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(huì)， 北京100761)

摘要：2014年，中國燃煤電廠開始推進(jìn)大氣污染物“超低排放”，但其定義、技術(shù)成熟性、成本與效益等一直存有較大爭(zhēng)議。“超低排放”并非法定要求而只是嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)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(jì)效益不適應(yīng)，且煙塵法定監(jiān)測(cè)方法也不支持，168小時(shí)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間也不足以驗(yàn)證配套技術(shù)與設(shè)備的可靠性。應(yīng)鼓勵(lì)為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放進(jìn)行技術(shù)和管理創(chuàng)新，如要強(qiáng)制推行“超低排放”，應(yīng)由政府有關(guān)部門開展規(guī)范性全面評(píng)估，確認(rèn)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)及技術(shù)可行性后再通過修改排放標(biāo)準(zhǔn)途徑依法推進(jìn)。

關(guān)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(jí)高級(jí)工程師，工學(xué)碩士，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境工程與環(huán)境管理，E-mail：wangzhixuan@cec.org.cn

中圖分類號(hào)：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(shí)現(xiàn)了煙氣中煙塵、SO2、NOx3項(xiàng)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(jí)政府、國家有關(guān)部門通過“文件”要求新建燃煤機(jī)組和老機(jī)組達(dá)到“超低排放”要求。據(jù)媒體報(bào)道不完全統(tǒng)計(jì)，截至2015年5月底，我國宣稱實(shí)現(xiàn)“超低排放”的煤電機(jī)組規(guī)模已超過3 000萬kW，還有幾億千瓦規(guī)模的煤電機(jī)組處于改造或計(jì)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(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223—2011)(以下簡稱“GB 13223—2011”)中，針對(duì)老機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)組又面臨新一輪“超低排放”改造。根據(jù)一年多的觀察總結(jié)，本文就“超低排放”的一些基本問題進(jìn)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(duì)于“超低排放”，目前國內(nèi)外尚無普遍認(rèn)可的定義。部分政府部門文件[1]將GB 13223—2011中的天然氣燃機(jī)排放限值直接作為“超低排放”標(biāo)準(zhǔn)，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(duì)燃煤鍋爐設(shè)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(yán)。但在該標(biāo)準(zhǔn)中，天然氣燃機(jī)與燃煤鍋爐排放限值對(duì)應(yīng)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(shí)才可直接比較。當(dāng)折算到相同氧含量條件時(shí)，天然氣燃機(jī)排放限值實(shí)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(duì)“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(shí)上，由于天然氣燃機(jī)技術(shù)條件及《天然氣》(GB 17820—2012)中對(duì)天然氣顆粒物及硫含量都有明確規(guī)定，且天然氣燃機(jī)并不裝設(shè)除塵及脫硫裝置，因此，針對(duì)天然氣燃機(jī)煙塵及SO2的排放限值設(shè)定無實(shí)際意義，如歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)中就沒有限值規(guī)定。

1.2　“超低排放”認(rèn)定驗(yàn)收時(shí)間辨析

一些宣稱實(shí)現(xiàn)“超低排放”的機(jī)組，一般是以通過168小時(shí)連續(xù)運(yùn)行的驗(yàn)收效果(或試運(yùn)行)來作為證明。但是，168小時(shí)對(duì)于認(rèn)定“超低排放”新技術(shù)與新設(shè)備是否成熟，其時(shí)間長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。將168小時(shí)的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間作為電力工程移交生產(chǎn)的驗(yàn)收是可行的，因?yàn)樵摃r(shí)間針對(duì)的是成熟可靠的技術(shù)、設(shè)備和設(shè)計(jì)、建造規(guī)范等。如果是創(chuàng)新的“超低排放”工藝技術(shù)及設(shè)備，則要根據(jù)創(chuàng)新的特點(diǎn)，確定有針對(duì)性的考核驗(yàn)收時(shí)間和專門的驗(yàn)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(gè)設(shè)備改造對(duì)其他設(shè)備的影響、煤種及負(fù)荷變動(dòng)對(duì)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(shí)間及特別的驗(yàn)收條件才能判定優(yōu)劣。

