超低排放成就清洁燃煤发电——燃煤发电正从黑色走向白色

北极星大气网讯:6月210日，国务院新闻办公室举行新闻发布会称，截至2019年底，我国超低排放煤电机组占煤电总装机容量的86%，我国建成了世界上最大的超低排放清洁煤电供电系统。再看国外，虽然煤电在为世界提供了百年电力后逐渐衰落，但许多国家仍在投资技术控制和改造其污染，使其继续为人类服务。

国际能源署数据显示，2018年世界燃煤发电量达到历史峰值，之后从2019年开始下降。

印度:控制煤电污染将耗资数百亿美元。

长期以来，燃煤发电一直是全球电力生产的领头羊。英国石油公司2018年出版的《世界能源统计年鉴》显示，本世纪以来，燃煤发电占全球电力生产的比重基本徘徊在40%左右，几乎是核电、水电和可再生能源的总和。从煤电占能源供应的比例来看，中国、印度、波兰、南非的电力超过三分之二来自煤电。

印度燃煤电厂长期排放不达标，成为国家环境问题的痛点。

印度等亚洲发展中国家缺乏先进的清洁能源、储能技术和成熟的可再生能源政策框架，因此使用清洁能源的成本较高。对于印度这样的新兴经济体来说，廉价的煤电仍然是最好的发电选择，这使得南亚和东南亚成为世界上为数不多的煤电比例不断增加的地区，但也给当地的煤电污染治理带来了不少麻烦。

图一个位于印度Dutiguring的亚临界燃煤发电站，它的热效率最低，每单位电力的碳排放量最多。

几年前，印度科学、技术和政策研究中心(CSTEP)进行的一项空气污染研究表明，到2030年，将有多达30万至32万人因不符合排放标准而过早死亡，565，438+0万人将因呼吸系统疾病住院。安装更先进的设备控制硫氧化物、氮氧化物和颗粒物是个不错的选择，但照这个账，印度的燃煤电厂将损失98亿美元，达到11.5亿美元，每千瓦时的成本将增加9%，达到21%。印度当局经过权衡，最终认为控制煤电污染值得投资。2015 12，印度环境、林业和气候变化部(MOEFCC)发布了限制燃煤电厂硫氧化物、氮氧化物和颗粒物浓度的新标准，并给国内燃煤电厂两年。但到了2017，12，当局发现几乎没有燃煤电厂安装污染控制设备，因此被迫将期限延长至2022年。一位消息人士表示，两年的期限给煤电行业带来了巨大压力，导致了延期。但大多数专家认为，到2022年，许多燃煤电厂仍不会遵守严格的标准。当局对此早有准备，正从招投标、施工审批等方面加强管理，杜绝监测数据造假，监督改造成本。目前，印度正在对中国所有老旧燃煤电厂进行改造，使其排放水平降至国家标准，同时将关闭一批严重停运的老旧电厂。

印度是世界煤炭生产大国。图为印度一座露天煤矿。

抛开具体的技术，我们可以认为印度在煤电污染治理方面遇到的问题是很多发展中国家的共性。不过幸运的是，随着可再生能源发电成本的下降，煤电在印度能源结构中的“王者”地位可能开始动摇。

日本:逐步淘汰低效燃煤电厂

根据国际能源署(EIA) EIA)2019公布的数据，2018年日本90多家燃煤电厂的发电量预计为31700亿千瓦时，约占日本电力结构的1/3。日本煤炭消费总量的99%来自进口。2018年，日本进口煤炭超过265438+亿吨。如果加上天然气发电，日本74%的电力来自化石能源，远高于欧美发达国家。

福岛核事故后，日本煤电建设连续几年增长。

日本煤电比例高的原因是历史的突发事件。早在2010年，日本经济产业省就计划减少燃煤发电，计划到2030年将燃煤发电份额减少一半以上，用核电来弥补这一空缺，将核电比例提高到50%。然而，2011的福岛核事故不仅大大削弱了日本电力的“清洁度”，也引爆了公众多年无法缓解的“反核”情绪。为了弥补关闭核电造成的电力缺口，日本启动了许多煤电项目。但日本较好地处理了煤电产能扩张与污染治理的矛盾，因为日本对煤电污染治理技术有信心。

