沈保中，陳 震，徐小明

（1.華能上海石洞口第二電廠，上海 200941；2.華東電力試驗(yàn)研究院有限公司，上海 200437；3.上海電力股份有限公司，上海 200010）

1 問(wèn)題的提出

2011年7月，環(huán)境保護(hù)部正式批準(zhǔn)實(shí)施《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）。由于《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)新排放標(biāo)準(zhǔn)）涉及每一臺(tái)火力發(fā)電機(jī)組全部運(yùn)行階段的污染物排放濃度控制要求，而本次“新排放標(biāo)準(zhǔn)”中大幅度提升了火電廠大氣污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)新建、已建火電廠的二氧化硫、氮氧化物的排放限制，比現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)（GB 13223—2003）的控制限值嚴(yán)格了幾倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)美國(guó)和歐洲，成為最嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)“新排放標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定在國(guó)土開(kāi)發(fā)密度較高，環(huán)境承載能力開(kāi)始減弱，或大氣環(huán)境容量較小、生態(tài)環(huán)境脆弱，容易發(fā)生嚴(yán)重大氣環(huán)境污染問(wèn)題而需要嚴(yán)格控制大氣污染物排放重點(diǎn)地區(qū)（目前尚未規(guī)定重點(diǎn)地區(qū)、城市），應(yīng)嚴(yán)格控制企業(yè)的污染物排放行為，重點(diǎn)地區(qū)燃煤發(fā)電鍋爐二氧化硫的排放濃度小于50mg／m3、氮氧化物的排放濃度小于100mg／m3。

“新排放標(biāo)準(zhǔn)”的推出，引起了電力行業(yè)、環(huán)保從業(yè)人員以及電力行業(yè)各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的高度關(guān)注和重視。從目前或?qū)?lái)電廠采取的治污措施以及治污設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行效果出發(fā)，對(duì)重點(diǎn)地區(qū)“新排放標(biāo)準(zhǔn)”中二氧化硫的排放濃度小于50mg／m3、氮氧化物的排放濃度小于100mg／m3的新排放標(biāo)準(zhǔn)，從嚴(yán)執(zhí)行所面臨的巨大壓力和難度，進(jìn)行分析并提出相關(guān)建議。

2 從嚴(yán)執(zhí)行二氧化硫排放新標(biāo)準(zhǔn)的壓力

“十一五”期間，在國(guó)家脫硫減排高壓政策的促進(jìn)下，燃煤發(fā)電企業(yè)經(jīng)過(guò)超常規(guī)的投資改造后，絕大部分燃煤發(fā)電機(jī)組已經(jīng)完成了石灰石—石膏濕法煙氣脫硫裝置或雙堿法脫硫裝置改造，這些脫硫裝置的投運(yùn)，為全面完成“十一五”期間我國(guó)的二氧化硫減排任務(wù)作出了非常大的貢獻(xiàn)。這些脫硫裝置在當(dāng)初改造設(shè)計(jì)時(shí)，均是按環(huán)保主管部門(mén)批復(fù)文件規(guī)定的燃煤含硫量和脫硫效率設(shè)計(jì)的，但由于受當(dāng)時(shí)投資資金的限制、以往累計(jì)煤質(zhì)條件較好的限制及排放濃度僅要求達(dá)到當(dāng)時(shí)的排放標(biāo)準(zhǔn)要求的影響，一般設(shè)計(jì)的燃煤含硫率比較接近當(dāng)時(shí)使用的煤炭的含硫率，脫硫效率一般要求不低于95%。而當(dāng)時(shí)重點(diǎn)地區(qū)的二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)要求小于200mg／m3，按照95%的脫硫效率，絕大部分的燃煤機(jī)組脫硫后，二氧化硫排放濃度在絕大部分時(shí)段內(nèi)均可達(dá)到要求。

