沈保中，陳 震，徐小明

（1.華能上海石洞口第二電廠，上海 200941；2.華東電力試驗研究院有限公司，上海 200437；3.上海電力股份有限公司，上海 200010）

1 問題的提出

2011年7月，環(huán)境保護部正式批準實施《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223—2011）。由于《火電廠大氣污染物排放標準》（以下簡稱新排放標準）涉及每一臺火力發(fā)電機組全部運行階段的污染物排放濃度控制要求，而本次“新排放標準”中大幅度提升了火電廠大氣污染物的排放標準，對新建、已建火電廠的二氧化硫、氮氧化物的排放限制，比現行標準（GB 13223—2003）的控制限值嚴格了幾倍，遠遠超過美國和歐洲，成為最嚴標準。同時“新排放標準”規(guī)定在國土開發(fā)密度較高，環(huán)境承載能力開始減弱，或大氣環(huán)境容量較小、生態(tài)環(huán)境脆弱，容易發(fā)生嚴重大氣環(huán)境污染問題而需要嚴格控制大氣污染物排放重點地區(qū)（目前尚未規(guī)定重點地區(qū)、城市），應嚴格控制企業(yè)的污染物排放行為，重點地區(qū)燃煤發(fā)電鍋爐二氧化硫的排放濃度小于50mg／m3、氮氧化物的排放濃度小于100mg／m3。

“新排放標準”的推出，引起了電力行業(yè)、環(huán)保從業(yè)人員以及電力行業(yè)各級領導的高度關注和重視。從目前或將來電廠采取的治污措施以及治污設備的實際運行效果出發(fā)，對重點地區(qū)“新排放標準”中二氧化硫的排放濃度小于50mg／m3、氮氧化物的排放濃度小于100mg／m3的新排放標準，從嚴執(zhí)行所面臨的巨大壓力和難度，進行分析并提出相關建議。

2 從嚴執(zhí)行二氧化硫排放新標準的壓力

“十一五”期間，在國家脫硫減排高壓政策的促進下，燃煤發(fā)電企業(yè)經過超常規(guī)的投資改造后，絕大部分燃煤發(fā)電機組已經完成了石灰石—石膏濕法煙氣脫硫裝置或雙堿法脫硫裝置改造，這些脫硫裝置的投運，為全面完成“十一五”期間我國的二氧化硫減排任務作出了非常大的貢獻。這些脫硫裝置在當初改造設計時，均是按環(huán)保主管部門批復文件規(guī)定的燃煤含硫量和脫硫效率設計的，但由于受當時投資資金的限制、以往累計煤質條件較好的限制及排放濃度僅要求達到當時的排放標準要求的影響，一般設計的燃煤含硫率比較接近當時使用的煤炭的含硫率，脫硫效率一般要求不低于95%。而當時重點地區(qū)的二氧化硫排放標準要求小于200mg／m3，按照95%的脫硫效率，絕大部分的燃煤機組脫硫后，二氧化硫排放濃度在絕大部分時段內均可達到要求。

以入口二氧化硫濃度2 000mg／m3為設計依據的脫硫裝置為例，脫硫效率達到95%時，出口二氧化硫排放濃度可以達到100mg／m3，如果要達到出口二氧化硫排放濃度小于50mg／m3，就要求脫硫效率達到97.5%以上，雖然脫硫系統(tǒng)在設計時留有一定的余地，但要求設計連續(xù)運行脫硫效率為95%的脫硫系統(tǒng)，在不進行增效改造的情況下，是無法做到連續(xù)運行脫硫效率達到97.5%以上的。

表1 《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223—2011）mg／m3

上海石洞口第二電廠2臺600MW機組于2008年完成了脫硫系統(tǒng)的改造，脫硫系統(tǒng)設計含硫率為0.9%，設計脫硫效率為95%，按照設計含硫率和脫硫效率運行，脫硫系統(tǒng)出口二氧化硫的濃度可以控制在90mg／m3左右，但是無法達到新標準中重點地區(qū)要求的小于50mg／m3的標準。

2010年該廠2臺機組脫硫系統(tǒng)運行正常，統(tǒng)計的平均脫硫效率為96.13%，機組燃煤的平均含硫率為0.8%，通過對2010年2臺機組上傳到環(huán)保局的有效數據的統(tǒng)計，發(fā)現脫硫裝置入口二氧化硫小時平均濃度為1 678mg／m3，出口小時平均濃度為58mg／m3。其中，36.6%的排放濃度小于50mg／m3；49.3%的排放濃度在50～100 mg／m3之間；13.2%的排放濃度在100～200mg／m3之間；0.9%的排放濃度大于200mg／m3。

