燃煤電廠大氣污染物“超低排放”基本問(wèn)題思考
2014年，中國(guó)燃煤電廠開(kāi)始推進(jìn)大氣污染物“超低排放”，但其定義、技術(shù)成熟性、成本與效益等一直存有較大爭(zhēng)議。“超低排放”并非法定要求而只是嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的一種狀態(tài)，單純追求“超低排放”，其成本與環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益不適應(yīng)，且煙塵法定監(jiān)測(cè)方法也不支持，168小時(shí)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間也不足以驗(yàn)證配套技術(shù)與設(shè)備的可靠性。應(yīng)鼓勵(lì)為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放進(jìn)行技術(shù)和管理創(chuàng)新，如要強(qiáng)制推行“超低排放”，應(yīng)由政府有關(guān)部門開(kāi)展規(guī)范性全面評(píng)估，確認(rèn)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)及技術(shù)可行性后再通過(guò)修改排放標(biāo)準(zhǔn)途徑依法推進(jìn)。原文刊于《環(huán)境影響評(píng)價(jià)》2015年第4期。
2014年，我國(guó)先后有多家燃煤電廠宣稱實(shí)現(xiàn)了煙氣中煙塵、SO2、NOx3項(xiàng)大氣污染物的“近零排放”、“超清潔排放”、“超低排放”或是“比天然氣發(fā)電排放還清潔”(以下統(tǒng)稱“超低排放”)。此后，部分省級(jí)政府、國(guó)家有關(guān)部門通過(guò)“文件”要求新建燃煤機(jī)組和老機(jī)組達(dá)到“超低排放”要求。據(jù)媒體報(bào)道不完全統(tǒng)計(jì)，截至2015年5月底，我國(guó)宣稱實(shí)現(xiàn)“超低排放”的煤電機(jī)組規(guī)模已超過(guò)3000萬(wàn)kW，還有幾億千瓦規(guī)模的煤電機(jī)組處于改造或計(jì)劃改造之中。由于具有法律性質(zhì)的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2011)(以下簡(jiǎn)稱“GB13223—2011”)中，針對(duì)老機(jī)組的污染物排放濃度限值自2014年7月1日正式生效，加之該標(biāo)準(zhǔn)中提出的特別排放限值，使得剛剛完成改造或者還未完成改造的機(jī)組又面臨新一輪“超低排放”改造。根據(jù)一年多的觀察總結(jié)，本文就“超低排放”的一些基本問(wèn)題進(jìn)行分析，系統(tǒng)性地提出一些思考。
“超低排放”基本問(wèn)題辨析
“超低排放”概念辨析
對(duì)于“超低排放”，目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)普遍認(rèn)可的定義。部分政府部門文件將GB13223—2011中的天然氣燃機(jī)排放限值直接作為“超低排放”標(biāo)準(zhǔn)，即煙氣中的煙塵、SO2、NOx排放濃度分別小于或等于5mg/m3、35mg/m3、50mg/m3;有的文件將煙塵排放限值由5mg/m3改為10mg/m3。比較GB13223—2011中針對(duì)燃煤鍋爐設(shè)定的煙塵、SO2、NOx特別排放限值要求(20mg/m3、50mg/m3、100mg/m3)，顯然“超低排放”要求嚴(yán)。但在該標(biāo)準(zhǔn)中，天然氣燃機(jī)與燃煤鍋爐排放限值對(duì)應(yīng)的煙氣氧含量分別為15%、6%，只有將煙氣氧含量折算到相同條件時(shí)才可直接比較。當(dāng)折算到相同氧含量條件時(shí)，天然氣燃機(jī)排放限值實(shí)際上是其原本限值的2.5倍，即除煙塵排放要求為12.5mg/m3外，SO2、NOx的排放限值比燃煤排放限值還寬。雖然有的文件對(duì)“超低排放”限值增加了按6%含氧量折算的要求，但并未經(jīng)過(guò)充分論證。事實(shí)上，由于天然氣燃機(jī)技術(shù)條件及《天然氣》(GB17820—2012)中對(duì)天然氣顆粒物及硫含量都有明確規(guī)定，且天然氣燃機(jī)并不裝設(shè)除塵及脫硫裝置，因此，針對(duì)天然氣燃機(jī)煙塵及SO2的排放限值設(shè)定無(wú)實(shí)際意義，如歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)中就沒(méi)有限值規(guī)定。
