火电燃煤电厂环保现状与应对策略研究

赵建林

（国能亿利能源有限责任公司电厂 内蒙古鄂尔多斯 014300）

引言

火力发电以可燃物燃烧时产生的热能为动力源，经由动力装置转换为电能，长久以来我国火力发电以燃煤为主，是较为突出的高耗能高排放大户，在经济高速发展背景之下，电力工业废水、废气以及废渣所造成的环境问题日益突出，走循环经济之路也成了必然选择。“十四五”以来，我国电气化进程持续推进，多项举措的实施齐头并进，着力提升电力系统灵活性、助力煤电退役进程，以节约优先为基本原则，加快构建新能源电力供应格局，充分调动市场资源配置，降低可再生能源成本[1]。而且联合国COP26 峰会上，也明确指出在2022 年底前加强2030 年的减排目标，逐步减少燃煤发电。由此可见，绿色清洁能源替代传统燃煤发电已经成为必然，在此期间，致力于火电燃煤电厂环保事业，不仅有助于“双碳”目标的实现，同时对于减轻环境负担、实现可持续发展也具有前瞻性的指导意义。

1 火电燃煤电厂环保现状

1.1 监督管理力度不足

火力发电在经济发展中有着举足轻重的作用，但其对环境所造成的影响也是不可逆的。在我国坚定环保整改决心，加大环保整改力度的趋势之下，燃煤发电首当其冲，一系列强制环保政策以及标准要求的出台也对其提出了严格的约束，各地方政府也纷纷响应制定低排放行动计划和强制性标准。经过多年的努力，在大气污染治理方面，我国燃煤电厂除尘、脱硫、脱硝都实现了超低排放；在废水治理方面，大多数电厂废水零排放效果显著，电厂零补水逐渐成为主流；在废渣治理方面，煤电灰渣的综合利用率得到了有效提升，电厂固废基本消化[2]。尽管在相关制度约束以及各方的协调努力下我国火电燃煤电厂取得了初步的改善效果，但整体而言还有较大的空间需要努力。制度规范和监管执行方面的欠缺、环保监督部门执行力的不足、多头管理交叉执法问题异常突出，且在整个监督管理过程中通常采用定期检查的方式而忽略了长期跟踪，诸多燃煤火电厂经常为了应付检查而采取临时措施控制污染物的排放，难以真实地反映实际治理成效，更有部分企业取得排污许可证后态度松懈、技术规范认识不足，最终导致排污许可申报及执行过程存在技术偏差，在一定程度上阻碍了环保事业的推进。

1.2 区域差异协调缺失

火电燃煤电厂污染高、能源消耗高、排放量大是最基本的特征，但对于火电燃煤电厂而言，其在环保方面的努力不仅仅是三废处理和利用，更是环保投资以及利益共享的最大协调，在“因煤制宜，因炉制宜，因地制宜，统筹协同，兼顾发展”的原则上促成超低排放的实现，且在综合治理的过程中兼顾经济效益和社会效益，通过不断地优化转型创造更大的价值。但实际上区域政策的差异以及整体的协调缺失导致整体优化以及稳定性提升上依旧存有较大上升空间。

以脱硫废水为例，诸多燃煤电厂所执行的规范与国家、地方最新环保要求并不能够完全匹配，直接导致一些标准性的条款不具备操作性；很多区域的脱硫废水处理技术尚未开展标准化甚至是系统化评估工作，导致各大燃煤电厂各自处理技术路线繁多，构成较为复杂，甚至有部分电厂存在概念炒作的现象，参差不齐的操作水平也直接导致整体处理效果欠佳；另外，很多地域在掺烧废弃物的处理以及发展方面也存有规划不清晰、掺烧物种类五花八门、环境准入要求不统一以及污染物控制与配方要求混乱无序等现象。

