濁度儀
改革開(kāi)放40年，中國(guó)電力工業(yè)得到了快速發(fā)展，發(fā)電裝機(jī)容量增長(zhǎng)了30倍，其中火電裝機(jī)容量增長(zhǎng)約27倍，支撐了中國(guó)經(jīng)濟(jì)年均9.5%的增長(zhǎng)率。伴隨著火電行業(yè)的快速發(fā)展，中國(guó)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，2011年出臺(tái)了史上最嚴(yán)的燃煤發(fā)電排放標(biāo)準(zhǔn)，比發(fā)達(dá)國(guó)家的排放標(biāo)準(zhǔn)還要嚴(yán)，當(dāng)時(shí)普遍認(rèn)為是不可能實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)幾年的努力，中國(guó)火電廠不僅能夠滿足2011年的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求， 而且到2017年年底已有71%的煤電機(jī)組容量滿足了超低排放要求，在煙塵、SO2、NOx三大污染物排放方面，基本實(shí)現(xiàn)了燃煤電廠與燃?xì)怆姀S同等清潔的目標(biāo)。
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(wàn)kW，1978年改革開(kāi)放之初，全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量為5712萬(wàn)kW。改革開(kāi)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(wàn)kW 發(fā)展到2017年的17.77億kW， 其中火電裝機(jī)容量從3984萬(wàn)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(jiàn)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)。
1.jpg
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(wú)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(wú)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(lèi)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(chēng)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(kāi)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(lái)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(lái)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(lái)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(wèn)題在上海市被提出來(lái)，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(kāi)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(guò)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(zhuān)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(jiàn)稿)，浙江省于2018年3月6日召開(kāi)了《燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》聽(tīng)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(jiàn)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(xiě)入強(qiáng)制性地方標(biāo)準(zhǔn)中。
2.jpg
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。
3.jpg
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(jiàn)，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(lái)說(shuō)，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(zhuān)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(wú)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�！笆晃濉敝痢笆濉逼陂g，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�？梢�(jiàn)，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)�；瘧�(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。
1.jpg
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(guò)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(pán)、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。
2.jpg
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�，其他脫硫方法為輔的格局。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%。
