中國燃煤電廠可凝結(jié)顆粒物排放世界領(lǐng)先

2013年1月有4次霧霾籠罩在中國大部分地區(qū)，京津冀、長三角、珠三角等地區(qū)都被霧霾籠罩，隨著“大氣十條”、“打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”等政策的實施，大氣環(huán)境逐年好轉(zhuǎn)。但2020年的1月下旬在疫情期間，霧霾再次襲擊京津冀地區(qū)，引起人們廣泛思考。每次霧霾來襲，很多人都會想到電力行業(yè)對霧霾的貢獻，因為電力行業(yè)消耗了全國46.5%的煤炭。

電力行業(yè)常規(guī)污染物大幅下降

截至2018年年底，全國發(fā)電裝機容量190012萬千瓦，其中火電裝機容量114408萬千瓦，火電發(fā)電量49249億千瓦時，比未實施超低排放的2013年增長16%，但2018年全國火電煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放量比2013年分別下降了86%、87%、88%，為常規(guī)大氣污染物的總量減排做出了重要貢獻，得到廣泛認可。

根據(jù)華東地區(qū)3個火電大省99臺各種容量等級的超低排放煤電機組煙氣排放連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，煙塵介于1~5毫克每立方米，平均2毫克每立方米，二氧化硫介于8~24毫克每立方米，平均16毫克每立方米，氮氧化物介于22~44毫克每立方米，平均33毫克每立方米，單位發(fā)電量的污染物當(dāng)量數(shù)小于燃氣電廠。

我國煤電發(fā)電量約占火電發(fā)電量的91%，美國煤電發(fā)電量約占火電發(fā)電量的50%（其余為燃氣發(fā)電），在這種情況下，2015年以后我國單位火電發(fā)電量的煙塵、二氧化硫、氮氧化物的排放量，即排放績效全面低于美國，進一步說明我國燃煤電廠的低排放。

據(jù)生態(tài)環(huán)境部公布，截至2019年底，全國實現(xiàn)超低排放的煤電機組約8.9億千瓦。中國火電廠大氣污染物控制技術(shù)與管理水平已處于世界先進行列，大幅削減了常規(guī)大氣污染物排放，對改善大氣環(huán)境質(zhì)量發(fā)揮了重要作用。

可凝結(jié)顆粒物排放世界領(lǐng)先

燃煤電廠排放的一次顆粒物實質(zhì)上包括可過濾顆粒物(FPM)與可凝結(jié)顆粒物(CPM),目前我國燃煤電廠排放標準中的煙塵實際為FPM。美國環(huán)境署（EPA）對CPM的定義為:該物質(zhì)在煙道溫度狀況下在采樣位置為氣態(tài),離開煙道后在環(huán)境狀況下降溫數(shù)秒內(nèi)凝結(jié)成為液態(tài)或固態(tài),該類物質(zhì)通常以冷凝核的形式存在,空氣動力學(xué)直徑小于1μm,屬于微細顆粒物。到目前為止，世界上尚無任何國家出臺燃煤電廠的可凝結(jié)顆粒物排放標準。

為了弄清超低排放后燃煤電廠煙氣中可凝結(jié)顆粒物的排放，清華大學(xué)、國電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司等單位對京津冀地區(qū)的14座燃煤電廠煙氣中的CPM按照美國EPA規(guī)定的標準方法（Method202）進行了檢測，結(jié)果表明14座燃煤電廠石灰石-石膏濕法脫硫入口的CPM平均值為13.38毫克每立方米，脫硫出口為6.68毫克每立方米，對外排放的平均值為5.62毫克每立方米。沒有發(fā)現(xiàn)石灰石-石膏濕法脫硫大量產(chǎn)生CPM的現(xiàn)象，相反濕法脫硫?qū)PM有一定的脫除效果，平均脫除效率為50%。

