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超低排放电厂不需要治理“白色烟羽”

发布日期:2020-02-25 13:16

来源:中国环境新闻

作者:童克难  于昊天

编辑:宋思达

      疫情期间经历了重污染天气,一个老话题又引起了业内人士的热烈讨论——电厂的“烟羽”有没有必要“消白”?对雾霾的形成到底有没有影响?

      说是老话题,是因为在此之前就有不同声音。而在2019年10月印发的《京津冀及周边地区2019-2020年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》中则规定:对稳定达到超低排放要求的电厂,不得强制要求治理“白色烟羽”。

监管部门已有明确要求,但依然有部分人认为“白色烟羽”(这里泛指,后面会解释可凝结颗粒物)是雾霾的成因之一,需要解决。   

      为了解其中缘由,记者采访了相关专家。

                                                                           电厂为什么会冒白烟?

      讨论“白色烟羽”之前,首先让我们了解一下燃煤电厂的工作原理。

      简单来说,燃煤电厂是先将燃料——也就是煤,燃烧产生的化学能转化为机械能,再通过发电机转化为电能。

                                                                                     图片来自网络

      煤被用作燃料燃烧会产生二氧化硫、氮氧化物和烟尘等大量污染物,为防治其污染周边环境,在排放之前必须按照相关标准进行去除。从工艺流程来说,主要包括脱硫、脱硝和除尘三个步骤。

                                                                                    图片来自网络

      除了监测数据,从感官上我们也可以对污染物的去除有一个大致判断。没有除尘的烟囱,排出的烟气如下图所示(示意图,非电厂烟囱):

                                                                                  图片来自网络

        目前国内火力发电厂烟气脱硫技术主要以湿法脱硫为主。在脱硫过程中,烟气温度可达45℃—52℃,所含水汽处于饱和状态。这些烟气排放时与温度相对较低的外环境空气接触而冷凝,所形成的大量雾状水滴对光线产生了折射或散射。由于天空背景色和天空光照、观察角度等因素发生了颜色的细微变化,通常呈现出白色、灰白色等。其中,“白色烟羽”较为常见。

   “白色”与污染物是否有直接联系?一个例子可以说明:再干净的水用水壶烧开,从壶嘴都会冒“白烟”。所以,“白色”并不是衡量污染物多少的标准。

                                                                                     图片来自网络

   “对于环保治理设施合格的超低排放机组来说,烟羽的成分以水雾为主,污染物浓度很低,对环境质量没有直接影响,属于视觉污染。” 中国电力企业联合会副理事长王志轩说。

为什么不用担心实现了超低排放的电厂?这要从大气污染物排放标准说起。

      2011年,我国出台了史上最严的火电厂大气污染物排放标准《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011)。

      2014年,《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020)》与《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》等重磅文件接连印发,要求燃煤电厂实施超低排放。

      也就是说,目前燃煤电厂烟气中的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物的排放限值比全世界最低的标准限值都要低,已经接近了燃气电厂污染物排放水平。

                                                              燃煤锅炉改造要求为在基准氧含量6%的条件下达标

                                                                                  制图:于天昊

      说清楚了超低排放的污染物控制水平,消除了疑虑,我们再说回“消白”。

      不谈具体的工艺,“消白”的物理原理就是通过加热方式提高烟气温度,让水汽处于高度不饱和状态,使气态水进入大气后不会因为温度降低而形成小水滴。这个过程,必然有能量的消耗。

      所以,如果仅从“消除视觉污染”的角度来看,单纯通过加热消除“白色烟羽”中的雾状小水滴是劳民伤财,对此业内人士的观点碰撞得并不激烈。

                                                                          可凝结颗粒物要控制吗?

      争议的一个焦点,是有业内人士指出“白色烟羽”中的可凝结颗粒物(CPM)是造成雾霾的“元凶”。消除“白色烟羽”的概念与“消除CPM”并不相同,治霾的主要目的是消除CPM。

      美国环境署(EPA)对CPM的定义为:该物质在烟道温度状况下在采样位置为气态,离开烟道后在环境状况下降温数秒内凝结成为液态或固态,该类物质通常以冷凝核的形式存在,空气动力学直径小于1μm,属于微细颗粒物。

      简单说,就是CPM排入大气后就是PM2.5,而PM2.5是产生雾霾的主要原因。

   “从雾霾的成因角度来说,控制CPM无可厚非,比如CPM为50毫克每立方米时,按照80%的去除率,每立方米就可以减少40毫克的CPM。但对于已经稳定达到超低排放的电厂来说,由于排放烟气中的CPM浓度很低,这个措施就得不偿失了。” 国电环境保护研究院院长朱法华表示。