按照重點地區(qū)“新排放標準”要求，2010年該廠2臺機組的達標排放率僅為36.6%，根據統(tǒng)計的入口二氧化硫濃度，需要將脫硫效率控制在97%以上才能做到平均排放濃度小于50mg／m3。同時，由于煤炭的均勻性較差，在煤炭含硫率波動造成入口二氧化硫濃度超過上述平均值時，需要更高的脫硫效率才能達到平均排放濃度小于50 mg／m3，而脫硫系統(tǒng)的運行過程是一個化學反應的化工過程，反應效率受現場條件的限制而無法達到很高的要求，所以不但對該廠、對上海地區(qū)投運的全部脫硫發(fā)電機組而言，按照目前的煤炭市場的含硫情況，在執(zhí)行重點地區(qū)“新排放標準”時，全上海所有的燃煤機組脫硫裝置的二氧化硫排放濃度，僅有40%的運行時段小于50mg／m3，超標情況將非常嚴重，說明上海地區(qū)脫硫機組普遍存在上述問題。

近年來受電煤質量變差，含硫量普遍升高的影響，部分電力企業(yè)已經耗費巨資，對原設計含硫率偏低，含硫量升高后脫硫出口二氧化硫排放濃度不能達到原來標準要求的脫硫裝置，進行了不同程度的技術改造。如果再大幅度降低現役機組二氧化硫排放限值，在電煤質量短期內得不到根本好轉的條件下，需要對現役的絕大部分機組的脫硫裝置進行增效改造才有可能達到要求，這對于剛完成脫硫改造的老機組或剛投產不久的新機組來說，在脫硫裝置投運才幾年，又要花巨資進行改造是無法承受的。同時，由于受脫硫現場空間的限制，有些脫硫裝置的增效改造無法進行，可能需要推倒重建。

通過上述分析，“新排放標準”要求趨嚴是必須的，但在近期煤炭市場仍無好轉的情況下，“新排放標準”重點地區(qū)中的二氧化硫排放限值將無法達到，其實現性非常差。如果“新排放標準”實施后，重點地區(qū)的火電機組在絕大部分的運行時段內，出現二氧化硫濃度超標的現象，對脫硫電價的考核將帶來嚴重問題，可能會直接影響到發(fā)電企業(yè)的脫硫積極性，最后的結果可能適得其反。

3 從嚴執(zhí)行氮氧化物排放新標準的壓力

根據“新排放標準”要求，2014年后所有燃煤機組氮氧化物排放濃度每標準立方米要達到100 mg以下，幾乎所有燃煤機組都需要安裝選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝裝置，才有可能達到此要求。由于SCR煙氣脫硝裝置需要安裝在鍋爐省煤器出口與空預器入口之間的高溫煙道上，對于新建機組在設計時已經考慮了SCR煙氣脫硝裝置的安裝位置，就十分方便；而對于已經投產的老機組來說，由于當初設計時沒有考慮安裝SCR煙氣脫硝裝置的位置，改造時的安裝位置和安裝空間是個大問題，而且在改造時由于施工場地狹小，實施改造又是一個難點。

脫硝可分為物理方法脫硝和化學方法脫硝。物理方法脫硝是采用低氮燃燒技術，通過調整煤炭的燃燒方式，盡量減少煤炭在燃燒過程中氮氧化物的產生。目前的低氮燃燒技術對于燃燒煙煤的機組，可以做到鍋爐出口的氮氧化物濃度控制在400mg／m3以下，按此濃度再設計SCR煙氣脫硝裝置的脫硝效率需要達到75%以上，出口氮氧化物的濃度才有可能達到小于100mg／m3以下。

目前采用的SCR技術可以實現燃燒煙煤機組對脫硝效率的要求，而對于燃用貧煤、無煙煤的機組，鍋爐的出口氮氧化物排放濃度，通常在1 200～1 500mg／m3之間，要達到出口氮氧化物排放濃度小于100mg／m3的排放限值，脫硝效率必須在92%以上，目前的SCR技術還無法實現這個目標。

SCR煙氣脫硝裝置在日常運行時需要消耗液氨或尿素兩種還原劑，如果按SCR脫硝裝置入口氮氧化物濃度為400mg／m3，脫硝效率為80%，運行小時數為6 000h考慮，1臺600MW機組脫硝裝置的運行，每年需要消耗1 500t左右的液氨或2 700t左右的尿素，折算到每萬千瓦裝機容量脫硝裝置運行，每年需要消耗25t液氨或45t尿素。依據初步估算，要實現“新排放標準”的要求，全國現役的7.07億kW火電機組中，大約有90%的機組需要進行脫硝改造，改造后約有6.4億kW火電機組的脫硝裝置運行，每年需要160萬t液氨或290萬t尿素?？紤]到目前液氨是一種易燃、易爆的有毒化學危險品，同時也是國內重要的環(huán)境危險污染監(jiān)控源，因此國內普遍推行尿素法脫硝。

中國是個農業(yè)大國，糧食生產是確保社會穩(wěn)定的基礎，目前的農業(yè)糧食高產、穩(wěn)產，基本是靠大量使用化肥來實現的，化肥價格的波動將會影響到社會的穩(wěn)定，在尿素供應偏緊的情況下，每年增加如此大的脫硝用尿素量，會直接影響到整體的供應，造成國內供應的不穩(wěn)定。同時，尿素在生產過程中也會嚴重污染環(huán)境，用尿素來減少氮氧化物的排放，存在對環(huán)境污染總體影響最小化的問題。如果適當放寬氮氧化物的排放濃度至200 mg／m3，每年全國可減少95萬t尿素的使用量，還可大幅度地減輕對農業(yè)的壓力。

