我國火電行業(yè)NOx減排進(jìn)展及控制對策研究

(環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012)

NOx排放具有活性強、跨區(qū)域傳輸?shù)奶卣?，既是衡量環(huán)境空氣質(zhì)量的關(guān)鍵因子，也是導(dǎo)致我國細(xì)顆粒物、臭氧等區(qū)域性、復(fù)合型污染的重要前體物[1]。為了改善大氣環(huán)境質(zhì)量，“十二五”期間，我國把NOx排放指標(biāo)納入了《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》的約束性指標(biāo)體系中，提出“十二五”全國NOx排放總量削減10%的目標(biāo)?；痣娦袠I(yè)是NOx排放第一大戶，占總排放量的45%以上[2]。同時，火電行業(yè)的減排潛力位居各行業(yè)之首，NOx減排效果直接影響到全國總量控制目標(biāo)的完成[3]。近幾年，隨著經(jīng)濟社會的迅速發(fā)展，用電需求旺盛，我國火力發(fā)電量和耗煤量持續(xù)增加，NOx減排形勢愈發(fā)嚴(yán)峻。因此，本文基于火電行業(yè)總量減排核算數(shù)據(jù)及火電企業(yè)現(xiàn)場調(diào)研，分析了“十二五”前期我國火電行業(yè)NOx減排進(jìn)展，針對存在的問題及面臨的挑戰(zhàn)提出對策和建議，有利于進(jìn)一步推進(jìn)總量減排工作[4]。

1 總量減排現(xiàn)狀分析

1.1 NOx排放總量得到有效控制

“十一五”期間，我國火電行業(yè)呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢，全國火電裝機容量、發(fā)電量的年均增長率分別為12.6%和10.3%。由于建設(shè)脫硝設(shè)施的火電裝機規(guī)模偏低且脫硝設(shè)施基本不投運，NOx排放量快速增長，與電煤消費量基本呈現(xiàn)線性關(guān)系。到2010年底，火電NOx排放量高達(dá)1055萬噸?！豆?jié)能減排“十二五”規(guī)劃》要求2015年火電行業(yè)NOx排放量達(dá)到750萬噸，比2010年削減29%，并要求全面推進(jìn)現(xiàn)役燃煤機組低氮燃燒技術(shù)改造及脫硝設(shè)施建設(shè)。

“十二五”前期，火電行業(yè)發(fā)展速度雖然略有放緩，但全國火電廠裝機容量、發(fā)電量的年均增長率仍然高達(dá)6.8%和8.3%。依靠結(jié)構(gòu)減排、工程減排和管理減排三大措施的深入開展，火電行業(yè)NOx排放量扭轉(zhuǎn)了以往逐年增漲的態(tài)勢，于2012年出現(xiàn)拐點。2013年火電行業(yè)(含自備電廠)NOx排放量約為960萬噸，較2010年下降了9%。經(jīng)過三年的減排工作，減排成效已經(jīng)初步顯現(xiàn)。

1.2 NOx排放強度顯著降低

近年來，隨著燃煤發(fā)電技術(shù)、低氮燃燒技術(shù)應(yīng)用以及煙氣脫硝設(shè)施的推廣，單位發(fā)電量的NOx排放量逐年下降。2013年火電行業(yè)NOx排放績效約為2.3克/千瓦時，比2010年降低了28%。從區(qū)域分布情況來看，中東部地區(qū)是火電行業(yè)NOx排放強度最大的區(qū)域。中東部地區(qū)人口密集、工業(yè)集中、經(jīng)濟發(fā)展較快，面積僅占國土面積的28%，但火電廠分布比較集中，2013年火電行業(yè)裝機容量、NOx的排放量約占全國的72%和70%。2013年，中東部地區(qū)NOx排放強度為2.3噸/平方公里，比2010年降低25%。

