面對目前取得的如此巨大的成績，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。作者在對中國火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展與國際比較、煙氣治理技術(shù)發(fā)展及減排效果分析的基礎(chǔ)上，從國際氣候變化的壓力、國內(nèi)大氣環(huán)境改善的動力、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)施運行優(yōu)化與節(jié)能等方面分析了中國火電大氣污染面臨的挑戰(zhàn)，提出中國火電大氣污染防治需關(guān)注的研發(fā)重點。
1. 中國火電排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展與國際比較
中國電力始于1882年，到1949年全國發(fā)電裝機(jī)容量僅184.86萬kW，1978年改革開放之初，全國發(fā)電裝機(jī)容量為5712萬kW。改革開放40 年，中國電力得到了快速發(fā)展，總裝機(jī)容量從1978年的5712萬kW 發(fā)展到2017年的17.77億kW， 其中火電裝機(jī)容量從3984萬kW發(fā)展到11.06億kW。伴隨著火電的快速發(fā)展，中國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個階段(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)時的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、污染治理技術(shù)水平以及人們對環(huán)境空氣質(zhì)量的要求等密切相關(guān)。
第一階段為1882—1972年，當(dāng)時中國經(jīng)濟(jì)落后，電力裝機(jī)容量少，處于無標(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，對排放速率和煙囪高度有要求，但對排放濃度無要求。
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)，首次對煙塵排放濃度提出限值要求，針對不同類型的除塵設(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)》(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)，被稱為中國史上最嚴(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，并對重點地區(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。由此拉開了中國燃煤電廠超低排放的序幕。2015年12月，環(huán)境保護(hù)部、國家發(fā)改委等出臺了燃煤電廠在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年中國能源統(tǒng)計年鑒》，中國煤炭探明儲量占化石能源儲量的94.2%，中國富煤、貧油、少氣的能源儲量特征決定了未來一段時間中國很難擺脫以煤炭為主要能源的發(fā)展模式。另外，從煤炭使用量來看，中國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，近年來中國煤炭消耗量有所下降，但2017年中國煤炭消耗量仍達(dá)到27.31億t。根據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)，2014—2016年中國煤炭消費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消耗的，由煤炭燃燒產(chǎn)生的大氣污染物對環(huán)境空氣質(zhì)量的負(fù)面影響，尤其是對灰霾天氣的影響不容忽視。因此，為改善中國環(huán)境空氣質(zhì)量，迫切需要實現(xiàn)煤炭的高效清潔利用，超低排放是實現(xiàn)煤炭清潔利用的重要手段。
1.2.2 國家層面對超低排放的推動
2011年，中國頒布了史上最嚴(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，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月國務(wù)院辦公廳印發(fā)《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014—2020年) 》( 國辦發(fā)[2014]31號)，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”，由此拉開了中國燃煤電廠“超低排放”的序幕。同年9 月，國家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年年)的通知》(發(fā)改能源[2014]2093號)。
2015年3月，“兩會”通過的政府工作報告中要求“加強煤炭清潔高效利用，推動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月國務(wù)院常務(wù)會議決定，在2020年前，對燃煤機(jī)組全面實施超低排放和節(jié)能改造，東、中部地區(qū)提前至2017年和2018年完成。此后，國家發(fā)改委出臺了超低排放環(huán)保電價政策。同月，環(huán)境保護(hù)部、國家發(fā)改委、能源局聯(lián)合印發(fā)《全面實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)，將“燃煤電廠超低排放與節(jié)能改造”提升為國家專項行動，即到2020年，全國所有具備改造條件的燃煤電廠力爭實現(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 地方政府對超低排放的積極響應(yīng)
地方政府積極響應(yīng)國家超低排放行動計劃，相繼出臺了超低排放相關(guān)政策， 如在發(fā)改能源[2014]2093號文之前， 江蘇省、浙江省、廣州市、山西省等地就出臺相關(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，已有6個省級政府發(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，其他4個省份的地方標(biāo)準(zhǔn)均已發(fā)布。上海、山東、浙江對新建鍋爐或一定規(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;浙江省還將排放績效控制要求寫入強制性地方標(biāo)準(zhǔn)中。
1.2.4 國有企業(yè)對超低排放的推動
在國家和地方政策引導(dǎo)下，國有電力企業(yè)投入資金實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)境效益分析報告評審會上，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日國電泰州二期工程成為國內(nèi)首臺按照超低排放進(jìn)行環(huán)境影響評價的新建機(jī)組;2014年5月30日浙江嘉華7、8號機(jī)組成為國內(nèi)首臺改造投運的超低排放機(jī)組，2014年6月26日國華舟山4號機(jī)組成為國內(nèi)首臺新建投運的超低排放機(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，占全國煤電機(jī)組容量的49%;截至2017年年底，全國已投運超低排放機(jī)組容量占煤電機(jī)組容量的71%。
