“超低排放”是指在《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2011)的基礎(chǔ)上，燃煤電廠排放的二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、煙塵濃度達(dá)到或接近該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的以天然氣為燃料的燃?xì)廨啓C組的大氣污染物排放限值。目前，在浙江、廣東、江蘇、山東等省市，已建成或改造了一批達(dá)到“超低排放”限值的燃煤電廠。本文從經(jīng)濟和環(huán)境效益角度，研究燃煤電廠達(dá)到“超低排放”目標(biāo)需要的投資、運行成本和由此減少污染物排放、改善環(huán)境空氣質(zhì)量取得的環(huán)境效益，以期對推進(jìn)“超低排放”有所參考。

　　 1 “超低排放”發(fā)展概況

　　 《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2011)于2011年7月29日發(fā)布，針對現(xiàn)有燃煤發(fā)電機組和新建機組，要求分別自2014年7月1日和2012年1月1日起，執(zhí)行新的標(biāo)準(zhǔn);重點地區(qū)執(zhí)行特別排放限值，SO2和煙塵的控制濃度更低。近年來，電力企業(yè)紛紛提出按“超低排放”設(shè)計或改造燃煤電廠。2014年3月24日，國家發(fā)改委、能源局和環(huán)保部聯(lián)合發(fā)布了《能源行業(yè)加強大氣污染防治工作方案》(發(fā)改能源[2014]506號)，提出“推廣應(yīng)用達(dá)到燃?xì)鈾C組排放標(biāo)準(zhǔn)的燃煤電廠大氣污染物超低排放技術(shù)”。2014年6月7日，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014—2020年)》(國辦發(fā)[2014]31號)，明確提出“提高煤電機組準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，新建燃煤發(fā)電機組供電煤耗低于每千瓦時300克標(biāo)準(zhǔn)煤，污染物排放接近燃?xì)鈾C組排放水平”。2014年9月12日，國家發(fā)改委、環(huán)保部和能源局共同發(fā)布《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》(發(fā)改能源[2014]2093號)，明確指出新建機組基本達(dá)到燃?xì)廨啓C組排放限值，即在基準(zhǔn)含氧量6%的情況下，煙塵、SO2和NOx分別達(dá)到10、35和50mg/m3。本文“超低排放”指標(biāo)即按該限值執(zhí)行。

　　2 “超低排放”技術(shù)路線

　　燃煤電廠二氧化硫和氮氧化物所占比例較高，是造成我國酸雨的重要原因。針對電廠污染，從20世紀(jì)90年代開始，我國環(huán)境治理力度顯著加強。截至2013年，全國已投運煙氣脫硫機組容量約7.15億kW，占全國煤電機組容量的91%，煙氣脫硝機組容量達(dá)到4.3億kW，煤電脫硝比例達(dá)到55%，所有煤電機組都配置高效除塵設(shè)施。2013年燃煤電廠煙塵排放總量約為1200萬t，SO2排放總量約為2000萬t，NOx排放總量約為2200萬t，其中電力行業(yè)對應(yīng)排放量分別約為140萬t、820萬t、840萬t。

　　脫硫系統(tǒng)

　　我國脫硫系統(tǒng)主要引進(jìn)自國外成熟技術(shù)，目前國內(nèi)主要采用的方法包括濕法、半干法、干法、可再生工藝和聯(lián)合脫SO2/NOx等。

　　脫硝系統(tǒng)

　　煙氣中NOx的來源主要有：(1)熱力型，空氣中的N2在高溫下氧化生成NOx;(2)燃料型，燃料中的含氮化合物在燃燒過程中進(jìn)行熱分解，繼而進(jìn)一步氧化而生成NOx;(3)快速型，燃燒時空氣中的氮和燃料中的碳?xì)潆x子團(tuán)等反應(yīng)生成NOx。其中，燃煤電廠煙氣中的NOx主要為燃料型，為降低NOx的排放，采取的主要減排措施是控制燃燒過程中NOx的生成和對已生成的NOx進(jìn)行處理。目前主要的處理方法包括低氮燃燒、選擇性催化還原法和選擇性非催化還原法脫硝等。

　　除塵系統(tǒng)

　　煙氣中的煙塵主要來源于燃燒產(chǎn)生的灰分，目前采用的除塵方式主要包括電除塵(含濕式電除塵)、袋式除塵和電袋復(fù)合除塵等。電除塵器是利用煙塵經(jīng)過高壓電場時被電離，塵粒與負(fù)離子結(jié)合帶上負(fù)電后，趨向陽極表面放電而沉積進(jìn)行除塵。電袋復(fù)合型除塵器是將電除塵與布袋除塵有機結(jié)合，在原有電除塵器的下游加一臺袋式除塵器，來捕集電除塵器未能捕集的微細(xì)煙塵，使排放濃度能滿足國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　技術(shù)路線比較

　　為滿足“超低排放”的要求，需要對煙氣處理系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)：

　　 (1)一般地區(qū)

