燃煤超低排放的减排潜力及其实施的必要性分析

全文总计 6698 字,阅读时间 17 分钟,快速浏览仅需 4 分钟。

英文标题:Emission Reduction Potential and the Necessity of Implementation about Ultra-low Emission in Coal-fired Sector

内容摘要:基于煤炭消费量估算出我国燃煤大气污染物排放量,并与环境统计数据进行比较,初步得到约有710万吨二氧化硫没有纳入统计年报中,分析来源主要是非主要工业的小锅炉散烧排放。从电力行业和非电行业两方面分析燃煤超低排放的减排潜力,以及两部分不同的减排途径与新技术。进一步分析煤电超低排放的必要性以及相关的政策建议。

关键词:超低排放,减排潜力,大气污染,必要性,燃煤

GB/T 7714-2015 格式引文:[1].燃煤超低排放的减排潜力及其实施的必要性分析.[J]或者报纸[N].环境保护,(20167):42-46

正文内容

  2015年12月2日,国务院常务会议决定2020年之前全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造,大幅降低发电煤耗和污染物排放。会议认为通过加快燃煤电厂升级改造,在全国全面推广超低排放,是推进化石能源清洁化、改善大气环境质量、缓解资源约束的重要举措。但是,目前燃煤电厂耗煤约占49%,其余51%的燃煤也应该进一步实施超低排放,这样才能彻底实现我国“十三五”及更长时期以改善环境质量为核心的环境管理目标。

  燃煤污染物排放现状

  环保部公布的年度大气污染物排放量虽然是代表政府发布的,但是与通过燃煤量测算的大气污染物排放量,仍然存在部分差距,结合当前环境质量现状,文章认为环境统计年报中的排放数据尚没有完全反映实际情况。

  环境统计数据

  根据环保部公布的环境统计年报,2014年我国二氧化硫排放总量为1974.4万吨,同比减少3.4%;氮氧化物排放总量为2078万吨,同比减少6.7%;烟(粉)尘排放总量为1740.8万吨,由于明确将钢铁冶炼、水泥制造烟(粉)尘无组织排放纳入统计年报中,所以同比增加36.2%。

  二氧化硫排放总量中,工业排放为1740.4万吨,占88.15%,工业排放中排在前三位的行业分别为:电力热力生产行业排放为621.2万吨,同比下降13.8%;黑色金属冶炼及压延加工业排放为215.0万吨,同比下降8.5%;非金属矿业制品业排放为208.6万吨,同比增加6.4%。城镇生活排放二氧化硫为233.9万吨。

  氮氧化物排放总量中,工业排放为1404.8万吨,占67.60%,工业排放中排在前三位的行业分别为:电力热力生产行业排放为713.4万吨,同比下降20.5%;非金属矿业制品业排放为291.0万吨,同比增加7.1%;黑色金属冶炼及压延加工业排放为100.9万吨,同比增加1.2%。城镇生活排放氮氧化物为45.1万吨。

  烟(粉)尘排放总量中,工业排放为1456.1万吨,占83.65%,工业排放中排在前三位的行业分别为:黑色金属冶炼及压延加工业排放为427.2万吨,同比增加120.8%;电力热力生产行业排放为272.4万吨,同比增加0.8%;非金属矿业制品业排放为264.5万吨,同比增加2.2%。城镇生活排放烟(粉)尘为227.1万吨。

  燃煤量及二氧化硫排放量估算

  从方法学角度,由于二氧化硫可以通过原煤消费量、煤炭含硫量、行业二氧化硫平均脱除效率、排放因子、物料衡算等综合方法相对较为准确地估算出其排放量,所以选择二氧化硫作为污染因子进行估算,并与环境统计年报中的数据进行比对。

  根据《2014年国民经济和社会发展统计公报》,2014年我国煤炭消费总量首现下降,从2013年的24.8亿吨标准煤下降到2014年的24.7亿吨标准煤,折合我国2014年原煤消费量约为34.6亿吨。

