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                  王志軒:消除煙囪“白煙”是舍本求末得不償失

                  時間:[2020-02-18 ] 信息來源:中國電力企業聯合會
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                    在全國人民抗擊新型冠狀病毒肺炎的特殊時期,有關春節期間引起嚴重霧霾天氣原因的分析文章在新媒體大量傳播。仔細一看,一些具有顯著誤導性文章(論點)卻只是換了個標題老調重談,就像換了個馬甲又重現江湖。這些文章發布是否合乎時宜,讀者自有評判,但如果不正本清源,必然會對社會產生不良影響。簡要歸納這些文章有一個集中指向,把霧霾成因說成是主要由火電廠濕法脫硫后排放的濕煙氣(簡稱“白煙”或者“有色煙羽”)所為,進而極力鼓吹“消白”,并推薦、宣傳相應的技術或公司。就文章的寫法和內容不難看出有以下顯著特點:一是先把自己打扮成環保專家,講一些似是而非的道理,以偏概全、移花接木,把復雜的霧霾形成問題簡單化、單一化成“白煙”所為。二是污名化中國火電廠污染控制成就,認為花費巨大經濟代價沒有相應效果,指責政府管理不力;三是把中國對火電廠的污染控制技術路線與發達國家對立起來,造成了中國不如國外的假象,順便給電力行業戴上一頂行業保護的帽子并貼上只講經濟效益不重視環保的標簽;四是推薦技術設備,并宣稱取得了“輝煌”業績,造成環保技術唯我獨尊的假象。近日,有五位專家接受媒體采訪集中解答了污染成因的一些問題,對以上部分問題起到了一定正本清原的作用。但是從發電行業看,以一個長期從事電力環保專業者來看,還有一些問題必須進一步澄清,有些“鍋”電力行業、電力環保人不背!

                  電力結構調整成效顯著

                    電力結構向清潔低碳發展。截至2018年底,全國發電裝機容量190012萬千瓦。其中,水電35259萬千瓦、火電114408萬千瓦(其中煤電100835萬千瓦),核電4466萬千瓦,并網風電18427萬千瓦,并網太陽能發電17433萬千瓦。2018年,全國全口徑發電量69947億千瓦時。其中,水電12321億千瓦時,火電49249億千瓦時(其中煤電44829億千瓦時),核電2950億千瓦時,并網風電3658億千瓦時,并網太陽能發電1769億千瓦時。2018年,全國非化石能源發電裝機容量占全國發電總裝機容量的40.8%,非化石能源發電量占全口徑發電量的30.9%。

                    火電裝機占比60.2%、發電量占比70.4%(煤電裝機占比53.1%、發電量占比64.1%;燃氣發電裝機占比10.5%、發電量占比4.4%)。中國30萬千瓦及以上火電機組裝機容量占全國火電裝機容量的比重由1978年的3.8%提升至2018年的80.1%,火電單機100萬千瓦及以上容量等級機組從無到占比達10%。2018年,全國6000千瓦及以上火電機組供電標準煤耗307.6克/千瓦時,比1978年的471克/千瓦時下降了163.4克/千瓦時;單位發電量耗水量由2000年的4.1千克/千瓦時降至2018年的1.23千克/千瓦時,降幅約70%;與世界主要煤電國家相比,在不考慮負荷因素影響下,我國煤電效率與日本基本持平,總體上優于德國、美國。

                  電力大氣污染物排放控制成效巨大

                    煤電煙塵排放量由1978年約600萬噸,降至2018年的21萬噸左右,下降超過96%;二氧化硫排放量由2006年峰值1350萬噸,降至2018年的99萬噸左右,比峰值下降約93%;氮氧化物排放量由2011年峰值1000萬噸左右,降至2018年的96萬噸左右,比峰值下降約90%。2018年與1978年相比,污染排放強度即單位發電量煤電煙塵(顆粒物)、二氧化硫、氮氧化物排放量,分別由約26、10、3.6克/千瓦時,下降到0.04、0.20和0.19克/千瓦時,這一水平達到世界領先水平。由1圖可以看出,隨著火電發電量的增長,污染物排放量呈現先升后降,并在近10多年來加快下降,表明了我國污染控制技術的不斷進步和力度不斷強化。

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                  圖1  中國火電廠發電量和大氣污染物排放量年際變化

