面對(duì)目前取得的如此巨大的成績(jī)，多數(shù)人認(rèn)為火電行業(yè)的大氣污染防治已經(jīng)走在了世界及國(guó)內(nèi)各行業(yè)的前列，可以停一下前進(jìn)的腳步了。作者在對(duì)中國(guó)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展與國(guó)際比較、煙氣治理技術(shù)發(fā)展及減排效果分析的基礎(chǔ)上，從國(guó)際氣候變化的壓力、國(guó)內(nèi)大氣環(huán)境改善的動(dòng)力、濕法脫硫?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境的影響、廢棄脫硝催化劑危險(xiǎn)廢物的處置、非常規(guī)污染物控制技術(shù)的突破、煙氣治理設(shè)施運(yùn)行優(yōu)化與節(jié)能等方面分析了中國(guó)火電大氣污染面臨的挑戰(zhàn)，提出中國(guó)火電大氣污染防治需關(guān)注的研發(fā)重點(diǎn)。
1. 中國(guó)火電排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展與國(guó)際比較
中國(guó)電力始于1882年，到1949年全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量?jī)H184.86萬kW，1978年改革開放之初，全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量為5712萬kW。改革開放40 年，中國(guó)電力得到了快速發(fā)展，總裝機(jī)容量從1978年的5712萬kW 發(fā)展到2017年的17.77億kW， 其中火電裝機(jī)容量從3984萬kW發(fā)展到11.06億kW。伴隨著火電的快速發(fā)展，中國(guó)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，目前已領(lǐng)先世界。
1.1 排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展
中國(guó)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)限值的演變經(jīng)歷了以下7個(gè)階段(詳見表1)，不同階段制定和修訂的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)與當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、污染治理技術(shù)水平以及人們對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的要求等密切相關(guān)。
第一階段為1882—1972年，當(dāng)時(shí)中國(guó)經(jīng)濟(jì)落后，電力裝機(jī)容量少，處于無標(biāo)準(zhǔn)階段。
第二階段為1973年頒布的《工業(yè)“三廢”排放標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GBJ4—1973)，火電廠大氣污染物排放指標(biāo)僅涉及煙塵和SO2，對(duì)排放速率和煙囪高度有要求，但對(duì)排放濃度無要求。
第三階段為1991年頒布的《燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—1991)，首次對(duì)煙塵排放濃度提出限值要求，針對(duì)不同類型的除塵設(shè)施和相應(yīng)燃煤灰分制定不同的排放標(biāo)準(zhǔn)限值。
第四階段為1996年頒布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223— 1996)，首次增加NOx作為污染物，要求新建鍋爐采取低氮燃燒措施。煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán)，新建、擴(kuò)建和改建中高硫煤電廠要求增加脫硫設(shè)施。
第五階段為2003年頒布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2003)，污染物排放濃度限值進(jìn)一步加嚴(yán)。對(duì)燃煤機(jī)組提出了全面進(jìn)行脫硫的要求。
第六階段為2011年頒布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2011)，被稱為中國(guó)史上最嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)，燃煤電廠不僅要進(jìn)行脫硫，還要進(jìn)行煙氣脫硝，并對(duì)重點(diǎn)地區(qū)的電廠制定了更加嚴(yán)格的特別排放限值，并首次將Hg 及其化合物作為污染物。