  2013年我国煤炭消费结构,即分行业煤炭消费总量情况见表1。文章以2013年煤炭消费结构为参照,进一步算出主要煤炭消费行业的消费量,见表1。

  以环保部统计的2014年电力行业平均脱硫效率81.60%,黑色金属冶炼及压延加工行业平均脱硫效率40.30%,非金属矿物制品行业平均脱硫效率15.90%为参数基础,同时假设其余工业消费行业脱硫效率为25%,非工业脱硫效率为0,电力行业用煤硫的转化率取0.9,其他行业用煤硫的转化率均取0.8,并假设2014年煤炭平均含硫量1%。可通过物料衡算方法,计算得到2014年全国及主要行业二氧化硫排放量的估算值,见表2。

  没有纳入环境统计的燃煤污染源排放

  比较《2014年环境统计年报》中二氧化硫排放量1974.4万吨,以及根据全社会燃煤量估算得到的二氧化硫排放量2685.9万吨(见表2),可以初步得到约有711.5万吨二氧化硫没有纳入统计年报中,按照估算数据计算约占26%,按照环境统计数据约占36%。

  根据表2分析两方面结果可以得到,工业排放中三大主要行业:电力热力生产行业、黑色金属冶炼及压延加工业、非金属矿业制品业的二氧化硫排放量基本可以认为量级一致,或者可以认为误差在可以接受范围之内,非工业二氧化硫排放也基本一致。差距最大的是非主要工业排放的二氧化硫,也就是说没有被纳入统计年报中的二氧化硫来源主要是非主要工业的小锅炉散烧排放。

  

  燃煤超低排放的减排潜力及实现途径

  燃煤电厂超低排放的减排潜力及减排新技术

  第一,燃煤电厂超低排放的减排潜力。

  根据环保部《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号文),截至2020年,我国燃煤电厂全面实施超低排放,即在基准氧含量6%的条件下,烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10毫克/立方米、35毫克/立方米、50毫克/立方米,经测算单位电量的烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放强度可由2014年的0.23克/千瓦时、1.49克/千瓦时、1.48克/千瓦时分别下降到0.035克/千瓦时、0.123克/千瓦时、0.175克/千瓦时。考虑新增燃煤机组的情况下,根据“十三五”电力发展规划2020年我国燃煤发电量可达到5.8万亿千瓦时,因此,可预测2020年全面实现超低排放后,我国电力行业烟尘、二氧化硫、氮氧化物,排放量可下降到20万吨、71万吨、102万吨,与2014年我国燃煤电厂烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放量相比,可下降92.6%、88.6%、85.7%。

  第二,燃煤电厂超低排放的减排新技术。

  为实现燃煤电厂超低排放,烟尘、二氧化硫、氮氧化物的控制可分别采用以下新技术。

  烟尘控制技术:为达到烟尘排放低于10毫克/立方米,新技术路线可以选择为:电除尘器配高频电源+湿式电除尘器,或电除尘器配高频电源+烟气余热利用系统+湿式电除尘器。除了上述技术路线之外,还可以考虑的高效除尘方案包括:旋转电极式电除尘器、零风速振打清灰、电袋复合除尘器等新技术。

  二氧化硫控制技术:为达到二氧化硫排放低于35毫克/立方米,新技术路线可以选择为:单塔双循环技术、双托盘技术、U形塔(液柱+喷淋双塔)技术、串联接力吸收塔技术、双回路吸收塔技术、旋汇耦合脱硫除尘一体化技术等不同流派。另外在常规的脱硫塔基础上增加喷淋层数量和浆池容量也能增加脱硫效率。例如采用4运1备的方式,以每层脱硫效率65%计算,总效率可达到98.5%。现在运行比较好的控制技术,脱硫效率已经达到99%以上。