自上世纪七八十年代以来，日本在燃煤发电的许多方面开发了大量先进技术，并投入使用，其中部分技术已出口到国外(包括中国)。在烟气污染防治技术中，日本应用的以低温静电除尘技术为核心的烟气协同治理技术路线中，湿法脱硫的协同除尘效率可达70%~90%。再如资源脱硫技术中的活性焦脱硫技术，利用活性焦通过移动床吸附解吸二氧化硫，利用硫酸生产工艺制备硫酸，集脱硫和收集工业原料于一体。该技术已在日本等国的大型电厂中得到应用，并在日本新集子电厂取得了2 600 MW机组的应用业绩。

在低氮燃烧方面，日本三菱和日立在低氮氧化物燃烧器的开发和应用方面表现出色。低氮燃烧技术相关专利申请方面，全球前10专利申请人中，日本有6项，美国有3项。但好消息是，近年来中国该领域的专利数量正在快速增加。

2065438+2005年6月，日本成立了由政府、产业界、学术界各界人士组成的“推进新一代火力发电技术协会”，开始推动开发下一代火力发电的清洁高效利用技术。2065438+2008年7月，日本内阁批准了第五次能源战略计划，推动日本向高效和下一代燃煤发电转型，逐步淘汰低效用煤。今年7月，日本经济产业大臣Hiroshi Daiyama表示，日本将在2030年前逐步淘汰低效燃煤电厂，作为其战略能源计划的一部分，日本经济产业省官员开始制定更有效的新框架，以确保低效燃煤电厂的逐步淘汰。

美国:燃煤发电量最大的发达国家。

根据全球能源监测机构公布的数据，2019年全球燃煤电站总发电量排名前十的国家分别是:中国、印度、美国、日本、韩国、南非、德国、俄罗斯、印度尼西亚、澳大利亚。在新建燃煤电厂方面，2019年10个国家中只有3个国家没有新建燃煤电厂投入运营，美国2019年关闭的燃煤电厂容量在10个国家中排名第一。然而，美国仍然是燃煤发电量最大的发达国家，燃煤电厂对美国空气污染(包括PM2.5、臭氧和酸雨)的影响不容忽视。在美国，燃煤电厂每年消耗煤炭总量的90%以上，燃煤电厂排放的二氧化硫约占美国总排放量的一半，排放的氮氧化物占10%。

图美国阿拉巴马州寡妇溪燃煤电厂关闭后，谷歌于2018开始建设，将其改造成使用可再生能源的数据中心。

在美国，大多数燃煤电厂使用湿法烟气脱硫系统(WFGD)控制二氧化硫排放，使用低氮燃烧器、废气和选择性催化还原系统(SCR)控制氮氧化物排放，使用静电除尘器(ESP)控制颗粒物(PM)。大约一半的燃煤发电厂还将使用活性炭喷射系统(ACI)和袋式过滤器来控制汞排放。美国擅长低氮燃烧。美国某公司开发了旋转对冲燃尽风(ROFA)技术，从锅炉二次风中抽取约30%的风量，通过非对称喷嘴以高速射流的方式喷入炉膛上部，形成涡流，从而改善炉内物料混合和温度分布，大大减少氮氧化物的生成。目前这项技术在欧美发达国家已经有了很好的应用。

全世界每年释放到大气中的汞总量约为5000吨，燃煤过程中汞排放占相当大的比例。自上世纪末以来，汞污染控制一直是美国燃煤电厂的重点防控点之一。据美国环境保护署(EPA)统计，在1990年，以下三个工业部门的汞排放总量约占美国的三分之二:医疗垃圾焚烧炉、城市垃圾焚烧炉和燃煤电厂。前两个行业已经受到排放标准的约束，但是燃煤电厂的汞污染还有待治理。

图2018 11 10月，美国北卡罗来纳州诺曼湖热气腾腾，附近的马歇尔发电厂向湖中排放大量高温废水。

本世纪以来，美国燃煤电厂根据“清洁天空计划”的要求，开始着力解决汞排放控制问题，美国能源部选择了8个新的汞排放控制技术实验项目进行投资。作为实验项目的一部分，美国电力研究所的专利汞排放控制技术在六个项目中进行了测试。此外，美国能源部计划对有前途的汞排放控制技术进行长期大规模实验，特别是在燃烧褐煤并配备较小静电除尘器的燃煤电厂。

