国电环境保护研究院院长朱法华：“逢煤必反”可以休矣

2020-03-03郑挺颖罗梦雁崔鸿青

环境与生活 2020年11期

郑挺颖罗梦雁崔鸿青

在公众环保意识日益强化的当下，很多人一听到“煤炭”就会联想到大气污染、碳排放高这些负面形象。但是随着科学技术的长足发展和进步，我国的煤电污染防治技术已是全世界最先进的，废水的资源化更是做到了极致。时至今日，我们需要刷新自己的知识图景，去坦然面对高新技术带来的改变。

11月11日，《环境与生活》记者来到北京贵都大酒店，采访了来北京出席会议的国电环境保护研究院院长朱法华，听朱院长介绍了国内燃煤发电污染防治领域的最新技术进展——

“清洁煤电也是清洁能源”

《环境与生活》：有人认为环保与煤炭是天然对立的，对煤炭、煤电、煤化工、煤制油等都持反对态度，认为用煤就会污染环境。对此，您怎么看？

朱法华：确实，我身边也有这种“逢煤必反”的朋友，但我要明确地说，这种观点已经不合时宜了，说难听点就是刻舟求剑。

中国工程院原副院长谢克昌院士反复倡导“清洁煤电也是清洁能源”。最近几年，我国煤炭清洁化的速度发展太快，外界根本反应不过来，甚至有的“黑科技”，电力行业内部的人一听都觉得不可能。2000年，我去澳大利亞伊拉林燃煤电厂，了解到全厂不用新鲜水，它是以城市污水处理厂的中水作为全厂生产补水。我回来后和许多领导及专家讲，他们都说这怎么可能呢，锅炉补给水肯定是要用好水的，怎么可能用城市中水呢？后来，没过几年，也就是2007年之后，国内电厂也做到了。

2014年，我讲电厂要做到超低排放，当时反对的人很多，包括一些领导。那主要是由于大家不了解我们的技术发展速度有多快。现在的钢铁、水泥行业推动的超低排放都是在走电力行业的创新之路。燃煤发电清洁化后，钢铁企业等跟着也清洁化，技术原理差不多，但在应用方面有不少创新。目前我国燃煤电厂已基本全面完成超低排放改造，且运行稳定可靠，所以，煤电清洁化技术的发展速度快到大家都反应不过来。

《环境与生活》：可否请您介绍一下国电环境保护研究院的背景。

朱法华：国电环境保护研究院成立于1980年，最早是隶属于水利电力部，后来分别历经能源部、电力部、国家电力公司、中国国电集团公司管理，现在隶属于国家能源集团。40年来国电环境保护研究院一直致力于电力环保工作，推动煤炭的清洁化利用，2019年11月，国电环境保护研究院获得第十届“中华环境奖”，并受邀在人民大会堂参加颁奖仪式，组委会的评价：“国电环境保护研究院为政府制定政策与标准，他们是政府环保智囊团；为行业研发技术与装备，他们是环境管理的科技支撑者；为社会提供科普与服务，他们是科技环保理念的传播者。他们指导了电力环保行业治理方向，引领火电行业污染防治技术进步，以科技创新为环保事业保驾护航”。

为更好地全方位的服务电力生产，2008年原中国国电集团在国电环境保护研究院的基础上组建了国电科学技术研究院有限公司，今年更名为国家能源集团科学技术研究院有限公司，我目前的职务是国家能源集团科学技术研究院有限公司副总经理，兼任国电环境保护研究院有限公司董事长。30多年来，我一直从事电力环保工作，2005年起担任国电环境保护研究院的副院长、院长。

中国此前有五大发电集团，分别是中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司、国家电力投资集团公司。2017年，原中国国电集团和原来的神华集团合并重组成国家能源集团。神华集团是做煤炭的，也做电厂、港口、铁路、煤化工。重组合并后的国家能源集团，目前是全世界最大的能源集团。国家能源集团有四个方面是世界第一，包括煤炭开采量、火电装机容量、煤化工（将煤变成油、天然气等化工产品）、风电机组容量。