  氮氧化物控制技术:为达到氮氧化物排放低于50毫克/立方米,新技术路线可以选择为:炉内低氮燃烧技术+SCR烟气脱硝技术。一方面控制低氮燃烧后的氮氧化物产生浓度;另一方面控制SCR烟气脱硝效率。其中,低氮燃烧技术是该技术路线的核心。要采用最新的低氮燃烧技术,确保低氮燃烧后氮氧化物排放浓度在250毫克/立方米以下。针对SCR烟气脱硝技术中低负荷下的投运问题,可以采用上海外高桥第三发电有限公司的“弹性回热技术”以实现全负荷脱硝,另外两段式省煤器技术、加装省煤器烟道旁路、加装省煤器给水旁路等新技术也能提高低负荷条件下省煤器的出口烟温,保证烟气脱硝装置的全负荷正常运行。

  非电力行业的减排途径及减排潜力

  第一,非电主要工业行业的减排潜力。黑色金属冶炼及压延加工业。黑色金属冶炼及压延加工业的减排潜力,主要是针对钢铁行业的燃煤工业窑炉。根据《2014年环境统计年报》,2014年纳入统计范围的钢铁冶炼企业烧结机安装脱硫设施的数量占总数量的比例约50%,安装除尘设施的比例约70%;安装脱硫设施的球团设备数占总数的仅约15%,安装除尘设施数量仅占58%。可见,钢铁行业环保设施应用情况占比较少,总体去除率较低,烟尘去除率94.3%,二氧化硫去除率40.3%,氮氧化物去除率仅为1.5%。未来5年通过不断提高除尘、脱硫、脱硝末端治理设施应用比例,将烟尘去除率提高到99.5%,二氧化硫去除率提高到90%,氮氧化物去除率提高到80%。经估算,在不新增产能的情况下,2020年黑色金属冶炼及压延加工业烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放量将由2014年的564万吨、284万吨、133万吨减少到49万吨、47万吨、27万吨。

  非金属矿物制品业。非金属矿物制品业的减排潜力,主要是针对建材行业的燃煤工业窑炉。根据《2014年环境统计年报》,非金属矿物制品业环保设施应用情况占比较低,总体去除率较低,烟尘去除率98.9%,二氧化硫去除率15.9%,氮氧化物去除率仅为16.9%。未来5年通过不断提高除尘、脱硫、脱硝末端治理设施应用比例,将烟尘去除率提高到99.5%,二氧化硫去除率提高到90%,氮氧化物去除率提高到80%。经估算,在不新增产能的情况下,2020年非金属矿物制品业烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放量将由2014年的416万吨、328万吨、457万吨减少到189万吨、39万吨、110万吨。

  第二,其余工业类(非主要工业)的减排潜力。其余工业类(非主要工业)的减排潜力,主要是针对石油化工的燃煤工业锅炉及工艺等排放。根据《中国能源统计年鉴2014》,工业燃煤消费量中,除上述电力、热力的生产和供应业、黑色金属冶炼及压延加工业、非金属矿物制品业三大工业燃煤量较大外,石油加工、炼焦及核燃料加工业和化学原料及化学制品制造业(简称“石油化工行业”)燃煤量占比较大,约占2014年全国煤炭消费量的15%,约占全国工业煤炭消费量的40%。经分析,这部分煤炭消耗产生的污染物排放是没有被纳入统计年报中的主要排放源。这部分煤炭燃烧过程中基本没有采取末端治理措施。暂且在不考虑工艺排放减排情况下,假设“十三五”期间石油化工行业燃煤排放通过采取环保措施,将烟尘的去除率提高到90%,二氧化硫去除率提高到80%,氮氧化物去除率提高到70%。经估算,在不考虑新增产能的情况下,2020年其余工业类(非主要工业)烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放量将由2014年的876万吨、1239万吨、533万吨减少到219万吨、415万吨、162万吨,对于全社会排放而言减排潜力巨大。

  第三,非工业的减排途径及减排潜力。非工业用煤当中大部分为煤炭散烧,减排途径主要是通过“煤改电”或“煤改气”部分减少大气污染物的排放。假设2014年非工业煤炭消费量16608万吨中的50%在未来5年内通过“煤改电”由电能来替代的话,经估算,2020年非工业燃煤产生的烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放量将由2014年的257万吨、266万吨、51万吨,通过煤改电,将这些散烧煤集中到实现超低排放的电厂燃烧经除尘、脱硫、脱硝后烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放量可减少到2.8万吨、8.5万吨、10.1万吨。

