大气环境和人类生存密切相关,大气环境的每一个因素几乎都能影响到人类。实际上,高密度人口的经济及社会活动必然会排放大量细颗粒物(PM2.5),并形成PM2.5的前体物,容易出现雾霾。
我国富煤、少气、贫油的资源禀赋特点,决定了电力能源生产主要是依靠传统化石能源中的煤炭来保障,但是煤炭燃烧又是PM2.5的一个重要来源。据《中国能源统计年鉴》统计,近年来我国煤炭消耗量有所下降,但2018年煤炭消耗量仍达到39.7亿吨,其中火力发电煤炭消费量20.5亿吨,占比51.6%,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,要改善环境空气质量,实现煤电高效清洁化利用是必由之路。
我国煤电清洁化发展主要经历了六个阶段,分别对应着六次大气污染物排放标准的制订和修订。按最新排放政策要求规定,到2021年底,我国所有具备改造条件的燃煤电厂都要实现超低排放,全国有条件的新建燃煤发电机组均要达到超低排放水平。
我国燃煤电厂超低排放限值与美国标准中最严排放限值相比,颗粒物占美国排放标准的81%,二氧化硫仅占美国排放标准25%,氮氧化合物的总称占美国排放标准52%,与欧盟标准中最严排放限值相比,中国颗粒物10毫克/立方米的超低排放限值与之相当。在这个基础上,我国有些省市对新建机组和一定规模以上机组执行更加严格的5毫克/立方米标准。此外,二氧化硫仅占欧盟排放标准的23%,氮氧化合物占欧盟排放标准的33%。可见,中国燃煤电厂超低排放限值是世界最严格的排放限值。
截至2019年底,我国实现超低排放的煤电机组约8.9亿千瓦,占煤电总装机容量的86%,已建成了世界最大规模的超低排放清洁煤电供应体系。
燃煤电厂烟气清洁治理技术发展经历了从引进学习到跟踪追赶,再到创新超越的过程。燃煤电厂除尘技术已形成了以高效电除尘器、电袋复合除尘器和袋式除尘器为主的格局,安装袋式或电袋复合除尘器的机组比重逐步提高;脱硫技术已形成了以石灰石—石膏湿法脱硫为主,其他脱硫方法为辅的格局;脱硝技术已形成了煤粉炉以低氮燃烧+SCR烟气脱硝技术为主,循环流化床锅炉以低氮燃烧+SNCR技术为主的格局。随着我国煤电大气污染物排放标准限值的不断趋严,以及超低排放国家专项行动的实施,我国燃煤电厂大气污染防治技术发展迅速,技术不断创新,除尘效率最高可达99.99%,脱硫效率最高可达99.7%,脱硝效率可达90%以上,目前已处于国际领先水平。
高效全流程烟气治理技术的应用,给电力行业大气污染物带来了巨大的减排量。2020年,我国火电行业烟尘排放量约18万吨,不足2006年峰值的5%,二氧化硫排放量约89万吨,仅占2006年峰值约7%,氮氧化合物排放量约93万吨,仅占2011年峰值约8%。
我国超低排放清洁煤电技术的全面应用,在改善环境空气质量方面作出了巨大贡献。未来,在“双碳”目标约束下,在控制全国煤炭消费总量的同时,我国将进一步强化化石能源的集约化高效清洁利用,为创造更好的环境空气质量作出更大贡献。
(作者系国家能源集团科学技术研究院重点实验室主任)