发展煤化工主要是为了能源安全

《环境与生活》：我们注意到，此前有人抨击煤化工耗水太大。

朱法华：确实是的，但是我国还是需要煤化工的。为什么？因为我国石油储量很少，根据2019年公开数据，我国已探明的化石能源储量中按热值进行折算，煤炭占比高达99%，石油和天然气合计1%，可以看出我国缺少油和气，必须大量依赖进口，目前我国石油进口依存度超过70%。国际关系复杂，我国基于能源安全的考虑必须发展煤化工。我国将煤转化成油的技术也是世界领先的，规模也是最大的。当然，在国际油价便宜时，将煤转化成油是亏本的，但即使是亏本依然要做，可以少做但不能不做，这主要是从国家能源安全的角度考虑，否则未来如果出现极端情况，我们没有油就会非常被动。需要指出的是，随着技术进步，煤化工耗水太大的问题也正逐步得到解决。

煤电可帮新能源电力调峰、调频、调压

《环境与生活》：我国向国际社会承诺，要在2030年实现二氧化碳排放量达峰，这对燃煤发电来说意味着什么？

朱法华：2030年前碳排放量达到最高峰，这个目标对我国来说还是现实的，通过努力也是能够实现的。实际上，我国最近几年的能源消耗总体增长趋缓，前两年还有所下降。我国东部地区能源消耗量稳定，再大幅增长的可能性不大。我研究过能源与经济间的关系，能源与经济的关系在工业化早期是同步的、正相关的，相关性非常明显。在这一阶段，如果能源消耗量没增长而经济增长，那么数据一定是有问题的。

当工业化发展到一定阶段，能源消耗量与经济增长速度之间的关系就不明显了。工业化发展到第三阶段，经济增长就不再依赖于能源消耗量增长。现在上海的GDP增长已不依赖于能源消耗量增长。基本上，我国东部地区的GDP增长已不完全依赖于能源消耗量增长。我国中西部地区特别是西部地区，两者还存在一定的正相关，估计中西部地区经过5至10年的发展，就可以达到东部地区现在的发展水平。到那时，东部地区的能耗可能还会较现在下降，高能耗企业会慢慢被淘汰或转移。我认为，我国力争于2030年前让二氧化碳排放量达到峰值是可实现的，并努力争取2060年前实现碳中和（零排放），这些目标的实现主要依赖节能及煤炭消耗的减少。比如发电方面，我国现在的太阳能发电已具备了和煤炭发电同等的竞争力，价格方面也具有优势，我国在成本控制方面比发达国家要好，人工便宜，新能源的材料也便宜。

2003年，我们为什么将烟尘排放标准限值定在50毫克/立方米，就是希望公众可以根据烟囱冒烟来判断、监督。烟尘（颗粒物）浓度在30毫克/立方米至50毫克/立方米之间时，受光线的影响，有时看得见，有时看不见。如果小于30毫克/立方米，肉眼就完全看不见了。

蓝色烟羽是烟气中的三氧化硫浓度高了，三氧化硫与水结合形成硫酸，所以在烟气中的三氧化硫都是以硫酸雾的形式存在的，硫酸雾实际也是液态的微细颗粒，它也是符合刚才说的标准，当超过50毫克/立方米时则呈现蓝色。

另外还有一种黄烟，这种情况是很少见的，但如果出现了也很容易处理，我们看这张某个电厂冒黄烟的照片，烟囱出口是可以看到黄烟的，一扩散就看不到了。出现这种现象的主要原因是电厂低负荷运行，满负荷时不会出现这个情况。低负荷运行时，二氧化氮的浓度高了，二氧化氮跟水接触就是硝酸，硝酸雾的颜色就是黄色。

怎么解决这个问题呢，其实很简单，不需要上任何设备，电厂运行人员只要认真负责，即当降负荷用煤量少的时候，风机送风量也要减少，停一台风机，或者有的厂风机是变频的，可以通过调频减少风量，就可以解决这个问题了。传统电厂一些运行人员在减煤的时候是不减风的，因为煤要钱而风不要钱，电厂操作人员不愿意去调整或者担心调整后万一出问题而担责。现在，电厂自动化程度提升后，工作人员通过电脑就可以操作调整了。