1.3 燃煤機組脫硝設(shè)施建設(shè)步伐逐步加快

到2013年底，燃煤機組脫硝裝機容量已達(dá)到4.3億千瓦，脫硝機組裝機容量占火電總裝機容量的比重由2010年的11%提高到50%。燃煤機組脫硝工程進(jìn)展較快的省份主要集中在東部地區(qū)，包括北京、江蘇、福建、廣東、浙江、天津、浙江、上海、河北，其脫硝機組所占比例均為50%以上，而西部地區(qū)脫硝工程的推進(jìn)及運行管理均較差。從脫硝設(shè)施運行情況來看，平均脫硝效率達(dá)到64%，同比提高16個百分點。其中，北京、江蘇、浙江、上海、廣東等省份，運行效果相對較好。

2 減排工作中存在的問題

2.1 新建機組的布局不合理

2011-2013年間全國新建火電機組1.46億千瓦，NOx排放量占2013年總量的7.5%。而新建的火電機組空間布局并不合理，中東部地區(qū)仍然是新增裝機規(guī)模最大的地區(qū)，約占全國新增總規(guī)模的3/4。而中東部地區(qū)是灰霾、酸雨、臭氧等復(fù)合型污染的高發(fā)區(qū)，特別是京津冀、長三角、珠三角等地區(qū)，大規(guī)模新建機組的投運必然導(dǎo)致這些區(qū)域的新增排放量增加，環(huán)境形勢更加嚴(yán)峻。

2.2 部分燃煤機組脫硝效果差

從減排效益來看，目前火電行業(yè)的減排貢獻(xiàn)率明顯高于其它工業(yè)行業(yè)。但由于各省份把燃煤機組的脫硝計劃時間多安排在2014和2015年，影響了脫硝進(jìn)度。而“十二五”末建設(shè)投產(chǎn)的脫硝設(shè)施，因設(shè)備調(diào)試等原因?qū)⒑茈y在投運初期就達(dá)到高效率，預(yù)計“十二五”期間發(fā)揮的減排效果十分有限。目前，從已建脫硝設(shè)施運行情況來看，平均脫硝效率雖比2012年提高了16%，但仍未達(dá)到國家要求。其中，綜合脫硝效率在70%以上的脫硝機組裝機容量不到20%，脫硝設(shè)施未正常運行、綜合脫硝效率為0的機組裝機容量約占10%。由于發(fā)電調(diào)度問題，部分地區(qū)發(fā)電負(fù)荷偏低，特別是夜間更加嚴(yán)重，導(dǎo)致煙氣溫度偏低而使脫硝設(shè)施頻繁退出運行。此外，一部分省份的脫硝電價暫未到位，為節(jié)約成本，企業(yè)往往讓那些已建成脫硝設(shè)施長期處于停運或低投運率狀態(tài)，甚至僅安裝了一層催化劑，綜合脫硝效率一般在30%以下。催化劑是SCR脫硝工藝的核心，催化劑生產(chǎn)技術(shù)含量高、投資大，對原料品質(zhì)要求也高，國內(nèi)催化劑生產(chǎn)還剛剛起步，生產(chǎn)能力有限[5]，無法滿足龐大的市場需求，目前催化劑還主要依靠進(jìn)口。

2.3 環(huán)境管理水平有待提高

企業(yè)環(huán)境管理水平低下。部分企業(yè)在環(huán)境管理組織機構(gòu)設(shè)置上的缺位和不足，導(dǎo)致環(huán)境管理職能難以落實，相關(guān)總量減排管理制度和減排臺帳不健全。有些企業(yè)的環(huán)境管理技術(shù)人員素質(zhì)比較低下，環(huán)保專業(yè)知識和脫硝設(shè)施運行經(jīng)驗比較薄弱。在線監(jiān)測系統(tǒng)管理不完善。在2013年總量減排核查工作中發(fā)現(xiàn)，部分發(fā)電企業(yè)脫硝設(shè)施的在線監(jiān)測裝置不符合國家規(guī)定，甚至大型央企也在監(jiān)測裝置管理方面存在著嚴(yán)重問題。

