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煤電近零排放是“大躍進”?

 霧霾鎖城下,部分電力企業(yè)開始在燃煤電廠探索“近零排放”,某些新建電廠已按“近零排放”進行建設,為數(shù)不少的現(xiàn)役燃煤機組已列入“近零排放”改造計劃。與此同時,科研管理部門抓緊攻關、環(huán)保產業(yè)界緊緊跟進、媒體持續(xù)跟蹤、專家學者紛紛解讀、宏觀經濟調控部門也正在研究是否把“近零排放”納入到宏觀決策之中……

  但是,何為“近零排放”?“近零排放”是否真的經濟可行?我們是否應該鼓勵企業(yè)達到“近零排放”?近期,針對“近零排放”也有明確的潑冷水的聲音,我們不妨多聽聽。 

  近一年多來,燃煤電廠大氣污染物“近零排放”已成熱點話題。一時間,“近零排放”建設或者改造之風,正由浙江、廣東、江蘇、山東、山西、陜西、四川等省市向全國蔓延。

  然而,不論“近零排放”之聲多么美妙,伴隨著“近零排放”推進過程中的困惑也越來越多,那就讓我們試著撥開這些團團迷霧。

  燃煤燃機排放限值有沒有可比性?

  對“近零排放”概念存在若干糊涂認識

  “近零排放”的概念不清,一般是以“燃機排放標準”(本文“燃機”特指“以氣體為燃料的燃氣輪機組”,因為它比以液體為燃料的燃氣輪機組環(huán)保要求高)作為判斷根據(jù),對排放標準的表面化錯誤理解造成荒謬的結果。

  國內外并沒有公認的燃煤電廠大氣污染物“近零排放”的定義,實際應用中多種表述共存,如“近零排放”、“趨零排放”、“超低排放”、“超潔凈排放”、“低于燃機排放標準排放”等。從各種表述和案例中分析得出的共同特點,是把燃煤電廠排放的煙塵、二氧化硫和氮氧化物3項大氣污染物與《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)(以下簡稱“排放標準”)中規(guī)定的燃機要執(zhí)行“大氣污染物特別排放限值”(以下簡稱“特別排放限值”)相比較,將達到或者低于燃機排放限值(即煙塵5mg/m3、二氧化硫35mg/m3、氮氧化物50mg/m3)的情況稱為燃煤機組的“近零排放”。

  然而,從以下的分析中可以看出這也只是表面化的嚴格。

  我國火電廠大氣污染物的排放限值是采用“濃度”來表示的,因此,“達標排放”是指煙氣中的污染物濃度不超過標準規(guī)定的濃度限值。由于污染物的“濃度”是由污染物的質量和煙氣體積兩個因素構成,煙氣中的氧含量越高,說明燃燒過程中過?諝庠蕉啵廴疚餄舛染驮降。為防止用空氣稀釋濃度達標的現(xiàn)象,“排放標準”規(guī)定了用“基準含氧量”折算的方法!盎鶞屎趿俊笔歉鶕(jù)典型的燃料和典型的燃燒技術來規(guī)定的,規(guī)定燃煤鍋爐為6%、燃氣輪機為15%。

  經粗略換算,可以理解為在典型情況下,燃煤鍋爐燃燒所用的實際空氣量是理論空氣量的1.4倍(也即空氣過剩系數(shù)α=1.4),而燃氣輪機所用的實際空氣是理論空氣的3.5倍(α=3.5)。雖然在實際工作中不論燃煤還是燃機,往往都是非典型情況,所以都必須要以各自的“基準含氧量”進行折算,但由于“基準”本身就不同,折算后的污染物濃度也是不可直接相比的。如果將燃機和燃煤的排放限制按相同“基準含氧量”折算的話,燃機排放限值的數(shù)值是原來值的2.5倍,即煙塵、二氧化硫、氮氧化物的排放限值分別由5mg/m3、35mg/m3、50mg/m3變?yōu)?2.5mg/m3、87.5mg/m3、125mg/m3。換句話說,除了燃機煙塵的排放限值稍低于燃煤煙氣的特別排放限值外,二氧化硫、氮氧化物反而更寬松,將3項污染物合起來計算,燃機比燃煤排放限值要寬松32.4%。這就是“表面”上看起來更嚴的燃機排放限值實則不然的原因。

