燃煤電廠大氣污染物“超低排放”基本問題思考

王志軒

(中國電力企業(yè)聯(lián)合會， 北京100761)

摘要：2014年，中國燃煤電廠開始推進大氣污染物“超低排放”，但其定義、技術成熟性、成本與效益等一直存有較大爭議。“超低排放”并非法定要求而只是嚴格實現(xiàn)達標排放的一種狀態(tài)，單純追求“超低排放”，其成本與環(huán)境經(jīng)濟效益不適應，且煙塵法定監(jiān)測方法也不支持，168小時連續(xù)運行時間也不足以驗證配套技術與設備的可靠性。應鼓勵為實現(xiàn)穩(wěn)定達標排放進行技術和管理創(chuàng)新，如要強制推行“超低排放”，應由政府有關部門開展規(guī)范性全面評估，確認環(huán)境、經(jīng)濟及技術可行性后再通過修改排放標準途徑依法推進。

關鍵詞：火電廠；大氣污染物；超低排放；問題；建議

收稿日期：2015-06-15

作者簡介：王志軒(1955—)，男，山西萬榮人，教授級高級工程師，工學碩士，主要研究方向為環(huán)境工程與環(huán)境管理，E-mail：wangzhixuan@cec.org.cn

中圖分類號：X197

DOI: 10.14068/j.ceia.2015.04.004

2014年，我國先后有多家燃煤電廠宣稱實現(xiàn)了煙氣中煙塵、SO2、NOx3項大氣污染物的“近零排放”、“超清潔排放”、“超低排放”或是“比天然氣發(fā)電排放還清潔”(以下統(tǒng)稱“超低排放”)。此后，部分省級政府、國家有關部門通過“文件”要求新建燃煤機組和老機組達到“超低排放”要求。據(jù)媒體報道不完全統(tǒng)計，截至2015年5月底，我國宣稱實現(xiàn)“超低排放”的煤電機組規(guī)模已超過3 000萬kW，還有幾億千瓦規(guī)模的煤電機組處于改造或計劃改造之中。由于具有法律性質(zhì)的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223—2011)(以下簡稱“GB 13223—2011”)中，針對老機組的污染物排放濃度限值自2014年7月1日正式生效，加之該標準中提出的特別排放限值，使得剛剛完成改造或者還未完成改造的機組又面臨新一輪“超低排放”改造。根據(jù)一年多的觀察總結，本文就“超低排放”的一些基本問題進行分析，系統(tǒng)性地提出一些思考。

1“超低排放”基本問題辨析

1.1　“超低排放”概念辨析

對于“超低排放”，目前國內(nèi)外尚無普遍認可的定義。部分政府部門文件[1]將GB 13223—2011中的天然氣燃機排放限值直接作為“超低排放”標準，即煙氣中的煙塵、SO2、NOx排放濃度分別小于或等于5 mg/m3、35 mg/m3、50 mg/m3；有的文件[2]將煙塵排放限值由5 mg/m3改為10 mg/m3。比較GB 13223—2011中針對燃煤鍋爐設定的煙塵、SO2、NOx特別排放限值要求(20 mg/m3、50 mg/m3、100 mg/m3)，顯然“超低排放”要求嚴。但在該標準中，天然氣燃機與燃煤鍋爐排放限值對應的煙氣氧含量分別為15%、6%，只有將煙氣氧含量折算到相同條件時才可直接比較。當折算到相同氧含量條件時，天然氣燃機排放限值實際上是其原本限值的2.5倍，即除煙塵排放要求為12.5 mg/m3外，SO2、NOx的排放限值比燃煤排放限值還寬。雖然有的文件對“超低排放”限值增加了按6%含氧量折算的要求，但并未經(jīng)過充分論證。事實上，由于天然氣燃機技術條件及《天然氣》(GB 17820—2012)中對天然氣顆粒物及硫含量都有明確規(guī)定，且天然氣燃機并不裝設除塵及脫硫裝置，因此，針對天然氣燃機煙塵及SO2的排放限值設定無實際意義，如歐盟排放標準中就沒有限值規(guī)定。