2.4 淘汰落后產(chǎn)能退出機制不完善

落后產(chǎn)能淘汰是我國NOx總量減排的三大措施之一。“十二五”期間，我國計劃淘汰小火電2000萬千瓦，任務(wù)十分艱巨，存在的突出問題體現(xiàn)在三個方面：一是地方政府和企業(yè)對淘汰落后產(chǎn)能的認(rèn)識還存在偏差，對有關(guān)政策措施執(zhí)行不力。小火電淘汰工作涉及地方經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定，地方政府出于GDP指標(biāo)、稅收、就業(yè)等方面的考慮而存在畏難情緒。二是配套政策支持力度不夠，財政獎勵資金安排與完成淘汰落后產(chǎn)能任務(wù)的結(jié)合還不緊密，資金申報和安排使用等環(huán)節(jié)存在漏洞。三是煤化工、石化等的自備電廠、城市小熱電機組等布局分散，且設(shè)備規(guī)模偏小，因生產(chǎn)工藝需要、熱網(wǎng)鋪設(shè)不足等原因而無法強制關(guān)停。

2.5 脫硝電價政策執(zhí)行不到位

脫硝電價政策是調(diào)動發(fā)電企業(yè)安裝和運行脫硝設(shè)施積極性[6]，促進(jìn)污染控制技術(shù)升級改造的重要手段。2011年11月，國家發(fā)展改革委出臺了燃煤發(fā)電機組試行脫硝電價政策，范圍為北京、天津、河北等14個省(區(qū)、市)。2013年1月，脫硝電價政策的實施范圍擴大為全國所有燃煤發(fā)電機組。脫硝電價政策試點以來，對NOx減排發(fā)揮了重大作用。但是從政策執(zhí)行情況來看，仍然存在的問題，主要包括：少數(shù)省份脫硝政策落實情況較差，導(dǎo)致企業(yè)缺乏建設(shè)和運行脫硝設(shè)施的積極性；采用“一刀切”的補貼方式，沒有考慮到機組建設(shè)時段、脫硝工藝、煤種差異等導(dǎo)致脫硝成本不同，造成不公平現(xiàn)象；脫硝監(jiān)管措施尚需完善，難以約束火電廠執(zhí)行脫硝電價后的脫硝運行效果；地方政府重視程度不一致，懲罰性電價政策執(zhí)行情況參差不齊；脫硝電價政策加價補貼在部分發(fā)電權(quán)交易和跨省區(qū)交易中未能合理體現(xiàn)。

3 減排壓力分析

3.1 從落實“十二五”減排目標(biāo)的角度

2013年，全國火電行業(yè)NOx排放量約為960萬，比2010年削減9%，僅完成了“十二五”減排目標(biāo)的1/3，減排進(jìn)度較慢。減排效益一方面是來自大規(guī)模的脫硝設(shè)施建設(shè)和投運，另一方面經(jīng)濟發(fā)展速度放緩、發(fā)電量下降而發(fā)揮的作用不容忽視。經(jīng)濟發(fā)展速度對電力需求具有重大影響力。自2008開始，我國經(jīng)濟發(fā)展速度在整體上呈現(xiàn)出逐步放緩的態(tài)勢。和“十一五”相比，“十二五”前三年我國GDP、火力發(fā)電量的年均增速分別下降3%和2%。假設(shè)“十二五”前三年火力發(fā)電量增速與“十一五”持平，按照當(dāng)前的新建燃煤機組平均排放水平1.2克/千瓦時，則新增排放量將額外增加28萬噸。此外，降水量的減少會引起水力發(fā)電量降低，也可能導(dǎo)致火力發(fā)電量及NOx排放量的驟增。因此，經(jīng)濟發(fā)展、火電發(fā)電量波動將會給未來的污染減排工作帶來一定的不確定性。