1.3 环保技术创新落后

技术是第一生产力，但同时也是第一治理手段，先进的科学技术能够从根源上扬长避短，在保证效益创造的同时减少不良影响。对于我国而言，燃煤电厂在未来很长时间依旧会占据电力行业主体地位，因此想要从根本上杜绝火电燃煤电厂产生的污染短期内难以实现[3]。因此，火电燃煤电厂环保要在系统观念的坚持下积极探索科学路径，在保证污染总体排放量不断下降的大趋势下，通过创新技术发展利用高效除尘、脱硫、脱硝技术手段，不断提升生态环境产品质量。

尽管近几年我国环保科研水平得到了显著提升，但依旧处于成长阶段，核心技术发展过于依赖国外，自主创新能力不高，技术瓶颈难以突破，甚至采用的技术线路会产生一定的负面影响。且受到经营状况以及投资成本的影响，机组环保改造任务计划安排不足、推进迟缓，很难在燃煤电厂环保领域占据主动性。例如脱硝系统的主要技术路线为低氮燃烧+SNCR+SCR 联合脱硝，但在此过程中低氮的不充分燃烧会导致飞灰含碳量的增加，SCR 脱硝的过程中SO3浓度增加以及氨逃逸现象也是急需解决的问题，常规电除尘对粉尘入口浓度有着较高的要求，传统的脱硫过程中一旦出现高速烟气或者不均匀气流，很容易导致出口粉尘浓度超标或者后端GGH 堵塞等现象。

1.4 工作方案有待完善

随着节能减排工作的深入推进以及对其重视程度的不断提升，风电以及光伏等全新的非石化能源利用为我国电力结构转型升级提供了关键转折。在此背景之下，我国燃煤机组煤耗值不断降低，效率上升。根据全球能源互联网组织预测，在2060 年到来时，我国的能源装机中清洁能源的占比将会高达94%，而火电装机仅仅会作为应急电源得以保留，图1 为我国发电装机能源结构构成趋势。

图1 我国发电装机能源结构构成以及发展趋势

大多数火电燃煤电厂的工作方案依旧有所欠缺，其中能源结构单一、资源利用科学性偏低、政策驱动与环保成本不匹配以及副产物利用率低等现象十分突出。“富煤贫油少气” 一直是我国能源的显著特征，从我国发电装机能源结构构成趋势中可以看出，2020 年我国电力企业依旧以煤炭为主，偏低的资源利用科学性必然会造成大量的污染物排放。尤其对于一些老旧机组而言，其发电量少、改造技术难度较大，却拥有较高的使用率，而巨额的环保投资导致企业经营负担过重，为此不得不因为推迟改造进度而延缓环境治理进度[4]。另外，燃煤发电机组在发电过程中会有大量的灰渣以及脱硫副产物等产生，但受限制于资金以及技术成本，各大电厂通常以填埋形式完成对副产物的处理，不仅利用率低，同时也会加剧环境污染。

2 火电燃煤电厂对环境质量的影响

2.1 烟气排放与大气污染

燃煤电厂生产过程中，大气污染物首当其冲，烟尘、SO2、CO2以及NOx最为突出，少量的汞、砷等重金属化合物也值得重视。调查数据显示，同等发电量下，我国的总排放量是发达国家的3 倍，烟尘排放量为发达国家的2 倍。空气中大量二氧化硫气体的存在，会直接导致酸雨的形成，酸雨不仅会造成土壤酸化板结，更会烧伤农作物，破坏历史遗迹；而NOx气体的存在不仅会形成硝酸雨，其产生的光化学烟雾污染也是不可逆的；小颗粒烟尘的排放是雾霾形成的源头，会给人类的呼吸系统造成严重负担；另外，燃煤电厂燃烧过程中会有大量的CO2产生，这便是温室效应全球变暖的罪魁祸首。

2.2 废水排放与水体污染

燃煤电厂发电过程中所产生的废水主要包括主机循环水、化学水处理废水、粉煤灰冲洗水、脱硫石膏废水以及生活污水等，这些废水排放直接导致水资源酸碱度以及重金属污染超标。经测定显示，我国燃煤电厂所排放的废水pH 值均大于7，因此会呈现出较强的碱性，该种碱性废水的排放不仅会抑制植物生长，导致海洋生态环境的破坏，严重的甚至会引发桥梁以及船舶的腐蚀，废水当中Hg、Gr、Cd 等重金属污染物的存在会通过水体或者植物的根系产生明显的富集加剧，水资源污染、降低水体自净能力，通过食物链的渗透危害人体健康。

