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我国火电烟气脱硫目前存在的几个主要问题

2017-08-03 11:04:31 中国环保产业

从电力装机结构、火电烟气脱硫现状、脱硫石膏排放现状等方面,分析了我国火电烟气脱硫目前存在的几个主要问题,并对烟气脱硫产业如何进一步科学发展提出了对策建议。

近年来,我国通过自主研发和引进、消化吸收、再创新,火电二氧化硫减排以及烟气脱硫产业取得了重大进展,国产化能力已基本可以满足“十一五”及“十二五”时期二氧化硫减排的需要。在节能减排、总量控制的政策之下,电力行业加强了烟气脱硫的治理,继2006年电力二氧化硫排放量达到历史最高之后,2007年成为了火电二氧化硫排放历史上的转折之年,2008年二氧化硫排放量继续实现下降。

但是,我国目前的大气污染物治理不能仅仅抓住二氧化硫,应同时考虑由脱硫原材料以及脱硫副产品综合利用等引起的资源与生态问题,而且还应该考虑如何实现在脱硫的同时同步进行火电脱氮与脱碳。

1、我国火电行业烟气脱硫现状

1.1、火电行业装机容量现状

截至2008年底,我国发电装机容量达到79,253万千瓦,同比增长11.2%。其中,火电总装机容量达60,132万千瓦(其中煤电装机约57,424万千瓦),约占总容量的75.87%;水电达17,152万千瓦,约占总容量的21.64%;核电达885万千瓦,约占总容量的1.12%;新能源发电达1084万千瓦(其中风电达到了894万千瓦),约占总容量的1.37%。从我国2000-2008年逐年总装机及火电装机容量的变化情况可以看出,近年来我国发电总装机及火电总装机容量同步增长。同时,在电力结构调整的大形势下,尤其是在我国大力发展风电等新能源的政策引导下,火电装机容量所占比例继2007年之后再次实现下降。

1.2、火电烟气脱硫装机容量现状

继2006年底全国安装烟气脱硫机组总容量达到1.6亿千瓦(其中投运1.04亿千瓦)之后,脱硫机组投运规模进一步加大。截至2008年底,全国安装烟气脱硫机组总容量约3.79亿千瓦,占全国煤电机组装机容量的66%,与2000年相比,火电厂烟气脱硫机组容量增加了约75倍。

2005年美国烟气脱硫机组容量为1.02亿千瓦,约占其煤电机组容量的31.5%。同电力装机结构相似的美国相比,我国安装烟气脱硫机组的容量已经达到了世界发达国家水平。

1.3、火电行业烟气脱硫工艺技术应用现状

目前,在火电厂已经使用的烟气脱硫工艺技术有:石灰石-石膏湿法、烟气循环流化床法、海水脱硫法、脱硫除尘一体化、旋转喷雾干燥法、炉内喷钙尾部烟气增湿活化法、活性焦吸附法等十多种。

与国外情况一样,在诸多脱硫工艺技术中,石灰石-石膏湿法烟气脱硫仍是主流工艺技术。据统计,截至2008年底,投运、在建和已经签订合同的火电厂烟气脱硫工艺技术中,石灰石-石膏湿法占90%以上。

1.4、火电行业烟气脱硫减排现状

由于我国近年来火电厂烟气脱硫设施的大规模建成投运,控制二氧化硫的能力大为增加。2007年电力二氧化硫排放总量同比下降了9.1%,2007年火电二氧化硫排放占全国二氧化硫排放的比例也由53.0%下降至49.7%。同时,火电二氧化硫排放绩效也由2006年的5.7克/千瓦时降到4.4克/千瓦时。与2005年美国火电行业二氧化硫排放绩效5.14克/千瓦时相比,可以看出,我国火电烟气脱硫的加强对于二氧化硫的减排作用是很明显的,我国火电二氧化硫排放水平也逐步趋于世界火电二氧化硫排放平均水平。