“超低排放”認(rèn)定驗(yàn)收時(shí)間辨析
一些宣稱實(shí)現(xiàn)“超低排放”的機(jī)組，一般是以通過(guò)168小時(shí)連續(xù)運(yùn)行的驗(yàn)收效果(或試運(yùn)行)來(lái)作為證明。但是，168小時(shí)對(duì)于認(rèn)定“超低排放”新技術(shù)與新設(shè)備是否成熟，其時(shí)間長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。將168小時(shí)的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間作為電力工程移交生產(chǎn)的驗(yàn)收是可行的，因?yàn)樵摃r(shí)間針對(duì)的是成熟可靠的技術(shù)、設(shè)備和設(shè)計(jì)、建造規(guī)范等。如果是創(chuàng)新的“超低排放”工藝技術(shù)及設(shè)備，則要根據(jù)創(chuàng)新的特點(diǎn)，確定有針對(duì)性的考核驗(yàn)收時(shí)間和專門的驗(yàn)收規(guī)范。如濕式電除塵器的腐蝕、脫硝催化劑的失效、脫硝除塵脫硫單個(gè)設(shè)備改造對(duì)其他設(shè)備的影響、煤種及負(fù)荷變動(dòng)對(duì)整體系統(tǒng)的影響，還有能耗增加、二次污染產(chǎn)生等問(wèn)題，都需要一年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間及特別的驗(yàn)收條件才能判定優(yōu)劣。
“超低排放”結(jié)果與達(dá)標(biāo)排放裕度辨析
GB13223—2011中提出的特別排放限值已經(jīng)很嚴(yán)格，企業(yè)要在設(shè)計(jì)、設(shè)備選型以及運(yùn)行條件上都留有一定的裕度才可能確保穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。尤其是在我國(guó)按小時(shí)取樣時(shí)間來(lái)考核是否達(dá)標(biāo)的情況下，留有充分的裕度更是非常必要的。具體留出裕度的大小，與電廠的主體設(shè)備、機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)、燃料及原料穩(wěn)定性、運(yùn)行維護(hù)水平、自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行等都有很大關(guān)系。對(duì)于煙塵排放要穩(wěn)定達(dá)到特別排放限值20mg/m3的要求，設(shè)計(jì)上留出5～10mg/m3裕度，運(yùn)行上再考慮5mg/m3左右的裕度也是正常的。從現(xiàn)實(shí)來(lái)看，為確保達(dá)標(biāo)運(yùn)行，很多電廠實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)低于排放標(biāo)準(zhǔn)限值要求。近幾年，煤炭產(chǎn)能過(guò)剩為部分電廠通過(guò)改善煤質(zhì)達(dá)到更低排放要求提供了基礎(chǔ)條件。例如，某電廠原設(shè)計(jì)中采用的燃煤硫分在1%以上，近一年來(lái)實(shí)際燃煤硫分為0.6%，即使脫硫裝置不進(jìn)行改動(dòng)也可實(shí)現(xiàn)35mg/m3的“超低排放”要求。這種情況在國(guó)際上也具有普遍性，如日本對(duì)重點(diǎn)地區(qū)燃煤裝置設(shè)定的煙塵排放限值為50mg/m3，但電廠在實(shí)際運(yùn)行中的排放濃度遠(yuǎn)小于此值。
因此，一些企業(yè)開(kāi)展了大量技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)備改造(增設(shè))和運(yùn)行優(yōu)化工作，本質(zhì)上也是為確保電廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)留有正常裕度，當(dāng)濃度限值越嚴(yán)時(shí)，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)越難，留有的相對(duì)裕度就應(yīng)越大。
“超低排放”效果辨析
根據(jù)我國(guó)環(huán)保法對(duì)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)制定的要求和國(guó)際通用規(guī)則，評(píng)價(jià)“超低排放”效果應(yīng)涉及環(huán)境質(zhì)量影響、經(jīng)濟(jì)代價(jià)、技術(shù)影響3個(gè)方面。
