本文為《基石》雜志2015年第2期文章
王樹(shù)民 神華國(guó)華電力公司董事長(zhǎng)
截至2014 年底，中國(guó)發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘繛?3.6 億千瓦，其中化石能源發(fā)電裝機(jī)容量為9.1 億千瓦，占總裝機(jī)容量的比重為66.7％；非化石能源發(fā)電裝機(jī)容量為4.5 億千瓦，占總裝機(jī)容量的比重為33.3％。中國(guó)一次能源的稟賦是多煤少油貧氣，煤炭資源占中國(guó)一次能源資源總量的90％左右，這一特點(diǎn)決定了中國(guó)以煤炭為主的能源利用格局將長(zhǎng)期存在。在煤電為中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定發(fā)展提供能源支撐的同時(shí)，其排放的煙塵、二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）等也是大氣污染物的主要來(lái)源之一，因此，煤電的發(fā)展面臨著越來(lái)越大的環(huán)境和社會(huì)壓力。
神華國(guó)華電力針對(duì)中國(guó)燃煤發(fā)電的具體特點(diǎn)，按照神華集團(tuán)建設(shè)世界一流清潔能源供應(yīng)商的發(fā)展戰(zhàn)略，通過(guò)開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)研究和工程實(shí)踐，驗(yàn)證了燃煤電廠可以在低成本下實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組高效發(fā)電和大氣污染物近零排放。燃煤發(fā)電作為目前技術(shù)最成熟、轉(zhuǎn)化效率最高、最經(jīng)濟(jì)的規(guī)模化能源生產(chǎn)方式，推廣應(yīng)用大氣污染物近零排放技術(shù)，符合化石能源清潔、高效、低碳、可持續(xù)的發(fā)展方向。
煤電機(jī)組大氣污染物近零排放的概念
2011 年，國(guó)家環(huán)保部和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布了《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）。
神華國(guó)華電力認(rèn)真貫徹落實(shí)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）及國(guó)家《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》的要求，在霧霾嚴(yán)重的環(huán)境壓力下，認(rèn)真履行企業(yè)的社會(huì)責(zé)任，在滿足煤電機(jī)組大氣污染物國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)限值的基礎(chǔ)上，提出了以神華煤（硫分為0.4％～ 0.8％、灰分為7％～ 16％、熱值達(dá)到21 ～ 24MJ/kg 的優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤）為燃料，實(shí)現(xiàn)煤電機(jī)組大氣污染物低于燃?xì)鈾C(jī)組排放標(biāo)準(zhǔn)限值的大氣污染物近零排放概念，即比照《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）、天然氣燃?xì)鈾C(jī)組標(biāo)準(zhǔn)，在6％氧量下煤電機(jī)組實(shí)現(xiàn)煙塵、SO2 和NOx 排放濃度分別低于5mg/m3、35mg/m3 和50mg/m3 的目標(biāo)，努力建設(shè)清潔高效、生態(tài)文明的環(huán)保企業(yè)。