  再從排放總量看,經測算,典型300MW燃煤鍋爐(標態(tài)煙氣量100萬m3/h,空氣過剩系數(shù)α=1.3),煙塵、二氧化硫、氮氧化物分別按5mg/m3、35mg/m3、50mg/m3排放時,每小時排放量分別大約為5.4千克、37.8千克、54千克;而300MW級燃機(標態(tài)煙氣量185萬m3/h,空氣過剩系數(shù)α=3.5),依排放限值要求每小時可以排放9.25千克、64.25千克、92.5千克,可見,每小時燃機排放總量是燃煤排放的1.7倍。顯然,這樣的“近零排放”的要求是荒謬的。

  還有,燃機的煙囪一般在80米且不會超過百米,而煤電機組的煙囪一般為180米、210米、240米,同等排放量由于煙羽抬升高度和擴散條件的不同,燃煤機組對環(huán)境質量的影響要遠低于燃機。

  但是,燃機排放限值寬于燃煤排放限值,并不能說明燃機排放標準比燃煤機組排放標準要寬,因為“限值”只是數(shù)字大小的比較,而“標準”是“價值”內涵的比較。對火電廠污染控制而言,排放標準的寬嚴只能用同類發(fā)電技術和相匹配的污染控制技術是否達到了最佳技術、經濟條件來衡量。這也是“排放標準”為何要劃分不同檔次的原因。同世界各國一樣,我國《環(huán)境保護法》、《大氣污染防治法》都明確規(guī)定,污染物排放標準是依據(jù)環(huán)境質量標準和國家的技術、經濟條件制定的。美國、歐盟等制定火電廠大氣污染物排放標準所依據(jù)的技術原則為“最佳可行技術”(BAT)。因此,不論是燃機還是燃煤機組,科學合理的大氣污染物排放限值與最佳可行技術是相一致的,而且排放限值的大小也是隨著技術、經濟條件的變化而變化的。

  燃氣用于民用的環(huán)保性能和便捷性要遠遠優(yōu)于直接燃煤,而煤炭集中發(fā)電的優(yōu)越性大大優(yōu)于散燒煤。所以,不同品種的能源應當擔當不同的功能,采用不同的排放標準,如果硬要把燃機排放標準當成燃煤電廠的“近零排放”來衡量,就是要驢當戰(zhàn)馬、馬拉磨。

  現(xiàn)有監(jiān)測手段不支持“近零排放”

  煙氣連續(xù)監(jiān)測技術難以支撐“近零排放”監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性,用日平均濃度或者多日平均濃度的監(jiān)測數(shù)據(jù)與排放限值直接比較是概念性錯誤,運行時間不足也難以證明“近零排放”系統(tǒng)的穩(wěn)定性

  根據(jù)環(huán)境保護部頒布的《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術規(guī)范》(HJ/T75-2007) 中“7.4參比方法驗收技術指標要求”規(guī)定:煙塵濃度小于50mg/m3時,絕對誤差不超過15mg/m3;二氧化硫濃度等于或低于57mg/m3時,絕對誤差不超過17mg/m3;氮氧化物小于或等于41mg/m3時,絕對誤差不超過12mg/m3。再根據(jù)環(huán)境保護部《固定污染源廢氣 二氧化硫的測定 非分散紅外吸收法》(HJ629-2011)、《固定污染源廢氣氮氧化物的測定非分散紅外吸收法》(HJ692-2014)、《固定污染源廢氣 氮氧化物的測定 定電位電解法》(HJ693-2014),二氧化硫的測定下限10mg/m3;一氧化氮(以NO2計)和二氧化氮的測定下限12mg/m3。一些試點項目的監(jiān)測值低于測定下限甚至低于檢出限,結果的可靠性值得懷疑。而這只是測定方法誤差而不是自動監(jiān)測系統(tǒng)的全部誤差。如果考慮到監(jiān)測儀器裝設斷面和監(jiān)測點選取的誤差,尤其是對于老廠改造由于客觀條件的限制,監(jiān)測斷面選取很難做到按技術規(guī)范的要求,考慮煙氣中含濕量(水分)、溫度、含氧量等因素,尤其是濕度的影響對監(jiān)測精度也會產生較大影響,監(jiān)測系統(tǒng)的總誤差要大大高于分析測定方法的誤差。

