燃煤电厂烟尘排放要求分析

刘含笑，郦建国，杜依倩，杨浩锋，何德源

（浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江 诸暨 311800）

燃煤电厂烟尘排放要求分析

刘含笑，郦建国，杜依倩，杨浩锋，何德源

（浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江 诸暨 311800）

梳理了燃煤电厂烟尘排放标准的演变历程，概述了燃煤烟气超低排放的相关政策，基于经济性分析及市场占有率，阐明电除尘器仍然是我国燃煤电厂烟尘治理的主流设备，介绍了超低排放形势下燃煤电厂烟尘治理的现状及其他行业的烟尘排放标准和政策等，对当前环保形势及未来烟尘治理的发展趋势进行了简要分析。

燃煤电厂；烟尘；标准；政策；发展趋势

1 燃煤电厂烟尘排放标准的演变

我国于1973年第一次对燃煤电厂的烟尘排放提出了限值要求，具体要求可参见《工业“三废”排放试行标准》（GBJ 4-73），该标准属于综合污染物的排放标准。燃煤电厂烟气污染物的排放限值单独作为我国排放标准颁布，则是《燃煤电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-1991），该项标准分别在1996年、2003年和2011年3次进行了修订，具体历程如图1所示。该项排放标准的多次修订，原则上体现了我国当时的环保要求、对应的除尘技术以及当时的经济承受能力等。随着标准修订趋严，2011年，《燃煤电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）将燃煤电厂烟尘的排放限值由50mg/m3修订为30mg/m3，并且增加了Hg及其化合物的排放限值要求（0.03mg/m3），此要求并不高，绝大部分燃煤电厂无需增设专门脱汞装置。对于国土开发密度高、生态环境脆弱、大气环境容量较小、环境承载能力较弱、易发生较严重的大气环境污染而需严格控制大气污染物排放的重点地区，执行特别排放限值，其燃煤电厂烟尘排放限值为20mg/m3，要求2014年7月1日起，全国燃煤电厂强制性执行该限值要求。可谓“史上最严”“世界最严”。该标准与国外燃煤电厂烟尘排放标准对比如图2所示。

图1 国家标准《燃煤电厂大气污染物排放标准》（GB13223）修订历程

图2 燃煤电厂烟尘排放标准对比（2011年对比数据）

2 燃煤电厂烟气超低排放政策梳理

2.1 《大气污染防治行动计划》

2013年9月10日，国务院发布《大气污染防治行动计划》（国发〔2013〕37号）（简称“国十条”）。从总体要求、奋斗目标、具体指标、主要内容等方面进行了详细阐述。要求到2017年，全国地级及以上城市可吸入颗粒物浓度比2012年下降10%以上，优良天数逐年提高；京津冀、长三角、珠三角等区域细颗粒物浓度分别下降25%、20%、15%左右，其中北京市细颗粒物年均浓度控制在60μg/m3左右。

2.2 国务院办公厅《关于印发能源发展战略行动计划（2014～2020年）的通知》

2014年6月7日，国务院办公厅发布《关于印发能源发展战略行动计划（2014～2020年）的通知》（国办发〔2014〕31号），要求推进煤炭清洁高效开发利用，提高煤电机组准入标准，新建燃煤发电机组供电煤耗低于300克标准煤/千瓦时，污染物排放接近燃气机组排放水平。

2.3 环保部印发《京津冀及周边地区重点行业大气污染限期治理方案》

2014年7月25日，环保部印发《京津冀及周边地区重点行业大气污染限期治理方案》（环发〔2014〕112号），文件指出：京津冀及周边地区492家企业、777条生产线或机组全部建成满足排放标准和总量控制要求的治污工程，设施建设运行和污染物去除效率达到国家有关规定，要求在2015年1月前，PM、SO2、NOx等主要大气污染物的排放总量均较2013年下降30%以上。并要求在2014年年底前，京津冀区域完成66台、1732万kW燃煤机组除尘器改造。