通過整理上海市環(huán)境監(jiān)測中心和中國環(huán)境科學(xué)研究院等單位對上海、陜西、山西、新疆、浙江等13臺超低排放燃煤機組CPM的監(jiān)測結(jié)果，平均值為10.20毫克每立方米，最大值為19.86毫克每立方米。清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院鄧建國等人對國內(nèi)5座超低排放電廠可凝結(jié)顆粒物的測試，結(jié)果表明均小于2毫克每立方米。

美國EPA公布的188臺鍋爐煙氣中CPM的排放數(shù)據(jù)平均值為18.61毫克每立方米，最大值為197.43毫克每立方米，在CPM的成分中無機組分占82.46%，有機組分占17.54%。可見，不論是京津冀地區(qū)還是全國，中國燃煤電廠可凝結(jié)顆粒物的排放水平均是世界領(lǐng)先的，京津冀地區(qū)14座電廠煙氣中CPM平均值僅是美國相應(yīng)平均值的30.2%。

燃煤電廠的煙氣治理技術(shù)國際公認

中國是發(fā)展中大國，燃煤電廠的煙氣治理技術(shù)經(jīng)歷了引進、消化、吸收、創(chuàng)新、跨越式發(fā)展的過程，吸收了全世界煙氣治理的經(jīng)驗，自主研發(fā)出世界領(lǐng)先的治理技術(shù)與工藝路線，如在國外石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)出高效的pH值分區(qū)脫硫技術(shù)（包括單塔雙pH值、雙塔雙pH值、單塔雙區(qū)等）和復(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），不僅將脫硫效率從原來的95%提高到99.7%以上，更為重要的是在抑制可凝結(jié)顆粒物生成的同時，高效脫除可凝結(jié)顆粒物。國電環(huán)境保護研究院對山西某電廠的旋匯耦合濕法脫硫系統(tǒng)的測試表明，旋匯耦合的石灰石-石膏濕法脫硫?qū)赡Y(jié)顆粒物中的主要成分三氧化硫的脫除效率高達87%。

大量的測試結(jié)果表明，用于超低排放的干式電除塵、濕法脫硫、濕式電除塵等對CPM都有一定的脫除效果，與早期的煙氣治理技術(shù)相比，CPM的綜合脫除效果可提高90%以上。近年來，我國燃煤電廠的超低排放技術(shù)及產(chǎn)品不僅在國內(nèi)得到廣泛使用，而且出口美國、德國、日本、土耳其、印度等40多個國家，推動了清潔煤電技術(shù)的全球應(yīng)用。不僅“一帶一路”沿線國家的新建燃煤電廠采用中國的煙氣治理技術(shù)，而且歐美等發(fā)達國家燃煤電廠的改造也采用中國的煙氣治理技術(shù)，且普遍采用濕煙氣排放。

濕煙氣排放是污染物低排放的通行做法

世界各國燃煤電廠普遍采用濕法脫硫，濕法脫硫后均是濕煙氣，是否需對濕煙氣進行加熱排放，主要取決于污染物排放及景觀要求。眾所周知，干煙氣抬升高度大，有利于大氣污染物在更大范圍內(nèi)擴散，因此在沒有進行煙氣脫硝時，由于煙氣中氮氧化物排放濃度高、排放總量大，濕煙氣排放會造成氮氧化物地面濃度超標，必須對濕煙氣進行加熱后排放，這就是為什么早期的濕法脫硫都增加了煙氣加熱裝置，為減少能源消耗，用原煙氣加熱脫硫后的凈煙氣，俗稱GGH（GasGasHeater）。