環(huán)境質(zhì)量影響辨析
2012年，在治理霧霾的強(qiáng)大壓力下，《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095—2012)修訂頒布，PM2.5成為重要評(píng)價(jià)內(nèi)容。此后，GB13223—2011中提出的特別排放限制要求也在環(huán)境保護(hù)部的要求下開(kāi)始實(shí)施。只要嚴(yán)格執(zhí)行GB13223—2011及特別排放限值，電力行業(yè)大氣污染物排放總量會(huì)大幅度下降。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)和中電聯(lián)報(bào)告顯示，我國(guó)火電廠大氣污染物年排放峰值分別為:煙塵，1980年左右，約400萬(wàn)t;SO2，2006年，約1350萬(wàn)t;NOx，2011年，約1000萬(wàn)t。根據(jù)2014年全國(guó)現(xiàn)有燃煤電廠情況初步測(cè)算，如果達(dá)到GB13223—2011以及國(guó)家環(huán)保部特別排放限值的要求，全國(guó)火電廠煙塵、SO2、NOx排放量將分別由2013年的142萬(wàn)t、780萬(wàn)t、834萬(wàn)t下降至49萬(wàn)t、297萬(wàn)t、182萬(wàn)t。在我國(guó)電煤消費(fèi)量是美國(guó)2.4倍的情況下，相關(guān)污染物排放量將低于美國(guó)2013年水平(電力SO2排放382萬(wàn)t、NOx排放226.8萬(wàn)t，數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)能源信息署EIA網(wǎng)站)。由于測(cè)算時(shí)是按照排放限值上限估算的，考慮到嚴(yán)格執(zhí)法環(huán)境下裕度的存在，其實(shí)際排放量還應(yīng)更低。
以2014年全國(guó)燃煤電廠燃煤量、煤質(zhì)為基準(zhǔn)，以單機(jī)60萬(wàn)kW典型機(jī)組參數(shù)為參照，經(jīng)初步測(cè)算，與達(dá)標(biāo)排放限值相比，達(dá)到“超低排放”情況下，全國(guó)燃煤電廠每年煙塵、SO2、NOx3項(xiàng)污染物排放量可以再削減132萬(wàn)t左右，其中煙塵量可下降10萬(wàn)t左右。132萬(wàn)t污染物排放量相對(duì)于全國(guó)數(shù)千萬(wàn)噸計(jì)的大氣污染物來(lái)說(shuō)，所占比重很小，而且由于電廠屬于高煙囪排放且分布在全國(guó)各地，對(duì)環(huán)境質(zhì)量影響的分擔(dān)率要大大小于排放量的分擔(dān)率，從理論和實(shí)踐上都可以判斷出，其對(duì)環(huán)境質(zhì)量改善的作用相對(duì)較小。
進(jìn)一步分析可知，在電廠煙塵、SO2、NOx3項(xiàng)污染物中，煙塵排放限值濃度要求最低，但相對(duì)于SO2和NOx等形成PM2.5前體的氣態(tài)污染物而言，同等重量的煙塵對(duì)環(huán)境中PM2.5的貢獻(xiàn)可能更低，這是因?yàn)闅鈶B(tài)污染物在轉(zhuǎn)化后形成的顆粒物的質(zhì)量要大于原有質(zhì)量(要視大氣化學(xué)轉(zhuǎn)化率而定)。如果認(rèn)為電廠煙塵是PM2.5而忽視氣態(tài)污染物，將達(dá)標(biāo)排放時(shí)的除塵效率由99.9%再提高0.05個(gè)百分點(diǎn)，實(shí)際上是“抓小放大”。要針對(duì)具體環(huán)境問(wèn)題，在煙塵、SO2、NOx排放控制的投入和創(chuàng)新上做具體分析，尋找投入與產(chǎn)出比更好的改造方式。當(dāng)前，燃煤電廠細(xì)顆粒物治理面臨的主要問(wèn)題不是進(jìn)一步降低煙塵排放濃度，而是要解決好“石膏雨”、氣溶膠排放、氮逃逸產(chǎn)生的細(xì)粒物等問(wèn)題。解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵既不是要提高多少除塵效率，也不是要進(jìn)一步提高多少NOx脫除效率，而恰恰是需要在合適的排放標(biāo)準(zhǔn)下，對(duì)脫硝、脫硫、除塵技術(shù)和裝置進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。
經(jīng)濟(jì)性辨析
剛完成達(dá)標(biāo)排放改造的在役機(jī)組是否應(yīng)大面積推進(jìn)“超低排放”改造，是研究經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題的關(guān)鍵。因此，應(yīng)以邊際成本，即減排單位污染物的成本和單位電量成本增量的變化，來(lái)評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)性。
