【深度】中国火电大气污染防治现状及挑战

在对中国火电厂大气污染物排放标准的发展历程进行回顾与总结的基础上，分析不同阶段排放标准或要求对中国燃煤电厂大气污染控制技术发展的推动作用及其产生的环境效果，特别是超低排放。目前中国火电行业大气污染物控制处于超低排放阶段，燃煤电厂大气污染防治技术处于国际领先水平，烟尘、SO2、 NOx 三大常规污染物排放浓度实现了燃煤发电与燃气发电基本同等清洁。尽管如此，中国火电环保在 CO2 控制、常规大气污染物进一步减排、湿法脱硫对生态环境的影响、危险废物废弃脱硝催化剂的处置、非常规污染物的控制、烟气治理设施的运行优化等方面仍然面临诸多挑战，提出了需要研发的重点领域及相应目标。

0 引言

改革开放 40 年，中国电力工业得到了快速发展，发电装机容量增长了 30 倍，其中火电装机容量增长约 27 倍[1]，支撑了中国经济年均 9.5% 的增长率。伴随着火电行业的快速发展，中国火电厂大气污染物排放标准日益严格， 2011 年出台了史上最严的燃煤发电排放标准，比发达国家的排放标准还要严，当时普遍认为是不可能实现的。通过几年的努力，中国火电厂不仅能够满足 2011 年的火电厂大气污染物排放标准的要求，而且到2017 年年底已有71% 的煤电机组容量满足了超低排放要求[2]， 在烟尘、 SO2、 NOx 三大污染物排放方面，基本实现了燃煤电厂与燃气电厂同等清洁的目标。

面对目前取得的如此巨大的成绩，多数人认为火电行业的大气污染防治已经走在了世界及国内各行业的前列，可以停一下前进的脚步了。作者在对中国火电厂大气污染物排放标准的发展与国际比较、烟气治理技术发展及减排效果分析的基础上，从国际气候变化的压力、国内大气环境改善的动力、湿法脱硫对生态环境的影响、废弃脱硝催化剂危险废物的处置、非常规污染物控制技术的突破、烟气治理设施运行优化与节能等方面分析了中国火电大气污染面临的挑战，提出中国火电大气污染防治需关注的研发重点。

1 中国火电排放标准的发展与国际比较

中国电力始于 1882 年， 到 1949 年全国发电装机容量仅 184.86 万 kW， 1978 年改革开放之初，全国发电装机容量为 5 712 万 kW[ 3 ]。改革开放40 年，中国电力得到了快速发展，总装机容量从1978 年的 5 712 万 kW 发展到 2017 年的17.77亿kW， 其 中 火 电 装 机 容 量 从 3 984 万 kW 发 展 到11.06 亿 kW[4]。伴随着火电的快速发展，中国火电厂大气污染物排放标准日趋严格，目前已领先世界。

1.1 排放标准的发展

中国火电厂大气污染物排放标准限值的演变经历了以下 7 个阶段[5](详见表 1)，不同阶段制定和修订的火电厂大气污染物排放标准与当时的经济发展水平、污染治理技术水平以及人们对环境空气质量的要求等密切相关。

第一阶段为 1 8 8 2 — 1 9 7 2 年，当时中国经济落后，电力装机容量少，处于无标准阶段。

第二阶段为 1973 年颁布的《工业“三废” 排放标准(试行)》( GBJ 4—1973)，火电厂大气污染物排放指标仅涉及烟尘和 SO2，对排放速率和烟囱高度有要求，但对排放浓度无要求。

第三阶段为 1991 年颁布的《燃煤电厂大气污染物排放标准》( GB 13223—1991)，首次对烟尘排放浓度提出限值要求，针对不同类型的除尘设施和相应燃煤灰分制定不同的排放标准限值。

第四阶段为 1996 年颁布的《火电厂大气污染物排放标准》( GB 13223—1996)，首次增加NOx 作为污染物，要求新建锅炉采取低氮燃烧措施。烟尘排放标准加严，新建、扩建和改建中高硫煤电厂要求增加脱硫设施。