2.4 《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014～2020年）》

2014年9月12日，国家发改委、环保部及国家能源局三部委联合发布了《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014～2020年）》（发改能源〔2014〕2093号文）（简称“行动计划”），文件指出：

（1）加强新建煤电机组的准入控制

对于东部地区，包括辽宁、北京、天津、山东、河北、江苏、上海、浙江、广东、福建、海南等11个省市，新建煤电机组的大气污染物排放基本达到：在基准含氧量6%的条件下，PM、SO2和NOx排放浓度分别不大于10mg/m3、35mg/m3和50mg/m3；对于中部地区，包括黑龙江、安徽、吉林、湖北、山西、湖南、江西、河南等8个省，新建煤电机组原则上达到或接近上述限值要求；对于西部地区的新建煤电机组，则鼓励达到或接近上述限值要求。支持同步开展大气污染物的联合协同脱除，并减少SO3、Hg、As等污染物排放。

（2）加快现役煤电机组的改造升级

对于东部地区，稳步推进现役的300MW级及以上的公用煤电机组及有条件的300MW级以下的公用煤电机组，实施烟气污染物排放浓度基本达到上述限值要求的环保改造，2014年启动年800万kW煤电机组的改造示范，并于2020年前改造煤电机组容量力争完成1.5亿kW以上。鼓励其他地区现役煤电机组实施烟气污染物排放浓度接近或达到上述限值要求，并因厂制宜，采用成熟适用的环保技术，除尘方面可采用低（低）温电除尘、电袋复合除尘、布袋除尘等技术，鼓励加装湿式电除尘器；脱硫方面可实施增容改造，必要时可采用单塔双循环、双塔双循环等更高效的脱硫技术；脱硝可采用高效率SCR、低氮燃烧等技术。

在执行更加严格的能效环保标准的前提下，到2020年，力争使煤炭占一次能源消费的比重下降至62%以内，电煤占煤炭消费比重提高至60%以上。

2.5 《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》

2015年12月11日，环保部、发改委及国家能源局三部委再次联合发布了《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），文件指出：

（1）到2020年，全国所有的具备改造条件的煤电机组力争实现烟气超低排放，即在基准含氧量6%条件下，PM、SO2和NOx排放浓度分别不大于10mg/m3、35mg/m3和50mg/m3。全国有条件的新建煤电机组达到上述限值要求。加快现役煤电机组烟气超低排放改造的步伐，东部地区原计划2020年前完成，现提前到2017年前要总体完成；对东部地区的要求逐步扩展到全国有条件的地区，其中，中部地区要求力争在2018年前基本完成超低改造，西部地区要求在2020年前完成超低改造。

（2）全国新建的煤电项目原则上都要采用60万kW及以上的超超临界机组，平均的供电煤耗应低于300克标准煤/千瓦时，到2020年，现役煤电机组改造后的平均供电煤耗应低于310克/千瓦时。

2.6 部分地方政府出台更严格的政策、法规

因环境容量有限等原因，浙江省、江苏省、山西省、广州市等地出台了相关政策，要求燃煤电厂烟气污染物排放限值参考燃气轮机组标准限值要求，即在基准氧含量6%条件下，PM、SO2和NOx排放浓度分别不高于5mg/m3、35mg/m3和50mg/m3。

2013年12月31日，浙江省人民政府出台《浙江省大气污染防治行动计划（2013～2017年）》（浙政发〔2013〕59号），文件指出：2017年底前，所有新建、在建火电机组必须采用烟气清洁排放技术，现有60万kW以上火电机组基本完成改造，达到燃气轮机组排放限值要求。

2014年1月28日，广州市发展和改革委员会发布《关于广州市燃煤电厂“趋零排放”改造技术方案及造价情况的报告》，报告指出：截至2015年7月1日，全市所有现役燃煤热电联产机组及所有上大压小改扩建燃煤发电机组烟气污染物排放均须达到燃气轮机排放限值要求。

