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威美轉(zhuǎn)火電大氣污染面臨的挑戰(zhàn)與對(duì)策

盡管中國燃煤發(fā)電大氣污染物控制技術(shù)處于世界先進(jìn)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。

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排放量約0.76~0.92kg/(kWh),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%。我國燃煤發(fā)電量占火電發(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,但我國是《巴黎協(xié)定》的堅(jiān)定支持者,將繼續(xù)履行對(duì)國際社會(huì)的承諾,因此,未來一方面應(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(shí)施“251工程”(即新建燃煤機(jī)組供電煤耗小于251g/(kWh)),比目前全國平均供電煤耗310g/(kWh)要低19%,但單位發(fā)電量的CO2排放量比燃?xì)鈾C(jī)組仍要高出25%左右。因此,中國需要進(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。

燃煤電廠超低排放技術(shù)

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(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))的比例逐年增加,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,我國已有部分電廠穩(wěn)定實(shí)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。可見,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 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?yàn)橹鳎瑩?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5000萬t左右,相當(dāng)于每年有150個(gè)水立方體積的石灰石山體被夷為平地,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。因此未來應(yīng)加大對(duì)資源化脫硫新工藝、新方法的研發(fā)與示范。

4 廢棄脫硝催化劑危險(xiǎn)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(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)。

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),舉國振奮,但我們必須清醒地看到,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(shí)期目標(biāo)2(IT-2)25μg/m3、過渡時(shí)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(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量要求的不斷提高,我們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。

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)煙氣中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。

7 結(jié)語

中國火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了七個(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,為中國空氣質(zhì)量改善做出了巨大貢獻(xiàn)。但中國火電行業(yè)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。

本文節(jié)選自《中國電力》 第51卷 第6期

作者:酈建國、朱法華、孫雪麗

典型的燃煤電廠超低排放工藝系統(tǒng)

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