未來兩年是我國全面建設(shè)小康社會的關(guān)鍵時期，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、市場化仍將加速發(fā)展，必將帶動人均用電量的持續(xù)增加，加大了NOx減排壓力。本文結(jié)合中電聯(lián)組織編制的《電力工業(yè)“十二五”規(guī)劃研究報告》對用電量的預(yù)測結(jié)果、電力結(jié)構(gòu)變化及國家對NOx的控制要求，設(shè)計了3個減排壓力預(yù)測情景。預(yù)測結(jié)果表明：2015年全國全社會用電量將達(dá)到5.99～6.57萬億千瓦時，基準(zhǔn)方案推薦6.27萬億千瓦時?？紤]到近幾年的火力發(fā)電變化趨勢、電力發(fā)展規(guī)劃及核電、風(fēng)電等清潔能源發(fā)電的建設(shè)速度，預(yù)計2015年火力發(fā)電量占總發(fā)電量的比例為77%，略低于2013年。根據(jù)電力行業(yè)發(fā)展速度，新增火力發(fā)電量分別為0.38～0.82萬億千瓦時?；趶膰?yán)控制新源的原則，新建燃煤機組全部采用低氮燃燒技術(shù)及尾部加裝煙氣脫硝裝置，結(jié)合最新發(fā)布的火電廠排放標(biāo)準(zhǔn)對NOx排放限值要求，取平均排放績效0.5 克/千瓦時進(jìn)行計算，NOx新增排放量為19～41萬噸。在抵消因發(fā)電量增加帶來的新增排放量的前提下，2014～2015年間現(xiàn)役源需要削減的NOx排放量分別為229～352萬噸，削減量需要占2010年排放總量的23%左右。這主要是由于“十二五”前期脫硝電價執(zhí)行不力及脫硝設(shè)施運行經(jīng)驗不足，已投運的脫硝設(shè)施脫硝效率低下，減排壓力被轉(zhuǎn)移到“十二五”后兩年。

表1 “十二五”后期火電行業(yè)NOx減排壓力預(yù)測

3.2 從改善大氣環(huán)境質(zhì)量角度

2013年以來，我國中東部地區(qū)持續(xù)出現(xiàn)大規(guī)?；姻参廴臼录?，波及40余個重點城市，影響人口近6億多。部分城市PM2.5日均濃度峰值超過了600μg/m3，接近我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)二級標(biāo)準(zhǔn)限值的9倍。以超高PM2.5濃度為主要特征的灰霾污染導(dǎo)致了重污染區(qū)域內(nèi)居民的呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病率明顯升高、能見度大幅下降，引起了政府的高度重視和社會的密切關(guān)注，公眾對環(huán)境保護提出了更高要求，NOx總量減排將面臨更嚴(yán)峻考驗。嚴(yán)重的灰霾天氣推高未來的NOx減排壓力，若按照《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》提出的全國NOx總量削減10%的減排工作進(jìn)度，顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足廣大人民對空氣質(zhì)量改善的迫切需求。為了盡快實現(xiàn)空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)，必須加大NOx減排力度?；痣娦袠I(yè)不僅排放基數(shù)大，而且屬于高架源，排放的NOx在大氣中發(fā)生遠(yuǎn)距離傳輸和化學(xué)轉(zhuǎn)化，不僅會影響當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境質(zhì)量，而且存在跨界污染的問題。因此加大火電行業(yè)NOx排放量削減比例對緩解區(qū)域灰霾重污染、快速推進(jìn)空氣質(zhì)量改善具有重要的意義。特別是京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域性污染嚴(yán)重的重點地區(qū)，要進(jìn)一步加大減排力度，力爭大幅度超額完成地方政府的“十二五”NOx總量減排目標(biāo)。