                  污染控制水平達世界先進,對環境的質量的影響極大改善

                    衡量污染控制水平首先是排放標準的對比。中國對火電廠大氣污染物排放控制的污染因子主要為煙塵(顆粒物)、二氧化硫、氮氧化物3項,這與全世界對燃煤電廠的控制要求是相同的。法定控制要求主要通過大氣污染物排放標準來約束。從1974年有國家排放標準以來,國家火電廠大氣污物排放標準又經歷了四次制定和修訂,現行的標準是2011修訂的。標準變化的過程就是不斷嚴格污染物控制的過程,標準的修訂頻次在世界上是最高的,標準的要求的限值及考核要求(以小時濃度均值考核)在世界上也是最嚴的。在實際執行過程中,國家有關部門通過制定超低排放文件,對大部分電廠提出的要求比國家排放標準要求更嚴。

                    火電廠排放的污染物對大氣環境質量的影響主要有直接影響和間接影響。直接影響是指由生產工藝過程中產生的煙塵、SO2、NOx等污染物(一次污染物),經過環保設備排放到環境后,經大氣擴散、稀釋對受影響的地區在一定時間段內,增加了空氣中污染物濃度的現象;間接影響是指排放的一次污染物或者在治理過程中產生的新污染物(二次污染物)在大氣中發生大氣化學反應又生成了新的污染物或者一次、二次污染物通過物理凝聚形成新的污染現象。顯然,要做到有效控制污染必須從減少一次、二次污染兩方面著手、不論從大氣污染控制理論還是實踐看,燃煤電廠核心和首要問題是減少一次污染物排放,同時,在選擇污染控制工藝時必須考慮減少二次污染物的產生。可以說,幾十年來,中國火電廠大氣污染物控制的歷史和實踐就是一部不斷減少一次污染排放和限制二次污染產生和排放的歷史。從主流燃煤發電工藝和煙氣治理工藝特性看,燃煤電廠排放的煙氣中的顆粒物幾乎全為PM10,且其中PM2.5所占比重較大。如,國電環境保護研究院對長三角地區6個有代表性的燃煤電廠排放的煙塵、PM10和PM2.5進行了實測,結果表明:受檢燃煤電廠的煙氣經過靜電除塵器和石灰石-石膏濕法脫硫后,PM10和PM2.5的占比分別為87.54%~95.90%,41.22%~50.31%,平均為91.57%和46.14%。近年來,火電廠大規模提高除塵、脫硫、脫硝裝置的效率,使電力行業一次污染物煙塵、SO2、NOx的排放總量和單位發電量排放量不斷下降,極大降低了一次污染物的直接影響并減少了形成二次污染的機會,這一點從我國酸雨程度的改善就可以得到證明;同時,通過污染治理工藝的選擇和技術措施以及技術規范性的限制等,盡量減少新形成的二次污染。據生態環境部公布,截至2019年底,全國實現超低排放的煤電機組約8.9億千瓦。中國火電廠大氣污染物控制技術與管理水平已處于世界先進行列,大幅削減了常規大氣污染物排放,對改善大氣環境質量發揮了重要作用。

                    需要強調是,中國火電廠大氣污染物控制的排放標準要求、控制的技術措施等,是充分吸收了全世界大氣污染控制經驗而形成的,其關鍵技術、核心設備也是先從發達國家引進逐步形成自有知識產權技術的,工藝路線具有高度的同源性和可比性。如選擇石灰石濕法脫硫技術、取消GGH等也是在汲取了美國等發達國家的經驗,結合中國的教訓和經驗,經過充分論證來推進的。根本不是一些人主觀臆測電力行業為了少花錢而取消的。

                  全面開展火電廠濕煙羽控制是盲目措施

                    2017年以來,全國多地相繼出臺一些地方標準和行政文件,規定對主要工業源排放濕煙羽顏色、溫度和措施進行控制。如,不同地方環保部門規定“燃煤發電鍋爐應采取煙溫控制及其他有效措施消除石膏雨、有色煙羽等現象”,再如 “燃煤鍋爐應采取相應技術降低煙氣排放溫度,通過收集煙氣中液滴和飽和水蒸氣中水分的方式,減少溶解性鹽類和可凝結顆粒物的排放”,還有“位于環境空氣敏感區的燃煤電廠應采取煙溫控制或其他有效措施消除石膏雨、有色煙羽等現象”等 。系統分析這些要求,結合一些發表的言論,對消除煙羽問題提出幾點上人看法。