第七階段為2014—2020年的超低排放階段，2014年6月國(guó)務(wù)院辦公廳首次發(fā)文要求新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放接近燃?xì)鈾C(jī)組排放水平。由此拉開了中國(guó)燃煤電廠超低排放的序幕。2015年12月，環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家發(fā)改委等出臺(tái)了燃煤電廠在2020年前全面完成超低排放改造的具體方案。
1.2 超低排放要求的推動(dòng)力
1.2.1 資源稟賦與環(huán)境改善的必然要求
根據(jù)《2013年中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》，中國(guó)煤炭探明儲(chǔ)量占化石能源儲(chǔ)量的94.2%，中國(guó)富煤、貧油、少氣的能源儲(chǔ)量特征決定了未來一段時(shí)間中國(guó)很難擺脫以煤炭為主要能源的發(fā)展模式。另外，從煤炭使用量來看，中國(guó)煤炭使用量逐年升高， 2013年達(dá)到28.10億t 標(biāo)準(zhǔn)煤， 是1978年使用量的6.9倍， 是1998年使用量的2.9倍，近年來中國(guó)煤炭消耗量有所下降，但2017年中國(guó)煤炭消耗量仍達(dá)到27.31億t。根據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)，2014—2016年中國(guó)煤炭消費(fèi)量占全球煤炭總量的50.5%~50.7%，意味著全球有一半的煤炭是在中國(guó)消耗的，由煤炭燃燒產(chǎn)生的大氣污染物對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的負(fù)面影響，尤其是對(duì)灰霾天氣的影響不容忽視。因此，為改善中國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量，迫切需要實(shí)現(xiàn)煤炭的高效清潔利用，超低排放是實(shí)現(xiàn)煤炭清潔利用的重要手段。
1.2.2 國(guó)家層面對(duì)超低排放的推動(dòng)
2011年，中國(guó)頒布了史上最嚴(yán)的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2011))，規(guī)定了包括燃?xì)廨啓C(jī)組在內(nèi)的火電廠大氣污染物排放限值。因個(gè)別特大型城市禁止建設(shè)燃煤電廠， 面臨天然氣資源缺乏和電力短缺的雙重矛盾，2012年“如新建的燃煤電廠達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組的大氣污染物排放限值是否可以建設(shè)”的問題在上海市被提出來，進(jìn)而有電力企業(yè)在現(xiàn)有煤電機(jī)組上進(jìn)行了有益嘗試。
2014年6月國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年) 》( 國(guó)辦發(fā)[2014]31號(hào))，首次提出“新建燃煤發(fā)電機(jī)組污染物排放接近燃?xì)鈾C(jī)組排放水平”，由此拉開了中國(guó)燃煤電廠“超低排放”的序幕。同年9 月，國(guó)家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年年)的通知》(發(fā)改能源[2014]2093號(hào))。
2015年3月，“兩會(huì)”通過的政府工作報(bào)告中要求“加強(qiáng)煤炭清潔高效利用，推動(dòng)燃煤電廠超低排放改造”，“超低排放”首次正式出現(xiàn)在政府文件中。2015年12月國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議決定，在2020年前，對(duì)燃煤機(jī)組全面實(shí)施超低排放和節(jié)能改造，東、中部地區(qū)提前至2017年和2018年完成。此后，國(guó)家發(fā)改委出臺(tái)了超低排放環(huán)保電價(jià)政策。同月，環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家發(fā)改委、能源局聯(lián)合印發(fā)《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》(環(huán)發(fā)[2015]164號(hào))，將“燃煤電廠超低排放與節(jié)能改造”提升為國(guó)家專項(xiàng)行動(dòng)，即到2020年，全國(guó)所有具備改造條件的燃煤電廠力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)超低排放(即在基準(zhǔn)含氧量6%條件下， 煙塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于10、35、50mg/m3)，全國(guó)有條件的新建燃煤發(fā)電機(jī)組達(dá)到超低排放水平。