2.3 灰渣排放与环境污染

燃煤电厂在发电过程中，煤粉经过高温燃烧产生固体废弃物，固体废弃物的主要构成包括炉渣、粉煤灰以及脱硫石膏等混合物。相关统计数据显示，我国每年火电厂所排出的固体废弃物当中，粉煤灰以及炉渣重量超过4×107吨，从表1 中可以看出，大多数燃煤电厂的废渣若通过合理的储存或者利用均能达到理想的处理效果，但实际上很多电厂为有效节省成本会选择直接掩埋处理，而这样的处理方式不仅占据了大量的土地空间，加剧了使用矛盾，破坏了土地资源，同时产生的各种环境问题也是不可逆的。例如，粉煤灰以及脱硫还原剂石灰石粉末在经过一定程度的研磨后会以细小粉末状态漂浮在空气当中造成大气污染，且该种粉尘颗粒会与空气当中的有害气体形成气溶胶状态污染物，严重危害人类身体健康[5]。大多数燃煤电厂的废渣当中会有少量的重金属存在，这些重金属在堆放的过程中，或者会随着雨水逐渐渗透到土壤当中造成地下水源的污染，或者会与土壤当中的矿物形成全新的土壤化合物，致使土壤的结构以及性质发生改变，最后在富集作用下危害人类身体健康。

表1 燃煤电厂废渣来源以及处理方式

3 燃煤电厂环境保护的对策

3.1 提高环保意识，完善监督管理制度

业内专家认为，当前火电燃煤电厂环保问题集中于制度的规范以及监管力度的执行，只有建立严格的监督管理机制，多方面积极协调发展和生产，才能够提高环保成效。结合火力燃煤电厂实际，在政策和相关制度执行以及监督管理的过程中，还需要从以下几个方面进行完善。

（1）燃煤电厂管理者以及工作者需要提升整体水平，强化环保意识，能够保证在实际生产的过程当中严格遵守相关政策法规、顺应相关政策变化、严格执行标准、扎实技术标准。在整个生产过程中加强管理，建立严格的责任管理制度，对相关责任以及管理领域进行精细化的划分。从根本上保证各阶段清洁生产，防止各种跑冒滴漏以及物能流失的现象发生，并在生产过程中严格按照规章秩序进行操作，以免污染纠纷，切实地将环保措施落到实处[6]。（2）相关政府职能部门要结合当前电力市场环保实际及时地对相关的政策以及法律法规进行完善，同时加大执行力度敦促各燃煤电厂履行环保职责，通过一系列惩罚奖励措施的实施，对于环保工作表现突出的企业给予一定的奖励，而对于漠视法规违规操作的企业给予一定的惩罚，并对企业环境、空气质量排名等信息予以公开，这样才能够保证将整个生产过程的环保流程控制在有效的范围之内。（3）充分利用当代新媒体优势，通过公众号、短视频等手段，从创新视角出发，从群众的接纳度以及兴趣度出发，切实加强环保宣传，引起群众重视，引导群众建立环保理念，号召广大群众参与到监督管理工作当中，保证燃煤电厂环保实施得到有效监督。

3.2 推进政策驱动，因地制宜融合发展

早在“十二五”期间，我国就已经确立了大气污染总体的减排思路，通过一定的措施全面推进，不过理论依据以及法律支撑的缺乏导致环评以及排污许可等基础管理过程中存在一定的融合难点，而整个管理过程中诸多地方性政策规范与国家要求的不匹配也直接导致了可操作性的缺乏。想要突破该种状况，必须开展标准化以及系统化的评估工作，保证在政策的驱动之下各地方燃煤电厂协同发展，并结合实际情况，对管理过程中存在的差异进行全面分析，采取针对性的措施，因地制宜推动地方战略融合发展。

