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(xiàng)行動(dòng)的實(shí)施，中國火電廠大氣污染防治技術(shù)發(fā)展迅速，目前已處于國際先進(jìn)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。

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，無法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)而遭到淘汰，取而代之的是有效電除塵器，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(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?，隨著火力行業(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(shí)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)。隨著我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)展情況見圖1。

目前，中國火電行業(yè)除塵技術(shù)已形成了以有效電除塵器、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）。

圖1 火電行業(yè)煙塵控制技術(shù)發(fā)展與現(xiàn)狀

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GB 13223—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、日等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，成為世界*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(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)上形成了多種新型有效脫硫工藝，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)展情況見圖2。

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?yàn)橹?，其他脫硫方法為輔的格局。截至2016年年底，全國已投運(yùn)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2.58%、煙氣循環(huán)流化床脫硫1.80%、氨法脫硫1.81%，其他占0.93%。

圖2 火電行業(yè)SO2控制技術(shù)發(fā)展與現(xiàn)狀

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控制的推薦技術(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)》(GB 13223—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(jià)相對低，且CFB鍋爐爐膛溫度正好處于SNCR*佳反應(yīng)溫度窗，因此SNCR脫硝技術(shù)成為CFB鍋爐脫硝改造的推薦技術(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)在我國燃煤電廠得到普及，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。隨著NOx排放標(biāo)準(zhǔn)日益趨嚴(yán)，中國火電行業(yè)脫硝技術(shù)發(fā)展情況見圖3。

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(yùn)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。

圖3 火電行業(yè)NOX控制技術(shù)發(fā)展與現(xiàn)狀

4  火電行業(yè)大氣污染物減排效果

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GB 13223—2003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*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。

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)二氧化硫排放量呈增長趨勢，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)GB 13223—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*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t回落至200萬t，下降了約68%。2016年我國火電行業(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。

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*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。

圖4 火電行業(yè)大氣污染物排放量變化趨勢

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)，單位火電發(fā)電量煙塵、SO2、NOx排放量（排放績效）均逐年下降，2016年全國單位火電發(fā)電量煙塵、SO2、NOx排放量分別為0.08、0.39、0.36g/(kWh)。從2015年開始中國火電行業(yè)污染物排放績效水平先進(jìn)于美國。但值得注意的是，2015年中國火電發(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。

圖5 中美火電大氣污染物排放績效比較

從單位煤電發(fā)電量排放績效來比較，從2011年開始我國單位煤電發(fā)電量SO2排放量已經(jīng)領(lǐng)先于美國煤電，從2015年開始我國單位煤電發(fā)電量煙塵、NOX排放量已經(jīng)領(lǐng)先于美國煤電。2009年~2015年中美煤電大氣污染物排放績效比較如圖6所示。

2009年~2015年中美煤電大氣污染物排放績效比較

作者 | 酈建國 朱法華 孫雪麗   國電環(huán)境保護(hù)研究院   國家環(huán)境保護(hù)大氣物理模擬與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室