安裝煙氣脫硝裝置后，煙氣中氮氧化物排放大幅下降，不需要借助煙氣抬升來對氮氧化物進行稀釋擴散，因此不需要對煙氣進行加熱，在煙氣安裝煙氣脫硝裝置的同時取消濕法脫硫系統(tǒng)中的GGH，這是世界各國的通行做法。如美國的燃煤電廠在安裝煙氣脫硝裝置后，一般都取消濕法脫硫系統(tǒng)的GGH。德國在安裝脫硝裝置后，一般將處理后的煙氣通過冷卻塔排放，我國的河北三河電廠、江蘇徐州電廠等數(shù)十座電廠也采用了該種方法，即超低排放后的煙氣通過冷卻塔排放。實踐證明取消GGH后，濕煙氣通過煙囪或冷卻塔排放都沒有引起局地污染物地面濃度超標，相反由于取消了GGH，脫硫系統(tǒng)故障率與能耗明顯下降，在節(jié)能的同時，減少了污染物的排放。

只有所有污染物都低的煙氣才能采取濕煙氣排放，否則必然會引起某種或某些污染物局地濃度超標，項目環(huán)境影響評價不可能獲得批復(fù)。

濕煙氣“消白”減少污染物是得不償失

盡管中國燃煤電廠煙氣中CPM處于世界領(lǐng)先水平，京津冀地區(qū)燃煤電廠煙氣中CPM的排放平均值為5.62毫克每立方米，僅是美國相應(yīng)平均值的30.2%，但依然有人將其與超低排放限值中的煙塵排放限值10毫克每立方米相比較，以說明深度治理CPM的必要性，如果這么容易確定是否需要進行深度治理也太簡單、太容易了。治理必須明確治理對象、排放標準、可行技術(shù)及實施環(huán)境效果，事實上現(xiàn)在有些地方政府除了要求燃煤電廠消除白色煙羽的視覺污染外，對治理的污染物、排放標準、環(huán)境效果等是一無所知。

依法決策應(yīng)是各級政府必須遵守的準繩，《中華人民共和國大氣污染防治法》第九條明確規(guī)定：“國務(wù)院生態(tài)環(huán)境主管部門或者省、自治區(qū)、直轄市人民政府制定大氣污染物排放標準，應(yīng)當(dāng)以大氣環(huán)境質(zhì)量標準和國家經(jīng)濟、技術(shù)條件為依據(jù)”。因此，是否進行煙氣“消白”，應(yīng)至少弄清煙氣“消白”污染物的減排效果、對環(huán)境的改善效果、經(jīng)濟投入與運行費用、技術(shù)可行性及運行可靠性與穩(wěn)定性等相關(guān)問題。

即使全國燃煤電廠煙氣中CPM的平均排放水平按10毫克每立方米考慮，全國燃煤電廠每年排放的CPM總量大約只有12萬噸，占全國PM2.5的總量不及1%，因此即使燃煤電廠的CPM實現(xiàn)零排放，區(qū)域性霧霾也不會有所改善。針對具體的電廠而言，無論通過什么樣的大氣模式，10毫克每立方米的CPM排放對地面PM2.5的影響都是微不足道的。可見，對于排放白色煙羽的超低排放電廠進行煙氣“消白”對大氣環(huán)境改善毫無意義。

煙氣“消白”可以采用直接加熱或者煙氣冷凝再加熱的方式，直接加熱不減少任何污染物的排放，相反由于煙氣加熱增加能源消耗，反而增加污染物排放。煙氣冷凝再加熱，冷凝過程中會有部分CPM溶入冷凝水中而脫除，但由于總的CPM排放濃度很低，即使較高的脫除效率，脫除的總量依然很小。煙氣加熱及煙氣“消白”過程中的阻力增加一般會提高供電煤耗1-3克每千瓦時。即使在超低排放條件下，也會使相應(yīng)排放的總PM2.5濃度提高0.6-1.8毫克每立方米。多個實施煙氣“消白”的燃煤電廠測試結(jié)果表明，超低排放后燃煤電廠的煙氣“消白”，邊際成本很高，得不償失。

煙氣“消白”單位千瓦的投資一般在70元左右，全國燃煤電廠進行煙氣“消白”約需700億元，每年的運行費用大約在200億元左右，另外每年還會增加標煤消耗400-1200萬噸。