  燃煤超低排放实施的必要性

  能源及电力增长是刚性需求

  人均能源消费、人均电力消费一定程度上都可以反映一个国家或地区的经济水平。2014年我国人均能源消费约是2.2吨油当量/人,美国、加拿大人均能源消费分别是7.1吨油当量/人、9.4吨油当量/人,日本、德国、法国、俄罗斯人均能源消费分别是3.6吨油当量/人、3.8吨油当量/人、3.7吨油当量/人、4.8吨油当量/人。在假定我国人口不变的情况下,中国经济翻一番,能源消费增长50%,人均能源消费将达到3.3吨油当量/人,接近日本、德国、法国的水平。按照2014年能源消费总量42.6亿吨标煤计算,能源消费总量将达到63.9亿吨标煤。从人均电力消费来看,2014年中国人均电力消费为4050千瓦时,相当于美国1961年、英国1967年、日本1973年、韩国1995年的水平。

  “十三五”期间或更长时间内我国经济仍需保持中高速发展,能源发展、电力发展是刚性需求,是我国实现“全面建成小康社会新目标”的刚性需求。

  资源现状是燃煤清洁化的必然要求

  2014年世界能源消费总量129.284亿吨油当量,其中油、气、煤的消费量分别占32.57%、23.71%、30.02%,核能、水能、可再生能源分别占比4.44%、6.80%、2.45%。从2014年世界一次能源消费量来看,增长率不足0.9%,其中油仍然是主要燃料。亚太地区的能源消费增长量占全球增长量的41.3%,煤炭消费量占全球消费量的71%,煤炭仍然是亚太地区的主要燃料。

  从全球性能源可开采程度看,煤炭仍然是最丰富的燃料,中东地区拥有最大的油、气资源和最长的天然气开采比,南、中美洲拥有石油最长开采比,欧洲与欧亚大陆拥有最长的煤炭开采比。

  从我国资源探明储量来看,2014年我国煤炭探明储量占世界总储量12.8%、天然气占1.8%、石油占1.1%;从我国人均能源资源现状来看,2014年我国探明的人均煤炭储量、人均天然气储量、人均石油储量仅是世界人均水平的68%、9.6%、5.9%。

  综上可知,如果中国进入油气时代,也就是能源资源消费以油气为主,煤炭在一次能源中的消费比例从2014年的66%下降至20%左右,且以自产油、气为主,我国的油气可采年限仅为2~3年,即2~3年内我国的油气资源就全部开采完;同时考虑到我国能源消费总量占世界总量接近1/4的现状,充分说明中国不能像其他国家一样,为解决环境问题迅速进入油气时代,必须以煤炭作为基础能源,这是我国能源安全的需要。

  为了保障我国的能源安全、解决目前严重的大气污染问题,煤炭清洁化利用成为必然要求。

  环境形势是燃煤超低排放的迫切需求

  “十二五”时期是我国环境质量变化特别大的五年,是我国环境政策不断重拳出击的五年,也是环境治理技术突飞猛进的五年。

  从环境质量变化来看,虽然主要大气污染物总量控制目标提前实现,但是较多地区大气环境容量负增长,尤其是2013年以来,以灰霾为核心的大气污染,部分地区向灰霾、臭氧复合型污染转变。从环境政策变化来看,“十二五”期间修订了《环境保护法》《大气污染防治法》《火电厂大气污染物排放标准》《环境空气质量标准》,出台了《重点区域大气污染防治“十二五”规划》《大气污染防治行动计划》《煤电节能减排升级与改造行动计划》等纲领性文件。从环境治理技术来看,系列大气污染防治技术集成实现了燃煤电厂超低排放,达到了世界领先水平,并逐步向其余工业行业辐射。