2014年8月25日，山西省人民政府出台《关于推进全省燃煤发电机组超低排放的实施意见》（晋政办发〔2014〕62号），文件指出：到2020年，全省单机30万kW及以上常规燃煤发电机组达到天然气燃气轮机排放限值要求，NOx50mg/m3、SO235mg/m3和PM5mg/m3；低热值煤发电机组基本达到天然气燃气轮机排放限值要求，NOx50mg/m3、SO235mg/m3和PM10mg/m3。2016年8月16日，为加快推进燃煤电厂的节能改造，进一步提升燃煤发电机组的能效水平，山西省经济和信息化委员会、山西省发展和改革委员会联合发布《山西省燃煤电厂节能改造实施方案（2016～2018年）》（晋经信节能字〔2016〕239号），文件指出：到2018年，全省燃煤机组供电煤耗达到国家确定能耗标准要求，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310克标准煤/千瓦时，其中现役60万kW及以上机组（不包括空冷机组）改造后平均供电煤耗低于300克标准煤/千瓦时。

2.7 《火电厂污染防治技术政策》《火电厂污染防治最佳可行技术指南》及《燃煤电厂超低排放烟气治理工程技术规范》

环保部《火电厂污染防治技术政策》已于2017年初试行，《火电厂污染防治最佳可行技术指南》将于近期发布，《燃煤电厂超低排放烟气治理工程技术规范》也将在近期征求意见。这三项文件的出台，可满足超低排放技术发展的迫切需要，规范指导超低排放工作。

3 电除尘器是我国燃煤电厂烟尘治理领域的主流设备

我国电除尘行业经过30多年的发展，技术水平已有了长足进步，现已成为我国环保产业中能与国际知名厂商相抗衡的最具有竞争力的行业之一。电除尘器的特点及其技术组合的研发及应用，决定了其成为我国燃煤烟尘治理领域的主流设备，且在实现低排放方面，电除尘器仍然具有明显的技术及经济优势。

3.1 《燃煤电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）标准要求下不同除尘技术的经济性分析

为对比《燃煤电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）要求下不同除尘方式的经济性，分析了5个电场的电除尘器（比集尘面积SCA约为110m2/（m3/s））、6个电场的电除尘器（比集尘面积SCA约为140m2/（m3/s））、袋式除尘器（过滤速度为1m/min）、分体式电袋复合除尘器和一体式电袋复合除尘器（电除尘器为2个电场、除尘效率90%，其袋式除尘器的过滤速度为1.2m/min）。

除尘设备的经济性应该要以一次性投资的费用即设备费用和设备全生命周期内即设计寿命30年的年运行费用的总和来进行评估。年运行费用仅指设备电耗费用（包括高低压电耗及引风机阻力电耗）与维护费用之和。为了便于定量分析比较，以达到≤30mg/m3烟尘排放标准，新建一套600MW机组配套除尘设备（处理烟气量按360万m3/h计）为例进行经济性分析。对比结果如图3。

图3 各除尘设备运行30年期间的总费用

从投资角度来看，除了电除尘器较难脱除的煤种外，对于国内大部分常用煤种，电除尘器都是具有较好的技术经济性，在运行管理方面也比袋式除尘器和电袋复合除尘器要简单；在运行成本方面，电除尘器阻力低、风机运行能耗低，无需滤料的更换等花费，实际能耗也不高，采用电源节能运行模式后能耗明显低于其它除尘设备，所以电除尘器的运行费用一般都比较低；电除尘器是能够同时达到较低排放、高效率和较低能耗的烟气除尘设备，即使电场数量达到了6个，比集尘面积达到150m2/（m3/s）时，电除尘器仍然具有较好的经济性。当然，各除尘设备的投资、运行的技术经济性还与具体项目特定的情况等因素密切相关，具体项目还应具体分析。