1.2　“超低排放”認定驗收時間辨析

一些宣稱實現(xiàn)“超低排放”的機組，一般是以通過168小時連續(xù)運行的驗收效果(或試運行)來作為證明。但是，168小時對于認定“超低排放”新技術與新設備是否成熟，其時間長度遠遠不夠。將168小時的連續(xù)運行時間作為電力工程移交生產(chǎn)的驗收是可行的，因為該時間針對的是成熟可靠的技術、設備和設計、建造規(guī)范等。如果是創(chuàng)新的“超低排放”工藝技術及設備，則要根據(jù)創(chuàng)新的特點，確定有針對性的考核驗收時間和專門的驗收規(guī)范。如濕式電除塵器的腐蝕、脫硝催化劑的失效、脫硝除塵脫硫單個設備改造對其他設備的影響、煤種及負荷變動對整體系統(tǒng)的影響，還有能耗增加、二次污染產(chǎn)生等問題，都需要一年甚至更長的時間及特別的驗收條件才能判定優(yōu)劣。

1.3　“超低排放”結果與達標排放裕度辨析

GB 13223—2011中提出的特別排放限值已經(jīng)很嚴格，企業(yè)要在設計、設備選型以及運行條件上都留有一定的裕度才可能確保穩(wěn)定達標。尤其是在我國按小時取樣時間來考核是否達標的情況下，留有充分的裕度更是非常必要的。具體留出裕度的大小，與電廠的主體設備、機組負荷變動、燃料及原料穩(wěn)定性、運行維護水平、自動監(jiān)測系統(tǒng)運行等都有很大關系。對于煙塵排放要穩(wěn)定達到特別排放限值20 mg/m3的要求，設計上留出5～10 mg/m3裕度，運行上再考慮5 mg/m3左右的裕度也是正常的。從現(xiàn)實來看，為確保達標運行，很多電廠實際運行數(shù)據(jù)遠低于排放標準限值要求。近幾年，煤炭產(chǎn)能過剩為部分電廠通過改善煤質(zhì)達到更低排放要求提供了基礎條件。例如，某電廠原設計中采用的燃煤硫分在1%以上，近一年來實際燃煤硫分為0.6%，即使脫硫裝置不進行改動也可實現(xiàn)35 mg/m3的“超低排放”要求。這種情況在國際上也具有普遍性，如日本對重點地區(qū)燃煤裝置設定的煙塵排放限值為50 mg/m3，但電廠在實際運行中的排放濃度遠小于此值。

因此，一些企業(yè)開展了大量技術創(chuàng)新、設備改造(增設)和運行優(yōu)化工作，本質(zhì)上也是為確保電廠穩(wěn)定達標留有正常裕度，當濃度限值越嚴時，穩(wěn)定達標越難，留有的相對裕度就應越大。

2“超低排放”效果辨析

根據(jù)我國環(huán)保法對污染物排放標準制定的要求和國際通用規(guī)則，評價“超低排放”效果應涉及環(huán)境質(zhì)量影響、經(jīng)濟代價、技術影響3個方面。

2.1　環(huán)境質(zhì)量影響辨析

2012年，在治理霧霾的強大壓力下，《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB 3095—2012)修訂頒布，PM2.5成為重要評價內(nèi)容。此后，GB 13223—2011中提出的特別排放限制要求也在環(huán)境保護部的要求下開始實施[3-4]。只要嚴格執(zhí)行GB 13223—2011及特別排放限值，電力行業(yè)大氣污染物排放總量會大幅度下降。根據(jù)有關文獻和中電聯(lián)報告顯示[5-6]，我國火電廠大氣污染物年排放峰值分別為：煙塵，1980年左右，約400萬t；SO2，2006年，約1 350萬t；NOx，2011年，約1 000萬t。根據(jù)2014年全國現(xiàn)有燃煤電廠情況初步測算，如果達到GB 13223—2011以及國家環(huán)保部特別排放限值的要求，全國火電廠煙塵、SO2、NOx排放量將分別由2013年的142萬t、780萬t、834萬t[6]下降至49萬t、297萬t、182萬t。在我國電煤消費量是美國2.4倍的情況下，相關污染物排放量將低于美國2013年水平(電力SO2排放382萬t、NOx排放226.8萬t，數(shù)據(jù)來源于美國能源信息署EIA網(wǎng)站)。由于測算時是按照排放限值上限估算的，考慮到嚴格執(zhí)法環(huán)境下裕度的存在，其實際排放量還應更低。