根據(jù)國(guó)家電價(jià)政策，針對(duì)不同條件的電廠，當(dāng)污染物排放濃度達(dá)到煙塵20(或30)mg/m3、SO250(或100、200、400)mg/m3、NOx100(或200)mg/m3時(shí)，每kW˙h上網(wǎng)電量的電價(jià)分別增長(zhǎng)脫硫0.015元、脫硝0.01元、除塵0.002元，共計(jì)0.027元。以0.027元的電價(jià)增量就支撐了達(dá)標(biāo)排放和達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。而對(duì)于“超低排放”，從媒體報(bào)道來(lái)看，其成本大致需要在2.7分/(kW˙h)的基礎(chǔ)上再增加0.005～0.02元/(kW˙h)。與達(dá)標(biāo)排放相比，如此大的代價(jià)解決的問(wèn)題只是錦上添花，折算到每千克污染物減排的邊際成本為12～60元。相對(duì)于全社會(huì)3項(xiàng)污染物大致0.5～2元/kg的治理成本來(lái)說(shuō)，要高出1～2個(gè)數(shù)量級(jí)(根據(jù)排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)比較)。需要說(shuō)明的是，該3項(xiàng)大氣污染物實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放需增加0.027元/(kW˙h)電價(jià)成本的估算結(jié)果是偏低的，不足以彌補(bǔ)企業(yè)實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放增加的成本，包括企業(yè)為確保穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放而留有必要設(shè)備和運(yùn)行裕度所增加的成本。但是，這并不影響真正實(shí)現(xiàn)“超低排放”時(shí)邊際成本過(guò)高的結(jié)論。至于燃煤電廠實(shí)現(xiàn)“超低排放”增加0.02元/(kW˙h)成本要比采用燃機(jī)發(fā)電增加0.2元/(kW˙h)成本合算的說(shuō)法，從企業(yè)來(lái)看是合情合理的;但從全社會(huì)、從不同能源品種功能、從二氧化碳減排來(lái)看，并不一定合理，這種比較是片面的，如果成為決策也是失當(dāng)?shù)摹?
技術(shù)影響辨析
從實(shí)現(xiàn)“超低排放”的燃煤電廠來(lái)看，改造措施主要分為以下3類:一是對(duì)已有技術(shù)和設(shè)備的潛力進(jìn)行挖掘、輔機(jī)改造、系統(tǒng)優(yōu)化，如對(duì)脫硫除霧器、電除塵器電源和電極進(jìn)行改造;二是設(shè)備擴(kuò)容，增大裕度或者是將原來(lái)過(guò)小的裕度恢復(fù)正常，如增加脫硫塔或其噴淋層、增加脫硝催化劑層數(shù)、增加濕式電除塵器等;三是采用熱值高、灰分低、硫分低的優(yōu)質(zhì)煤。
在“超低排放”的推進(jìn)過(guò)程中，一方面促進(jìn)了環(huán)保設(shè)備質(zhì)量的提高，一些長(zhǎng)期致力于技術(shù)創(chuàng)新和降低費(fèi)用、提高設(shè)備可靠性的環(huán)保企業(yè)得到了新的發(fā)展，如在采用低費(fèi)用技術(shù)解決“石膏雨”和提高除塵效率等方面取得了良好效果。另一方面，一些技術(shù)上的問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)。例如，現(xiàn)有煙塵監(jiān)測(cè)方法的絕對(duì)誤差數(shù)值已經(jīng)大于“超低排放”數(shù)值要求;再如，為實(shí)現(xiàn)NOx“超低排放”而增加一層催化劑，導(dǎo)致系統(tǒng)阻力、空氣預(yù)熱器阻力提高，SO2向SO3的轉(zhuǎn)化率上升，氣溶膠排放增加，導(dǎo)致氨逃逸增大、腐蝕及堵塞現(xiàn)象增加等;又如，濕式除塵器技術(shù)幾十年前就已經(jīng)成熟并廣泛應(yīng)用，但是在電力系統(tǒng)應(yīng)用不多，我國(guó)“超低排放”的推進(jìn)大大刺激了國(guó)外濕式電除塵技術(shù)設(shè)備的引進(jìn)和我國(guó)一些公司的技術(shù)創(chuàng)新，同時(shí)也造成了競(jìng)爭(zhēng)混亂、良莠不齊的現(xiàn)象，出現(xiàn)了濕式電除塵器極板材料選擇不當(dāng)進(jìn)而造成過(guò)快腐蝕的情況。此外，大部分“超低排放”改造方式增加了能耗，如某600MW機(jī)組在進(jìn)行脫硫改造時(shí)，增加了一個(gè)吸收塔，造成脫硫系統(tǒng)阻力增加1000Pa，電耗增加3800kW，增加廠用電0.5～0.6個(gè)百分點(diǎn)。