受SCR催化劑技術的限制和運行過程中可能形成硫酸銨的影響，SCR煙氣脫硝裝置一般要求入口煙氣溫度大于320℃才能連續(xù)運行，而目前絕大部分火電機組均參與調峰運行，調峰嚴重的機組負荷變化范圍在40%～100%之間。而一般鍋爐省煤器出口的煙氣溫度，負荷在60%以上時，煙溫才超過320℃，脫硝裝置才能運行，造成SCR煙氣脫硝裝置的投運率偏低。同時，機組低負荷運行期間也是鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)效果較差的時段，所以即使機組加裝了SCR煙氣脫硝裝置，在機組低負荷階段，出口氮氧化物仍會超過排放標準。

通過上述分析，將目前的低氮燃燒技術和SCR技術相結合，可以在燃燒煙煤的機組上，在高負荷區(qū)域實現氮氧化物排放濃度小于100mg／m3，而在低負荷區(qū)域則很難達到“新排放標準”的要求。從減少整體環(huán)境的污染出發(fā)，特別是從穩(wěn)定糧食生產出發(fā)，確保社會穩(wěn)定的基礎上，建議重新審視氮氧化物的排放指標。

4 國家標準體系的遞進與完善

合理的國家標準應該是一個能達到的遞進環(huán)保體系，地方和企業(yè)可以根據國家標準制定逐級遞進的標準，國家的排放標準應是企業(yè)排放的最低要求，是全國絕大部分企業(yè)均可達到的要求。同時，國家和地方的排放標準應該是強制性標準，超標就是違法，是最低標準要求，有完備的、成熟的、一整套技術保障支撐體系，使改造企業(yè)能在技術、經濟可行的條件下，可以長期、連續(xù)、穩(wěn)定運行，能達到或經過努力能達到的要求。如果標準值留有合理的遞進空間，也可給企業(yè)提供努力的方向和空間，以便企業(yè)在設計、設備招標、建造時能層層提高要求，確保企業(yè)在“任何情況下”都能做到達到排放標準的要求。如果標準值過嚴，導致絕大多數企業(yè)排放超標，就會損害國家標準的嚴肅性，也會切斷企業(yè)努力的動力；如果標準過于嚴苛，則會造成治污設備冗余過大，企業(yè)不斷重復投資、不堪重負。中國不是發(fā)達國家，需要我們合理使用有限的環(huán)保資金。

5 建議

1）一個標準的制定及實施，必須要有完備的、成熟的、一整套技術保障支撐體系，技術設施從試點到國內普遍推廣使用，需要有個過程，要有全面的研究鋪墊總結，這樣才能使電廠以最小的投資從容實施，大躍進式脫硫設施在實施過程中所浪費的資金、多走的彎路、教訓應該好好總結和借鑒。

2）大氣標準在制定過程中必須有總體研究說明，包含所使用的脫硝尿素在其生產過程中對環(huán)境的污染貢獻量，全面評估衡量真實的全國氮氧化物減排量，總結脫硝設施實施后，大幅度增加的尿素量是否會嚴重影響國內的糧食生產需要，是否會促使國內尿素價格的提升，絕不能以局部減排，影響全國的有序生產。

3）從當前我國的環(huán)境形勢及所面臨的環(huán)境壓力來看，執(zhí)行高排放標準無可厚非。但在現有的技術條件和物資條件下，能讓絕大部分企業(yè)通過努力，在運行時段內做到達標排放要求，否則即使電廠通過萬分的努力，也無法達到排放標準，就失去其存在的意義。標準的制定是要讓企業(yè)來遵守的，千萬不能為了盲目追求國際領先而變成空架子。

4）建議重新審視新大氣標準中重點地區(qū)執(zhí)行標準，由各地方根據各自地方的特點，制定嚴于國家標準的地方標準，企業(yè)再根據地方標準制定嚴于地方標準的企業(yè)控制標準，以便企業(yè)在達到企業(yè)標準運行時就可滿足要求。地方和國家在處理超標排放事件時給企業(yè)有整改的空間。

5）依據排放濃度，制定梯度的脫硫、脫硝電價補貼的辦法，用經濟杠桿鼓勵企業(yè)盡一切可能降低排放濃度。

6）通過提高氮氧化物的排污費，使氮氧化物的排污費略高于脫硝消耗的還原劑的邊際成本，促使企業(yè)主動提高脫硝效率，降低氮氧化物的排放濃度。

7）優(yōu)化電力調度政策，使具備SCR脫硝裝置的機組的調峰幅度不要過大，低負荷率不要低于脫硝的投運要求，以便企業(yè)提高脫硝的投運率。