                    一是對濕煙羽形成和影響認識不清,判據缺乏嚴謹性。火電廠的產生濕煙羽是由于普遍采用的濕法脫硫工藝(脫硫出口煙氣一般為處于飽和或接近飽和狀態,煙氣溫度一般在45~52℃)后,煙氣經煙囪排放到大氣中,與溫度相對較低的環境空氣接觸而冷凝及凝結,所形成的大量霧狀水汽對光線產生折射、散射,因天空背景色和天空光照、觀察角度等原因發生顏色的細微變化,通常呈現出白色、灰(白)色或藍色等。其中,“白色煙羽”較為常見,飽和濕煙氣直接經煙囪進入大氣環境,遇冷凝結成微小液滴而產生,對于治理設施質量合格的超低排放機組來說,其成分以水霧為主,污染物濃度很低,對環境質量無直接影響,屬視覺污染。“灰(白)色煙羽”是在較暗光線下,光線經大量霧狀水汽或反射或折射,視覺上感覺“發暗、發黑”,當然也不排除是由于除塵效果不好所致。“藍色煙羽”可能是煙氣中主要含有以三氧化硫/硫酸氣溶膠為代表的可凝結顆粒物在濃度較高時形成,此種情況很少,根據發電企業測試數據,燃煤硫分約1.5%的超低排放電廠,煙氣中三氧化硫濃度已經降至5 mg/m3左右,其它溶解鹽含量一般在1 mg/m3左右;而其它燃用更低硫分煤炭的電廠,三氧化硫排放已到1 mg/m3以下。同時,濕煙羽也會發生在燃用含水量較高的褐煤電廠;更會體出現在機械式濕式除塵器如在上世紀八九十年代火電廠普遍采用的文丘里濕式除塵器上。

                    不同地方環保機構對數點濕煙羽的看法和治理要求并不統一,有的將“白色煙羽”“灰色煙羽”“藍色煙羽”統稱為“有色煙羽”,有的則認為治理濕煙羽只是針對“消白”。由于認識上不一致,所以提出“觀測法”和“排煙溫度法”不同的判定依據缺乏嚴謹性。如,“觀測法”要求觀察者在觀測條件下未見明顯有色煙羽即可視為有色煙羽消除,但在執法中存在一定干擾因素,如,光線、觀察角度、觀察者主觀判斷等;而“排煙溫度法”針對不同控制措施、季節等提出排煙溫度限值,通過煙氣在線監測系統(CEMS)可監管排煙溫度,但“顏色”“控溫”與“環境質量”不存在對應關系,因此也無法有效反映濕煙羽控制效果。圖2中的3張圖是我在內蒙古一個電廠所攝,電廠環保設施穩定運行,全部滿足環保要求,但煙流在不同光線、不同時間、不同角度下呈現不同顏色。實際上生活常識告訴我們,即便是云有時是“白云”有些則是“烏云”有時更是“彩霞”。

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                  圖2  同一個電不同時間的煙流顏色

                    二是治理措施及效果與環境質量脫節。現行火電企業實施的濕煙羽治理措施,本質上是通過調整煙氣溫度、濕度改變煙氣排入環境后水汽凝結狀態,主要目的還是消除“白色煙羽”視覺影響。其中,煙氣加熱消白的方式并不能削減煙氣中已有污染物排放,相反煙氣加熱需要消耗能量,增加能源消耗,這意味著總體上增加了污染物排放;煙氣冷凝消白的方式(包括煙氣冷凝再熱方式)通過回收煙氣中凝結水對減少煙氣中污染物排放有一定效果,但在普遍實現煙氣超低排放情況下這種效果有限,對改善環境空氣質量收效甚微。有的地方執法部門甚至規定只要電廠加裝了消白裝置并連續運行則可以免予監督,不管是否有消白效果,顯然是為做工程而行政執法。可以看出,火電廠濕煙羽治理本質上與改善環境質量無關,從政策目標、監管要求和治理措施上看,僅能起到消除視覺影響的作用。

                    三是濕煙羽治理措施對原有設備或系統造成影響,增加系統運維潛在風險。據已完成技改的電廠反映,濕煙羽治理工藝和設備穩定性差,且對生產設備和系統造成多方面影響。如,采用漿液冷凝技術存在影響脫硫系統水平衡問題、換熱器易沖刷磨損造成泄漏問題、泄漏后消除故障難度大工期長問題,影響脫硫系統設備正常運行進而影響脫硫效率問題等,采用管式煙氣換熱器時,存在管束磨損、積灰、腐蝕等問題。