从我国2000-2007年火电大气污染物排放变化情况可以看出,我国火电二氧化硫排放在2007年实现了拐点,出现了下降的趋势。

1.5、火电行业烟气脱硫中二氧化碳排放现状

由于应用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺时,在吸收了二氧化硫的同时却排放了温室气体二氧化碳。根据质量守恒原则进行初步估算,2007年全国燃煤电厂烟气脱硫产生石膏的同时,约产生435万吨的二氧化碳,约为装机容量4×300兆瓦的燃煤电厂一年的二氧化碳排放量。虽然火电烟气脱硫排放的二氧化碳数量不多,约占2007年全国燃煤电厂燃煤排放的二氧化碳的0.2%,但却可以统一纳入火电烟气脱碳治理之中,尤其是在目前可能对碳排放征收税的形势下,如何减排二氧化碳也应统筹考虑。

1.6、火电行业烟气脱硫石膏排放现状

由于我国火电厂烟气脱硫工艺中石灰石-石膏湿法占90%以上,所以我国脱硫副产品主要是以脱硫石膏为主。据统计,2007年全国燃煤电厂烟气脱硫约产生石膏1700万吨,比2006年增加约80%。同时,根据调查我国目前的火电脱硫石膏的利用率为10%左右,基本相当于与我国火电结构相似的美国1998年的水平。

预计到“十一五”末,我国每年将产生3000万~4000万吨脱硫石膏,据预测,届时发达地区火电脱硫石膏的利用率为50%左右,欠发达地区火电脱硫石膏的利用率则达不到25%。

2、我国火电行业烟气脱硫存在的主要问题

2.1、火电烟气脱硫装机容量与实际投运容量差距较大

由于电力行业是目前二氧化硫排放的主要污染源,火电二氧化硫排放约占全国二氧化硫排放的50%。因此,控制二氧化硫的排放,必然成为电力行业“十一五”及“十二五”期间环境治理的主要问题之一。按照我国2007年的脱硫装机容量占全国火电约48%进行初步计算,2007年火电可脱硫(指二氧化硫,不是单质硫,下同)约870万吨。据统计,以2007年全国燃煤电厂烟气脱硫产生石膏约1700万吨数据为基础,利用等量摩尔数进行估算,2007年火电实际烟气脱硫约630万吨,即约有38.1%的脱硫装机容量没有运行或者没有稳定运行。要想完成国家“十一五”及“十二五”总量要求并彻底实现二氧化硫控制,必须要实现全部脱硫装机容量的稳定运行。

2.2、火电烟气脱硫方式单一,脱硫使用石灰石资源巨大,造成生态破坏严重

由于我国目前采用石灰石-石膏湿法脱硫的工艺占90%以上,这种较单一的脱硫方式决定了我国脱硫所采用的石灰石原料量巨大。据统计与估算,我国2007年在脱硫方面使用的石灰石原材料为1300万~1500万吨,按照一般含量50%来计算,则需开采约3000万吨的矿,约相当于湖南省某县探明储量的一半。常年如此大规模的对石灰石矿的开采必然会对地方生态带来较严重的负面影响。世界很多国家也较多使用石灰石-石膏湿法脱硫工艺,但因为其火电总装机容量不大,所以消耗的资源与产生的脱硫石膏总量均不大。因此,我国应根据具体国情因地制宜地采取多种脱硫方法并用的方式。