  严峻的环境形势要求我们不断调整环境管理思路,从燃煤与发电的关系而言,需要大幅度提高煤炭用于发电的比例,实施煤电超低排放、“以电代煤”、现有纯凝机组抽汽供热,并全面关停小锅炉,减少煤炭的分散使用,是实现城市大气环境改善的根本途径。十八届五中全会首次提出将PM2.5等环境质量指标纳入约束性控制,把环境质量作为约束性指标和环保工作的核心,标志着环境保护阶段和治理要求发生战略性转变。燃煤超低排放对总量减排与常规污染物地面浓度改善有限,但对PM2.5地面浓度下降效果较为明显。

  燃煤超低排放实施的政策建议

  为了在我国“十三五”期间能够充分实现燃煤超低排放,结合“十二五”期间的实践,提出如下政策建议。

  一是建议针对不同燃煤行业,提出不同的燃煤超低排放标准。结合上面的分析,可以分为主要工业、非主要工业、非工业,其中主要工业要区分不同行业,主要包括电力热力生产(即电力行业)、黑色金属冶炼及压延加工业(即钢铁行业)、非金属矿物制品业(即建材行业)等。

  二是建议在建立超低排放标准的同时,建立合理的经济政策。从“十一五”到“十二五”,电力行业能够实现从脱硫到脱硝,再到超低排放的巨大成功,都是有相应的经济政策作为支撑。所以,为了激励全社会、全行业的燃煤清洁化行动,一定的经济补偿政策是非常必要的。

  三是建议在燃煤超低排放技术路线选择上,尽量以目前燃煤发电超低排放成熟的、认同度较高的技术路线为基础,进行适当改进和调整,以适应不同燃煤行业的具体实际。而不提倡更多的技术路线,容易导致市场混乱和质量问题。

  四是在建立燃煤超低排放标准、合理的经济政策、科学的技术路线的基础上,逐步形成燃煤超低排放新的经济增长点。一方面通过燃煤超低排放可以实现对产业的优胜劣汰,从而改善产业布局和经济结构;另一方面可以通过燃煤超低排放实现新的环保产业经济,从而实现环保,这并不妨碍经济发展,而是形成绿色经济的必然组成部分。

  五是建议选择典型行业,适时对燃煤超低排放进行系统评估,并科学调整不同行业的经济补贴政策,包括:超低排放的技术成熟度、带来的环境效益、产生的经济效益、全周期的资源节约或消耗情况、可能产生的二次污染及应对措施等。科学评估是为了对燃煤超低排放实现全面认识、科学认识,从而避免非理性的市场行为。

参考文献

[1]环境保护部.2014年环境统计年报[R].2014.

[2]朱法华,钟鲁文,王强,等.火电行业主要污染物产排污系数[M].北京:中国环境科学出版社,2009.

[3]原国家电力公司.国家电力公司火电厂环境统计指标及其解释[M].北京:中国电力出版社,1998.

[4]朱法华,王圣,郑有飞.火电排放现状与预测及控制对策[J].能源环境保护,2004,18(1):1-6.

[5]赵瑜.中国燃煤电厂大气污染物排放及环境影响研究[D].北京:清华大学,2008.

[6]国家统计局.2014年国民经济和社会发展统计公报[R].2014.

[7]王圣,朱法华,王慧敏,等.基于实测的燃煤电厂细颗粒物排放特性分析与研究[J].环境科学学报,2011,31(3):630-635.

[8]中国环境保护产业协会电除尘委员会.燃煤电厂烟气超低排放技术[M].北京:中国电力出版社,2015.

[9]孙献斌,时正海,金森旺.循环硫化床锅炉超低排放技术研究[J].中国电力,2014,47(1):142-145.

[10]许盼.火电超低排放可有效缓解大气污染[N].中国电力报,2014-05-19.

[11]王临清,朱法华,赵秀勇.燃煤电厂超低排放的减排潜力及其PM[,2.5]环境效益[J].中国电力,2014,47(11):150-154

[12]朱法华,王圣.煤电大气污染物超低排放技术集成与建议[J].环境影响评价,2014(5):25-29.

推荐10篇