以入口二氧化硫濃度2 000mg／m3為設(shè)計(jì)依據(jù)的脫硫裝置為例，脫硫效率達(dá)到95%時(shí)，出口二氧化硫排放濃度可以達(dá)到100mg／m3，如果要達(dá)到出口二氧化硫排放濃度小于50mg／m3，就要求脫硫效率達(dá)到97.5%以上，雖然脫硫系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)留有一定的余地，但要求設(shè)計(jì)連續(xù)運(yùn)行脫硫效率為95%的脫硫系統(tǒng)，在不進(jìn)行增效改造的情況下，是無(wú)法做到連續(xù)運(yùn)行脫硫效率達(dá)到97.5%以上的。

表1 《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223—2011）mg／m3

上海石洞口第二電廠2臺(tái)600MW機(jī)組于2008年完成了脫硫系統(tǒng)的改造，脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)含硫率為0.9%，設(shè)計(jì)脫硫效率為95%，按照設(shè)計(jì)含硫率和脫硫效率運(yùn)行，脫硫系統(tǒng)出口二氧化硫的濃度可以控制在90mg／m3左右，但是無(wú)法達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)中重點(diǎn)地區(qū)要求的小于50mg／m3的標(biāo)準(zhǔn)。

2010年該廠2臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)運(yùn)行正常，統(tǒng)計(jì)的平均脫硫效率為96.13%，機(jī)組燃煤的平均含硫率為0.8%，通過(guò)對(duì)2010年2臺(tái)機(jī)組上傳到環(huán)保局的有效數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)脫硫裝置入口二氧化硫小時(shí)平均濃度為1 678mg／m3，出口小時(shí)平均濃度為58mg／m3。其中，36.6%的排放濃度小于50mg／m3；49.3%的排放濃度在50～100 mg／m3之間；13.2%的排放濃度在100～200mg／m3之間；0.9%的排放濃度大于200mg／m3。

按照重點(diǎn)地區(qū)“新排放標(biāo)準(zhǔn)”要求，2010年該廠2臺(tái)機(jī)組的達(dá)標(biāo)排放率僅為36.6%，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的入口二氧化硫濃度，需要將脫硫效率控制在97%以上才能做到平均排放濃度小于50mg／m3。同時(shí)，由于煤炭的均勻性較差，在煤炭含硫率波動(dòng)造成入口二氧化硫濃度超過(guò)上述平均值時(shí)，需要更高的脫硫效率才能達(dá)到平均排放濃度小于50 mg／m3，而脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的化工過(guò)程，反應(yīng)效率受現(xiàn)場(chǎng)條件的限制而無(wú)法達(dá)到很高的要求，所以不但對(duì)該廠、對(duì)上海地區(qū)投運(yùn)的全部脫硫發(fā)電機(jī)組而言，按照目前的煤炭市場(chǎng)的含硫情況，在執(zhí)行重點(diǎn)地區(qū)“新排放標(biāo)準(zhǔn)”時(shí)，全上海所有的燃煤機(jī)組脫硫裝置的二氧化硫排放濃度，僅有40%的運(yùn)行時(shí)段小于50mg／m3，超標(biāo)情況將非常嚴(yán)重，說(shuō)明上海地區(qū)脫硫機(jī)組普遍存在上述問(wèn)題。

近年來(lái)受電煤質(zhì)量變差，含硫量普遍升高的影響，部分電力企業(yè)已經(jīng)耗費(fèi)巨資，對(duì)原設(shè)計(jì)含硫率偏低，含硫量升高后脫硫出口二氧化硫排放濃度不能達(dá)到原來(lái)標(biāo)準(zhǔn)要求的脫硫裝置，進(jìn)行了不同程度的技術(shù)改造。如果再大幅度降低現(xiàn)役機(jī)組二氧化硫排放限值，在電煤質(zhì)量短期內(nèi)得不到根本好轉(zhuǎn)的條件下，需要對(duì)現(xiàn)役的絕大部分機(jī)組的脫硫裝置進(jìn)行增效改造才有可能達(dá)到要求，這對(duì)于剛完成脫硫改造的老機(jī)組或剛投產(chǎn)不久的新機(jī)組來(lái)說(shuō)，在脫硫裝置投運(yùn)才幾年，又要花巨資進(jìn)行改造是無(wú)法承受的。同時(shí)，由于受脫硫現(xiàn)場(chǎng)空間的限制，有些脫硫裝置的增效改造無(wú)法進(jìn)行，可能需要推倒重建。