1.3 超低排放限值的國際比較
中國燃煤電廠超低排放限值與美國、歐盟燃煤電廠最嚴(yán)格的排放限值比較如表3所示。
從表3可以看出，與美國《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，中國超低排放限值更加嚴(yán)格，顆粒物占美國排放標(biāo)準(zhǔn)的81.3%;SO2 僅占美國排放標(biāo)準(zhǔn)的25%，NOx 限值占美國排放標(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，中國目前實施的超低排放限值明顯嚴(yán)于美國、歐盟現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)限值。但更值得關(guān)注的是，中國超低排放限值符合率的評判標(biāo)準(zhǔn)為小時濃度，而美國排放標(biāo)準(zhǔn)限值的評判標(biāo)準(zhǔn)為30 天滾動平均值，歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)限值的評判標(biāo)準(zhǔn)為日歷月均值。因此，從符合率評判方法來說，中國短期內(nèi)要求符合的超低排放限值比美國和歐盟長時間段內(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
隨著中國大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷趨嚴(yán)，以及超低排放國家專項行動的實施，中國火電廠大氣污染防治技術(shù)發(fā)展迅速，目前已處于國際領(lǐng)先水平。為了加強和規(guī)范火電廠污染防治，推動火電行業(yè)污染防治措施升級改造與技術(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)運而生并得到大規(guī)模應(yīng)用，同時電袋復(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?，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)用時期，而國外除塵新技術(shù)研究與應(yīng)用處于相對停滯狀態(tài)。隨著中國火電廠煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)日益趨嚴(yán)，中國火電行業(yè)除塵技術(shù)發(fā)展情況如圖1 所示。
目前，中國火電行業(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，各時段建設(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SO2排放限值進(jìn)一步趨嚴(yán)，嚴(yán)于美、歐等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，成為世界最嚴(yán)的標(biāo)準(zhǔn)，該階段火電行業(yè)通過進(jìn)一步提高脫硫技術(shù)水平和運行管理水平，從而提高綜合脫硫效率。
隨著發(fā)改能源[2014]2093號文及各地方超低排放要求的相繼出臺，脫硫技術(shù)的發(fā)展步入了超低排放階段，國內(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)。隨著中國火電廠SO2排放標(biāo)準(zhǔn)日益趨嚴(yán)，中國火電行業(yè)脫硫技術(shù)發(fā)展情況如圖2所示。
目前，中國火電行業(yè)脫硫技術(shù)已形成了以石灰石-石膏濕法脫硫為主，其他脫硫方法為輔的格局。截至2016年年底，全國已投運火電廠煙氣脫硫機(jī)組容量約8.8億kW，占全國煤電機(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， 全國脫硫機(jī)組占煤電機(jī)組比例接近100%。2015年全國火電行業(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%。
2.3 低氮燃燒與脫硝技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用
隨著GB13223—2003標(biāo)準(zhǔn)的修訂出臺，中國燃煤發(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)》(GB13223—2011) 的頒布， 循環(huán)流化床鍋爐(CFB 鍋爐)NOx排放濃度限值200mg/m3，原有CFB鍋爐通過爐內(nèi)低氮燃燒已無法滿足要求。由于選擇性非催化還原法(SNCR)脫硝技術(shù)系統(tǒng)設(shè)備簡單， 造價相對低，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)， 近年來在中國得到迅速發(fā)展。煤粉爐機(jī)組NOx 排放濃度限值要達(dá)到100mg/m3，僅依靠低氮燃燒技術(shù)已無法滿足日益嚴(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)在中國燃煤電廠得到普及， 催化劑多采用“2+1"配置方式(2層運行，1層預(yù)留備用)，脫硝效率大多控制在60%~80%。
隨著超低排放的實施，燃煤機(jī)組普遍采用增加催化劑層數(shù)的方法實現(xiàn)NOx超低排放，同時，新型催化劑、全負(fù)荷脫硝等技術(shù)也應(yīng)運而生，并得到不同程度的技術(shù)突破。中國火電行業(yè)脫硝技術(shù)發(fā)展情況如圖3 所示。
目前，中國火電行業(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，全國已投運火電廠煙氣脫硝機(jī)組容量約9.1億kW，占全國煤電機(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趨勢，2006年達(dá)到峰值約370萬t;隨著GB13223—2003標(biāo)準(zhǔn)的頒布實施，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，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施，煙塵排放量繼續(xù)下降，2016年中國火電行業(yè)煙塵排放量約35萬t，不足2006年峰值的10%。2000—2016年中國火電行業(yè)煙塵排放量變化趨勢如圖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排放量呈增長趨勢，2006年達(dá)到峰值1320萬t。由于中國火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB13223—2003開始對SO2進(jìn)行全面的控制，因此2006年之前SO2排放量增長速率和排放量明顯大于煙塵。