>>應繼續(xù)堅持以《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223—2011)作為燃煤電廠大氣污染物排放監(jiān)管的法定依據(jù)，同時積極鼓勵各種技術和管理創(chuàng)新。

以2014年全國燃煤電廠燃煤量、煤質(zhì)為基準，以單機60萬kW典型機組參數(shù)為參照，經(jīng)初步測算，與達標排放限值相比，達到“超低排放”情況下，全國燃煤電廠每年煙塵、SO2、NOx3項污染物排放量可以再削減132萬t左右，其中煙塵量可下降10萬t左右。132萬t污染物排放量相對于全國數(shù)千萬噸計的大氣污染物來說，所占比重很小，而且由于電廠屬于高煙囪排放且分布在全國各地，對環(huán)境質(zhì)量影響的分擔率要大大小于排放量的分擔率，從理論和實踐上都可以判斷出，其對環(huán)境質(zhì)量改善的作用相對較小。

進一步分析可知，在電廠煙塵、SO2、NOx3項污染物中，煙塵排放限值濃度要求最低，但相對于SO2和NOx等形成PM2.5前體的氣態(tài)污染物而言，同等重量的煙塵對環(huán)境中PM2.5的貢獻可能更低，這是因為氣態(tài)污染物在轉(zhuǎn)化后形成的顆粒物的質(zhì)量要大于原有質(zhì)量(要視大氣化學轉(zhuǎn)化率而定)。如果認為電廠煙塵是PM2.5而忽視氣態(tài)污染物，將達標排放時的除塵效率由99.9%再提高0.05個百分點，實際上是“抓小放大”。要針對具體環(huán)境問題，在煙塵、SO2、NOx排放控制的投入和創(chuàng)新上做具體分析，尋找投入與產(chǎn)出比更好的改造方式。當前，燃煤電廠細顆粒物治理面臨的主要問題不是進一步降低煙塵排放濃度，而是要解決好“石膏雨”、氣溶膠排放、氮逃逸產(chǎn)生的細粒物等問題。解決這些問題的關鍵既不是要提高多少除塵效率，也不是要進一步提高多少NOx脫除效率，而恰恰是需要在合適的排放標準下，對脫硝、脫硫、除塵技術和裝置進行系統(tǒng)優(yōu)化。

2.2　經(jīng)濟性辨析

剛完成達標排放改造的在役機組是否應大面積推進“超低排放”改造，是研究經(jīng)濟性問題的關鍵。因此，應以邊際成本，即減排單位污染物的成本和單位電量成本增量的變化，來評價經(jīng)濟性。