第五阶段为 2003 年颁布的《火电厂大气污染物排放标准》( GB 13223—2003)，污染物排放浓度限值进一步加严。对燃煤机组提出了全面进行脱硫的要求。

第六阶段为 2011 年颁布的《火电厂大气污染物排放标准》( GB 13223—2011)，被称为中国史上最严标准，燃煤电厂不仅要进行脱硫，还要进行烟气脱硝，并对重点地区的电厂制定了更加严格的特别排放限值，并首次将 Hg 及其化合物作为污染物。

第七阶段为 2 0 1 4 — 2 0 2 0 年 的 超 低 排 放 阶段， 2014 年 6 月国务院办公厅首次发文要求新建燃煤发电机组大气污染物排放接近燃气机组排放水平[6]。由此拉开了中国燃煤电厂超低排放的序幕。 2015 年 12 月，环境保护部、国家发改委等出台了燃煤电厂在 2020 年前全面完成超低排放改造的具体方案。

1.2 超低排放要求的推动力

1.2.1 资源禀赋与环境改善的必然要求

根据《 2013 年中国能源统计年鉴》 [7]，中国煤炭探明储量占化石能源储量的 94.2%，中国富煤、贫油、少气的能源储量特征决定了未来一段时间中国很难摆脱以煤炭为主要能源的发展模式。另外，从煤炭使用量来看，中国煤炭使用量逐 年 升 高 ， 2013 年 达 到 28.10 亿 t 标 准 煤 ， 是1978 年 使 用 量 的 6.9 倍 ， 是 1998 年 使 用 量 的2.9 倍，近年来中国煤炭消耗量有所下降， 但 2017年中国煤炭消耗量仍达到 27.31 亿 t。根据《 BP 世界能源统计年鉴》 [8]数据， 2014—2016 年中国煤炭消费量占全球煤炭总量的0.5%~50.7%，意味着全球有一半的煤炭是在中国消耗的，由煤炭燃烧产生的大气污染物对环境空气质量的负面影响，尤其是对灰霾天气的影响不容忽视。因此，为改善中国环境空气质量，迫切需要实现煤炭的高效清洁利用，超低排放是实现煤炭清洁利用的重要手段[9]。

1.2.2 国家层面对超低排放的推动

2011 年，中国颁布了史上最严的《火电厂大气污染物排放标准》( G B 1 3 2 2 3 — 2 0 1 1) [10]，规定了包括燃气轮机组在内的火电厂大气污染物排放限值。因个别特大型城市禁止建设燃煤电厂，面临天然气资源缺乏和电力短缺的双重矛盾， 2012 年“如新建的燃煤电厂达到燃气轮机组的大气污染物排放限值是否可以建设” 的问题在上海市被提出来，进而有电力企业在现有煤电机组上进行了有益尝试。

表 1 火电厂大气污染物排放标准或要求发展历程

2014 年 6 月国务院办公厅印发《能源发展战略 行 动 计 划 ( 2 0 1 4 — 2 0 2 0 年 ) 》 ( 国 办 发[2014]31 号)，首次提出“ 新建燃煤发电机组污染物排放接近燃气机组排放水平” ，由此拉开了中国燃煤电厂“ 超低排放” 的序幕。同年 9 月，国家发改委、环境保护部、国家能源局联合印发《煤电节能减排升级与改造行动计划( 2 0 1 4 —2020 年)的通知》(发改能源[2014]2093 号)。

2015 年 3 月， “ 两会” 通过的政府工作报告中要求“加强煤炭清洁高效利用，推动燃煤电厂超低排放改造” ， “超低排放” 首次正式出现在政府文件中。 2015 年 12 月国务院常务会议决定，在 2020 年前，对燃煤机组全面实施超低排放和节能改造，东、中部地区提前至 2017 年和 2018 年完成。此后，国家发改委出台了超低排放环保电价政策。同月，环境保护部、国家发改委、能源局联合印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》(环发[2015]164 号)，将“燃煤电厂超低排放与节能改造” 提升为国家专项行动，即到 2020 年，全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放(即在基准含氧量 6% 条件 下 ， 烟 尘 、 SO2、 NOx 排 放 浓 度 分 别 不 高 于10、 35、 50 mg/m3)，全国有条件的新建燃煤发电机组达到超低排放水平。