  因此,在客觀上和技術上,現(xiàn)有監(jiān)測手段不支持“近零排放”,說的更清楚一點“近零排放”的監(jiān)測數(shù)據(jù)是不可信的。

  另外,一些電廠的“近零排放”的數(shù)據(jù)是以日平均濃度或者多日平均濃度與排放標準中的限值進行比較的,這種比較是概念性錯誤。我國的污染物濃度排放標準從產生以來,一直堅持“任何時候”不能超標的準則(盡管筆者一直認為這個準則對常規(guī)污染物來說是不科學的,會付出過多的經濟代價,但它目前仍然是強制性要求)!叭魏螘r候”不超標一般是指無論長期監(jiān)測還是隨意監(jiān)測中,任何一個小時的平均濃度都不超過標準規(guī)定限值,而不是用日平均或者多日均值與標準比較看是否超標。

  同時,為了保障機組波動運行和遇到各種不利情況下企業(yè)仍然能夠不超標,電廠在環(huán)保設施招標、設計、建設時都要保留一定裕度。由于特別放限值本身的數(shù)值已經很低,加上留有的裕度,很多實際運行中的機組能到達“近零排放”的要求。如,外高橋三廠二氧化硫和氮氧化物盡管沒有按近零排放設計,但因煤質好、裕量大等因素,基本達到了近零排放。所以目前的“近零排放”也只能說是滿足了特別排放限值要求。

  由于典型火電廠的脫硝、除塵、脫硫設備是依次串聯(lián)在煙道上的,影響某種污染治理設備的治理效果不僅取決于設備自身,而且取決于上下游設備的情況。如上游的脫硝會影響到下游的除塵和脫硫,下游的設備狀況也會影響到上游的煙氣流場,加之機組負荷調整、煤質變化等各種因素都會對煙氣脫硫系統(tǒng)產生較大影響。要想長期保持在“近零排放”狀態(tài),至少需要一年以上各種可能條件的考驗,而現(xiàn)在并沒有這么長時間的實踐證明。因此,即便“近零排放”監(jiān)測的數(shù)據(jù)不是以折算后的燃機標準相比,這樣的結果也是不可信的。

  技術上并沒有重大創(chuàng)新

  “近零排放”在技術上并沒有重大創(chuàng)新,且嚴苛的條件并非一般燃煤電廠都能達到

  大型燃煤電廠大氣污染控制所采用的除塵、脫硫、脫硝主流技術和主體工藝、設備,近幾十年來并沒有重大突破,世界范圍內基本上都是采用上世紀中后期開發(fā)的成熟技術。從已經“實現(xiàn)”“近零排放”所采用的技術看,主要是對已有技術和設備潛力(或者裕量)的挖掘、輔機的改造、系統(tǒng)優(yōu)化、大馬拉小車式的設備擴容量、材料的改進、昂貴設備的使用等。如除塵要采用的濕式電除塵器已在我國冶金等行業(yè)有廣泛應用,但在電力行業(yè),除了日本個別電廠采用之外,并不是普遍采用;二氧化硫控制采用的石灰石-石膏濕法脫硫主要是增加系統(tǒng)的裕度和復雜度,如原來脫硫吸收塔噴淋層為3層,現(xiàn)改為5層或者增加一個吸收塔;氮氧化物控制仍采用常規(guī)選擇性催化還原法,但是增加了催化劑用量。這從達到“近零排放”的其他條件也可以看出一些規(guī)律。如,要求煤質含硫量低、灰份較低、揮發(fā)份高、低位發(fā)熱量高、機組負荷運行相對平穩(wěn)等實現(xiàn)“近零排放”的重要條件。而這些條件對于中國目前平均含硫量超過1%、灰份近30%、以及大量低揮發(fā)份的電煤來講,即便是實現(xiàn)特別排放限值都是非常困難的。

