河北省燃煤电厂大气污染物近零排放的工程实践及社会效益研究

陈云峰 徐会军

(1.华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京市昌平区，102206；2.北京国华电力有限责任公司，北京市朝阳区，100025；3.神华集团有限责任公司，北京市东城区，100011)



★ 节能与环保 ★

河北省燃煤电厂大气污染物近零排放的工程实践及社会效益研究

陈云峰1,2徐会军3

(1.华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京市昌平区，102206；2.北京国华电力有限责任公司，北京市朝阳区，100025；3.神华集团有限责任公司，北京市东城区，100011)

以河北省16台燃煤发电机组近零排放改造为研究对象，研究分析了近零排放的技术路线、工程实践、环境效果和成本投入情况。研究结果表明，16台机组近零排放改造后烟尘平均排放浓度为2.15 mg/m3、SO2平均排放浓度为9 mg/m3、NOX平均排放浓度为21.43 mg/m3，均低于《环境空气质量标准》(GB13223-2011)中规定的天然气燃气轮机组排放浓度限值，对常规大气污染物具有显著的减排效果。煤电近零排放技改是立足我国能源资源禀赋和环境约束条件下煤炭清洁高效利用的重要途径，在环保减排和节约成本等方面具有显著的经济和社会效益。

燃煤电厂 近零排放 工程实践 社会效益

1 引言

中国“富煤、贫油、少气”的能源资源禀赋决定了煤炭是中国经济社会发展的主体能源，煤炭消费占中国一次能源消费的60%以上，2010～2014年的年均煤炭消费量达到39.7亿t。煤炭的大量使用促进了中国经济社会的快速发展，但也带来了一次和二次生成PM2.5等大气污染问题。

中国国家环境保护部、国家质量监督检验检疫总局2012年2月29日发布《环境空气质量标准》(GB3095-2012)规定PM2.5二级年均浓度限值是35 μg/m3；美国在2006年发布的《国家环境空气质量标准》规定PM2.5年均浓度限值为15 μg/m3，是中国PM2.5二级年均浓度限值的43%，与中国PM2.5一级年均浓度限值一致；世界卫生组织2005年发布的《关于颗粒物、臭氧、二氧化氮和二氧化硫的空气质量准则》规定PM2.5年均浓度准则值是10 μg/m3，是中国PM2.5二级年均浓度限值的29%。从PM2.5年均浓度限值来看，中国高于美国和世界卫生组织标准，这是由中国当前基本国情和发展阶段所决定的。中国、美国和世界卫生组织PM2.5年均浓度限值见表1。

表1 中国、美国和世界卫生组织PM2.5年均浓度限值

煤炭是京津冀地区的主导性燃料污染来源，河北省是京津冀地区PM2.5最主要的排放源。作为煤炭消费大省，河北省在2010～2014年占中国年均煤炭消费总量的7.6%。煤炭消费空间密度为0.15～0.17万t/km3，是中国平均水平的4倍，河北省2010-2014年煤炭消费情况见表2。

表2 河北省2010-2014年煤炭消费情况

根据中国环境保护部和地方环保部门发布的2013年数据显示，中国第一批实施《环境空气质量标准》的74座城市中，有69座城市的空气PM2.5年均浓度达不到中国二级年均浓度限值，全部城市的PM2.5年均浓度均达不到世界卫生组织准则值，在其中PM2.5年均浓度最高的10座城市中，河北省有7座。7座城市的PM2.5年均浓度平均为130 μg/m3，是中国GB3095-2012中规定的二级浓度限值的3.7倍，是中国一级浓度限值和美国浓度限值的8.7倍，是世界卫生组织准则值的13倍，煤炭的大量使用及粗放的利用方式是造成河北省PM2.5乃至雾霾等大气质量问题的重要原因之一。河北省部分城市2013年PM2.5年均浓度情况见表3。

表3 河北省部分城市2013年PM2.5年均浓度情况

2 燃煤电厂近零排放的工程实践

面对河北省乃至京津冀区域日益突出的大气污染问题，中国也相继出台了《大气污染防治行动计划》(国发〔2013〕37号)、《京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则》(环发〔2013〕104号)，提出到2017 年河北省的PM2.5平均浓度在2012 年基础上下降25%左右。在2017年河北省政府工作报告中，提出2017年PM2.5平均浓度同比降低6%的目标。要实现河北省PM2.5平均浓度降低的目标，需要抓住河北省以煤炭为主的能源结构，大力推进煤炭的清洁高效利用。