3.2 超低排放要求下不同除尘技术的经济性分析

为进一步验证电除尘器在当前燃煤电厂烟气超低排放要求下的技术经济性，以某2×660MW机组实际工程为例（除尘器出口限值要求为12mg/m3），对比微细颗粒捕集增效装置+烟气降温+旋转电极式电除尘器（4+1，比集尘面积120m2/（m3/s））、6个电场常规电除尘器（比集尘面积大于150m2/（m3/s））、袋式除尘器（过滤速度1m/min）、电袋复合除尘器（电除尘器为2个电场、除尘效率90%，其袋式除尘器的过滤速度为1.2m/min）4种方案。计算结果如图4。

图4 4种方案的经济性比较

与其他方案相比，电除尘器的经济性最好，且运行时间越长，优势越明显。微细颗粒捕集增效装置+烟气降温+旋转电极式电除尘器的经济性略优于常规电除尘器。除尘器出口烟尘浓度为12mg/m3的技术方案中，“微颗粒捕集增效装置+烟气降温+旋转电极式电除尘器”不论是从技术上，还是从经济性上都体现出一定的优越性。常规电除尘器的经济性虽然与其相似，但若煤种的电收尘难易性指数属于“较难”的煤种，则很难达到出口浓度12mg/m3这样的要求。

最终该项目采用了“微细颗粒捕集增效装置+烟气降温+旋转电极式电除尘器”方案，经测试，电除尘器出口烟尘浓度为4.47mg/m3，本体压力降为188Pa，本体漏风率为1.79%，均达到性能保证值。湿法脱硫后烟尘浓度为2.3mg/m3。

3.3 电除尘器市场占有率

电除尘器广泛应用于我国燃煤电厂、钢铁、有色冶炼、建材、轻工、化工、造纸等行业。据中国环境保护产业协会电除尘委员会数据，截至2015年12月，我国发电装机容量中火电约为9.9亿kW，其中煤电约为8.84亿kW。根据中电联火电厂环保产业登记数据，电除尘器在燃煤电厂的装机容量超6亿kW，市场占有率约为68.56%。为解决电除尘技术存在的一些问题，并实现达标排放，国内除尘企业通过自主研发等手段，先后将旋转电极电除尘、电凝聚、机电多复式双区电除尘、离线振打等技术应用于燃煤电厂，目前已形成一定规模。近年来，为满足超低排放要求，国内除尘器厂家通过引进和自主研发等手段，掌握了低低温电除尘、湿式电除尘和超净电袋等超低排放技术，目前均得到较广泛的应用。此外，主流的超低排放技术还包括单塔一体化脱硫除尘深度净化技术（SPC-3D）等。

袋式除尘器目前在我国燃煤电厂的应用较少，据中电联火电厂环保产业登记数据，截至2015年12月，总装机容量约为0.78亿kW，市场占有率约为8.82%。但在钢铁、建材及燃煤工业锅炉行业有较广泛的应用；电袋复合除尘器近年来在燃煤电厂的应用逐渐增多，据中电联火电厂环保产业登记数据，截至2015年12月，总装机容量超2.0亿kW，市场占有率约为22.62%。

4 超低排放形势下燃煤电厂烟尘治理现状

我国燃煤电厂的烟气治理是从“除尘”到“除尘+脱硫”，再到当前的“脱硝+除尘+脱硫”，传统的烟气治理路线在实施过程中主要注重单一设备对单一污染物的脱除，并未充分考虑各个设备间的协同匹配。针对我国实际国情并借鉴国外先进除尘技术，为实现我国燃煤电厂的烟气污染物超低排放，改善我国燃煤电厂烟气治理的现状，可采用“以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理技术路线”或“湿式电除尘技术路线”。

以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理技术路线如图5所示。国内环保厂家从2009年就开始加大了对该技术路线的研究工作，并取得了一定突破，目前该技术路线已成为燃煤电厂烟气污染物超低排放治理的主流技术路线之一。据不完全统计，截至2015年12月，国内已签订的低低温电除尘器合同超150台套，总装机容量约为95,000MW，其中投运的约有70台套，总装机容量超40,000MW，已经有单机1000MW机组投运业绩。

