在對(duì)中國(guó)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程進(jìn)行回顧與總結(jié)的基礎(chǔ)上，分析不同階段排放標(biāo)準(zhǔn)或要求對(duì)中國(guó)燃煤電廠大氣污染控制技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)作用及其產(chǎn)生的環(huán)境效果，特別是超低排放。目前中國(guó)火電行業(yè)大氣污染物控制處于超低排放階段，燃煤電廠大氣污染防治技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平，煙塵、so2、 nox 三大常規(guī)污染物排放濃度實(shí)現(xiàn)了燃煤發(fā)電與燃?xì)獍l(fā)電基本同等清潔。盡管如此，中國(guó)火電環(huán)保在 co2 控制、常規(guī)大氣污染物進(jìn)一步減排、濕法脫硫?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境的影響、危險(xiǎn)廢物廢棄脫硝催化劑的處置、非常規(guī)污染物的控制、煙氣治理設(shè)施的運(yùn)行優(yōu)化等方面仍然面臨諸多挑戰(zhàn)，提出了需要研發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域及相應(yīng)目標(biāo)。

0 引言

改革開放 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[1]，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[2]， 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)H 184.86 萬(wàn) kw， 1978 年改革開放之初，全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量為 5 712 萬(wàn) kw[ 3 ]。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 5 712 萬(wàn) kw 發(fā)展到 2017 年的17.77億kw， 其 中 火 電 裝 機(jī) 容 量 從 3 984 萬(wàn) kw 發(fā) 展 到11.06 億 kw[4]。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[5](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 1 8 8 2 — 1 9 7 2 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)》( gbj 4—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)》( gb 13223—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)》( gb 13223—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)》( gb 13223—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)》( gb 13223—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 2 0 1 4 — 2 0 2 0 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[6]。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》 [7]，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》 [8]數(shù)據(jù)， 2014—2016 年中國(guó)煤炭消費(fèi)量占全球煤炭總量的0.5%~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[9]。

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)》( g b 1 3 2 2 3 — 2 0 1 1) [10]，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(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。

表 1 火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)或要求發(fā)展歷程

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 ( 2 0 1 4 — 2 0 2 0 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( 2 0 1 4 —2020 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、 50 mg/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、 50 mg/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)[11]，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 5 mg/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[12-13]。

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 300 mw 以上新建機(jī)組)相比，中國(guó)煙塵 10 mg/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 5 mg/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(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》( h j 2 3 0 1 — 2 0 1 7)，于 2017 年5 月正式以標(biāo)準(zhǔn)形式發(fā)布[14]。

2.1 除塵技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

自 gb 13223—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。 “ 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 50 mg/m3 到 30 mg/m3 再到 10 mg/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[15]?？梢?，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 gb 13223—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 g b 1 3 2 2 3 — 2 0 1 1 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、湍流 管 柵 等 ) 和 p h 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) [15]。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?，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 . 8 0 %、 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 gb 13223—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(guò)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) 》 ( g b1 3 2 2 3 — 2 0 1 1 ) 的 頒 布 ， 循 環(huán) 流 化 床 鍋 爐( cfb 鍋爐) nox 排放濃度限值 200 mg/m3，原有 cfb 鍋爐通過(guò)爐內(nèi)低氮燃燒已無(wú)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(lái)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 100 mg/m3，僅依靠低氮燃燒技術(shù)已無(wú)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[15]。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(wàn) t;隨著 g b 1 3 2 2 3 — 2 0 0 3 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(wàn) 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 1 320 萬(wàn) t。由于中國(guó)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) gb 13223—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(wàn) t回落至 200 萬(wàn) t，下降了約 68%。 2016 年中國(guó)火電行業(yè) so2 排放量約 170 萬(wàn) 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 1 107萬(wàn) 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(wàn) 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 、 s o 2、 n o x 排 放 量 分 別 為 0 . 0 8、0.39、 0.36 g/(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(shuō)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(lái) 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(lái)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0.76~0.92 g/(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(lái)應(yīng)通過(guò)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 251 g/(kw˙h)，比目前全國(guó)平均供電煤耗 310 g/(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(lái)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 1~2 mg/m3， so2 為 25mg/m3， nox 為 30 mg/m3; 2030 年目標(biāo)：煙塵< 1mg/m3， so2< 10 mg/m3， nox< 10 mg/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?？梢?，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 5 000 萬(wàn) 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(lái)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， 64 μg/m3 與環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 35 μg/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(guò)渡時(shí)期目標(biāo) 2( it-2) 25 μg/m3、過(guò)渡時(shí)期目標(biāo) 3( it-3) 15 μg/m3、空氣質(zhì)量準(zhǔn)則值( aqg) 10 μg/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(yǔ)

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。