煤電機(jī)組大氣污染物近零排放技術(shù)路線與關(guān)鍵技術(shù)研究
大氣污染物近零排放技術(shù)路線研究
根據(jù)大氣污染物近零排放的目標(biāo)要求，神華國(guó)華電力引用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的環(huán)保理念，通過(guò)科技創(chuàng)新，加大環(huán)保治理設(shè)施資金的投入，制定了大氣污染物近零排放技術(shù)路線，即燃用低硫分、低灰分的神華煤，采用低溫省煤器技術(shù)降低煙塵比電阻和煙氣體積流量以提高靜電除塵器的除塵效率，安裝高效濕法脫硫裝置（脫硫效率98％～ 99％）、濕式電除塵器（除塵效率70％～ 90％）和低氮燃燒技術(shù)+ 全負(fù)荷脫硝系統(tǒng)（脫硝效率不低于85％），最大限度地降低煙塵、SO2、NOx 和重金屬等的排放濃度，其排放值不僅滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）中重點(diǎn)地區(qū)污染物排放限值的要求，而且達(dá)到了燃?xì)鈾C(jī)組大氣污染物的排放限值。
大氣污染物近零排放的關(guān)鍵技術(shù)研究
協(xié)同除塵的關(guān)鍵技術(shù)
常規(guī)煙塵排放控制一般依靠靜電除塵器或布袋除塵器，可實(shí)現(xiàn)煙囪出口煙氣中的粉塵濃度低于《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011） 中重點(diǎn)地區(qū)20mg/m3 的排放限值。為實(shí)現(xiàn)煙塵近零排放的要求，必須采用先進(jìn)的多環(huán)節(jié)協(xié)同除塵方案，將煙塵排放指標(biāo)控制在5mg/m3 以下，以達(dá)到燃?xì)鈾C(jī)組的排放標(biāo)準(zhǔn)。
多環(huán)節(jié)協(xié)同除塵包括靜電除塵器或布袋除塵器、脫硫裝置協(xié)同除塵和濕式除塵器等三個(gè)環(huán)節(jié)。通過(guò)第一環(huán)節(jié)靜電除塵器（配低溫省煤器、高效電源等）或布袋除塵器能達(dá)到99.8％～ 99.9％的除塵效率, 其出口煙塵濃度可達(dá)到20mg/m3 左右；第二環(huán)節(jié)的脫硫裝置對(duì)煙塵具有50％左右的協(xié)同脫除效果，但同時(shí)會(huì)攜帶一定量的固態(tài)石膏，可實(shí)現(xiàn)出口煙塵濃度降低至10 ～ 15mg/m3；第三環(huán)節(jié)的濕式除塵器具有70％以上的除塵效率，實(shí)現(xiàn)出口煙塵濃度低于5mg/m3 的最終目標(biāo)；部分脫硫裝置配備高效的除霧除塵器，對(duì)煙塵具有80％左右的協(xié)同脫除效果，在不加裝濕式除塵器的條件下，也可實(shí)現(xiàn)出口煙塵濃度低于5mg/m3 的最終目標(biāo)。
高效脫硫技術(shù)方案
為了實(shí)現(xiàn)SO2 排放濃度低于35mg/m3 的近零排放目標(biāo)，必須研究高效脫硫技術(shù)，使脫硫效率達(dá)到98％以上。對(duì)于石灰石—石膏濕法脫硫裝置，神華國(guó)華電力研究了常規(guī)噴淋塔技術(shù)、托盤技術(shù)、雙循環(huán)吸收塔技術(shù)、串聯(lián)吸收塔技術(shù)等不同流派的技術(shù)特點(diǎn)，針對(duì)常規(guī)噴淋塔脫硫裝置，在提高脫硫效率方面研發(fā)了防止煙氣貼壁的專利技術(shù)，并增加一個(gè)噴淋層，將脫硫效率提高到98％以上，實(shí)現(xiàn)SO2 排放濃度低于35mg/m3 的目標(biāo)。
神華國(guó)華電力舟山電廠4 號(hào)機(jī)組海水脫硫裝置的脫硫效率達(dá)到了99 ％ 以上， 使SO2 排放濃度降低至2.76mg/m3 以下。神華國(guó)華電力將繼續(xù)加大對(duì)海水脫硫技術(shù)的研發(fā)力度，力爭(zhēng)在部分沿海電廠實(shí)施海水脫硫技術(shù)改造。