湿式电除尘技术路线如图6所示。国内投运的WESP已远远超过其他国家的投运数量的总和。据不完全统计，截至2015年12月，已签订的WESP合同超400台套，总装机容量约19万MW，投运的WESP超180台套，总装机容量超9万MW，且已有多套1000MW机组投入运行。

另外，除了电除尘技术可实现燃煤电厂烟尘超低排放之外，还有超净电袋复合除尘技术，及具有高效除尘效率的湿法脱硫技术等。

图5 以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理技术路线图

图6 湿式电除尘技术路线图

5 其他行业当前执行的烟尘排放标准或要求

5.1 钢铁行业执行的排放标准

钢铁行业执行的国家标准《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》（GB 28662-2012）要求，国内现有企业自2015年1月1日起，新建企业自2012年10月1日起执行的排放限值如表1所示，重点地区执行的特别排放限值如表2所示。

表1 钢铁行业大气污染物排放限值（单位：mg/m3，二英除外）

表1 钢铁行业大气污染物排放限值（单位：mg/m3，二英除外）

表2 钢铁行业大气污染物特别排放限值（单位：mg/m3，二 英除外）

5.2 建材行业执行的排放标准

水泥工业执行国家标准《水泥工业大气污染物排放标准》（GB 4915-2013），其中，水泥窑及窑尾余热利用系统执行的排放限值如表3所示，现有国内企业自2015年7月1日起实施，新建企业自2014年3月1日起实施。

表3 水泥窑及窑尾余热利用系统大气污染物排放限值（单位：mg/m3）

平板玻璃工业执行国家标准《平板玻璃工业大气污染物排放标准》（GB 26453-2011），其中，平板玻璃工业执行的排放限值如表4所示，现有国内企业2014年1月1日起实施，新建企业2011年10月1日起实施。

表4 平板玻璃工业大气污染物排放限值（单位：mg/m3）

5.3 燃煤工业锅炉执行的排放标准和政策

燃煤工业锅炉执行国家标准《锅炉大气污染物排放标准》（GB 13271-2014），如表5所示。国内10t/h以上在用蒸汽锅炉和7 MW以上在用热水锅炉自2015年10月1日起执行该限值，10 t/h及以下在用蒸汽锅炉和7 MW及以下在用热水锅炉自2016年7月1日起执行该限值。

表5 燃煤工业锅炉大气污染物排放限值（单位：mg/m3）

部分地方政府针对燃煤工业锅炉的烟尘排放，出台了超低排放政策，如《浙江省地方燃煤热电联产行业综合改造升级行动计划》（浙经信电力〔2015〕371号），规定浙江省所有地方热电厂均需执行烟尘排放限值超低排放要求，且要求2017年底前改造完成。

6 当前的环保形势及未来发展趋势

6.1 电力除尘市场形势分析

根据中国电力企业联合会《2016年度全国电力供需形势分析预测报告》，受中国宏观经济的影响，尤其是我国产业结构调整、工业生产下行、工业转型升级等，全国用电量是5.55万亿千瓦时，同比增长了0.5%，增速同比降低了3.3个百分点，电力消费增速减缓。火电发电量同比下降2.3%，已经连续两年负增长。华北电力大学发布《中国燃煤发电项目的经济性研究》指出，“十三五”期间，中国煤电发展外部环境变化较大，因此绝大多数新建燃煤发电项目将可能无法正常收回投资，依据现有政策及对未来外界环境分析，新建燃煤发电项目盈利空间在‘十三五’期间将可能完全丧失，投运机组规模持续高位也将导致机组利用率进一步下降，燃煤发电在全行业的亏损可能在2017年提前到来。

产能过剩，燃煤发电利用小时持续下滑，利润下降，待我国燃煤电厂烟气污染物超低排放改造完成之后，2018年电力除尘市场将可能呈断崖式下降，电力除尘行业可能“凛冬将至”，且随着我国电力消费的持续放缓、能源政策的倾斜目标转移及非化石能源的快速发展等，电力除尘市场或将“雪上加霜”。