  所以,雖然大量的小創(chuàng)新取得了一定的效果,但總體來說,主要還是常規(guī)技術外延的擴大,不是重大和突破性創(chuàng)新。非創(chuàng)新驅動的“近零排放”,必然逃脫不出以過高的投資和運行成本實現(xiàn)很低的減排量目標,使污染物減排邊際成本呈指數(shù)式增長的規(guī)律。

  投入產出比到底怎樣?

  “近零排放”的環(huán)境效益和經濟效益的投入產出比太低

  不論是從現(xiàn)有的環(huán)保技術進展來看,還是從20多年前的環(huán)保技術來看,如果不考慮成本的話,理論上都是可以做到真正的“近零排放”。因此,從環(huán)境效益、經濟效益和綜合效益來評價污染控制技術選擇是否正確,是環(huán)境經濟管理的核心,也是“近零排放”能否大面積實施的關鍵。

  首先看環(huán)境效益。環(huán)境效益可以從排放總量減少和環(huán)境質量改善兩個方面來分析。假設兩臺600MW機組,在燃用優(yōu)質煤的條件下(灰分約10%、硫含量約0.8%、揮發(fā)份約30%),并采用了低氮燃燒方式,鍋爐出口的煙塵、二氧化硫、氮氧化物濃度分別為15g/m3、200mg/m3、300mg/m3,按特別排放限值要求,煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度在分別達到20mg/m3、50mg/m3、100mg/m3時,每小時脫除量約為65912千克、8580千克、880千克,合計脫除75372千克,對應的脫除效率分別為99.7%、97.5%、66.7%。可見,兩臺600MW機組,即便是在折算為6%含氧量時,煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放分別達到5mg/m3、35mg/m3、50 mg/m3時,排放量每小時可再減少約66千克、66千克、220千克,合計352千克。“近零排放”比起特別排放限值要求,3項污染物合計可多脫除0.47個百分點?紤]到電廠高架源排放對環(huán)境影響要小的特點,多脫除的部分對環(huán)境質量改善作用輕微。

  再看經濟效益。主要用單位污染治理成本與全社會平均污染治理成本的大小來分析。仍以兩臺60萬千瓦機組為例,目前脫除三項污染物的綜合環(huán)保電價為2.7分/kWh,從不同電廠的測算情況看,實現(xiàn)“近零排放”的環(huán)保成本在原有電價的基礎上增加1~2分/kWh,則增加的352千克污染物削減增量的成本達到1.2~2.4萬元/h。粗略估算多脫除的污染物平均成本為34~68元/kg,遠高于全社會平均治理成本(按制定排污收費標準時測算的全社會平均成本,二氧化硫、氮氧化物約為1.26元/kg)。

  最后看綜合效益。主要從環(huán)保系統(tǒng)對資源、能源消耗方面和對機組的可靠性影響方面進行分析!敖闩欧拧痹黾恿烁嗟沫h(huán)保設備,系統(tǒng)阻力增大,能耗水平提高,設施整體技術可靠性降低。如,脫硫設施需要設計更多層的吸收塔噴淋層甚至需要吸收塔串聯(lián)或并聯(lián),脫硝設施需加裝三層催化劑甚至在爐內再加裝SNCR,除塵方面必須加裝濕式電除塵器等。

  從以上3個效益分析來看是得不償失,甚至是勞民傷財。


【上一個】 “大數(shù)據(jù)”給電力統(tǒng)計提出新任務 【下一個】 能源局:7月全國電力安全事件同比減少


 ^ 煤電近零排放是“大躍進”?