1.3　“超低排放”結(jié)果與達(dá)標(biāo)排放裕度辨析

GB 13223—2011中提出的特別排放限值已經(jīng)很嚴(yán)格，企業(yè)要在設(shè)計(jì)、設(shè)備選型以及運(yùn)行條件上都留有一定的裕度才可能確保穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。尤其是在我國按小時(shí)取樣時(shí)間來考核是否達(dá)標(biāo)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(shè)備、機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)、燃料及原料穩(wěn)定性、運(yùn)行維護(hù)水平、自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行等都有很大關(guān)系。對(duì)于煙塵排放要穩(wěn)定達(dá)到特別排放限值20 mg/m3的要求，設(shè)計(jì)上留出5～10 mg/m3裕度，運(yùn)行上再考慮5 mg/m3左右的裕度也是正常的。從現(xiàn)實(shí)來看，為確保達(dá)標(biāo)運(yùn)行，很多電廠實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)低于排放標(biāo)準(zhǔn)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(dá)到更低排放要求提供了基礎(chǔ)條件。例如，某電廠原設(shè)計(jì)中采用的燃煤硫分在1%以上，近一年來實(shí)際燃煤硫分為0.6%，即使脫硫裝置不進(jìn)行改動(dòng)也可實(shí)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(duì)重點(diǎn)地區(qū)燃煤裝置設(shè)定的煙塵排放限值為50 mg/m3，但電廠在實(shí)際運(yùn)行中的排放濃度遠(yuǎn)小于此值。

因此，一些企業(yè)開展了大量技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)備改造(增設(shè))和運(yùn)行優(yōu)化工作，本質(zhì)上也是為確保電廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)留有正常裕度，當(dāng)濃度限值越嚴(yán)時(shí)，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)越難，留有的相對(duì)裕度就應(yīng)越大。

2“超低排放”效果辨析

根據(jù)我國環(huán)保法對(duì)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)制定的要求和國際通用規(guī)則，評(píng)價(jià)“超低排放”效果應(yīng)涉及環(huán)境質(zhì)量影響、經(jīng)濟(jì)代價(jià)、技術(shù)影響3個(gè)方面。

2.1　環(huán)境質(zhì)量影響辨析

2012年，在治理霧霾的強(qiáng)大壓力下，《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)修訂頒布，PM2.5成為重要評(píng)價(jià)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(hù)部的要求下開始實(shí)施[3-4]。只要嚴(yán)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(huì)大幅度下降。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)和中電聯(lián)報(bào)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(cè)算，如果達(dá)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(fèi)量是美國2.4倍的情況下，相關(guān)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(cè)算時(shí)是按照排放限值上限估算的，考慮到嚴(yán)格執(zhí)法環(huán)境下裕度的存在，其實(shí)際排放量還應(yīng)更低。

>>應(yīng)繼續(xù)堅(jiān)持以《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(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(shí)積極鼓勵(lì)各種技術(shù)和管理創(chuàng)新。

以2014年全國燃煤電廠燃煤量、煤質(zhì)為基準(zhǔn)，以單機(jī)60萬kW典型機(jī)組參數(shù)為參照，經(jīng)初步測(cè)算，與達(dá)標(biāo)排放限值相比，達(dá)到“超低排放”情況下，全國燃煤電廠每年煙塵、SO2、NOx3項(xiàng)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(duì)于全國數(shù)千萬噸計(jì)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(duì)環(huán)境質(zhì)量影響的分擔(dān)率要大大小于排放量的分擔(dān)率，從理論和實(shí)踐上都可以判斷出，其對(duì)環(huán)境質(zhì)量改善的作用相對(duì)較小。