根據(jù)多個完成煙氣“消白”的電廠調(diào)研，煙氣“消白”治理工藝和設(shè)備穩(wěn)定性差，且對生產(chǎn)設(shè)備和系統(tǒng)造成多方面影響。如采用漿液冷凝技術(shù)存在影響脫硫系統(tǒng)水平衡問題、換熱器易沖刷磨損造成泄漏問題、泄漏后消除故障難度大工期長問題，影響脫硫系統(tǒng)設(shè)備正常運行進而影響脫硫效率問題等，采用管式煙氣換熱器時，存在管束磨損、積灰、腐蝕等問題。

可見，煙氣直接加熱“消白”增加大氣污染物排放，煙氣冷凝再加熱“消白”，基本不減少大氣污染物排放，但投資與運行費用均不低，治理的邊際成本太高，從環(huán)境保護角度來看，真是勞民傷財。

需要強調(diào)的是，個別三氧化硫排放濃度較高，在晴天煙氣呈現(xiàn)藍色的電廠，煙氣是應(yīng)該深度治理的，如河北某電廠的“藍色煙羽”治理，要求治理后三氧化硫排放濃度小于5毫克每立方米，其環(huán)境效果就較為明顯。

點贊生態(tài)環(huán)境部

生態(tài)環(huán)境部在委托生態(tài)環(huán)境部環(huán)境工程評估中心等單位對多個電廠進行現(xiàn)場實測、綜合評估的基礎(chǔ)上，收集了國內(nèi)所有權(quán)威單位對超低排放電廠非常規(guī)污染物的監(jiān)測結(jié)果，通過多次論證，以監(jiān)測結(jié)果和實際調(diào)研結(jié)果為依據(jù)，進行環(huán)境、經(jīng)濟、技術(shù)綜合決策，勇于擔(dān)當(dāng)，在生態(tài)環(huán)境部牽頭印發(fā)的《京津冀及周邊地區(qū)2019-2020年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動方案》（簡稱“行動方案”）中明確規(guī)定：對穩(wěn)定達到超低排放要求的電廠，不得強制要求治理“白色煙羽”。值得點贊。

毫無疑問，這一“行動方案”嚴重影響了“白色煙羽”治理企業(yè)的經(jīng)濟效益，召來一些人的非議，不足為怪。期待地方各級政府能夠按照“行動方案”的要求，推行大氣污染綜合治理，而不能病急亂投醫(yī)，受騙上當(dāng)，讓燃煤電廠無故買單。更希望有能力的地方政府，委托國內(nèi)外權(quán)威單位深入系統(tǒng)地研究，按照《大氣污染防治法》的要求，以大氣環(huán)境質(zhì)量標準和國家經(jīng)濟、技術(shù)條件為依據(jù)，進行科學(xué)地綜合決策。

綜上所述，中國燃煤電廠污染物排放全面領(lǐng)先，煙氣超低排放技術(shù)、CPM抑制與脫除技術(shù)國際公認，建成了世界上最大的清潔煤電供應(yīng)體系，為霧霾治理做出了重要貢獻。濕煙氣排放是污染物低排放的通行做法，濕煙氣“消白”減少污染物排放得不償失、勞民傷財，生態(tài)環(huán)境部明確“對穩(wěn)定達到超低排放要求的電廠，不得強制要求治理‘白色煙羽’”是有擔(dān)當(dāng)?shù)目茖W(xué)決策。燃煤電廠應(yīng)繼續(xù)努力，保障煙氣治理系統(tǒng)高效、安全、穩(wěn)定運行，為大氣環(huán)境改善持續(xù)作出應(yīng)有的貢獻。

作者簡介，朱法華：國電環(huán)境保護研究院院長，國家環(huán)境保護大氣物理模擬與污染控制重點實驗室主任，研究員級高工，博士生導(dǎo)師，國務(wù)院政府特殊津貼專家，從事電力環(huán)保工作30年。