1.2.3 地方政府對(duì)超低排放的積極響應(yīng)
地方政府積極響應(yīng)國(guó)家超低排放行動(dòng)計(jì)劃，相繼出臺(tái)了超低排放相關(guān)政策， 如在發(fā)改能源[2014]2093號(hào)文之前， 江蘇省、浙江省、廣州市、山西省等地就出臺(tái)相關(guān)政策，要求燃煤電廠參考燃?xì)廨啓C(jī)組污染物排放標(biāo)準(zhǔn)限值，即在基準(zhǔn)含氧量6% 條件下，煙塵、SO2、NOx 排放濃度分別不高于5、35、50mg/m3。
截至發(fā)稿時(shí)，已有6個(gè)省級(jí)政府發(fā)布或即將發(fā)布火電廠或燃煤電廠大氣污染物強(qiáng)制性地方標(biāo)準(zhǔn)， 將超低排放要求標(biāo)準(zhǔn)化， 它們分別是河南、河北、上海、山東、浙江、天津，其中天津市2018年2月發(fā)布《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(征求意見稿)，浙江省于2018年3月6日召開了《燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》聽證會(huì)，其他4個(gè)省份的地方標(biāo)準(zhǔn)均已發(fā)布。上海、山東、浙江對(duì)新建鍋爐或一定規(guī)模以上鍋爐的煙塵提出了5mg/m3的燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)限值要求，其他省份提出的標(biāo)準(zhǔn)限值與國(guó)家“超低排放”限值基本一致，詳見表2。另外，值得注意的是上海、浙江強(qiáng)制性地方標(biāo)準(zhǔn)中要求燃煤發(fā)電鍋爐應(yīng)采取煙溫控制及其他有效措施消除石膏雨、有色煙雨等現(xiàn)象;浙江省還將排放績(jī)效控制要求寫入強(qiáng)制性地方標(biāo)準(zhǔn)中。
1.2.4 國(guó)有企業(yè)對(duì)超低排放的推動(dòng)
在國(guó)家和地方政策引導(dǎo)下，國(guó)有電力企業(yè)投入資金實(shí)施超低排放改造和新建工程。2012年9月19日上海漕涇電廠二期工程環(huán)境效益分析報(bào)告評(píng)審會(huì)上，首次提出燃煤電廠達(dá)到燃?xì)鈾C(jī)組排放標(biāo)準(zhǔn)限值;2013年4月16日國(guó)電泰州二期工程成為國(guó)內(nèi)首臺(tái)按照超低排放進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)的新建機(jī)組;2014年5月30日浙江嘉華7、8號(hào)機(jī)組成為國(guó)內(nèi)首臺(tái)改造投運(yùn)的超低排放機(jī)組，2014年6月26日國(guó)華舟山4號(hào)機(jī)組成為國(guó)內(nèi)首臺(tái)新建投運(yùn)的超低排放機(jī)組。截至2016 年年底，約4.4億kW燃煤機(jī)組完成超低排放改造，占全國(guó)煤電機(jī)組容量的49%;截至2017年年底，全國(guó)已投運(yùn)超低排放機(jī)組容量占煤電機(jī)組容量的71%。
1.3 超低排放限值的國(guó)際比較
中國(guó)燃煤電廠超低排放限值與美國(guó)、歐盟燃煤電廠最嚴(yán)格的排放限值比較如表3所示。
從表3可以看出，與美國(guó)《新建污染源的性能標(biāo)準(zhǔn)》(NSPS，new source performance standard)中最嚴(yán)排放限值( 適用于2011年5月3日以后新、擴(kuò)建機(jī)組，美國(guó)排放標(biāo)準(zhǔn)中以單位發(fā)電量的污染物排放水平表示，為便于比較將其進(jìn)行了折算)相比，中國(guó)超低排放限值更加嚴(yán)格，顆粒物占美國(guó)排放標(biāo)準(zhǔn)的81.3%;SO2 僅占美國(guó)排放標(biāo)準(zhǔn)的25%，NOx 限值占美國(guó)排放標(biāo)準(zhǔn)的52%。與歐盟2010/75/EU《工業(yè)排放綜合污染預(yù)防與控制指令》(directive on industrial emissions(integratedpollution prevention and control))中最嚴(yán)排放限值(適用于300MW 以上新建機(jī)組)相比，中國(guó)煙塵10mg/m3 的超低排放限值與之相當(dāng)，但部分省市新建機(jī)組和一定規(guī)模以上機(jī)組執(zhí)行5mg/m3，僅為歐盟最嚴(yán)排放標(biāo)準(zhǔn)限值的50%;SO2僅占?xì)W盟排放標(biāo)準(zhǔn)的23%，NOx占?xì)W盟排放標(biāo)準(zhǔn)的33%。