根據(jù)國家電價政策，針對不同條件的電廠，當污染物排放濃度達到煙塵20(或30) mg/m3、SO250(或100、200、400)mg/m3、NOx100(或200) mg/m3時，每kW·h上網(wǎng)電量的電價分別增長脫硫0.015元、脫硝0.01元、除塵0.002元，共計0.027元。以0.027元的電價增量就支撐了達標排放和達到國際先進水平。而對于“超低排放”，從媒體報道來看，其成本大致需要在2.7分/(kW·h)的基礎上再增加0.005～0.02元/(kW·h)。與達標排放相比，如此大的代價解決的問題只是錦上添花，折算到每千克污染物減排的邊際成本為12～60元。相對于全社會3項污染物大致0.5～2元/kg的治理成本來說，要高出1~2個數(shù)量級(根據(jù)排污收費標準比較)。需要說明的是，該3項大氣污染物實現(xiàn)達標排放需增加0.027元/(kW·h)電價成本的估算結果是偏低的，不足以彌補企業(yè)實現(xiàn)達標排放增加的成本，包括企業(yè)為確保穩(wěn)定達標排放而留有必要設備和運行裕度所增加的成本。但是，這并不影響真正實現(xiàn)“超低排放”時邊際成本過高的結論。至于燃煤電廠實現(xiàn)“超低排放”增加0.02元/(kW·h)成本要比采用燃機發(fā)電增加0.2元/(kW·h)成本合算的說法，從企業(yè)來看是合情合理的；但從全社會、從不同能源品種功能、從二氧化碳減排來看，并不一定合理，這種比較是片面的，如果成為決策也是失當?shù)摹?/p>

2.3　技術影響辨析

從實現(xiàn)“超低排放”的燃煤電廠來看，改造措施主要分為以下3類：一是對已有技術和設備的潛力進行挖掘、輔機改造、系統(tǒng)優(yōu)化，如對脫硫除霧器、電除塵器電源和電極進行改造；二是設備擴容，增大裕度或者是將原來過小的裕度恢復正常，如增加脫硫塔或其噴淋層、增加脫硝催化劑層數(shù)、增加濕式電除塵器等；三是采用熱值高、灰分低、硫分低的優(yōu)質(zhì)煤。

在“超低排放”的推進過程中，一方面促進了環(huán)保設備質(zhì)量的提高，一些長期致力于技術創(chuàng)新和降低費用、提高設備可靠性的環(huán)保企業(yè)得到了新的發(fā)展，如在采用低費用技術解決“石膏雨”和提高除塵效率等方面取得了良好效果。另一方面，一些技術上的問題也逐漸顯現(xiàn)。例如，現(xiàn)有煙塵監(jiān)測方法的絕對誤差數(shù)值已經(jīng)大于“超低排放”數(shù)值要求；再如，為實現(xiàn)NOx“超低排放”而增加一層催化劑，導致系統(tǒng)阻力、空氣預熱器阻力提高，SO2向SO3的轉(zhuǎn)化率上升，氣溶膠排放增加，導致氨逃逸增大、腐蝕及堵塞現(xiàn)象增加等；又如，濕式除塵器技術幾十年前就已經(jīng)成熟并廣泛應用，但是在電力系統(tǒng)應用不多，我國“超低排放”的推進大大刺激了國外濕式電除塵技術設備的引進和我國一些公司的技術創(chuàng)新，同時也造成了競爭混亂、良莠不齊的現(xiàn)象，出現(xiàn)了濕式電除塵器極板材料選擇不當進而造成過快腐蝕的情況。此外，大部分“超低排放”改造方式增加了能耗，如某600 MW機組在進行脫硫改造時，增加了一個吸收塔，造成脫硫系統(tǒng)阻力增加1 000 Pa，電耗增加3 800 kW，增加廠用電0.5～0.6個百分點。

3結論及建議

(1)雖然“超低排放”在特定電廠、特定條件下短時間內(nèi)是可行的，但缺乏科學、公正、嚴格的第三方檢驗；同時，從企業(yè)采用的技術及設備來看，“超低排放”可以認為是實現(xiàn)穩(wěn)定達標排放的一種方式；從現(xiàn)有技術和設備支撐來看，真正實現(xiàn)“超低排放”仍然存在很大困難，且一些新出現(xiàn)的問題并未得到很好解決；若不計成本，“超低排放”可以實現(xiàn)，但從成本-效益角度分析，其必要性值得認真商榷。

因此，應繼續(xù)堅持以GB 13223—2011作為我國燃煤電廠大氣污染物排放監(jiān)管的法定依據(jù)，同時積極鼓勵企業(yè)為實現(xiàn)穩(wěn)定達標排放而進行各種技術創(chuàng)新、管理創(chuàng)新。