通過(guò)上述分析，“新排放標(biāo)準(zhǔn)”要求趨嚴(yán)是必須的，但在近期煤炭市場(chǎng)仍無(wú)好轉(zhuǎn)的情況下，“新排放標(biāo)準(zhǔn)”重點(diǎn)地區(qū)中的二氧化硫排放限值將無(wú)法達(dá)到，其實(shí)現(xiàn)性非常差。如果“新排放標(biāo)準(zhǔn)”實(shí)施后，重點(diǎn)地區(qū)的火電機(jī)組在絕大部分的運(yùn)行時(shí)段內(nèi)，出現(xiàn)二氧化硫濃度超標(biāo)的現(xiàn)象，對(duì)脫硫電價(jià)的考核將帶來(lái)嚴(yán)重問(wèn)題，可能會(huì)直接影響到發(fā)電企業(yè)的脫硫積極性，最后的結(jié)果可能適得其反。

3 從嚴(yán)執(zhí)行氮氧化物排放新標(biāo)準(zhǔn)的壓力

根據(jù)“新排放標(biāo)準(zhǔn)”要求，2014年后所有燃煤機(jī)組氮氧化物排放濃度每標(biāo)準(zhǔn)立方米要達(dá)到100 mg以下，幾乎所有燃煤機(jī)組都需要安裝選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝裝置，才有可能達(dá)到此要求。由于SCR煙氣脫硝裝置需要安裝在鍋爐省煤器出口與空預(yù)器入口之間的高溫?zé)煹郎希瑢?duì)于新建機(jī)組在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了SCR煙氣脫硝裝置的安裝位置，就十分方便；而對(duì)于已經(jīng)投產(chǎn)的老機(jī)組來(lái)說(shuō)，由于當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮安裝SCR煙氣脫硝裝置的位置，改造時(shí)的安裝位置和安裝空間是個(gè)大問(wèn)題，而且在改造時(shí)由于施工場(chǎng)地狹小，實(shí)施改造又是一個(gè)難點(diǎn)。

脫硝可分為物理方法脫硝和化學(xué)方法脫硝。物理方法脫硝是采用低氮燃燒技術(shù)，通過(guò)調(diào)整煤炭的燃燒方式，盡量減少煤炭在燃燒過(guò)程中氮氧化物的產(chǎn)生。目前的低氮燃燒技術(shù)對(duì)于燃燒煙煤的機(jī)組，可以做到鍋爐出口的氮氧化物濃度控制在400mg／m3以下，按此濃度再設(shè)計(jì)SCR煙氣脫硝裝置的脫硝效率需要達(dá)到75%以上，出口氮氧化物的濃度才有可能達(dá)到小于100mg／m3以下。

目前采用的SCR技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)燃燒煙煤機(jī)組對(duì)脫硝效率的要求，而對(duì)于燃用貧煤、無(wú)煙煤的機(jī)組，鍋爐的出口氮氧化物排放濃度，通常在1 200～1 500mg／m3之間，要達(dá)到出口氮氧化物排放濃度小于100mg／m3的排放限值，脫硝效率必須在92%以上，目前的SCR技術(shù)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。