2.3、火电烟气脱硫副产物石膏处理现状不理想,极易引起生态问题

与发达国家相比,我国火电烟气脱硫装机水平虽然已经达到或超过了其平均水平,但在脱硫副产物石膏综合利用方面,却有着很大的差距。德国是烟气脱硫副产物石膏研发和利用最先进的国家,从政策要求与产业导向方面同时进行约束,目前脱硫石膏的利用率基本达到100%,主要用于生产建筑石膏、纸面石膏板和建筑用构件;在日本,烟气脱硫石膏的利用率也基本达到100%,主要用于水泥添加剂、石膏板原料以及通过技术革新作为路基等所需的砂土;就是在火电比例与我国相似的美国,脱硫石膏利用量也突破了60%,主要是和天然石膏一起用于生产半水石膏粉。而我国目前的火电脱硫石膏的利用率仅为10%左右,绝大部分脱硫石膏是处于自然堆存的状态,其中含有的重金属及有害化合物可能会导致地下水污染,同时会对自然生态产生潜在破坏作用,还会因为脱硫石膏的自然风化再次释放二氧化硫而出现二次污染。

2.4、火电大气治理目前以烟气脱硫为主,大气治理存在总体失衡的趋势

为了控制酸雨和二氧化硫的污染,1995年修订的《中华人民共和国大气污染防治法》中规定,在全国划定酸雨控制区和二氧化硫污染控制区(简称“两控区”)。1998年初,国务院在关于“两控区”有关问题的批复中明确提出了对于火电厂烟气脱硫的要求。随后,国家采取了一系列法规、政策等强制性要求以及财政政策,包括:发布了新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003);提高了排污收费的标准;从浓度控制到总量控制;对安装了脱硫设施的电厂给予优先上网和优惠电价政策等。目前,我国火电烟气脱硫系统已成熟,2007年、2008年连续两年火电二氧化硫排放量下降,所以只要在日常运行管理方面加强监督,火电二氧化硫大幅减排指日可待。

但是,要想根本解决酸雨问题,在解决火电二氧化硫减排的同时一定要重视火电氮氧化物的治理。同时我们还看到,全球尤其是发达国家已经将大气治理的主战场转移到二氧化碳方面。相比而言,我国火电大气治理并没有在法律法规、政策要求等方面实现治理重点的科学转移。2.5火电烟气脱硫排放温室气体二氧化碳与火电二氧化碳减排的矛盾据测算,2007年人类活动所排放的二氧化碳总量约为282亿吨,其中燃煤电厂排放的二氧化碳为70亿吨,约占世界总排放量的25%,该数据比例与我国情况一致。随着气候问题逐渐成为全球热点,温室气体减排已经成为我国“十二五”的重大环保与节能问题之一,尤其是我国政府提出到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%的目标后,火电厂二氧化碳的减排将必然会成为迫在眉睫的事情。所以,目前火电烟气脱硫排放二氧化碳与将来的减排形势是矛盾的。

3、对策与建议

3.1、针对烟气脱硫在实际运行中缺乏完善的监管机制

建议强化科学监管实现稳定脱硫我国火电烟气脱硫无论从技术还是从法规要求的角度,目前都已经达到了一定的高度,同时我国火电企业也逐步实现了高比例的脱硫装机容量。

但是,现阶段由于监管不力,导致还有很多火电厂的烟气脱硫没有达到稳定运行。目前我国对于烟气脱硫项目本身仍然处于“重审批,轻监管”的阶段。在实际工程中,新建项目或者改建项目“三同时”中脱硫设施未能与新建机组同步建设、同步投运,投运后达不到设计要求或者不能连续稳定运行;一些限期治理的项目不按规定建设烟气脱硫设施,而是采取一些简单措施应付环境监管;脱硫设施不能及时实现环保验收等现象时有发生。

鉴于上述问题,建议国家在脱硫监管方面进一步强化(包括:脱硫效率、能耗、资源消耗、副产品可利用情况、二次污染情况等),实现对我国现有火电烟气脱硫的科学评价,并以江苏监管模式为示范,联合环保部门、电力部门、价格部门等政府机构,建立统一有效的以环保为主体的监管体制,提高环境执法能力建设,从源头切断一切影响脱硫运行的不良因素,实现火电烟气脱硫规范化。在此基础上,逐步实现我国火电大气治理重点从脱硫稳步向脱氮、脱碳过渡。