与此同时，各政府职能部门也应充分结合现有环境问题，制定长期的治理计划，从政策以及财政上提供支持。例如欧盟温室气体管理体系日趋成熟，这也为我国环保管理提供了思路。2021 年7 月我国碳排放交易市场正式上线，我国碳排放权交易体系的主要构成包括政府机构以及碳排放单位，通过碳排放许可证的分配，来达成减少碳排放、保护环境的目的。该种交易属性之下，有效地对碳排放企业大户进行了约束，实现了低碳发展的推进。

3.3 加强技术创新，科学推进环境保护

科学技术一直是第一生产力，只有不断创新，增强环保科研发展实力，在传统环保技术发展的基础之上保证从关键技术入手，才能够实现核心竞争力的增强，从本质上减少环境污染影响，在创新研究中发挥作用，推动火电燃煤电厂在发展中前进。

（1）烟气污染物排放技术路线。为有效解决燃煤电厂的烟气污染，必须通过高效脱硫脱硝技术的使用来实现超净排放。在此过程中要对现有的机组进行环保装置的改造，可以通过喷淋层的增加改造以及合金托盘优化导流板等设备的增设保证脱硫除尘一体化的形成，例如国内某燃煤电厂根据设定的排放标准在原有低氮燃烧+SNCR+SCR 联合脱硝的基础上进行改进，形成低氮燃烧+SNCR+SCR 联合脱硝+静电除尘+石灰石－石膏湿法脱硫系统+湿式电除尘器的技术体系，并通过智能控制技术的使用实现了烟气污染物的超低排放。

（2）粉煤灰利用率提升技术路线。实际上燃煤电厂生产过程中所产生的灰渣、脱硫具有十分可观的经济价值，通过对其多途径的开发和利用，不仅能够减少对耕地的占用率，同时也可以实现能源的节约。

（3）碳捕集、利用与封存技术路线。所谓的碳捕集技术就是对生产过程中所排放的二氧化碳进行捕集，经过专业的运输管道或车辆将其输送到指定场地，进一步地加以利用或者封存。而随着技术的不断成熟和发展，碳捕集、利用与封存技术处理效率得以提升，能耗成本也逐渐降低。该过程中可以通过溶液吸收法、固体吸附法、膜分离法以及富氧燃烧与化学链燃烧技术的使用来完成不同排放源二氧化碳的富集，进而在膜分离、富氧燃烧以及低温蒸馏等方式的运用下完成分离[7]。当前我国碳捕集装置示范项目全面铺开，在基础性研究上从多方面入手攻克技术难关，已经逐渐地完成了工艺流程当中各个环节的关键技术突破，为火电燃煤电厂环保建设推进添砖加瓦。

3.4 调整发电能源结构，推动节能减排

有效突破发电能源结构单一的形式，对节能减排具有重要的意义，二者之间相互影响相互促进，该种形式下不仅要保证用能效率的进一步提升，更要保证污染物的总排放量呈现下降趋势以及环境品质得到提升。实际上自我国设立双碳目标以来，煤电机组退役电力行业净零排放已经成为必然，不过在此过程中仍需科学合理化的过渡以逐渐摆脱对煤电的依赖。因此，重塑能源结构保证清洁能源效用的发挥是必然之举，通过各项氢能、太阳能及风能等可再生低碳能源的综合利用，保证在经济效益提升的基础上，降低各种类型污染物的排放，持续推进发电能源结构优化。

结语

电力行业直接关系到国民经济生产，但在发展的过程中与生态环境的协同不可忽视。如今，各项环境污染问题为人类敲响了警钟，而随着双碳计划的提出，更是赋予了燃煤电厂更加艰巨的任务。新发展形势之下想要保证燃煤电厂环保效率的提升，政策的扶持是基础，技术的创新是根本路径，严格的管理监督是稳固战略，能源的取代是必然，只要保证多方面、多层次、多角度进行治理，定能助力绿色可持续发展，在科学理念和长远目光的推动之下铸就“绿水青山”。