　　對于一般地區(qū)，采用常規(guī)煙氣治理技術(shù)路線，低氮燃燒+SCR脫硝+電除塵器+石灰石-石膏濕法脫硫裝置即可滿足要求。NOx的控制采用低氮燃燒技術(shù)+SCR脫硝設(shè)施，脫硝效率η>70%;除塵系統(tǒng)采用三室五電場靜電除塵器，除塵效率η>99.8%;脫硫系統(tǒng)采用常規(guī)石灰石-石膏濕法脫硫裝置，脫硫效率η>96%。

　 　(2)重點地區(qū)

　　在重點地區(qū)，需要提高脫硫、除塵效率，需要將常規(guī)電除塵器改為低低溫電除塵器或者旋轉(zhuǎn)電極式電除塵器，脫硫系統(tǒng)需要采用單塔雙循環(huán)、托盤技術(shù)、增效環(huán)技術(shù)等。NOx的控制措施采用低氮燃燒技術(shù)+SCR脫硝設(shè)施，脫硝效率η>70%;除塵系統(tǒng)采用低低溫三室五電場電除塵器，除塵效率η>99.9%;脫硫系統(tǒng)采用單塔雙循環(huán)石灰石-石膏濕法脫硫，脫硫效率η>98%。

　　(3)超低排放

　　 為達(dá)到“超低排放”，需要提高脫硫系統(tǒng)的除塵能力，脫硝系統(tǒng)需增大催化劑的接觸面積，將常規(guī)的2層催化劑+1層備用改為3層催化劑+1層備用。煙氣處理系統(tǒng)中脫硝系統(tǒng)采用低氮燃燒+SCR催化劑脫硝，采用3層催化劑+1層備用，η>85%;除塵系統(tǒng)采用低低溫三室五電場電除塵器，η>99.9%;脫硫系統(tǒng)采用單塔雙循環(huán)濕法脫硫，并提高除塵效率，η>98.5%。

　　3 “超低排放”經(jīng)濟效益

　　在計算“超低排放”時，假定煤質(zhì)資料如表1(略)所示，分析采用不同排放方案時的經(jīng)濟效益。

　　目前燃煤電廠主要機組包括1000MW級、600MW級和300MW級3種，本文考慮兩臺機組，分3個方案進(jìn)行比較。燃煤機組在設(shè)計時即滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2011)，加裝脫硝裝置和除塵裝置，分別以一般地區(qū)和重點地區(qū)排放標(biāo)準(zhǔn)作為基礎(chǔ)，計算“超低排放”經(jīng)濟效益。

　　采用“超低排放”設(shè)計后，增加的投資成本主要包括基礎(chǔ)投資和運行費用兩部分。其中，基礎(chǔ)投資包括設(shè)備的采購和安裝;運行費用主要包括燃料費用、運行電耗費用、水耗費用、液氨費用、石灰石粉費用、堿耗費用和年運行維護(hù)費用，按10年固定資產(chǎn)折舊，年利用小時數(shù)按5000h計，各項消耗品單價暫按如下：標(biāo)煤價900元/t、廠用電價0.4元/(kW˙h)、水價0.5元/t、液氨價格3000元/t、石灰石粉價100元/t。

　　(1)2×1000MW新建機組

　　以目前國內(nèi)百萬千瓦新建超超臨界燃煤機組為例，煙氣治理措施采用上文提供的方案，一般地區(qū)采用“超低排放”設(shè)計后，總投資增加1.6億元，其中設(shè)備購置增加1.4億元、建筑安裝增加2000萬元;年運行費用增加8000萬元;污染物排放共減少0.7t/h，排污費減少200萬元，為達(dá)到“超低排放”限值處理污染物增加的運行成本為23元/kg。

　　重點地區(qū)采用“超低排放”后，總投資增加6000萬元，其中設(shè)備購置增加5000萬元、建筑安裝增加1000萬元;年運行費用增加2500萬元;污染物共減少0.4t/h，排污費減少120萬元，達(dá)到“超低排放”處理污染物增加的運行成本為13元/kg。

　　 (2)2×600MW新建機組

　　計算兩臺新建60萬千瓦機組采用“超低排放”設(shè)計后的經(jīng)濟效益，煙氣治理措施同上，一般地區(qū)總投資增加1.2億元，其中設(shè)備費用為1.1億元、建筑安裝增加1000萬元;年運行費用增加6000萬元;污染物排放速率減少0.5t/h，排污費減少140萬元，達(dá)到“超低排放”處理污染物增加的運行成本為26元/kg。

　　重點地區(qū)總投資增加7000萬元，其中設(shè)備費用為6500萬元、建筑安裝費用500萬元;年運行費用增加2700萬元;污染物削減量為0.3t/h，排污費減少100萬元，達(dá)到“超低排放”處理污染物增加的運行成本為21元/kg。

　　(3)2×300MW改造機組

　　兩臺30萬千瓦改造機組為達(dá)到“超低排放”限值，采用上文所述煙氣處理措施后，在一般地區(qū)總投資需要增加5000萬元，其中設(shè)備費用增加4000萬元、建筑安裝費用增加1000萬元;年運行費用增加2500萬元;污染物排放削減0.3t/h，排污費減少100萬元，達(dá)到“超低排放”處理污染物增加的運行成本為17元/kg。