3.2、针对我国国情,建议对火电脱硫方式的多元化、资源化进行研究

虽然在我国湿法脱硫工艺已经非常成熟,但是考虑到仍存在很多的问题,主要集中在原材料及脱硫石膏对生态的破坏、二氧化碳排放等方面,所以有必要对火电烟气脱硫技术进行重新审视,建议在火电烟气脱硫方面进行技术革新,对潜在的、更先进的脱硫技术予以研究,实现我国火电脱硫方式的多元化与资源化。

为了避免二次污染,充分利用硫资源,建议可以根据项目实际情况,因地制宜、因时制宜,考虑采用经济效益更好的、更合适的脱硫方法,例如,海边电厂可以用海水脱硫,北方缺水地区可以用活性胶脱硫,以及研究与化肥生产相结合的烟气脱硫法等;也可对回收单质硫技术进行研究。

同时,为了适应将来的火电脱硫、脱氮、脱碳的大形势,建议电力部门与环保部门一起,前瞻性地研究火电烟气脱硫、脱氮、脱碳一体化的技术与方案,也就是对上述的脱硫问题、脱氮问题、脱碳问题不能孤立研究,建议综合研究,以免对火电大气污染物逐一治理,不仅浪费资金,还浪费资源。

3.3、进一步开展脱硫副产品石膏综合利用工作,实现火电循环经济发展

与发达国家相比,我国脱硫石膏的生产、研究历史还很短,对其性能和应用技术的研究也处于起步阶段,因而从这一角度来看,我国火电脱硫石膏的综合利用进度受到了直接影响。所以,建议从政策要求、技术应用及财政补贴等方面综合对现行火电脱硫石膏利用难的问题提供解决办法。由于我国不同区域综合利用的潜力不一样,所以建议按照区域进行划分,提出不同的要求。在长三角、珠三角、京津塘等地区,由于天然石膏资源较匮乏,并且开采成本较高,建议制定政策要求脱硫石膏100%综合利用;在经济较为发达的地区,例如山东、湖北等,这些地区天然石膏资源丰富,可以利用一定的经济政策(如:财政补贴、加大采矿企业的资源税等)大幅度提高脱硫石膏利用率;在经济欠发达,同时天然石膏资源也丰富的地区,例如宁夏、青海、甘肃等,则以鼓励利用脱硫石膏为主。

同时,建议对天然石膏的开采实施更严厉的财政政策(如:开征资源税、生态补偿等),对脱硫石膏综合利用予以财政补助,以鼓励企业更多地利用脱硫石膏。

3.4、从法律法规层面出台对火电氮氧化物、二氧化碳的治理要求

分析发达国家火电环保发展的历史看,火电脱除氮氧化物约落后于脱硫10年。例如:由于日本在上世纪70年代中后期SO2污染基本得到控制,80年代以来由于NOX排放量的不断增加,日本开始了烟气脱氮技术的研究和推广应用,尤其重视同时脱硫脱氮的技术研究,一些新的技术开始工业化应用;美国在1978年左右采取了烟气脱硫工艺后SO2排放量下降了25%,但NOX的排放量却增加了10%,80年代后期,美国NOX的排放量几乎与SO2排放量持平,之后美国开始了火电氮氧化物的治理过程。相比而言,从1998年开始,我国全面实施火电脱硫到现在,我国尚未具备成熟的、完善的脱氮的法律法规与政策要求。

因此,建议尽快完善我国火电烟气脱氮方面的法规与政策要求,同时出台相关补贴政策,实现社会与企业责任共担。同时,要尽快实现我国火电大气治理的战略重点转移,实现从二氧化硫的总量控制向二氧化碳的总量控制的过渡,尽早将火电二氧化碳总量控制提上议事日程,尽早制定出台火电二氧化碳减排战略,在温室气体减排方面为其他行业建立示范作用。




责任编辑: 江晓蓓

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