(2)若要強制推進“超低排放”，則首先應由國家環(huán)保行政主管部門、宏觀經(jīng)濟及價格管理部門、電力行業(yè)行政主管部門聯(lián)合組織獨立的第三方機構，對“超低排放”系統(tǒng)性問題進行評估。評估內(nèi)容包括：“超低排放”的概念及應用范圍；“超低排放”的環(huán)境效益、經(jīng)濟效益及其對技術的影響；系統(tǒng)及設備的可靠性、資源節(jié)約、防止二次污染等特性。評價指標應包含能體現(xiàn)其本質(zhì)屬性的指標，如環(huán)境質(zhì)量改善率、單位電量增加成本、單位污染物減排邊際成本、設備可靠性等。根據(jù)評估目的和對象的不同，確定系統(tǒng)或設備驗收所需的連續(xù)運行時間要求。

(3)在評估報告未確定前，“超低排放”不應進入排放標準，不應作為環(huán)境影響審批的依據(jù)，但可以作為企業(yè)自愿或者與政府間的一種協(xié)議。

(4)對已經(jīng)由政府部門要求實施的“超低排放”改造，應綜合考慮環(huán)境改善的效果和投資情況來補償改造成本；對達到“超低排放”的新建電廠，應按新的電價機制執(zhí)行。

(5)燃煤電廠煙塵排放濃度已經(jīng)很低，對環(huán)境質(zhì)量的影響很小，且由于燃煤電廠運行和煙氣排放系統(tǒng)自身的特性，即便有更準確的監(jiān)測方法和設備，也難以解決整個系統(tǒng)誤差大的問題，沒有必要為了更準確地監(jiān)測到每立方米幾毫克的煙塵采用更高經(jīng)濟代價的監(jiān)測設備。

(6)對現(xiàn)行火電廠大氣污染排放標準的排放限值、取樣時間等進行修改，建議用小時平均的兩倍值及月均值是否超標進行考核。

參考文獻(References)：

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[3]環(huán)境保護部, 國家發(fā)展和改革委員會, 財政部. 關于印發(fā)《重點區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》的通知[EB/OL]. (2012-10-29) [2015-06-10]. http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/gwy/201212/t20121205_243271.htm.

[4]環(huán)境保護部. 關于執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告[EB/OL]. (2013-02-27) [2015-06-10]. http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgg/201303/t20130305_248787.htm.

[5]《中國電力百科全書》編輯委員會, 《中國電力百科全書》編輯部. 中國電力百科全書(第三版)綜合卷[M]. 北京: 中國電力出版社, 2014: 85.

[6]中國電力企業(yè)聯(lián)合會. 中國電力行業(yè)年度發(fā)展報告2014[M]. 北京: 中國市場出版社, 2014: 103-106.

Considerations on Basic Issues of “Ultra-low Emissions”

of Air Pollutants from Coal-fired Power Plants

WANG Zhi-xuan

(China Electricity Council, Beijing 100761, China)

Abstract:In 2014, air pollutants ultra-low emissions prevailed in coal-fired power plants of China. However, arguments over the definition, technological maturity, cost and effectiveness of ultra-low emissions have never stopped since the very beginning. The ultra-low emissions is not a statutory requirement, but a way to reach strict emission standard. Ultra-low emission is not cost-effective in terms of environmental and economic benefits. Meanwhile, current statutory flue dust monitoring measures cannot support the measurement of ultra-low emissions, and the 168 hours of continuous operation is not enough to test the reliability of the ultra-low emissions technologies and equipments. This article proposed that technological innovation and management innovation aiming at stably meeting the emission standards should be encouraged. Government authorities should carry out strict and all-round evaluation before compelling power plants to meet the ultra-low emissions standards, which should be legalized with modifications to the original standards based on feasibility studies of environment, economy and technology.

Key words: thermal power plant; air pollutant; ultra-low emissions; issues; suggestions