欧盟:许多国家宣布逐步淘汰煤电的时间表。

在欧洲国家中，德国率先抨击燃煤发电造成的污染。80年代颁布了《大型燃烧装置法》，要求大型燃烧装置排放的烟气中二氧化硫浓度从1987年7月的65438+1不得超过400 mg/m3，烟气中的硫含量应低于燃料硫含量的15%。因此，几乎所有的德国电厂都在原有的锅炉厂房旁设置了高大崭新的烟气脱硫脱硝设备，这也成为德国电厂的一大特色。德国人后来把整个西德从1983到1988安装烟气净化设备称为“改装运动”。到1988年，西德95%的装机容量已经安装了烟气脱硫装置，燃煤电厂二氧化硫排放量从1982年的1550万吨下降到191年的1550万吨，削减率达到87%，在欧盟和世界范围内起到了很好的示范作用。

图为劳西茨的德国燃煤电厂。德国已经决定在2038年全面停止燃煤电厂。

因为燃煤电厂的烟气在脱硝、除尘、脱硫的同时可以协同脱汞。欧盟大型燃烧装置最佳可得技术参考文件建议脱汞优先采用高效除尘、烟气脱硫、脱硝协同控制的技术路线。在使用静电除尘器或布袋除尘器后增加烟气脱硫装置，平均去除效率为75%(静电除尘器为50%，烟气脱硫为50%)，如果增加SCR装置，可以达到90%。

在洁净煤领域，欧盟研发的项目包括整体煤气化联合循环(IGCC)技术、煤、生物质和废弃物联合气化技术、循环流化床燃烧(CFB)技术、固体燃料气化和燃料电池联合循环技术等。

英国北约克郡的埃格伯勒燃煤电厂于2018年关闭，同年成为电影《速度与激情》的拍摄地之一。

在欧洲，煤电发展的现状和预期因国家而异。这主要取决于各国监管机构对脱碳和空气质量的政策，以及煤电在各国电力生产中的地位。为落实《巴黎协定》中的节能减排目标，欧洲各国政府也相继公布了淘汰煤电的时间表:英国决定在2025年前关闭所有煤电设施；法国计划在2021前关闭所有燃煤电厂；芬兰考虑2030年全面禁煤；荷兰将从2030年开始禁止使用燃煤发电。类似的情况在世界其他地方也发生过。包括美国在内的许多国家正在远离煤炭，因为其他清洁能源变得越来越便宜，而且环境法规也冷却了这种化石燃料的市场。既然有燃煤发电的替代品，为什么还要用呢？

中国:燃煤发电排放标准比发达国家更严格。

由于煤电占我国电源结构的一半以上，全面实施超低排放和节能改造，有助于提高我国煤电产业清洁、高效、高质量发展水平。2014年以来，我国大力推动国内发电企业实施超低排放和节能改造工程。一方面，执行更加严格的燃煤电厂能效和环保标准，提出全国具备条件的新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机机组排放限值，具备条件的现有燃煤发电机组实施超低排放改造。另一方面，有关部门进一步明确了超低排放电价政策，有效降低了企业转型运营成本。

土火电厂是20世纪最重要的人类遗产之一。

据中国电力企业协会统计，2012年至2017年五年间，我国煤电装机容量增长30%时，煤电二氧化硫、氮氧化物和烟尘排放量分别下降86%、89%和85%。燃煤发电机组供电标准煤耗由325克/千瓦降至312克/千瓦时。考虑到中国煤电装机容量世界第一，超低排放改造的基础容量现在已经超过7亿千瓦，这在世界上是绝无仅有的。过去我国烟气污染物排放标准比发达国家宽松，但现在我国燃煤电厂烟气、二氧化硫、氮氧化物排放水平接近燃气电厂，比发达国家严格50%以上。

印度尼西亚中爪哇省切帕拉市的一个燃煤电厂附近，孩子们在玩耍，对近在咫尺的污染源视而不见。这种场景在煤电不断扩张的东南亚很常见。

中国燃煤电厂的变化表明，煤电作为上个世纪遗留下来的符号，并没有过时。只要我们明智地充分利用它，它将继续生存和复兴。

图南非国有电力公司新建的Courcel燃煤电厂也采用湿法脱硫装置。

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