進(jìn)一步分析可知，在電廠煙塵、SO2、NOx3項(xiàng)污染物中，煙塵排放限值濃度要求最低，但相對(duì)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(duì)環(huán)境中PM2.5的貢獻(xiàn)可能更低，這是因?yàn)闅鈶B(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(xué)轉(zhuǎn)化率而定)。如果認(rèn)為電廠煙塵是PM2.5而忽視氣態(tài)污染物，將達(dá)標(biāo)排放時(shí)的除塵效率由99.9%再提高0.05個(gè)百分點(diǎn)，實(shí)際上是“抓小放大”。要針對(duì)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(dāng)前，燃煤電廠細(xì)顆粒物治理面臨的主要問題不是進(jìn)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(xì)粒物等問題。解決這些問題的關(guān)鍵既不是要提高多少除塵效率，也不是要進(jìn)一步提高多少NOx脫除效率，而恰恰是需要在合適的排放標(biāo)準(zhǔn)下，對(duì)脫硝、脫硫、除塵技術(shù)和裝置進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

2.2　經(jīng)濟(jì)性辨析

剛完成達(dá)標(biāo)排放改造的在役機(jī)組是否應(yīng)大面積推進(jìn)“超低排放”改造，是研究經(jīng)濟(jì)性問題的關(guān)鍵。因此，應(yīng)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(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)性。

根據(jù)國家電價(jià)政策，針對(duì)不同條件的電廠，當(dāng)污染物排放濃度達(dá)到煙塵20(或30) mg/m3、SO250(或100、200、400)mg/m3、NOx100(或200) mg/m3時(shí)，每kW·h上網(wǎng)電量的電價(jià)分別增長脫硫0.015元、脫硝0.01元、除塵0.002元，共計(jì)0.027元。以0.027元的電價(jià)增量就支撐了達(dá)標(biāo)排放和達(dá)到國際先進(jìn)水平。而對(duì)于“超低排放”，從媒體報(bào)道來看，其成本大致需要在2.7分/(kW·h)的基礎(chǔ)上再增加0.005～0.02元/(kW·h)。與達(dá)標(biāo)排放相比，如此大的代價(jià)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(duì)于全社會(huì)3項(xiàng)污染物大致0.5～2元/kg的治理成本來說，要高出1~2個(gè)數(shù)量級(jí)(根據(jù)排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)比較)。需要說明的是，該3項(xiàng)大氣污染物實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放需增加0.027元/(kW·h)電價(jià)成本的估算結(jié)果是偏低的，不足以彌補(bǔ)企業(yè)實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放增加的成本，包括企業(yè)為確保穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放而留有必要設(shè)備和運(yùn)行裕度所增加的成本。但是，這并不影響真正實(shí)現(xiàn)“超低排放”時(shí)邊際成本過高的結(jié)論。至于燃煤電廠實(shí)現(xiàn)“超低排放”增加0.02元/(kW·h)成本要比采用燃機(jī)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(huì)、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(dāng)?shù)摹?/p>

2.3　技術(shù)影響辨析

從實(shí)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(duì)已有技術(shù)和設(shè)備的潛力進(jìn)行挖掘、輔機(jī)改造、系統(tǒng)優(yōu)化，如對(duì)脫硫除霧器、電除塵器電源和電極進(jìn)行改造；二是設(shè)備擴(kuò)容，增大裕度或者是將原來過小的裕度恢復(fù)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(jìn)過程中，一方面促進(jìn)了環(huán)保設(shè)備質(zhì)量的提高，一些長期致力于技術(shù)創(chuàng)新和降低費(fèi)用、提高設(shè)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(fèi)用技術(shù)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(shù)上的問題也逐漸顯現(xiàn)。例如，現(xiàn)有煙塵監(jiān)測(cè)方法的絕對(duì)誤差數(shù)值已經(jīng)大于“超低排放”數(shù)值要求；再如，為實(shí)現(xiàn)NOx“超低排放”而增加一層催化劑，導(dǎo)致系統(tǒng)阻力、空氣預(yù)熱器阻力提高，SO2向SO3的轉(zhuǎn)化率上升，氣溶膠排放增加，導(dǎo)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(shù)幾十年前就已經(jīng)成熟并廣泛應(yīng)用，但是在電力系統(tǒng)應(yīng)用不多，我國“超低排放”的推進(jìn)大大刺激了國外濕式電除塵技術(shù)設(shè)備的引進(jìn)和我國一些公司的技術(shù)創(chuàng)新，同時(shí)也造成了競(jìng)爭(zhēng)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(dāng)進(jìn)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(jī)組在進(jìn)行脫硫改造時(shí)，增加了一個(gè)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(gè)百分點(diǎn)。