　　在重點地區(qū)總投資增加1500萬元，其中設(shè)備費增加1000萬元、建筑安裝費增加500萬元;年運行費用增加500萬元;污染物排放降低0.2t/h，排污費減少50萬元，達(dá)到“超低排放”處理污染物增加的運行成本為5元/kg。

　　進(jìn)行“超低排放”改造后總投資、年運行費用增加較多，排污費略有減少。

　　4 “超低排放”環(huán)境效益

　　環(huán)境空氣影響預(yù)測采用《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則大氣環(huán)境》(HJ2.2—2008)中推薦的AERMOD模式，預(yù)測污染物落地濃度。不同機組的煙氣參數(shù)如表2(略)所示，選取了山區(qū)、平原兩個有代表性的地形進(jìn)行濃度預(yù)測。以SO2為例，分別計算出不同機組采用“超低排放”之后落地濃度的變化情況。

　　平原地區(qū)濃度預(yù)測

　　平原地區(qū)SO2落地濃度在一般地區(qū)兩臺百萬千瓦機組采用“超低排放”限值后，占標(biāo)率從8.0%降至2.8%，降低了5.2%;兩臺60萬千瓦機組落地濃度占標(biāo)率從5.2%降低至1.8%，降低了3.4%;兩臺30萬千瓦機組落地濃度占標(biāo)率從6.6%降至2.4%，降低了4.2%。重點地區(qū)兩臺百萬千瓦機組采用“超低排放”限值后，落地濃度占標(biāo)率從4.0%下降至2.8%，降低了1.2%;60萬千瓦機組從2.6%下降至1.8%，降低了0.8%;30萬千瓦機組從3.4%降至2.4%，降低了1.0%。

　　 一般地區(qū)采用“超低排放”后，SO2落地濃度占標(biāo)率下降了3.4%～5.2%，而在重點地區(qū)，落地濃度占標(biāo)率僅下降了0.8%～1.2%，改變幅度很小。

       山區(qū)濃度預(yù)測

       山區(qū)SO2落地濃度采用AERMOD預(yù)測時容易發(fā)生煙流撞山現(xiàn)象，在此情景下，一般地區(qū)兩臺百萬千瓦機組采用“超低排放”限值后，占標(biāo)率從21.2%降至7.4%，下降了13.8%;兩臺60萬千瓦機組落地濃度占標(biāo)率從14.0%降低至4.8%，下降了9.2%;兩臺30萬千瓦機組落地濃度疊加值占標(biāo)率從25.8%降至9.2%，下降了16.6%。重點地區(qū)兩臺百萬千瓦機組采用“超低排放”，落地濃度占標(biāo)率從10.6%下降至7.4%，下降了3.2%;60萬千瓦機組從7.0%下降至4.8%，下降了2.2%;30萬千瓦機組從13.0%降至9.2%，下降了3.8%。

       一般地區(qū)采用“超低排放”后，SO2落地濃度下降了9.2%～16.6%，而在重點地區(qū)，采用“超低排放”后，落地濃度削減幅度僅為2.2%～3.8%，改變幅度相對于一般地區(qū)較小。

　　5 總結(jié)

　　總體而言，對于不同機組，在進(jìn)行“超低排放”設(shè)計后，一般地區(qū)和重點地區(qū)的污染物地面落地濃度均有所下降，重點地區(qū)采用“超低排放”限值后落地濃度疊加值變化幅度較小。一般地區(qū)污染物削減邊際成本為17～26元/kg;而在重點地區(qū)，邊際成本為5～21元/kg，與全社會平均污染物治理成本1.26元/kg相比較高。因此，為達(dá)到“超低排放”，將導(dǎo)致污染物處理成本迅速增加，經(jīng)濟效益較差。

　　電廠采用環(huán)保設(shè)施的經(jīng)濟效益主要來自于排污費的減少和環(huán)保電價的補貼，目前脫硫、脫硝和除塵的電價補貼分別為1.5分/(kW˙h)、1分/(k˙Wh)和0.2分/(k˙Wh)。滿足一般排放標(biāo)準(zhǔn)時即可獲得環(huán)保電價補貼，因而達(dá)到“超低排放”在經(jīng)濟上并沒有較大收益。

　　 “超低排放”在目前的技術(shù)條件下可以實現(xiàn)，但需要增加的系統(tǒng)較為復(fù)雜，耗費材料較多，尚未取得新興技術(shù)重大突破;在經(jīng)濟上投入增加較多，環(huán)境收益卻相對較弱。為實現(xiàn)“超低排放”，改善環(huán)境質(zhì)量，宜進(jìn)一步加大在煙氣處理技術(shù)上的科研投入;或采用集中供熱，以提供蒸汽來替代環(huán)保措施落后的鍋爐;甚至可另辟新的社會補償機制，將“超低排放”的改造資金投入現(xiàn)有污染源或其他行業(yè)的削減中，從區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控著手，社會效益會更為明顯。

        （作者簡介：石睿，王佩華，楊倩，趙恒，中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計院。）