本文為《基石》雜志2015年第2期文章
王樹民 神華國華電力公司董事長
截至2014 年底，中國發(fā)電裝機總容量為13.6 億千瓦，其中化石能源發(fā)電裝機容量為9.1 億千瓦，占總裝機容量的比重為66.7％；非化石能源發(fā)電裝機容量為4.5 億千瓦，占總裝機容量的比重為33.3％。中國一次能源的稟賦是多煤少油貧氣，煤炭資源占中國一次能源資源總量的90％左右，這一特點決定了中國以煤炭為主的能源利用格局將長期存在。在煤電為中國經濟快速穩(wěn)定發(fā)展提供能源支撐的同時，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源之一，因此，煤電的發(fā)展面臨著越來越大的環(huán)境和社會壓力。
神華國華電力針對中國燃煤發(fā)電的具體特點，按照神華集團建設世界一流清潔能源供應商的發(fā)展戰(zhàn)略，通過開展關鍵技術研究和工程實踐，驗證了燃煤電廠可以在低成本下實現(xiàn)發(fā)電機組高效發(fā)電和大氣污染物近零排放。燃煤發(fā)電作為目前技術最成熟、轉化效率最高、最經濟的規(guī)?；茉瓷a方式，推廣應用大氣污染物近零排放技術，符合化石能源清潔、高效、低碳、可持續(xù)的發(fā)展方向。
煤電機組大氣污染物近零排放的概念
2011 年，國家環(huán)保部和國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布了《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）。
神華國華電力認真貫徹落實《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）及國家《大氣污染防治行動計劃》的要求，在霧霾嚴重的環(huán)境壓力下，認真履行企業(yè)的社會責任，在滿足煤電機組大氣污染物國家排放標準限值的基礎上，提出了以神華煤（硫分為0.4％～ 0.8％、灰分為7％～ 16％、熱值達到21 ～ 24MJ/kg 的優(yōu)質動力煤）為燃料，實現(xiàn)煤電機組大氣污染物低于燃氣機組排放標準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準》（GB13223-2011）、天然氣燃氣機組標準，在6％氧量下煤電機組實現(xiàn)煙塵、SO2 和NOx 排放濃度分別低于5mg/m3、35mg/m3 和50mg/m3 的目標，努力建設清潔高效、生態(tài)文明的環(huán)保企業(yè)。
煤電機組大氣污染物近零排放技術路線與關鍵技術研究
大氣污染物近零排放技術路線研究
根據(jù)大氣污染物近零排放的目標要求，神華國華電力引用國內外先進的環(huán)保理念，通過科技創(chuàng)新，加大環(huán)保治理設施資金的投入，制定了大氣污染物近零排放技術路線，即燃用低硫分、低灰分的神華煤，采用低溫省煤器技術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+ 全負荷脫硝系統(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準》（GB13223-2011）中重點地區(qū)污染物排放限值的要求，而且達到了燃氣機組大氣污染物的排放限值。
大氣污染物近零排放的關鍵技術研究
協(xié)同除塵的關鍵技術
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準》（GB13223-2011） 中重點地區(qū)20mg/m3 的排放限值。為實現(xiàn)煙塵近零排放的要求，必須采用先進的多環(huán)節(jié)協(xié)同除塵方案，將煙塵排放指標控制在5mg/m3 以下，以達到燃氣機組的排放標準。
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環(huán)節(jié)。通過第一環(huán)節(jié)靜電除塵器（配低溫省煤器、高效電源等）或布袋除塵器能達到99.8％～ 99.9％的除塵效率, 其出口煙塵濃度可達到20mg/m3 左右；第二環(huán)節(jié)的脫硫裝置對煙塵具有50％左右的協(xié)同脫除效果，但同時會攜帶一定量的固態(tài)石膏，可實現(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，實現(xiàn)出口煙塵濃度低于5mg/m3 的最終目標；部分脫硫裝置配備高效的除霧除塵器，對煙塵具有80％左右的協(xié)同脫除效果，在不加裝濕式除塵器的條件下，也可實現(xiàn)出口煙塵濃度低于5mg/m3 的最終目標。
高效脫硫技術方案
為了實現(xiàn)SO2 排放濃度低于35mg/m3 的近零排放目標，必須研究高效脫硫技術，使脫硫效率達到98％以上。對于石灰石—石膏濕法脫硫裝置，神華國華電力研究了常規(guī)噴淋塔技術、托盤技術、雙循環(huán)吸收塔技術、串聯(lián)吸收塔技術等不同流派的技術特點，針對常規(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，并增加一個噴淋層，將脫硫效率提高到98％以上，實現(xiàn)SO2 排放濃度低于35mg/m3 的目標。
神華國華電力舟山電廠4 號機組海水脫硫裝置的脫硫效率達到了99 ％ 以上， 使SO2 排放濃度降低至2.76mg/m3 以下。神華國華電力將繼續(xù)加大對海水脫硫技術的研發(fā)力度，力爭在部分沿海電廠實施海水脫硫技術改造。