河北省2016年底电力装机容量为63240 MW，其中火电装机容量为45100 MW，火电装机容量中的煤电装机容量为42500 MW，占河北省火电装机容量的94%，由此可见，煤电是河北省的电力装机容量主体和发电量主体。河北省每年煤炭消费量3亿t左右，位居全国各省前茅，其中发电用煤消费量1亿t左右，占河北省煤炭消费总量的33%左右，实施燃煤电厂近零排放改造对改善河北省大气环境质量具有重要意义。

河北省于2015年出台了《燃煤电厂大气污染物排放标准》(DB 13/2209-2015)，规定自2016年1月1日起，现有及新建单台出力65 t/h 以上(除层燃炉、抛煤机炉外)的燃煤发电锅炉执行烟尘为10 mg/m3、NOx为35 mg/m3、SO2为50 mg/m3的排放浓度限值，与2015年12月11日中国环境保护部、国家发展改革委和国家能源局联合印发的《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)中的超低排放目标一致，其中河北省的烟尘排放浓度限值是《环境空气质量标准》(GB13223-2011)中规定的天然气燃气轮机组排放浓度限值的1倍，中国新建大型燃煤电厂大气污染物排放浓度限值比较见表4。

表4 中国新建大型燃煤电厂大气污染物排放浓度限值比较 mg/m3

神华集团在中国最早提出近零排放的煤电新标准，于2013年形成“炉内低氮燃烧+SCR脱硝+低温省煤器+低温静电除尘器(高效电源)+高效湿法脱硫+湿式电除尘器”的原则性技术路线，并在神华集团燃煤发电机组进行了工程实践，燃煤电厂大气污染物近零排放原则性技术路线图如图1所示。

图1 燃煤电厂大气污染物近零排放原则性技术路线

目前，神华集团在河北省共有4家燃煤电厂，共计16台燃煤发电机组，装机容量合计7410 MW。神华集团于2014年7月完成河北三河电厂1号350 MW燃煤发电机组近零排放改造，这是神华集团在河北省首台实现近零排放的燃煤发电机组。经过系统策划、稳步实施，神华集团于2016年3月完成在河北省全部16台燃煤发电机组的近零排放改造。对于改造后的大气污染物排放情况，目前主要采取地方环境监测中心站的现场取样测试和电厂安装烟气排放连续监测系统(CEMS)的在线监测。

根据河北省环境监测中心站的现场取样测试，16台燃煤发电机组烟尘排放浓度平均为2.15 mg/m3(最小值为0.23 mg/m3，最大值为5 mg/m3)，SO2排放浓度平均为9.01 mg/m3(最小值未检出，最大值为24 mg/m3)，NOX排放浓度平均为21.43 mg/m3(最小值为3 mg/m3，最大值为35 mg/m3)，均低于《环境空气质量标准》(GB13223-2011)中规定的天然气燃气轮机组排放浓度限值的一半水平，为河北省大气污染物减排做出了示范和引领。神华集团河北省近零排放燃煤发电机组大气污染物现场检测数据见表5。

从电厂安装烟气排放连续监测系统(CEMS)进行在线监测的数据来看，以河北省某台300 MW燃煤发电机组近零排放改造前的2015年8月份和改造完成后2015年11月至2016年9月份为例，从月均值来看，烟尘排放浓度改造前为11.2 mg/m3，改造后为1～2.6 mg/m3；SO2排放浓度改造前为30 mg/m3，改造后为5～21 mg/m3；NOX排放浓度改造前为65 mg/m3，改造后22～35 mg/m3。从日均最小值来看，烟尘排放浓度改造前为10 mg/m3，改造后为0.8～1.8 mg/m3；SO2排放浓度改造前为21 mg/m3，改造后为1～15 mg/m3；NOX排放浓度改造前为26 mg/m3，改造后为17～31 mg/m3；从日均最大值来看，烟尘排放浓度改造前为12 mg/m3，改造后为1.1～3.6 mg/m3；SO2排放浓度改造前为37 mg/m3，改造后为12～26 mg/m3；NOX排放浓度改造前为73 mg/m3，改造后为26～38 mg/m3。河北省某台300 MW燃煤发电机组近零排放改造后烟尘、SO2和NOX排放浓度如图2、图3和图4所示。长周期在线监测数据表明，燃煤电厂近零排放改造后，大气污染物排放浓度能够始终低于《环境空气质量标准》(GB13223-2011)规定的天然气燃气轮机组排放浓度限值。