      清华大学、国电科学技术研究院有限公司等单位对京津冀地区的14座燃煤电厂烟气中的CPM按照美国EPA规定的标准方法(Method 202)进行了检测,结果表明14座燃煤电厂石灰石-石膏湿法脱硫入口的CPM平均值为13.38毫克每立方米,脱硫出口为6.68毫克每立方米,对外排放的平均值为5.62毫克每立方米。

      除此之外,朱法华还分享了另一组数据:整理上海市环境监测中心和中国环境科学研究院等单位对上海、陕西、山西、新疆、浙江等省(区、市)的13台超低排放燃煤机组CPM的监测结果,得出其平均值为10.20毫克每立方米,最大值为19.86毫克每立方米。清华大学环境学院邓建国等人对国内5座超低排放电厂可凝结颗粒物的测试,结果均小于2毫克每立方米。

   “按照全国燃煤电厂烟气中CPM的平均排放水平按10毫克每立方米考虑,每年排放的CPM总量大约只有12万吨,占全国PM2.5的总量不及1%,影响微乎其微。”朱法华说。

      除了朱法华,也有业内人士对钢铁以及其他行业的可凝结颗粒物进行了研究和测试,其结果确实远高于实现了超低排放的燃煤电厂。

   “每个行业的生产工艺和烟气治理技术装备水平不同,用其他行业的研究成果类比燃煤电厂的CPM,是没有科学依据的。”朱法华说。

                                                                  要综合考虑经济效益和环境效益

   “依法决策是各级政府必须遵守的准绳。”朱法华表示,《中华人民共和国大气污染防治法》第九条明确规定:“国务院生态环境主管部门或者省、自治区、直辖市人民政府制定大气污染物排放标准,应当以大气环境质量标准和国家经济、技术条件为依据”。

      所以是否进行烟气“消白”,要弄清烟气“消白”污染物的减排效果、对环境的改善效果、经济投入与运行费用、技术可行性及运行可靠性与稳定性等相关问题。

        朱法华介绍说,烟气加热及烟气“消白”过程中的阻力增加一般会提高供电煤耗1-3克每千瓦时。即使在超低排放条件下,也会使相应排放的总PM2.5浓度提高0.6-1.8毫克每立方米。多个实施烟气“消白”的燃煤电厂测试结果表明,超低排放后燃煤电厂的烟气“消白”,边际成本很高,得不偿失。

      朱法华还表示,烟气“消白”单位千瓦的投资一般在70元左右,全国燃煤电厂进行烟气“消白”约需700亿元,每年的运行费用大约在200亿元左右,另外每年还会增加标煤消耗400-1200万吨。

  “需要强调的是,个别三氧化硫排放浓度较高、在晴天烟气呈现蓝色的电厂,烟气是应该深度治理的,如河北某电厂的‘蓝色烟羽’治理,要求治理后三氧化硫排放浓度小于5毫克每立方米,其环境效果就较为明显,但这也不是通过烟气加热去除的。”朱法华强调说。

                                                            电力行业常规污染物大幅下降

  “据生态环境部公布的数据,截至2019年底,全国实现超低排放的煤电机组约8.9亿千瓦。随着技术的提升和标准的提高,我国电力行业的常规污染物已经大幅下降。”朱法华表示。

    截至2017年底,全国已完成超低排放改造的燃煤发电机组容量达7亿千瓦,占煤电总装机容量比例约71%。2017年电力行业排放的二氧化硫、氮氧化物和烟尘分别下降至120万吨、114万吨和26万吨,占全国相应排放总量的比例从高峰时的40%左右下降到10%左右,甚至更低。

     根据“大气十条”终期评估报告,燃煤电厂超低排放改造对长三角、珠三角、京津冀等重点区域细颗粒物(PM2.5)年均浓度下降的贡献分别达到24%、23%和10%。

                                                                                 制图:于天昊

   截至2018年底,全国发电装机容量190012万千瓦,其中火电装机容量114408万千瓦,火电发电量49249亿千瓦时,比未实施超低排放的2013年增长16%,但2018年全国火电烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放量比2013年分别下降了86%、87%、88%,为常规大气污染物的总量减排做出了重要贡献。

      数据显示,我国煤电发电量约占火电发电量的91%,美国煤电发电量约占火电发电量的50%(其余为燃气发电),在这种情况下,2015年以后我国单位火电发电量的烟尘、二氧化硫、氮氧化物的排放量,即排放绩效全面低于美国。

 “这进一步说明我国燃煤电厂的低排放技术与管理水平已处于世界先进行列,对改善大气环境质量发挥了重要作用。”朱法华说。

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