高效全負(fù)荷脫硝技術(shù)方案
神華國(guó)華電力從2010 年就開(kāi)始研究并確定了鍋爐內(nèi)低氮燃燒+SCR 脫硝技術(shù)路線。鍋爐省煤器出口的NOx指標(biāo)為100 ～ 200mg/m3；利用合作研發(fā)的復(fù)合式空氣分級(jí)低氮燃燒技術(shù)，對(duì)鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行改造，有效控制爐內(nèi)燃燒過(guò)程中NOx 的生成，鍋爐NOx 排放濃度降低至100mg/m3 左右；SCR 脫硝裝置按80％～ 85％脫硝效率設(shè)計(jì)。最終，NOx 的排放指標(biāo)為20 ～ 40mg/m3，優(yōu)于燃?xì)鈾C(jī)組50mg/m3 的排放標(biāo)準(zhǔn)。
煙氣脫汞技術(shù)方案
神華煤平均汞含量為0.08mg/kg，屬于低汞煤。煤電機(jī)組現(xiàn)有煙氣凈化裝置具有一定的脫汞能力，使得凈化后的煙氣汞含量較低。靜電除塵器和濕法脫硫裝置的脫汞（總汞）效率分別約為25％和50％，整體脫汞效率約為75％。經(jīng)測(cè)算，燃用神華煤的煙氣汞平均濃度一般在10μg/m3 以下。經(jīng)測(cè)試，三河電廠汞排放濃度僅為3 ～ 5μg/m3，遠(yuǎn)低于國(guó)家環(huán)保部頒布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）中0.03mg/m3 的限值要求。
煤電機(jī)組大氣污染物近零排放技術(shù)在神華國(guó)華電力的創(chuàng)新實(shí)踐
神華國(guó)華電力大氣污染物近零排放項(xiàng)目實(shí)施情況
神華國(guó)華電力針對(duì)煤電機(jī)組大氣污染物排放問(wèn)題，開(kāi)展了集成創(chuàng)新技術(shù)研究，實(shí)施了在役機(jī)組的“高品質(zhì)綠色發(fā)電計(jì)劃”和新建機(jī)組的“清潔高效近零排放工程”。為此，神華國(guó)華電力于2014 年率先建成了舟山電廠4 號(hào)機(jī)組清潔高效近零排放工程，并對(duì)三河電廠1 號(hào)機(jī)組、綏中電廠2 號(hào)機(jī)組等在役機(jī)組實(shí)施了大氣污染物近零排放升級(jí)改造。截至目前已完成了6 個(gè)電廠共計(jì)9 臺(tái)機(jī)組的改造，全部達(dá)到大氣污染物近零排放要求。
典型大氣污染物近零排放項(xiàng)目技術(shù)方案及排放指標(biāo)介紹
舟山電廠4 號(hào)新建機(jī)組
舟山電廠4 號(hào)機(jī)組于2014 年6 月25 日投產(chǎn)運(yùn)行，是全國(guó)首臺(tái)新建的大氣污染物近零排放燃煤機(jī)組，煙塵、SO2、NOx 減排量為96 噸、260 噸、440 噸，污染物排放降低了88％、94％、80％。機(jī)組整體技術(shù)方案為鍋爐低氮燃燒+SCR 脫硝裝置；靜電除塵器（高頻電源、4 個(gè)常規(guī)電極+1 個(gè)旋轉(zhuǎn)電極）+ 濕式電除塵器；海水脫硫裝置。
三河電廠1 號(hào)在役機(jī)組
三河電廠1 號(hào)機(jī)組改造后于2014 年6 月23 日投產(chǎn)運(yùn)行，成為國(guó)內(nèi)首個(gè)在役燃煤機(jī)組改造后排放指標(biāo)優(yōu)于燃?xì)馕廴疚锱欧艠?biāo)準(zhǔn)的機(jī)組，每年減排煙塵、SO2、NOx 分別為94 噸、255 噸、403 噸，減排75％、82％、65％。機(jī)組整體技術(shù)方案為鍋爐低氮燃燒+SCR脫硝裝置；低溫電除塵器（4 電場(chǎng)、高頻電源）+ 濕式電除塵器；石灰石濕法脫硫裝置；煙塔合一排放技術(shù)。
煤電機(jī)組大氣污染物近零排放的成本和環(huán)保效益分析