可見，中國(guó)目前實(shí)施的超低排放限值明顯嚴(yán)于美國(guó)、歐盟現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)限值。但更值得關(guān)注的是，中國(guó)超低排放限值符合率的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為小時(shí)濃度，而美國(guó)排放標(biāo)準(zhǔn)限值的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為30 天滾動(dòng)平均值，歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)限值的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為日歷月均值。因此，從符合率評(píng)判方法來說，中國(guó)短期內(nèi)要求符合的超低排放限值比美國(guó)和歐盟長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)平均濃度要求符合的標(biāo)準(zhǔn)限值嚴(yán)格得多。
2. 煙氣治理技術(shù)發(fā)展應(yīng)用及減排效果
隨著中國(guó)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷趨嚴(yán)，以及超低排放國(guó)家專項(xiàng)行動(dòng)的實(shí)施，中國(guó)火電廠大氣污染防治技術(shù)發(fā)展迅速，目前已處于國(guó)際領(lǐng)先水平。為了加強(qiáng)和規(guī)范火電廠污染防治，推動(dòng)火電行業(yè)污染防治措施升級(jí)改造與技術(shù)進(jìn)步，環(huán)保部科技標(biāo)準(zhǔn)司組織編制了《火電廠污染防治可行技術(shù)指南》(HJ2301—2017)，于2017年5月正式以標(biāo)準(zhǔn)形式發(fā)布。
2.1 除塵技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用
自GB13223—1996標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施后，電力工業(yè)原先普遍應(yīng)用的旋風(fēng)除塵器、文丘里水膜除塵器、斜棒柵除塵器等，因其除塵效率低，無法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)而遭到淘汰，取而代之的是高效電除塵器，從此電除塵技術(shù)得到普及。“十一五”至“十二五”期間，中國(guó)燃煤電廠煙塵排放限值經(jīng)歷了從50mg/m3 到30mg/m3 再到10mg/m3 的三級(jí)跳，電除塵技術(shù)方面高頻電源、脈沖電源、旋轉(zhuǎn)電極、低低溫電除塵、濕式電除塵等新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到大規(guī)模應(yīng)用，同時(shí)電袋復(fù)合除塵和袋式除塵技術(shù)不斷取得突破，相應(yīng)裝機(jī)容量份額逐漸提高，另外濕法脫硫協(xié)同除塵技術(shù)和效果也逐步提高。可見，隨著火電行業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，能夠長(zhǎng)期保證低濃度排放的先進(jìn)除塵技術(shù)進(jìn)入了快速規(guī)模化應(yīng)用時(shí)期，而國(guó)外除塵新技術(shù)研究與應(yīng)用處于相對(duì)停滯狀態(tài)。隨著中國(guó)火電廠煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)日益趨嚴(yán)，中國(guó)火電行業(yè)除塵技術(shù)發(fā)展情況如圖1 所示。