表5 神华集团河北省近零排放燃煤发电机组大气污染物现场检测数据

图2 河北省某台300 MW燃煤发电机组近零排放改造后烟尘排放浓度

图3 河北省某台300 MW燃煤发电机组近零排放改造后SO2排放浓度

3 燃煤电厂近零排放的环保效果分析

河北省燃煤电厂近零排放改造始于2013年，通过河北省加大环境治理力度，以及以神华集团为代表的能源企业不断推进河北省燃煤电厂近零排放或超低排放改造，使得河北省大气环境质量得到一定的改善。根据中国环境监测总站监测数据显示，2013年以来河北省PM2.5年均值由2013年的109 μg/m3降至2016年的69 μg/m3，年均降低了13.3 μg/m3，河北省及74个城市2013-2016年PM2.5年均浓度值变化情况见表6。

图4 河北省某台300 MW燃煤发电机组近零排放改造后NOX排放浓度

表6 河北省及74个城市2013-2016年PM2.5年均浓度值变化情况

2013年河北省废气中烟(粉)尘排放量为131.33万t、SO2排放量为128.47万t、NOX排放量为165.25万t，河北省独立火电厂烟(粉)尘排放量约为8万t、SO2排放量约为26万t、NOX排放量约为56万t。以河北省16台近零排放燃煤机组2016年平均烟尘排放绩效0.007 g/kWh、 SO2排放绩效0.039 g/kWh、 NOX排放绩效0.110 g/kWh为基准，按照河北省2013年底统调燃煤发电机组装机容量34450 MW、燃煤机组发电利用小时5000 h计算，河北省燃煤机组全部实现近零排放后，年烟(粉)尘、SO2、NOX排放量分别为0.12万t、0.67万t、1.89万t，减排比例将分别达到98.5%、97.4%、96.6%，河北省16台燃煤机组2016年烟尘、SO2、NOX排放绩效见表7, 河北省2013年废气中主要污染物排放量及电力近零排放后减排情况见表8。

表7 河北省16台燃煤机组2016年烟尘、SO2、NOX排放绩效

表8 河北省2013年废气中主要污染物排放量及电力近零排放后减排情况

4 燃煤电厂近零排放的经济效益分析

以河北省16台近零排放燃煤发电机组为例进行近零排放改造的成本分析，按照设备寿命周期剩余15 a、项目资本金率为20%、贷款年利率为6.55%、年检修成本为总投资的2.5%、年发电利用小时为4000 h、资本金收益率为10%来测算投资及运营成本，近零排放改造成本平均在0.0098元/kWh左右，燃煤发电机组近零排放改造投资及运行成本见表9。

表9 燃煤发电机组近零排放改造投资及运行成本

2015年12月2日，国家发展改革委、环境保护部、国家能源局发布《关于实行燃煤电厂超低排放电价支持政策有关问题的通知》(发改价格〔2015〕2835号)，明确对超低排放机组的电价支持标准，对2016年1月1日以前已经并网运行的超低排放现役机组，对其统购上网电量加价0.01元/kWh(含税)。即使将燃煤发电机组近零排放改造成本加入煤电上网电价，河北省煤电的上网电价水平也仅为0.4元/kWh左右，仍大幅低于风电、气电、光伏发电的上网电价水平0.05～0.45元/kWh，河北省不同类型发电方式的电价水平见表10。

表10 河北省不同类型发电方式的电价水平

以河北省2016年全社会用电量3264亿kWh来进行计算，如果全部使用达到近零排放标准的清洁煤电，将较全部使用风电、气电、光伏发电等节约社会用电成本为163～1469亿元。同时，按照平均投入260元/kW来计算，河北省42500 MW燃煤发电机组全部完成近零排放改造将需投入111亿元，对中国装备制造业和河北经济社会发展具有积极促进作用。