4 深化火電NOx控制的對策

4.1 提高環(huán)保準(zhǔn)入門檻，嚴(yán)格控制新增排放量

嚴(yán)格控制新增排放量是促進(jìn)火電行業(yè)大幅削減的重要措施。我國應(yīng)嚴(yán)格控制火電行業(yè)規(guī)模，提高行業(yè)準(zhǔn)入門檻，把火電行業(yè)NOx排放的總量指標(biāo)作為環(huán)評審批的前置條件，以總量定項目。優(yōu)化新建項目布局，大氣環(huán)境質(zhì)量超標(biāo)的城市要實行排放總量減量替代。對于新建燃煤機組，應(yīng)配套建設(shè)高效的脫硝裝置，脫硝效率達(dá)到80%以上。對于區(qū)域性污染嚴(yán)重的重點控制區(qū)，禁止新、改、擴建除“上大壓小”和熱電聯(lián)產(chǎn)以外的煤電機組。

4.2 加快脫硝工程建設(shè)進(jìn)度，狠抓減排實效

加快燃煤機組低氮燃燒技術(shù)改造和脫硝設(shè)施建設(shè)步伐，對30萬千瓦及以上的燃煤機組、東部地區(qū)和其他省會城市20萬千瓦及以上的燃煤機組，均要實行脫硝改造。對于在運行過程中發(fā)現(xiàn)脫硝設(shè)施不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的，應(yīng)盡快安排脫硝設(shè)施改造工作。位于京津冀等區(qū)域性污染特別嚴(yán)重地區(qū)的燃煤機組，爭取在2014年底前實現(xiàn)燃煤機組全部脫硝改造，提前一年完成“十二五”污染物減排目標(biāo)責(zé)任書中的脫硝計劃。同時，切實加強脫硝設(shè)施的運行管理，促使其發(fā)揮最大的減排效果。通過完善制度管理、加強交流和培訓(xùn)等手段，提高企業(yè)環(huán)境管理水平和操作工人的業(yè)務(wù)能力，從而促進(jìn)脫硝設(shè)施穩(wěn)定、高效的運行。

4.3 完善配套政策

完善落后小火電機組的退出機制，保障在實施“等(減)量置換”和“上大壓小”政策的過程中，關(guān)停小火電機組地區(qū)或企業(yè)的先進(jìn)項目能夠順利上馬；對無法淘汰或?qū)崿F(xiàn)整合的企業(yè)自備電站、供暖鍋爐等，加大政策資金支持力度或出臺鼓勵政策，促進(jìn)企業(yè)鍋爐改造或燃用清潔燃料。完善綠色發(fā)電調(diào)度，優(yōu)先調(diào)用能耗低、污染物排放強度低的機組，結(jié)合區(qū)域環(huán)境質(zhì)量促進(jìn)發(fā)電量在區(qū)域內(nèi)優(yōu)化和區(qū)域間協(xié)調(diào)。建立推進(jìn)減排工程發(fā)揮實效的管理制度，盡快從國家層面出臺火電行業(yè)脫硝設(shè)施運行監(jiān)督管理辦法等，推進(jìn)減排工程的規(guī)范化管理。完善脫硝電價政策，制定階梯電價補貼，基于不同的排放濃度設(shè)立補貼標(biāo)準(zhǔn)，建立刺激信號，彌補一刀切的電價補貼政策的不足，促進(jìn)企業(yè)在達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)上提升NOx污染控制水平。

4.4 加快開發(fā)適合國情的NOx削減技術(shù)