高效全負荷脫硝技術方案
神華國華電力從2010 年就開始研究并確定了鍋爐內低氮燃燒+SCR 脫硝技術路線。鍋爐省煤器出口的NOx指標為100 ～ 200mg/m3；利用合作研發(fā)的復合式空氣分級低氮燃燒技術，對鍋爐燃燒系統(tǒng)進行改造，有效控制爐內燃燒過程中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％脫硝效率設計。最終，NOx 的排放指標為20 ～ 40mg/m3，優(yōu)于燃氣機組50mg/m3 的排放標準。
煙氣脫汞技術方案
神華煤平均汞含量為0.08mg/kg，屬于低汞煤。煤電機組現(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％。經測算，燃用神華煤的煙氣汞平均濃度一般在10μg/m3 以下。經測試，三河電廠汞排放濃度僅為3 ～ 5μg/m3，遠低于國家環(huán)保部頒布的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）中0.03mg/m3 的限值要求。
煤電機組大氣污染物近零排放技術在神華國華電力的創(chuàng)新實踐
神華國華電力大氣污染物近零排放項目實施情況
神華國華電力針對煤電機組大氣污染物排放問題，開展了集成創(chuàng)新技術研究，實施了在役機組的“高品質綠色發(fā)電計劃”和新建機組的“清潔高效近零排放工程”。為此，神華國華電力于2014 年率先建成了舟山電廠4 號機組清潔高效近零排放工程，并對三河電廠1 號機組、綏中電廠2 號機組等在役機組實施了大氣污染物近零排放升級改造。截至目前已完成了6 個電廠共計9 臺機組的改造，全部達到大氣污染物近零排放要求。
典型大氣污染物近零排放項目技術方案及排放指標介紹
舟山電廠4 號新建機組
舟山電廠4 號機組于2014 年6 月25 日投產運行，是全國首臺新建的大氣污染物近零排放燃煤機組，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％。機組整體技術方案為鍋爐低氮燃燒+SCR 脫硝裝置；靜電除塵器（高頻電源、4 個常規(guī)電極+1 個旋轉電極）+ 濕式電除塵器；海水脫硫裝置。
三河電廠1 號在役機組
三河電廠1 號機組改造后于2014 年6 月23 日投產運行，成為國內首個在役燃煤機組改造后排放指標優(yōu)于燃氣污染物排放標準的機組，每年減排煙塵、SO2、NOx 分別為94 噸、255 噸、403 噸，減排75％、82％、65％。機組整體技術方案為鍋爐低氮燃燒+SCR脫硝裝置；低溫電除塵器（4 電場、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。
煤電機組大氣污染物近零排放的成本和環(huán)保效益分析
煤電機組必須按規(guī)定安裝脫硫、脫硝和除塵等環(huán)保設施。目前，對于滿足環(huán)保標準的機組，其電量按照脫硫、脫硝和除塵設施補貼電價分別為1.5 分/ 千瓦時、1 分/ 千瓦時和0.2 分/ 千瓦時，共計補貼2.7 分/ 千瓦時。如果煤電機組進一步實施大氣污染物近零排放，還需增加成本0.5 ～ 2 分/ 千瓦時。神華國華電力的煤電機組基本都燃用低灰、低硫、低汞的神華煤，具有優(yōu)良的環(huán)保特性，能以較低的成本實現(xiàn)大氣污染物的近零排放。根據(jù)對三河電廠1 號機組和定州電廠3 號機組的大氣污染物近零排放改造費用進行測算，分別增加電量成本約1 分/ 千瓦時和0.6 分/ 千瓦時。煤電機組實現(xiàn)大氣污染物近零排放的成本雖然有所增加，但與燃氣機組相比，在污染物濃度同樣達到燃氣排放限值的條件下，煤電機組的發(fā)電成本還是要低得多，以神華國華電力舟山電廠所在的浙江省為例進行測算，天然氣聯(lián)合循環(huán)機組發(fā)電的燃料成本為57.7 分/（kW·h），國華舟山電廠4 號機組發(fā)電燃料成本為19.3 分/（kW·h），僅為聯(lián)合循環(huán)機組燃料成本的1/3，每kW·h 降低38.4 分。因此煤電機組具有明顯的成本優(yōu)勢。
中國煤電用煤量占全社會用煤總量的一半以上，煤電機組大氣污染物減排將大大減輕煤電對環(huán)境的污染。神華國華電力煤電機組大氣污染物近零排放的技術研究與實踐證明，技術路線可行，環(huán)境效益顯著，起到了標桿示范作用，開創(chuàng)了中國煤炭清潔高效利用的新路徑。2013 年，中國燃煤機組煙塵、SO2 和NOx 排放量分別為142 萬噸、820 萬噸、834 萬噸，占全國全口徑煤炭燃燒污染物排放量的17％、40％、37.4％。若從2015 年開始燃煤機組全部實現(xiàn)近零排放，5 年內煙塵、SO2 和NOx 年均減少排放量分別為27 萬噸、155 萬噸、154 萬噸，年均減排率分別為19％、18.9％、18.5％ 。
結語
神華國華電力在國內率先開展煤電機組大氣污染物近零排放的技術研究工作并進行工程應用實踐，目前已有9 臺煤電機組實現(xiàn)了大氣污染物近零排放，并計劃利用5 年時間完成全部煤電機組的節(jié)能和環(huán)保升級改造。神華國華電力的實踐證明：燃煤發(fā)電污染物近零排放技術經濟可行，減排效益顯著。通過技術創(chuàng)新可以使煤電機組達到比燃氣機組更低的排放水平，對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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