5 结论及展望

(1)河北省16台燃煤发电机组近零排放改造后，经河北省环境监测中心站现场取样测试，改造后尘排放浓度平均为2.15mg/m3、SO2排放浓度平均为9.01 mg/m3、NOX排放浓度平均为21.43 mg/m3，均低于《环境空气质量标准》(GB13223-2011)中规定的天然气燃气轮机组大气污染物排放浓度限值，走出了一条煤炭清洁高效利用之路。

(2)以河北省某台300 MW燃煤发电机组近零排放改造后的烟气排放连续监测系统(CEMS)的在线监测数据来看，烟尘排放浓度改造前的月均值为11.2 mg/m3，改造后为1～2.6 mg/m3；SO2排放浓度改造前的月均值为30 mg/m3，改造后为5～21 mg/m3；NOX排放浓度改造前的月均值为65 mg/m3，改造后为22～35 mg/m3。长周期的在线监测数据表明，改造后的大气污染物能够稳定实现近零排放。

(3)河北省2013年底统调燃煤发电机组装机容量3445万kW，按照年发电利用小时5000 h计算，河北省燃煤机组全部实现近零排放后，年烟(粉)尘、SO2、NOX排放量分别为0.12万t、0.67万t、1.89万t，减排比例将分别达到98.5%、97.4%、96.6%。

(4)从河北省各类发电方式的上网电价水平来看，即使将燃煤发电机组近零排放改造成本加入煤电上网电价，河北省煤电的上网电价水平也仅为0.4元/kWh，仍大幅低于风电、气电、光伏发电的上网电价水平0.05～0.45元/kWh左右。

[1] 林卫斌.能源数据简明手册2016[M].北京：经济管理出版社，2016

[2] 关大博，刘竹.雾霾真相-京津冀地区PM2.5污染解析及减排策略研究[M].北京：中国环境出版社，2014

[3] 河北省质量技术监督局，河北省环境保护厅. DB13/2209-2015燃煤电厂大气污染物排放标准[S].2015

[4] 中国环境科学研究院，国电环境保护研究所.GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准[S].北京：中国环境出版社，2011

[5] 王树民，宋畅，陈寅彪等．燃煤电厂大气污染物“近零排放”技术研究及工程应用[J]．环境科学研究，2015(4)

[6] 王树民、刘吉臻．清洁煤电与燃气发电环保性及经济性比较研究[J]．中国煤炭，2016(12)

[7] 国家统计局.中国统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2012-2016

(责任编辑 王雅琴)

Study on engineering practice and social benefit of the near-zero emission of air pollutants from coal-fired power plants in Hebei

Chen Yunfeng1,2, Xu Huijun3

(1. School of Energy Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Changping,Beijing 102206, China; 2. Beijing Guohua Electric Power Co., Ltd., Chaoyang, Beijing 100025, China;3.Shenhua Group Co., Ltd., Dongcheng, Beijing 100011, China)

Taking near-zero emission upgrading of 16 coal-fired generator units in Hebei Province as research object, technical route, engineering practice, environment effect and cost input of near-zero emission were studied and analyzed. The research results showed that after near-zero emission upgrading, the average emission concentration of soot, SO2and NOXwas respectively 2.15 mg/m3, 9 mg/m3and 50 mg/m3, which were less than the emission limits of natural gas turbine units specified in GB13223-2011, so the upgrading had remarkable emission reduction effects on normal air pollutants. Technical improvement of near-zero emission for coal-fired generator units was an important approach for clean and efficient utilization of coal resources based on China's energy resource endowment and environmental constraint, it had significant social benefits in terms of environment protection, pollutant emission reduction and cost saving.

coal-fired power plant, near-zero emission, engineering practice, social benefit

陈云峰，徐会军. 河北省燃煤电厂大气污染物近零排放的工程实践及社会效益研究[J].中国煤炭，2017，43(6)：133-138. Chen Yunfeng，Xu Huijun. Study on engineering practice and social benefit of the near-zero emission of air pollutants from coal-fired power plants in Hebei[J].China Coal，2017，43(6)：133-138.

TD353

A

陈云峰(1980-)，男，辽宁昌图人，硕士研究生，高级经济师，主要从事能源经济与电力环保方面的研究工作。