隨后GB 13223—2003對現(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施，2015年年底現(xiàn)有燃煤機(jī)組完成了脫硫設(shè)施的升級改造，提高了運行管理水平，2015年SO2排放量迅速由2014年的620萬t回落至200萬t，下降了約68%。2016年中國火電行業(yè)SO2排放量約170萬t，僅占2006年峰值的13%。2000—2016年中國火電行業(yè)SO2排放量變化趨勢如圖4所示。
2.4.3 NOx 減排效果
2011年之前中國火電行業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)對NOx控制要求相對較松，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1107萬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施， 2012年開始NOx排放量出現(xiàn)拐點開始迅速回落，隨著中國煙氣脫硝機(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年中國火電行業(yè)NOx排放量約155萬t， 僅占2011年峰值的14%。2000—2016 年中國火電行業(yè)NOx排放量變化趨勢如圖4所示。
2.4.4 污染物排放績效
中國火電行業(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(排放績效)均逐年下降，2016年全國單位火力發(fā)電量煙塵、SO2、NOx 排放量分別為0.08、0.39、0.36g/(kW·h)。從2015年開始中國火電行業(yè)污染物排放績效水平領(lǐng)先于美國。但值得注意的是，2015 年中國火力發(fā)電量中約93% 為煤電，而美國火力發(fā)電量中煤電僅占49%，充分說明中國煤電煙塵、SO2和NOx的排放績效與燃?xì)怆姀S基本相當(dāng)。2005—2015年中美火電大氣污染物排放績效比較如圖5所示。
從單位煤電發(fā)電量排放績效來比較， 從2011年開始中國單位煤電發(fā)電量SO2 排放量已經(jīng)領(lǐng)先于美國煤電，從2015年開始中國單位煤電發(fā)電量煙塵、NOx 排放量已經(jīng)領(lǐng)先于美國煤電。
2009—2015年中美煤電大氣污染物排放績效比較如圖6所示。
3. 火電大氣污染面臨的挑戰(zhàn)與對策
盡管中國燃煤發(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)實現(xiàn)了燃煤電廠與燃?xì)怆姀S同等清潔，但未來火電發(fā)展仍然面臨挑戰(zhàn)， 主要表現(xiàn)在以下6個方面。
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0.76~0.92g/(kW·h)，而燃?xì)獍l(fā)電單位發(fā)電量產(chǎn)生的CO2排放量僅占燃煤發(fā)電的45%~66%。中國燃煤發(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，但中國是《巴黎協(xié)定》的堅定支持者，將繼續(xù)履行對國際社會的承諾，因此，未來應(yīng)通過技術(shù)研發(fā)進(jìn)一步減少燃煤發(fā)電煤耗，如國家正在安徽淮北平山實施“251 工程”(即新建燃煤機(jī)組供電煤耗小于251g/(kW·h)，比目前全國平均供電煤耗310g/(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，中國需要進(jìn)一步降低供電煤耗，同時大力發(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，全面實現(xiàn)了大氣污染防治行動計劃確定的目標(biāo)，京津冀、長三角、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、德國等發(fā)達(dá)國家，為了進(jìn)一步改善環(huán)境空氣質(zhì)量，未來應(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1~2mg/m3，SO2為25mg/m3，NOx 為30mg/m3;2030年目標(biāo)：煙塵<1mg/m3，SO2<10mg/m3，NOx<10mg/m3。目前，中國已有部分電廠穩(wěn)定實現(xiàn)了國際能源署2020年的目標(biāo)，但與2030年的目標(biāo)尚存在差距?？梢?，中國燃煤發(fā)電大氣污染物控制還有很長的路要走，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
中國火電行業(yè)煙氣脫硫方法以石灰石–石膏濕法脫硫為主，據(jù)統(tǒng)計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5000萬t 左右，石灰石開采對生態(tài)環(huán)境會產(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對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。因此未來應(yīng)加大對資源化脫硫新工藝、新方法的研發(fā)與示范。
3.4 廢棄脫硝催化劑危險廢物處置難
中國火電行業(yè)煙氣脫硝方法以SCR為主，據(jù)統(tǒng)計，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計劃的目標(biāo)，舉國振奮，但必須清醒地看到，64μg/m3與環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)35μg/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)量過渡時期目標(biāo)2(IT-2)25μg/m3、過渡時期目標(biāo)3(IT-3)15μg/m3、空氣質(zhì)量準(zhǔn)則值(AQG)10μg/m3要求差距更大。隨著人們對環(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)施是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，鍋爐的負(fù)荷波動與低氮燃燒、煙氣脫硝、除塵、脫硫、深度凈化等裝置之間， 既相互獨立，又相互聯(lián)系。目前各裝置之間基本處于獨立的運行狀態(tài)，由不同專業(yè)的運行人員在運行，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)施的運行管理，實現(xiàn)節(jié)能減排雙贏。
4. 結(jié) 語
中國火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了7個發(fā)展階段，日益嚴(yán)格的排放限值不斷推動治理技術(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，為中國空氣質(zhì)量改善做出了巨大貢獻(xiàn)。但中國火電大氣污染仍然面臨諸多挑戰(zhàn)，需要在相關(guān)領(lǐng)域加強技術(shù)研發(fā)與工程示范。（作者：酈建國 朱法華等）
