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摘要： 在對(duì)中國火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程進(jìn)行回顧與總結(jié)的基礎(chǔ)上,，分析不同階段排放標(biāo)準(zhǔn)或要求對(duì)中國燃煤電廠大氣污染控制技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)作用及其產(chǎn)生的環(huán)境效果，特別是超低排放,。目前中國火電行業(yè)大氣污染物控制處于超低排放階段,，燃煤電廠大氣污染防治技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平,，煙塵、SO2,、 NOx 三大常規(guī)污染物排放濃度實(shí)現(xiàn)了燃煤發(fā)電與燃?xì)獍l(fā)電基本同等清潔,。盡管如此，中國火電環(huán)保在 CO2 控制,、常規(guī)大氣污染物進(jìn)一步減排,、濕法脫硫?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境的影響、危險(xiǎn)廢物廢棄脫硝催化劑的處置,、非常規(guī)污染物的控制,、煙氣治理設(shè)施的運(yùn)行優(yōu)化等方面仍然面臨諸多挑戰(zhàn)，提出了需要研發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域及相應(yīng)目標(biāo),。

0 引言

改革開放 40 年,，中國電力工業(yè)得到了快速發(fā)展，發(fā)電裝機(jī)容量增長了 30 倍,，其中火電裝機(jī)容量增長約 27 倍[1],，支撐了中國經(jīng)濟(jì)年均 9.5% 的增長率。伴隨著火電行業(yè)的快速發(fā)展,，中國火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格,， 2011 年出臺(tái)了史上最嚴(yán)的燃煤發(fā)電排放標(biāo)準(zhǔn)，比發(fā)達(dá)國家的排放標(biāo)準(zhǔn)還要嚴(yán),，當(dāng)時(shí)普遍認(rèn)為是不可能實(shí)現(xiàn)的,。通過幾年的努力，中國火電廠不僅能夠滿足 2011 年的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求,，而且到2017 年年底已有71% 的煤電機(jī)組容量滿足了超低排放要求[2],， 在煙塵、 SO2,、 NOx 三大污染物排放方面,，基本實(shí)現(xiàn)了燃煤電廠與燃?xì)怆姀S同等清潔的目標(biāo)。

面對(duì)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(duì)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(dòng)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(xiǎn)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(yùn)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(diǎn)。

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 5 712 萬 kW[ 3 ],。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 5 712 萬 kW 發(fā)展到 2017 年的17.77億kW,， 其 中 火 電 裝 機(jī) 容 量 從 3 984 萬 kW 發(fā) 展 到11.06 億 kW[4],。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(gè)階段[5](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(shí)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,、污染治理技術(shù)水平以及人們對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的要求等密切相關(guān),。

第一階段為 1 8 8 2 — 1 9 7 2 年，當(dāng)時(shí)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)》( GBJ 4—1973),，火電廠大氣污染物排放指標(biāo)僅涉及煙塵和 SO2,，對(duì)排放速率和煙囪高度有要求，但對(duì)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)》( GB 13223—1991),，首次對(duì)煙塵排放濃度提出限值要求，針對(duì)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)》( GB 13223—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)》( GB 13223—2003),，污染物排放濃度限值進(jìn)一步加嚴(yán)。對(duì)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)》( GB 13223—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(duì)重點(diǎn)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 2 0 1 4 — 2 0 2 0 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[6],。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(tái)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(dòng)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(jì)年鑒》 [7],，中國煤炭探明儲(chǔ)量占化石能源儲(chǔ)量的 94.2%,，中國富煤、貧油,、少氣的能源儲(chǔ)量特征決定了未來一段時(shí)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(jì)年鑒》 [8]數(shù)據(jù),， 2014—2016 年中國煤炭消費(fèi)量占全球煤炭總量的0.5%~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(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的負(fù)面影響,，尤其是對(duì)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(shí)現(xiàn)煤炭的高效清潔利用，超低排放是實(shí)現(xiàn)煤炭清潔利用的重要手段[9],。

1.2.2 國家層面對(duì)超低排放的推動(dòng)

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)》( G B 1 3 2 2 3 — 2 0 1 1) [10]，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(gè)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,。

表 1 火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)或要求發(fā)展歷程

2014 年 6 月國務(wù)院辦公廳印發(fā)《能源發(fā)展戰(zhàn)略 行 動(dòng) 計(jì) 劃 ( 2 0 1 4 — 2 0 2 0 年 ) 》 ( 國 辦 發(fā)[2014]31 號(hào)),，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(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃( 2 0 1 4 —2020 年)的通知》(發(fā)改能源[2014]2093 號(hào))。

