(diǎn)，不斷進(jìn)行摸索總結(jié)，才能最終形成設(shè)備的檢修運(yùn)行規(guī)范。再次，監(jiān)測(cè)手段對(duì)超低排放的實(shí)施效果評(píng)價(jià)至關(guān)重要，而現(xiàn)有燃煤電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS）測(cè)量技術(shù)難以支撐實(shí)現(xiàn)超低排放后的煙塵排放監(jiān)測(cè)。燃煤電廠機(jī)組受運(yùn)行工況、負(fù)荷、煤質(zhì)變化等因素影響，數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，部分電廠受改造條件限制，監(jiān)測(cè)斷面選取無(wú)法滿足技術(shù)規(guī)范的要求。此外，濕度等因素對(duì)測(cè)量精度也會(huì)產(chǎn)生很大影響，這些影響因素會(huì)對(duì)CEMS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。監(jiān)測(cè)能力不足成為有效評(píng)估超低排放成效的瓶頸，對(duì)工程管理和環(huán)保的監(jiān)管都會(huì)產(chǎn)生不利影響。

四是已完成的超低排放主要集中在東部區(qū)域，下階段中西部的改造困難會(huì)更大。東部區(qū)域經(jīng)濟(jì)相對(duì)較為發(fā)達(dá)，電廠運(yùn)營(yíng)環(huán)境較好，加上煤質(zhì)條件較好等客觀因素，因此改造難度相對(duì)較小。相比較而言，中西部地區(qū)煤質(zhì)條件較差，硫分高，灰分高，揮發(fā)分低，電量低，特別是云、貴、渝等地區(qū)尤為突出。煙氣中二氧化硫濃度甚至高達(dá)10000毫克/標(biāo)立方米以上， W型火焰爐即便經(jīng)過(guò)低氮燃燒改造后氮氧化物排放濃度依然很高，如果控制濃度在50毫克/標(biāo)立方米時(shí)，鍋爐尾部的液氨泄露和三氧化硫排放會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重問(wèn)題。

五是超低新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備應(yīng)系統(tǒng)的分析、總結(jié)和評(píng)價(jià)。超低排放并非千篇一律，技術(shù)選擇往往因煤制宜，因廠制宜，大部分超低排放改造不是一兩項(xiàng)新技術(shù)就可以解決的，而是需要多項(xiàng)技術(shù)組合，各自發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，如在脫硫吸收塔中使用單塔提效和高效除霧器組合協(xié)同脫除二氧化硫和煙塵，這些新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備應(yīng)在設(shè)備設(shè)施運(yùn)行可靠性、環(huán)保達(dá)標(biāo)穩(wěn)定性、煤質(zhì)條件適應(yīng)性等方面進(jìn)行系統(tǒng)的分析、總結(jié)和評(píng)價(jià)。因此，在單環(huán)保設(shè)備的處理能力、穩(wěn)定性和適應(yīng)性，多環(huán)保設(shè)備的耦合匹配、協(xié)同處理等方面，應(yīng)注重整體性、協(xié)調(diào)性的研究。

六是超低改造之后帶來(lái)一系列新的問(wèn)題。首先是能耗增加。脫硝改造增加一層催化劑，脫硫改造增加噴淋層、托盤(pán)，或者進(jìn)行雙循環(huán)改造，除塵改造增加低溫省煤器或者濕式靜電除塵器等，這些改造均造成了系統(tǒng)能耗的增加，對(duì)于2020年實(shí)現(xiàn)“現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組改造后平均供電煤耗低于310克/千瓦時(shí)”的目標(biāo)將是一個(gè)更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。其次，是將接受更嚴(yán)格的環(huán)保監(jiān)管。原來(lái)污染物達(dá)標(biāo)排放情況下，環(huán)保設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)一般都會(huì)留有一定的裕量，而超低排放改造后，環(huán)保設(shè)備的處理能力幾乎沒(méi)有裕量，而我國(guó)衡量火電廠排放濃度是否超標(biāo)是以小時(shí)平均濃度為標(biāo)準(zhǔn)的，在此條件下，設(shè)備處理裕度低將會(huì)明顯降低其穩(wěn)定性和適應(yīng)性，燃煤電廠的超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)進(jìn)一步增大。再次，是對(duì)鍋爐尾部的不利影響，空預(yù)器堵塞風(fēng)險(xiǎn)更大。為實(shí)現(xiàn)氮氧化物超低排放達(dá)標(biāo)，現(xiàn)階段常用的改造方法是增加一層催化劑，增大噴氨量。相比原設(shè)計(jì)“2+1”的催化劑管理模式，備用層空間被占用后，催化劑的壽命管理將存在較高的難度（本文刊載于《中國(guó)電力企業(yè)管理》2016年10期，關(guān)維竹工作單位為中國(guó)國(guó)電集團(tuán)公司，張東輝工作單位為北京國(guó)電龍?jiān)喘h(huán)保工程有限公司）