煤電機(jī)組必須按規(guī)定安裝脫硫、脫硝和除塵等環(huán)保設(shè)施。目前，對(duì)于滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)組，其電量按照脫硫、脫硝和除塵設(shè)施補(bǔ)貼電價(jià)分別為1.5 分/ 千瓦時(shí)、1 分/ 千瓦時(shí)和0.2 分/ 千瓦時(shí)，共計(jì)補(bǔ)貼2.7 分/ 千瓦時(shí)。如果煤電機(jī)組進(jìn)一步實(shí)施大氣污染物近零排放，還需增加成本0.5 ～ 2 分/ 千瓦時(shí)。神華國(guó)華電力的煤電機(jī)組基本都燃用低灰、低硫、低汞的神華煤，具有優(yōu)良的環(huán)保特性，能以較低的成本實(shí)現(xiàn)大氣污染物的近零排放。根據(jù)對(duì)三河電廠1 號(hào)機(jī)組和定州電廠3 號(hào)機(jī)組的大氣污染物近零排放改造費(fèi)用進(jìn)行測(cè)算，分別增加電量成本約1 分/ 千瓦時(shí)和0.6 分/ 千瓦時(shí)。煤電機(jī)組實(shí)現(xiàn)大氣污染物近零排放的成本雖然有所增加，但與燃?xì)鈾C(jī)組相比，在污染物濃度同樣達(dá)到燃?xì)馀欧畔拗档臈l件下，煤電機(jī)組的發(fā)電成本還是要低得多，以神華國(guó)華電力舟山電廠所在的浙江省為例進(jìn)行測(cè)算，天然氣聯(lián)合循環(huán)機(jī)組發(fā)電的燃料成本為57.7 分/（kW·h），國(guó)華舟山電廠4 號(hào)機(jī)組發(fā)電燃料成本為19.3 分/（kW·h），僅為聯(lián)合循環(huán)機(jī)組燃料成本的1/3，每kW·h 降低38.4 分。因此煤電機(jī)組具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。
中國(guó)煤電用煤量占全社會(huì)用煤總量的一半以上，煤電機(jī)組大氣污染物減排將大大減輕煤電對(duì)環(huán)境的污染。神華國(guó)華電力煤電機(jī)組大氣污染物近零排放的技術(shù)研究與實(shí)踐證明，技術(shù)路線可行，環(huán)境效益顯著，起到了標(biāo)桿示范作用，開(kāi)創(chuàng)了中國(guó)煤炭清潔高效利用的新路徑。2013 年，中國(guó)燃煤機(jī)組煙塵、SO2 和NOx 排放量分別為142 萬(wàn)噸、820 萬(wàn)噸、834 萬(wàn)噸，占全國(guó)全口徑煤炭燃燒污染物排放量的17％、40％、37.4％。若從2015 年開(kāi)始燃煤機(jī)組全部實(shí)現(xiàn)近零排放，5 年內(nèi)煙塵、SO2 和NOx 年均減少排放量分別為27 萬(wàn)噸、155 萬(wàn)噸、154 萬(wàn)噸，年均減排率分別為19％、18.9％、18.5％ 。
結(jié)語(yǔ)
神華國(guó)華電力在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展煤電機(jī)組大氣污染物近零排放的技術(shù)研究工作并進(jìn)行工程應(yīng)用實(shí)踐，目前已有9 臺(tái)煤電機(jī)組實(shí)現(xiàn)了大氣污染物近零排放，并計(jì)劃利用5 年時(shí)間完成全部煤電機(jī)組的節(jié)能和環(huán)保升級(jí)改造。神華國(guó)華電力的實(shí)踐證明：燃煤發(fā)電污染物近零排放技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行，減排效益顯著。通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新可以使煤電機(jī)組達(dá)到比燃?xì)鈾C(jī)組更低的排放水平，對(duì)煤炭的清潔高效利用和減輕環(huán)境污染具有重要的示范意義。
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