目前，中國(guó)火電行業(yè)除塵技術(shù)已形成了以高效電除塵器、電袋復(fù)合除塵器和袋式除塵器為主的格局，安裝袋式或電袋復(fù)合除塵器的機(jī)組比重有所提高。2016年火電廠安裝電除塵器、袋式除塵器、電袋復(fù)合除塵器的機(jī)組容量分別占全國(guó)煤電機(jī)組容量的68.3%、8.4%(0.78 億kW)、23.3%(2.19 億kW)。
2.2 脫硫技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用
隨著GB13223—2003標(biāo)準(zhǔn)的修訂出臺(tái)，各時(shí)段建設(shè)的燃煤機(jī)組全面納入SO2濃度限值控制，從此，中國(guó)火電行業(yè)煙氣脫硫進(jìn)入了快速發(fā)展階段，石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)快速發(fā)展并得到普及。2011 年GB13223—2011標(biāo)準(zhǔn)修訂頒布，中國(guó)SO2排放限值進(jìn)一步趨嚴(yán)，嚴(yán)于美、歐等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，成為世界最嚴(yán)的標(biāo)準(zhǔn)，該階段火電行業(yè)通過進(jìn)一步提高脫硫技術(shù)水平和運(yùn)行管理水平，從而提高綜合脫硫效率。
隨著發(fā)改能源[2014]2093號(hào)文及各地方超低排放要求的相繼出臺(tái)，脫硫技術(shù)的發(fā)展步入了超低排放階段，國(guó)內(nèi)在引進(jìn)消化吸收及自主創(chuàng)新的基礎(chǔ)上形成了多種新型高效脫硫工藝，如石灰石-石膏法的傳統(tǒng)空塔噴淋提效技術(shù)、復(fù)合塔技術(shù)(包括旋匯耦合、沸騰泡沫、旋流鼓泡、雙托盤、湍流管柵等) 和pH值分區(qū)技術(shù)( 包括單塔雙pH值、雙塔雙pH 值、單塔雙區(qū)等)。隨著中國(guó)火電廠SO2排放標(biāo)準(zhǔn)日益趨嚴(yán)，中國(guó)火電行業(yè)脫硫技術(shù)發(fā)展情況如圖2所示。
目前，中國(guó)火電行業(yè)脫硫技術(shù)已形成了以石灰石-石膏濕法脫硫?yàn)橹鳎渌摿蚍椒檩o的格局。截至2016年年底，全國(guó)已投運(yùn)火電廠煙氣脫硫機(jī)組容量約8.8億kW，占全國(guó)煤電機(jī)組容量的93.0%，如果考慮具有脫硫作用的循環(huán)流化床鍋爐， 全國(guó)脫硫機(jī)組占煤電機(jī)組比例接近100%。2015年全國(guó)火電行業(yè)脫硫工藝以石灰石-石膏法為主，占92.87%(含電石渣法等)，海水脫硫占2.58%、煙氣循環(huán)流化床脫硫占1.80 %、氨法脫硫占1.81%，其他占0.93%。
2.3 低氮燃燒與脫硝技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用
隨著GB13223—2003標(biāo)準(zhǔn)的修訂出臺(tái)，中國(guó)燃煤發(fā)電鍋爐低氮燃燒技術(shù)得到普及，成為燃煤電廠NOx控制的首選技術(shù)，經(jīng)過近十幾年的發(fā)展， 現(xiàn)行的先進(jìn)低氮燃燒技術(shù)NOx 減排率可達(dá)50%~60%。
隨著《火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2011) 的頒布， 循環(huán)流化床鍋爐(CFB 鍋爐)NOx排放濃度限值200mg/m3，原有CFB鍋爐通過爐內(nèi)低氮燃燒已無法滿足要求。由于選擇性非催化還原法(SNCR)脫硝技術(shù)系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單， 造價(jià)相對(duì)低，且CFB鍋爐爐膛溫度正好處于SNCR最佳反應(yīng)溫度窗，因此SNCR脫硝技術(shù)成為CFB鍋爐脫硝改造的首選技術(shù)， 近年來在中國(guó)得到迅速發(fā)展。煤粉爐機(jī)組NOx 排放濃度限值要達(dá)到100mg/m3，僅依靠低氮燃燒技術(shù)已無法滿足日益嚴(yán)格的排放要求，自此選擇性催化還原法(SCR)煙氣脫硝技術(shù)在中國(guó)燃煤電廠得到普及， 催化劑多采用“2+1"配置方式(2層運(yùn)行，1層預(yù)留備用)，脫硝效率大多控制在60%~80%。
隨著超低排放的實(shí)施，燃煤機(jī)組普遍采用增加催化劑層數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)NOx超低排放，同時(shí)，新型催化劑、全負(fù)荷脫硝等技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，并得到不同程度的技術(shù)突破。中國(guó)火電行業(yè)脫硝技術(shù)發(fā)展情況如圖3 所示。