SCR煙氣脫硝裝置在日常運(yùn)行時(shí)需要消耗液氨或尿素兩種還原劑，如果按SCR脫硝裝置入口氮氧化物濃度為400mg／m3，脫硝效率為80%，運(yùn)行小時(shí)數(shù)為6 000h考慮，1臺(tái)600MW機(jī)組脫硝裝置的運(yùn)行，每年需要消耗1 500t左右的液氨或2 700t左右的尿素，折算到每萬(wàn)千瓦裝機(jī)容量脫硝裝置運(yùn)行，每年需要消耗25t液氨或45t尿素。依據(jù)初步估算，要實(shí)現(xiàn)“新排放標(biāo)準(zhǔn)”的要求，全國(guó)現(xiàn)役的7.07億kW火電機(jī)組中，大約有90%的機(jī)組需要進(jìn)行脫硝改造，改造后約有6.4億kW火電機(jī)組的脫硝裝置運(yùn)行，每年需要160萬(wàn)t液氨或290萬(wàn)t尿素?？紤]到目前液氨是一種易燃、易爆的有毒化學(xué)危險(xiǎn)品，同時(shí)也是國(guó)內(nèi)重要的環(huán)境危險(xiǎn)污染監(jiān)控源，因此國(guó)內(nèi)普遍推行尿素法脫硝。

中國(guó)是個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，糧食生產(chǎn)是確保社會(huì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，目前的農(nóng)業(yè)糧食高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，基本是靠大量使用化肥來(lái)實(shí)現(xiàn)的，化肥價(jià)格的波動(dòng)將會(huì)影響到社會(huì)的穩(wěn)定，在尿素供應(yīng)偏緊的情況下，每年增加如此大的脫硝用尿素量，會(huì)直接影響到整體的供應(yīng)，造成國(guó)內(nèi)供應(yīng)的不穩(wěn)定。同時(shí)，尿素在生產(chǎn)過(guò)程中也會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，用尿素來(lái)減少氮氧化物的排放，存在對(duì)環(huán)境污染總體影響最小化的問(wèn)題。如果適當(dāng)放寬氮氧化物的排放濃度至200 mg／m3，每年全國(guó)可減少95萬(wàn)t尿素的使用量，還可大幅度地減輕對(duì)農(nóng)業(yè)的壓力。

受SCR催化劑技術(shù)的限制和運(yùn)行過(guò)程中可能形成硫酸銨的影響，SCR煙氣脫硝裝置一般要求入口煙氣溫度大于320℃才能連續(xù)運(yùn)行，而目前絕大部分火電機(jī)組均參與調(diào)峰運(yùn)行，調(diào)峰嚴(yán)重的機(jī)組負(fù)荷變化范圍在40%～100%之間。而一般鍋爐省煤器出口的煙氣溫度，負(fù)荷在60%以上時(shí)，煙溫才超過(guò)320℃，脫硝裝置才能運(yùn)行，造成SCR煙氣脫硝裝置的投運(yùn)率偏低。同時(shí)，機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行期間也是鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)效果較差的時(shí)段，所以即使機(jī)組加裝了SCR煙氣脫硝裝置，在機(jī)組低負(fù)荷階段，出口氮氧化物仍會(huì)超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)上述分析，將目前的低氮燃燒技術(shù)和SCR技術(shù)相結(jié)合，可以在燃燒煙煤的機(jī)組上，在高負(fù)荷區(qū)域?qū)崿F(xiàn)氮氧化物排放濃度小于100mg／m3，而在低負(fù)荷區(qū)域則很難達(dá)到“新排放標(biāo)準(zhǔn)”的要求。從減少整體環(huán)境的污染出發(fā)，特別是從穩(wěn)定糧食生產(chǎn)出發(fā)，確保社會(huì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，建議重新審視氮氧化物的排放指標(biāo)。