2015 年 3 月,， “ 兩會(huì)” 通過的政府工作報(bào)告中要求“加強(qiáng)煤炭清潔高效利用,，推動(dòng)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(huì)議決定,，在 2020 年前，對(duì)燃煤機(jī)組全面實(shí)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(tái)了超低排放環(huán)保電價(jià)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(shí)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(hào))，將“燃煤電廠超低排放與節(jié)能改造” 提升為國家專項(xiàng)行動(dòng),，即到 2020 年,，全國所有具備改造條件的燃煤電廠力爭實(shí)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,、 50 mg/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(duì)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(dòng)計(jì)劃,，相繼出臺(tái)了超低排放相關(guān)政策,，如在發(fā)改能源[2014]2093 號(hào)文之前，江蘇省,、浙江省,、廣州市、山西省等地就出臺(tái)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、 50 mg/m3,。

截至發(fā)稿時(shí),，已有 6 個(gè)省級(jí)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(qiáng)制性地方標(biāo)準(zhǔn)[11]，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(huì)，其他 4 個(gè)省份的地方標(biāo)準(zhǔn)均已發(fā)布,。上海,、山東、浙江對(duì)新建鍋爐或一定規(guī)模以上鍋爐的煙塵提出了 5 mg/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(qiáng)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(qiáng)制性地方標(biāo)準(zhǔn)中,。

1.2.4 國有企業(yè)對(duì)超低排放的推動(dòng)

在國家和地方政策引導(dǎo)下,，國有電力企業(yè)投入資金實(shí)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(bào)告評(píng)審會(huì)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(tái)按照超低排放進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)的新建機(jī)組; 2014 年 5 月 30 日浙江嘉華 7,、 8 號(hào)機(jī)組 成 為 國 內(nèi) 首 臺(tái) 改 造 投 運(yùn) 的 超 低 排 放 機(jī) 組 ，2014 年 6 月 26 日國華舟山 4 號(hào)機(jī)組成為國內(nèi)首臺(tái)新建投運(yùn)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(yùn) 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[12-13],。

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 300 MW 以上新建機(jī)組)相比,，中國煙塵 10 mg/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 5 mg/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(shí)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(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為小時(shí)濃度,，而美國排放標(biāo)準(zhǔn)限值的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為 30 天滾動(dòng)平均值，歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)限值的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為日歷月均值,。因此,，從符合率評(píng)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(shí)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(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,，目前已處于國際領(lǐng)先水平,。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(jí)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》( H J 2 3 0 1 — 2 0 1 7),，于 2017 年5 月正式以標(biāo)準(zhǔn)形式發(fā)布[14]。

2.1 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 50 mg/m3 到 30 mg/m3 再到 10 mg/m3 的三級(jí)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[15],。可見,，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)模化應(yīng)用時(shí)期,，而國外除塵新技術(shù)研究與應(yīng)用處于相對(duì)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 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 G B 1 3 2 2 3 — 2 0 1 1 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(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 p H 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) [15],。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?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),，海水脫硫占 2.58%、煙 氣 循 環(huán) 流 化 床 脫 硫 占 1 . 8 0 %,、 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 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) 》 ( G B1 3 2 2 3 — 2 0 1 1 ) 的 頒 布 ， 循 環(huán) 流 化 床 鍋 爐( CFB 鍋爐) NOx 排放濃度限值 200 mg/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(duì)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 100 mg/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(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[15]。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(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,。

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(shì),， 2006 年達(dá)到峰值約370 萬 t;隨著 G B 1 3 2 2 3 — 2 0 0 3 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 史上最嚴(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(shì)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(shì),， 2006 年達(dá)到峰值 1 320 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(duì) 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(duì)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(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(jí)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(shì)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(duì) NOx 控制要求相對(duì)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 1 107萬 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(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(shì)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 ,、 S O 2、 N O x 排 放 量 分 別 為 0 . 0 8,、0.39,、 0.36 g/(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(duì)策

盡管中國燃煤發(fā)電大氣污染物控制技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平,，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。

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0.76~0.92 g/(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(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 251 g/(kW˙h),，比目前全國平均供電煤耗 310 g/(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(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。

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(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 1~2 mg/m3,， SO2 為 25mg/m3,， NOx 為 30 mg/m3; 2030 年目標(biāo)：煙塵< 1mg/m3， SO2< 10 mg/m3,， NOx< 10 mg/m3,。目前，中國已有部分電廠穩(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,。

3.3 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�,，�?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 5 000 萬 t 左右,，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。

3.4 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),。

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(dòng)計(jì)劃的目標(biāo)，舉國振奮,，但必須清醒地看到， 64 μg/m3 與環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 35 μg/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) 25 μg/m3,、過渡時(shí)期目標(biāo) 3( IT-3) 15 μg/m3、空氣質(zhì)量準(zhǔn)則值( AQG) 10 μg/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,，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,。

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(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。

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(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領(lǐng)先世界，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,。