結(jié)論及建議
(1)雖然“超低排放”在特定電廠、特定條件下短時(shí)間內(nèi)是可行的，但缺乏科學(xué)、公正、嚴(yán)格的第三方檢驗(yàn);同時(shí)，從企業(yè)采用的技術(shù)及設(shè)備來(lái)看，“超低排放”可以認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的一種方式;從現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備支撐來(lái)看，真正實(shí)現(xiàn)“超低排放”仍然存在很大困難，且一些新出現(xiàn)的問(wèn)題并未得到很好解決;若不計(jì)成本，“超低排放”可以實(shí)現(xiàn)，但從成本-效益角度分析，其必要性值得認(rèn)真商榷。
因此，應(yīng)繼續(xù)堅(jiān)持以GB13223—2011作為我國(guó)燃煤電廠大氣污染物排放監(jiān)管的法定依據(jù)，同時(shí)積極鼓勵(lì)企業(yè)為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放而進(jìn)行各種技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新。
(2)若要強(qiáng)制推進(jìn)“超低排放”，則首先應(yīng)由國(guó)家環(huán)保行政主管部門、宏觀經(jīng)濟(jì)及價(jià)格管理部門、電力行業(yè)行政主管部門聯(lián)合組織獨(dú)立的第三方機(jī)構(gòu)，對(duì)“超低排放”系統(tǒng)性問(wèn)題進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估內(nèi)容包括:“超低排放”的概念及應(yīng)用范圍;“超低排放”的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益及其對(duì)技術(shù)的影響;系統(tǒng)及設(shè)備的可靠性、資源節(jié)約、防止二次污染等特性。評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)包含能體現(xiàn)其本質(zhì)屬性的指標(biāo)，如環(huán)境質(zhì)量改善率、單位電量增加成本、單位污染物減排邊際成本、設(shè)備可靠性等。根據(jù)評(píng)估目的和對(duì)象的不同，確定系統(tǒng)或設(shè)備驗(yàn)收所需的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間要求。
(3)在評(píng)估報(bào)告未確定前，“超低排放”不應(yīng)進(jìn)入排放標(biāo)準(zhǔn)，不應(yīng)作為環(huán)境影響審批的依據(jù)，但可以作為企業(yè)自愿或者與政府間的一種協(xié)議。
(4)對(duì)已經(jīng)由政府部門要求實(shí)施的“超低排放”改造，應(yīng)綜合考慮環(huán)境改善的效果和投資情況來(lái)補(bǔ)償改造成本;對(duì)達(dá)到“超低排放”的新建電廠，應(yīng)按新的電價(jià)機(jī)制執(zhí)行。
(5)燃煤電廠煙塵排放濃度已經(jīng)很低，對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響很小，且由于燃煤電廠運(yùn)行和煙氣排放系統(tǒng)自身的特性，即便有更準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)方法和設(shè)備，也難以解決整個(gè)系統(tǒng)誤差大的問(wèn)題，沒(méi)有必要為了更準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)到每立方米幾毫克的煙塵采用更高經(jīng)濟(jì)代價(jià)的監(jiān)測(cè)設(shè)備。
(6)對(duì)現(xiàn)行火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)的排放限值、取樣時(shí)間等進(jìn)行修改，建議用小時(shí)平均的兩倍值及月均值是否超標(biāo)進(jìn)行考核。
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