目前，中國(guó)火電行業(yè)脫硝技術(shù)已形成了煤粉爐以低氮燃燒+SCR煙氣脫硝技術(shù)為主，循環(huán)流化床鍋爐以低氮燃燒+SNCR技術(shù)為主的格局。截至2016年年底，全國(guó)已投運(yùn)火電廠煙氣脫硝機(jī)組容量約9.1億kW，占全國(guó)煤電機(jī)組容量的96.2%，其中采用SCR脫硝技術(shù)的機(jī)組占比約95%以上。
2.4 火電行業(yè)大氣污染物減排效果
2.4.1 煙塵減排效果
2006年之前隨著火力發(fā)電量增加，火電行業(yè)煙塵排放量呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，2006年達(dá)到峰值約370萬t;隨著GB13223—2003標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施，現(xiàn)有燃煤機(jī)組2006年基本完成第一次環(huán)保技術(shù)改造(主要是除塵與濕法脫硫)，2007年開始火電行業(yè)煙塵排放量出現(xiàn)拐點(diǎn)，并逐年下降;隨著GB 13223—2011史上最嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)和超低排放限值的實(shí)施，煙塵排放量繼續(xù)下降，2016年中國(guó)火電行業(yè)煙塵排放量約35萬t，不足2006年峰值的10%。2000—2016年中國(guó)火電行業(yè)煙塵排放量變化趨勢(shì)如圖4所示。
2.4.2 SO2減排效果
2006年之前隨著火力發(fā)電量增加，火電行業(yè)SO2排放量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，2006年達(dá)到峰值1320萬t。由于中國(guó)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB13223—2003開始對(duì)SO2進(jìn)行全面的控制，因此2006年之前SO2排放量增長(zhǎng)速率和排放量明顯大于煙塵。
隨后GB 13223—2003對(duì)現(xiàn)有機(jī)組的SO2控制作用逐漸顯現(xiàn)，2007年開始SO2排放量開始回落，隨著GB 13223—2011 史上最嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)以及2014 年超低排放要求的實(shí)施，2015年年底現(xiàn)有燃煤機(jī)組完成了脫硫設(shè)施的升級(jí)改造，提高了運(yùn)行管理水平，2015年SO2排放量迅速由2014年的620萬t回落至200萬t，下降了約68%。2016年中國(guó)火電行業(yè)SO2排放量約170萬t，僅占2006年峰值的13%。2000—2016年中國(guó)火電行業(yè)SO2排放量變化趨勢(shì)如圖4所示。
2.4.3 NOx 減排效果
2011年之前中國(guó)火電行業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)NOx控制要求相對(duì)較松，NOx排放量隨火力發(fā)電量增加而明顯增加，2011年達(dá)到峰值1107萬t。2011年開始隨著GB
13223—2011史上最嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)以及超低排放要求的實(shí)施， 2012年開始NOx排放量出現(xiàn)拐點(diǎn)開始迅速回落，隨著中國(guó)煙氣脫硝機(jī)組容量的逐年升高，2015年NOx排放量在2014年基數(shù)上下降了71%。2016年中國(guó)火電行業(yè)NOx排放量約155萬t， 僅占2011年峰值的14%。2000—2016 年中國(guó)火電行業(yè)NOx排放量變化趨勢(shì)如圖4所示。
2.4.4 污染物排放績(jī)效
中國(guó)火電行業(yè)隨著大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷趨嚴(yán)，單位火力發(fā)電量煙塵、SO2、NOx排放量(排放績(jī)效)均逐年下降，2016年全國(guó)單位火力發(fā)電量煙塵、SO2、NOx 排放量分別為0.08、0.39、0.36g/(kW·h)。從2015年開始中國(guó)火電行業(yè)污染物排放績(jī)效水平領(lǐng)先于美國(guó)。但值得注意的是，2015 年中國(guó)火力發(fā)電量中約93% 為煤電，而美國(guó)火力發(fā)電量中煤電僅占49%，充分說明中國(guó)煤電煙塵、SO2和NOx的排放績(jī)效與燃?xì)怆姀S基本相當(dāng)。2005—2015年中美火電大氣污染物排放績(jī)效比較如圖5所示。