一句话就省下了700亿元无效投资

《环境与生活》：针对“有色烟羽”，你们开展的相关研究获得了电力系统的最高奖。请问你们的研究都有哪些创新和突破？

朱法华：我们在这方面的研究课题有四个创新点：

第一个创新点就是方法和技术体系。我们制定了科学检测标准。以前，我国三氧化硫、PM2.5、氨（脱硝存在氨逃逸）都没有科学检测方法、标准，也没有检测技术，我们研发了检测技术，制定了检测标准，相当于形成了有色烟羽的检测体系，并研发出仪器设备。

第二个是综合评估。比如要想消除白烟，就要加热，这就要消耗多少能源、增加多少煤耗、增加多少排放……这些都是可以计算的。我们研究院有一个生态环境部的重点实验室“国家环境保护大气物理模拟与污染控制重点实验室”，其中包括一个国内最大的阵风环境风洞，我们在风洞实验室里面模拟了湿烟气排放的环境影响，通过评估实验得到的数据，得出结论是目前“治理白色烟羽得不偿失”。这一结论在2019年被生态环境部采纳。在生态环境部2019年10月印发的《京津冀及周边地区2019-2020年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》中，专门有一句话“对稳定达到超低排放要求的电厂，不得强制要求治理白色烟羽”。这句话意义重大，因为这对全国而言，相当于省下了700亿元的无效投资。

第三个创新点是治理技术。我们称为靶向治理。只治理蓝色烟羽，我们是有技术的，在江苏省某个电厂就有实施案例。在烟气中，如果三氧化硫高的话，我们可以进行碱性雾化喷淋，没有水出来，喷的就是碳酸钠。碳酸钠与三氧化硫（实际是硫酸），酸碱反应效率很高，不太贵。我们也不需要很纯的原料，用工业级别的，工程效果也非常好。这里边难度在于喷淋物质与烟气混合一定要均匀，雾化得非常好，进去以后要立即反应掉，因为一旦有水滴就会造成堵塞，一旦没完全雾化，比如形成水滴就会被吸附到内壁上，就容易腐蚀、堵塞。

第四个创新点我们叫“理化雙调”。就是说，有很多是不需要这种靶向治理的，我们通过系统运行进行优化就可以。对现有的治理设施，通过物理和化学的方法进行调整、优化。优化以后，就可以大幅减少三氧化硫排放，就不会形成蓝色烟羽。很多电厂都只是通过调整现有的治理设施就可以了。比如，前面讲到电除尘，温度是在摄氏120度至130度，后来改成低低温电除尘，将烟气温度降下来，烟气体积就变小了，就容易提高去除效率。大家都害怕腐蚀，烟气温度下降到摄氏105度，对三氧化硫的去除效果比较差。我们研究后发现，将烟温降到摄氏95度左右，对三氧化硫去除效果可以达到80%以上。

为什么是这样？这是因为降到摄氏95度（摄氏100度以下）时，水汽就会凝结。原来三氧化硫都是雾，都是粒径小于一微米，然后我们把温度降到摄氏95度左右，硫酸雾的粒径就变大了，因为水会冷凝，冷凝后与硫酸雾一碰撞就变大了，粒径变大后就很容易与灰尘结合，灰是碱性的，硫酸是酸性的，酸碱中和反应生成盐，实际上是化学吸附，也不用担心灰中的三氧化硫会再释放出来。我们后来就制定了低低温电除尘器的运行规程。

为什么叫低低温呢？因为在摄氏120度左右的除尘器是低温电除尘；高温电除尘一般是指摄氏300度以上，所以比低温再低就是低低温。温度控制在摄氏95度，进行运行优化就可以了，不需要再增加投资。

五间房电厂可做到一滴水都不消耗

《环境与生活》：您在电力行业的污水处理方面颇有经验，能否也和我们介绍一下相关的情况？

朱法华：总体来说，电力行业的污水处理相对比较简单，我1990年参加工作，一开始就做电厂的循环水处理，循环水就是循环冷却水。冷却水冷却后就浓缩，水里的盐份占比变高，在铜管（凝汽器）里就会结垢。