                    四是濕煙羽治理措施投入大、運行成本高,技術經濟性和環境效益差。以目前普遍采用的煙氣冷凝法為例,實施兩臺30萬千瓦火電機組改造,需要投資4000萬元左右,增加運行成本超過1000萬元,同時增加煤耗約1~1.5克/千瓦時。根據電力企業測算,影響濕煙羽改造工程成本經濟性最大因素為機組利用小時數,其次為工程靜態投資,電價和水價也有一定的影響。根據中電聯統計,以2018年為估算年份,天津、上海、河北等已實施濕煙羽治理政策的地區中,涉及燃煤機組約4.5億千瓦,按照典型濕煙羽技術改造工藝,估算改造投資費用約320~680億元,年增加運維費用約120億元。同時,增加標準煤消耗約230~600萬噸,相當于向大氣多排放煙塵、二氧化硫、氮氧化物累計約3200~8400噸,還增加二氧化碳排放量約600~1500萬噸。隨著可再生能源發電比例的不斷提升,火電廠靈活性改造將持續推進,煤電利用小時數將難以提高,“消白”的成本將會進一步增大。從全社會來看,這些大量的投資最終必然要傳導到全社會層面成為全社會成本。在燃煤電廠普遍實現超低排放基礎上再進行消除濕煙羽,總體上是盲目的、得不償失。

                    五是濕煙羽政策制定隨意性大,與法律要求相抵觸。根據《環境保護法》,省級地方人民政府可以制定比國家排放標準要求更嚴的污染物排放標準,但也明確規定污染物排放標準要依據環境質量標準和經濟技術條件來制定。對于濕煙羽治理問題,在沒有足夠科學論證下,不能隨意給企業設定要求,且大面積實施。同時,《行政許可法》也明確規定,政府不得任意改變已經生效的行政許可,即便是為了環境保護要求變更許可,但要對企業造成的影響給予補償。更為重要的是,對企業許可的應當是規定達到的治理效果,而不是直接規定企業應當采取的具體措施。顯然,消除濕煙羽的有關規定性要求與法規要求是抵觸的。

                  政策建議

                    一是科學認識濕煙羽的基本問題。濕煙羽對環境影響的基本問題應當是可知、已知范圍的事情,現在主要的問題是要防止有些人把小問題甚至是沒有的問題用極端語言,亂扣帽子的方式放大成大問題;把個別技術問題放大成社會問題;把不確定性問題放大到既成事實的問題。

                    二是運行好現有環保設施,減少二次污染物的產生。值得注意的是,為達到嚴苛的氮氧化物超低排放要求,一些電廠在脫硝裝置中增加催化劑用量,提高了三氧化硫轉化率及排放;運行中增加還原劑氨噴入量,造成過量氨逃逸;機組和煙氣治理系統運行協調不好,也會造成一部分氨鹽、三氧化硫以氣溶膠態排放到空氣中形成藍色或者黃色煙羽;此外,個別電廠的脫硫塔中除霧器存在設計、制造、運行等問題,除霧效率達不到設計要求,經煙囪排入大氣時白色煙羽加濃,甚至煙囪周圍有“石膏雨”現象。但此類問題的產生屬于污染治理系統設計、運行或管理不當造成的二次污染問題,應加強對這些電廠的監管,不斷優化工藝系統。但要認識到,這些問題非濕煙羽“原生”問題,也是極個別電廠非典型問題,不宜籠統劃歸為濕煙羽問題,更不宜盲目變成普遍性、強制性的政策要求。從現有的技術和設備的基本情況看,只要按技術要求控制好氨逃逸,運行好除霧器,白色或者有色煙羽不會成為形成霧霾的原因,更不會對環境造成不可接受的影響。

                    三是進行評估和執法檢查。對已完成濕煙羽技改的典型電廠開展系統性評估,應考慮環境、技術和經濟等因素提出綜合性評估結論。執法檢查不僅檢查企業執行法律情況,也應檢查地方政府出臺相關要求是否符合法定要求的情況。應進一步明確地方政府制定污染物排放標準的基本條件,防止出現不科學、損害企業合法權益的要求的情況。國家環境行政主管部門在對地方污染物排放標準備案時(環保法要求)應當發揮必要的監督作用。

                    四是建議對先行試點濕煙羽治理的發電企業給予適當政策補償。濕煙羽治理政策是對現有火電企業環保行政許可的變更,根據相關法律法規,應對按地方政府要求進行濕煙羽治理的發電企業給予經濟補償。在堅持依法治理污染的同時,依法維護企業的合法權益。

                    五是加強宣傳,提高公眾對火電廠污染物治理情況的知情度。火電行業在環保管理和污染物控制方面開展了大量工作,但成效并不為公眾所了解,在一些誤導性信息的宣傳下,很多人認為只要是電廠煙囪排放出來的(包括“白煙”)都是污染,分不清煙囪和冷水塔排放水氣的情況具有普遍性。建議有條件的火電廠實行“開放日”,鼓勵附近居民走進電廠,了解電廠環保,減少誤解。行業組織及政府部門也應加強火電廠環保成效的科普宣傳,提高公眾對火電廠污染物治理認知。 

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