從單位煤電發(fā)電量排放績(jī)效來比較， 從2011年開始中國(guó)單位煤電發(fā)電量SO2 排放量已經(jīng)領(lǐng)先于美國(guó)煤電，從2015年開始中國(guó)單位煤電發(fā)電量煙塵、NOx 排放量已經(jīng)領(lǐng)先于美國(guó)煤電。
2009—2015年中美煤電大氣污染物排放績(jī)效比較如圖6所示。
3. 火電大氣污染面臨的挑戰(zhàn)與對(duì)策
盡管中國(guó)燃煤發(fā)電大氣污染物控制技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平， 常規(guī)三大污染物( 煙塵、SO2、NOx)實(shí)現(xiàn)了燃煤電廠與燃?xì)怆姀S同等清潔，但未來火電發(fā)展仍然面臨挑戰(zhàn)， 主要表現(xiàn)在以下6個(gè)方面。
3.1 溫室氣體排放量巨大
燃煤發(fā)電機(jī)組單位發(fā)電量產(chǎn)生的CO2排放量0.76~0.92g/(kW·h)，而燃?xì)獍l(fā)電單位發(fā)電量產(chǎn)生的CO2排放量?jī)H占燃煤發(fā)電的45%~66%。中國(guó)燃煤發(fā)電量占火力發(fā)電量的93%，產(chǎn)生的溫室氣體排放量巨大。盡管溫室氣體CO2是不是污染物存在疑義，但中國(guó)是《巴黎協(xié)定》的堅(jiān)定支持者，將繼續(xù)履行對(duì)國(guó)際社會(huì)的承諾，因此，未來應(yīng)通過技術(shù)研發(fā)進(jìn)一步減少燃煤發(fā)電煤耗，如國(guó)家正在安徽淮北平山實(shí)施“251 工程”(即新建燃煤機(jī)組供電煤耗小于251g/(kW·h)，比目前全國(guó)平均供電煤耗310g/(kW·h) 要低19%，但單位發(fā)電量的CO2排放量比燃?xì)鈾C(jī)組仍高出25%左右。因此，中國(guó)需要進(jìn)一步降低供電煤耗，同時(shí)大力發(fā)展可再生能源，以滿足《巴黎協(xié)定》的要求，此外，也需在CO2 貯存和利用方面開展研究與示范。
3.2 環(huán)境改善需要進(jìn)一步削減火電大氣污染物
2017年盡管全國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量得到進(jìn)一步改善，重污染天氣明顯減少，全面實(shí)現(xiàn)了大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃確定的目標(biāo)，京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角地區(qū)PM2.5年均濃度分別下降至64、44、34μg/m3，但與發(fā)達(dá)國(guó)家和世界衛(wèi)生組織制定的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求還有很大差距。
中國(guó)煤炭用于發(fā)電(含熱電聯(lián)產(chǎn))的比例近期難以下降，從1980年的20.6% 增加到2013年的51.3%，發(fā)電耗煤量從1980年的1.26億t 增長(zhǎng)到2013年的21.8億t，但煤炭用于發(fā)電的比例遠(yuǎn)低于美國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，為了進(jìn)一步改善環(huán)境空氣質(zhì)量，未來應(yīng)加大燃煤清潔利用，進(jìn)一步增大燃煤用于發(fā)電的比例。
國(guó)際能源署根據(jù)當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展情況，制定了2020年與2030年的燃煤電廠污染物排放目標(biāo)，2020年目標(biāo)：煙塵為1~2mg/m3，SO2為25mg/m3，NOx 為30mg/m3;2030年目標(biāo)：煙塵<1mg/m3，SO2<10mg/m3，NOx<10mg/m3。目前，中國(guó)已有部分電廠穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)了國(guó)際能源署2020年的目標(biāo)，但與2030年的目標(biāo)尚存在差距。可見，中國(guó)燃煤發(fā)電大氣污染物控制還有很長(zhǎng)的路要走，需要在技術(shù)上繼續(xù)突破，進(jìn)一步減少火電大氣污染物的排放。
3.3 濕法脫硫?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境的影響