4 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系的遞進(jìn)與完善

合理的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是一個(gè)能達(dá)到的遞進(jìn)環(huán)保體系，地方和企業(yè)可以根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定逐級(jí)遞進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家的排放標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是企業(yè)排放的最低要求，是全國(guó)絕大部分企業(yè)均可達(dá)到的要求。同時(shí)，國(guó)家和地方的排放標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)就是違法，是最低標(biāo)準(zhǔn)要求，有完備的、成熟的、一整套技術(shù)保障支撐體系，使改造企業(yè)能在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行的條件下，可以長(zhǎng)期、連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行，能達(dá)到或經(jīng)過(guò)努力能達(dá)到的要求。如果標(biāo)準(zhǔn)值留有合理的遞進(jìn)空間，也可給企業(yè)提供努力的方向和空間，以便企業(yè)在設(shè)計(jì)、設(shè)備招標(biāo)、建造時(shí)能層層提高要求，確保企業(yè)在“任何情況下”都能做到達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。如果標(biāo)準(zhǔn)值過(guò)嚴(yán)，導(dǎo)致絕大多數(shù)企業(yè)排放超標(biāo)，就會(huì)損害國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)肅性，也會(huì)切斷企業(yè)努力的動(dòng)力；如果標(biāo)準(zhǔn)過(guò)于嚴(yán)苛，則會(huì)造成治污設(shè)備冗余過(guò)大，企業(yè)不斷重復(fù)投資、不堪重負(fù)。中國(guó)不是發(fā)達(dá)國(guó)家，需要我們合理使用有限的環(huán)保資金。

5 建議

1）一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制定及實(shí)施，必須要有完備的、成熟的、一整套技術(shù)保障支撐體系，技術(shù)設(shè)施從試點(diǎn)到國(guó)內(nèi)普遍推廣使用，需要有個(gè)過(guò)程，要有全面的研究鋪墊總結(jié)，這樣才能使電廠以最小的投資從容實(shí)施，大躍進(jìn)式脫硫設(shè)施在實(shí)施過(guò)程中所浪費(fèi)的資金、多走的彎路、教訓(xùn)應(yīng)該好好總結(jié)和借鑒。

2）大氣標(biāo)準(zhǔn)在制定過(guò)程中必須有總體研究說(shuō)明，包含所使用的脫硝尿素在其生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染貢獻(xiàn)量，全面評(píng)估衡量真實(shí)的全國(guó)氮氧化物減排量，總結(jié)脫硝設(shè)施實(shí)施后，大幅度增加的尿素量是否會(huì)嚴(yán)重影響國(guó)內(nèi)的糧食生產(chǎn)需要，是否會(huì)促使國(guó)內(nèi)尿素價(jià)格的提升，絕不能以局部減排，影響全國(guó)的有序生產(chǎn)。

3）從當(dāng)前我國(guó)的環(huán)境形勢(shì)及所面臨的環(huán)境壓力來(lái)看，執(zhí)行高排放標(biāo)準(zhǔn)無(wú)可厚非。但在現(xiàn)有的技術(shù)條件和物資條件下，能讓絕大部分企業(yè)通過(guò)努力，在運(yùn)行時(shí)段內(nèi)做到達(dá)標(biāo)排放要求，否則即使電廠通過(guò)萬(wàn)分的努力，也無(wú)法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，就失去其存在的意義。標(biāo)準(zhǔn)的制定是要讓企業(yè)來(lái)遵守的，千萬(wàn)不能為了盲目追求國(guó)際領(lǐng)先而變成空架子。

4）建議重新審視新大氣標(biāo)準(zhǔn)中重點(diǎn)地區(qū)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，由各地方根據(jù)各自地方的特點(diǎn)，制定嚴(yán)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的地方標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)再根據(jù)地方標(biāo)準(zhǔn)制定嚴(yán)于地方標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)，以便企業(yè)在達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行時(shí)就可滿足要求。地方和國(guó)家在處理超標(biāo)排放事件時(shí)給企業(yè)有整改的空間。

5）依據(jù)排放濃度，制定梯度的脫硫、脫硝電價(jià)補(bǔ)貼的辦法，用經(jīng)濟(jì)杠桿鼓勵(lì)企業(yè)盡一切可能降低排放濃度。

6）通過(guò)提高氮氧化物的排污費(fèi)，使氮氧化物的排污費(fèi)略高于脫硝消耗的還原劑的邊際成本，促使企業(yè)主動(dòng)提高脫硝效率，降低氮氧化物的排放濃度。

7）優(yōu)化電力調(diào)度政策，使具備SCR脫硝裝置的機(jī)組的調(diào)峰幅度不要過(guò)大，低負(fù)荷率不要低于脫硝的投運(yùn)要求，以便企業(yè)提高脫硝的投運(yùn)率。