3結(jié)論及建議

(1)雖然“超低排放”在特定電廠、特定條件下短時(shí)間內(nèi)是可行的，但缺乏科學(xué)、公正、嚴(yán)格的第三方檢驗(yàn)；同時(shí)，從企業(yè)采用的技術(shù)及設(shè)備來看，“超低排放”可以認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的一種方式；從現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備支撐來看，真正實(shí)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(jì)成本，“超低排放”可以實(shí)現(xiàn)，但從成本-效益角度分析，其必要性值得認(rèn)真商榷。

因此，應(yīng)繼續(xù)堅(jiān)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(shí)積極鼓勵(lì)企業(yè)為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放而進(jìn)行各種技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新。

(2)若要強(qiáng)制推進(jìn)“超低排放”，則首先應(yīng)由國家環(huán)保行政主管部門、宏觀經(jīng)濟(jì)及價(jià)格管理部門、電力行業(yè)行政主管部門聯(lián)合組織獨(dú)立的第三方機(jī)構(gòu)，對(duì)“超低排放”系統(tǒng)性問題進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估內(nèi)容包括：“超低排放”的概念及應(yīng)用范圍；“超低排放”的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益及其對(duì)技術(shù)的影響；系統(tǒng)及設(shè)備的可靠性、資源節(jié)約、防止二次污染等特性。評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)包含能體現(xiàn)其本質(zhì)屬性的指標(biāo)，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(shè)備可靠性等。根據(jù)評(píng)估目的和對(duì)象的不同，確定系統(tǒng)或設(shè)備驗(yàn)收所需的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間要求。

(3)在評(píng)估報(bào)告未確定前，“超低排放”不應(yīng)進(jìn)入排放標(biāo)準(zhǔn)，不應(yīng)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(duì)已經(jīng)由政府部門要求實(shí)施的“超低排放”改造，應(yīng)綜合考慮環(huán)境改善的效果和投資情況來補(bǔ)償改造成本；對(duì)達(dá)到“超低排放”的新建電廠，應(yīng)按新的電價(jià)機(jī)制執(zhí)行。

(5)燃煤電廠煙塵排放濃度已經(jīng)很低，對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響很小，且由于燃煤電廠運(yùn)行和煙氣排放系統(tǒng)自身的特性，即便有更準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)方法和設(shè)備，也難以解決整個(gè)系統(tǒng)誤差大的問題，沒有必要為了更準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)到每立方米幾毫克的煙塵采用更高經(jīng)濟(jì)代價(jià)的監(jiān)測(cè)設(shè)備。

(6)對(duì)現(xiàn)行火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)的排放限值、取樣時(shí)間等進(jìn)行修改，建議用小時(shí)平均的兩倍值及月均值是否超標(biāo)進(jìn)行考核。

參考文獻(xiàn)(References)：

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[3]環(huán)境保護(hù)部, 國家發(fā)展和改革委員會(huì), 財(cái)政部. 關(guān)于印發(fā)《重點(diǎn)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(hù)部. 關(guān)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(huì), 《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(huì). 中國電力行業(yè)年度發(fā)展報(bào)告2014[M]. 北京: 中國市場(chǎng)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