中國(guó)火電行業(yè)煙氣脫硫方法以石灰石–石膏濕法脫硫?yàn)橹?，?jù)統(tǒng)計(jì)2016年火電行業(yè)采用石灰石–石膏濕法脫硫的裝機(jī)容量占比93%，每年石灰石消耗量5000萬t 左右，石灰石開采對(duì)生態(tài)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。石灰石–石膏濕法脫硫的脫硫副產(chǎn)物石膏的利用率隨著建筑業(yè)的萎縮在逐漸減少，廢棄石膏的堆存處置也會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。因此未來應(yīng)加大對(duì)資源化脫硫新工藝、新方法的研發(fā)與示范。
3.4 廢棄脫硝催化劑危險(xiǎn)廢物處置難
中國(guó)火電行業(yè)煙氣脫硝方法以SCR為主，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年火電行業(yè)采用SCR的裝機(jī)容量占比95%以上，由此產(chǎn)生大量的廢棄脫硝催化劑，屬于危險(xiǎn)廢物，如何處理與處置廢棄脫硝催化劑是火電行業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)。應(yīng)積極開發(fā)廢棄脫硝催化劑的回收及其資源化利用技術(shù)的研發(fā)。
3.5 非常規(guī)污染物的控制需要新的技術(shù)突破
2017年京津冀地區(qū)PM2.5年均濃度下降至64μg/m3，全面完成了大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃的目標(biāo)，舉國(guó)振奮，但必須清醒地看到，64μg/m3與環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)35μg/m3的要求還有很大的差距，與世界衛(wèi)生組織確定的環(huán)境空氣質(zhì)量過渡時(shí)期目標(biāo)2(IT-2)25μg/m3、過渡時(shí)期目標(biāo)3(IT-3)15μg/m3、空氣質(zhì)量準(zhǔn)則值(AQG)10μg/m3要求差距更大。隨著人們對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量要求的不斷提高，不僅要控制好燃煤電廠煙氣中的常規(guī)污染物， 而且需要控制Hg及其化合物等重金屬、SO3等可凝結(jié)顆粒物、濕煙氣液態(tài)水中的溶解鹽顆粒物等，以及環(huán)境敏感地區(qū)、嚴(yán)重缺水地區(qū)濕煙氣中氣態(tài)水的回收利用(同時(shí)可消除“白色煙羽”)。需要研發(fā)非常規(guī)污染物控制技術(shù)并進(jìn)行工程示范。
3.6 煙氣治理設(shè)施的優(yōu)化與節(jié)能
燃煤電廠的煙氣治理設(shè)施是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，鍋爐的負(fù)荷波動(dòng)與低氮燃燒、煙氣脫硝、除塵、脫硫、深度凈化等裝置之間， 既相互獨(dú)立，又相互聯(lián)系。目前各裝置之間基本處于獨(dú)立的運(yùn)行狀態(tài)，由不同專業(yè)的運(yùn)行人員在運(yùn)行，沒有體現(xiàn)各裝置之間的聯(lián)系性，煙氣治理設(shè)施的潛能沒有得到充分發(fā)揮，特別是節(jié)能潛力。需要培養(yǎng)煙氣污染物控制的全面人才，加強(qiáng)電廠煙氣治理設(shè)施的統(tǒng)籌協(xié)同，利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段優(yōu)化煙氣治理設(shè)施的運(yùn)行管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排雙贏。
4. 結(jié) 語
中國(guó)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了7個(gè)發(fā)展階段，日益嚴(yán)格的排放限值不斷推動(dòng)治理技術(shù)的進(jìn)步，目前的煙氣治理水平已領(lǐng)先世界，實(shí)現(xiàn)了燃煤電廠常規(guī)污染物排放與燃?xì)獍l(fā)電基本同等清潔，為中國(guó)空氣質(zhì)量改善做出了巨大貢獻(xiàn)。但中國(guó)火電大氣污染仍然面臨諸多挑戰(zhàn)，需要在相關(guān)領(lǐng)域加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)與工程示范。（作者：酈建國(guó) 朱法華等）