燃煤电厂实际上就是以水为介质，将煤炭的化学能转变成电能的过程。锅炉内的水利用煤炭燃烧的化学能，转变为高温高压、亚临界、超临界或超超临界蒸汽，蒸汽推动汽轮机做功转动，带动发电机发电，但做功后的蒸汽是温度很高，压力不高。蒸汽如果排掉了就太可惜了，为什么可惜呢？因为锅炉内的水是很纯的水，治水的代价很高，同时直接排掉浪费的热量也很可惜。我们希望将高温蒸汽冷却下来，冷凝成水。电厂的凝汽器就是由很多铜管构成的，一根一根铜管排得很密，外面包一个很大的管子，铜管里面走常温水，比如河水，然后外面大量的空间走高温蒸汽，高温蒸汽降温就变成了凝结水，然后凝结水再经简单处理后回到锅炉里面去，而铜管中的水同时被加热，一般从冷水进去到出去，铜管中的水温会增加摄氏8度至10度，或8度至12度，就变成热水了。南方水资源丰富地区，水可以直接排到海洋或江河中去，而北方没有那么丰富的水资源，所以这热水就被送到冷却塔里面，冷却塔里面有点像洗澡的喷头一样，热水就往下喷，掉进冷却塔底部的水池就冷下来了。在北方的电厂内，大家都可以看到冷却塔。

大家看到冷却塔顶上冒白烟，那是没有任何污染的，是水蒸气。水从冷却塔冷却后再循环，大家想想看，水能不能无限制循环呢？是不能无限循环的，因为每循环一次，水就浓缩一次。刚才讲过，冷却塔冒白烟带走的是水蒸气，而留下的水中有盐、有钙，水越来越浓缩就会结垢，由于微生物作用铜管中还会形成像泥巴一样的黏泥，所以我们要在水中加药剂进行处理，以防止结垢、杀死微生物防止产生黏泥。结垢是很难避免的，我们让它不在铜管中结垢，而是在冷却塔中结垢，这样就不影响运行。通过循环水提高浓缩倍率，就可以减少很多水消耗，浓缩倍率从一点几到三点几、四点几、五点几，我们现在做到最好可以做到十，即循环10次。

电厂烧煤后还产生大量煤灰、煤渣，在1995年前，我国的灰水是可以直接排入江河湖海的。1995年，电力部发文禁止灰水直排。原来我国发一度电耗水几公斤，现在我们消耗的水很少，现在可以做到发一度电只需耗水几十克。

位于内蒙古自治区锡林格勒盟的五间房电厂（隶属于北京京能集团）甚至可以做到一点水都不消耗。锅炉要用水，脱硫要用水，那么它怎么做到一点水都不消耗呢？这是因为它的水全部来自烟气，它烧的是含水量比较高的褐煤，当地的褐煤比较多。褐煤燃烧后的烟气含水量高，将烟气进行冷却，冷却冷凝将水收集下来补到鍋炉里，再循环出来。冷却不用循环水，是用空气进行冷却的，但是需要在厂里建很大的储水池，因为烟气里面的水有两个来源，一是煤，二是空气；煤燃烧时需要加空气，空气中有水，空气中的水夏天比冬天多，但锅炉运行的时候用的水都是一样的，是没有季节性的，该厂建了很大的地下储水池，以防水蒸发。

布袋除尘技术成败在细节

《环境与生活》：燃煤发电除尘有哪些技术？您如何看待这些相应的技术。

朱法华：主流的有电除尘、袋除尘、电袋复合除尘三种方式。电除尘技术还可分为干式电除尘和湿式电除尘。

我国电力行业的第一个成功运行的袋式除尘就应用于内蒙古呼和浩特市丰泰发电有限公司的20万千瓦机组项目。此前，国内有5个电厂搞袋式除尘都失败了。当时，关于火电厂设计规程中明确规定135兆瓦（13.5万千瓦）以上的机组就不得使用袋式除尘，但呼和浩特市丰泰发电有限公司的20万千瓦机组不用不行，因为2000年的时候，电厂的烟尘排放浓度标准是200毫克/立方米，那地方用煤是准格尔煤，准格尔煤燃烧后的比电阻太大，用电除尘器效果很差。他们持续实验也做不到让烟尘排放浓度小于200毫克/立方米。当时，我正在牵头进行标准的变更，即2003版的标准，拟从200毫克/立方米变到50毫克/立方米。