隨著國內(nèi)煙氣脫硝建設(shè)的進(jìn)度日益加快，脫硝技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用比例也逐步提高。從事煙氣脫硝的工程公司已經(jīng)擁有了較為成熟的工程技術(shù)，累積了豐富經(jīng)驗。但是，我國的環(huán)保企業(yè)還未掌握脫硝的核心技術(shù)，使得脫硝成本居高不下。因此，亟需提高煙氣脫硝關(guān)鍵技術(shù)的自主研發(fā)能力，積極開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、適合中國實際情況的新技術(shù)新產(chǎn)品，擺脫對國外技術(shù)的依賴，降低脫硝裝置的初始投資。目前，催化劑供應(yīng)還過分依靠進(jìn)口，催化劑成本高達(dá)脫硝工程成本的40%。催化劑中還含有重金屬，為防止其產(chǎn)生二次污染問題，應(yīng)強化催化劑再生及處置技術(shù)的開發(fā)。此外，發(fā)電負(fù)荷低時，SCR脫硝系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)，使得NOx排放濃度難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，這是發(fā)電企業(yè)面臨的共同難題。而SCR系統(tǒng)設(shè)置最低運行溫度目的是防止生成硫酸氫銨堵塞催化劑孔隙，降低催化劑活性。因此，亟需研發(fā)和應(yīng)用節(jié)能型全天候脫硝技術(shù)、低溫催化劑等技術(shù)。

4.5 完善減排信息公開制度，強化減排監(jiān)督機制

近年來，環(huán)境信息公開取得了一定進(jìn)展，但隨著公眾對環(huán)境問題關(guān)注的日漸提升和環(huán)境信息的訴求逐漸提高，政府環(huán)境信息公開與滿足公眾需求還存在一定差距?？紤]到火電行業(yè)是污染物排放大戶，是總量減排的重點，同時火電行業(yè)相比其他行業(yè)具備較好的環(huán)境統(tǒng)計基礎(chǔ)，易于推進(jìn)總量減排信息公開，“十二五”后期實行以“政府為主，企業(yè)自主”的方式，實行減排信息公開，逐步擴大信息公開的內(nèi)容，包括企業(yè)發(fā)電量、耗煤量、脫硝運行效果、NOx排放量等重要信息。通過充分調(diào)動公眾及媒體的積極性，發(fā)揮公眾及輿論的監(jiān)督力量，同時也形成一種倒逼機制，來強化企業(yè)和政府的責(zé)任，改善目前單純依靠行政手段的管理模式，有效推動污染減排工作。

5 研究結(jié)論

研究表明，NOx排放具有活性強、跨區(qū)域傳輸?shù)奶卣?，既是衡量環(huán)境空氣質(zhì)量的關(guān)鍵因子，也是導(dǎo)致我國細(xì)顆粒物、臭氧等區(qū)域性、復(fù)合型污染的重要前體物。為了改善大氣環(huán)境質(zhì)量，“十二五”期間，我國把NOx排放指標(biāo)納入了《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》的約束性指標(biāo)體系中，提出“十二五”全國NOx排放總量削減10%的目標(biāo)。火電行業(yè)是NOx排放第一大戶，占總排放量的45%以上。同時，火電行業(yè)的減排潛力位居各行業(yè)之首，NOx減排效果直接影響到全國總量控制目標(biāo)的完成。近幾年，隨著經(jīng)濟社會的迅速發(fā)展，用電需求旺盛，我國火力發(fā)電量和耗煤量持續(xù)增加，NOx減排形勢愈發(fā)嚴(yán)峻。

為此本文分析了“十二五”前期火電行業(yè)NOx總量減排取得的成效及存在的問題。結(jié)合未來火電行業(yè)發(fā)展預(yù)測、NOx污染控制的最新要求及環(huán)境質(zhì)量改善需求，分析“十二五”后期的減排壓力。研究結(jié)果表明，日益嚴(yán)重的灰霾天氣推高了NOx減排壓力。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合減排工作的重點和難點，從控制措施、管理體系、技術(shù)研發(fā)等角度提出下一步NOx總量減排工作的對策。

主要相應(yīng)對策如下：第一，提高環(huán)保準(zhǔn)入門檻，嚴(yán)格控制新增排放量；第二，加快脫硝工程建設(shè)進(jìn)度，狠抓減排實效；第三，完善相關(guān)配套政策；第四，加快開發(fā)適合國情的NOx削減技術(shù)；第五，完善減排信息公開制度，強化減排監(jiān)督機制。

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