6.2 电力除尘技术发展趋势分析

我国的大气环境容量有限，虽然目前我国燃煤电厂烟气超低排放改造取得了可喜成绩，但我国大气污染形势依然较为严峻。国际能源署根据当前技术发展的情况制定了2020年及2030年燃煤电厂污染物排放目标，具体为：1）2020年目标：PM1~2mg/m3、NOx30mg/m3、SOx25mg/m3；2）2030年目标：PM<1mg/m3、NOx<10mg/m3、SOx<10mg/m3。

据国家科技部发布的国家重点研发计划试点专项2016年度第一批项目中“大气污染成因与控制技术研究”试点专项“污染源全过程控制技术”的技术方向，项目“燃煤电站低成本超低排放控制技术及规模装备”中，明确将超超低排放（在燃烧天然气排放标准基础上SO2、NOx、SO3、PM、重金属等污染物排放浓度进一步降低50%）作为考核指标之一。未来燃煤电厂可能将实行更严格的排放要求，或可成为电力除尘行业新的市场增长点。

据国家科技部发布的国家重点研发计划试点专项2016年度“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”重点专项“燃煤污染控制”技术方向，项目“燃煤PM2.5及Hg控制技术”给出的技术研发方向，推测未来新技术发展动态为控制PM2.5形成的关键技术、基于细颗粒团聚机制的PM2.5控制关键技术、基于氧化剂、催化氧化的单质汞高效氧化技术、可再生的高效汞吸附剂及其在线活化制备技术、喷射装置与控制系统、PM2.5与Hg的联合脱除关键技术等。

根据国家科技部发布的国家重点研发计划试点专项2016年度“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”重点专项“燃煤污染控制”技术方向，项目“燃煤电厂新型高效除尘技术及工程示范（应用示范类）”给出的技术研发方向，推测未来新技术发展动态为研究燃煤烟气高效除尘的新技术，并研发新型关键设备和系统，达到烟气超低排放要求；研究基于激光散射法、射线衰减法等的颗粒物在线测量方法，开发复杂烟气条件下超低浓度颗粒物在线测量装备。另外，未来也可能迎来钢铁、燃煤工业锅炉等的超低排放。

[1] 中国环境保护产业协会电除尘委员会.超低排放进一步促进煤电绿色发展[N].中国环境报，2015-1-15.

[2] 中国环境保护产业协会电除尘委员会.燃煤电厂烟气超低排放技术[M].北京：中国电力出版社，2015.

[3] Li Jianguo, Yao Yuping, Li Weidong, et. The Research on Co-benefit Control Technical Route of Flue Gas “Ultra-clean Emission” for Coal-fired Power Plants[C]. 8th i-CIPEC. Hangzhou. 2014.10.15~18.

[4] 重点区域大气污染防治“十二五”规划[Z].环保部，2012.10.12.

[5] 国家重点研发计划试点专项2016年度第一批项目[Z].科技部，2015.11.12.

[6] 中国环保产业市场现状和发展趋势前景分析[Z].北极星节能环保网，2016.10.21.

[7] 2016年中国环保行业市场现状及发展趋势预测[Z].环保人才网，2016.4.19.

[8] 2016年火电烟气治理产业情况分析[Z].中商情报网，2016.5.30.

[9] 中国环境保护产业协会. 电除尘器选型设计指导书[M].北京：中国电力出版社，2013.

[10] 我国电除尘行业发展现状及展望[Z].中国环保产业协会，2016.

[11] 中国环境保护产业协会电除尘委员会.电除尘行业2015年发展综述[J].中国环保产业，2016（7）：16-29.

[12] 中国环境保护产业协会电除尘委员会.电除尘行业2014年发展综述[J].中国环保产业，2015（7）：16-29.

Analysis on Smoke Dust Emission Demand in Coal- fired Power Plant

LIU Han-xiao, LI Jian-guo, DU Yi-qian, YANG Hao-feng, HE De-yuan

(Zhejiang Feida Environmental Science & Technology Co., Ltd, Zhejiang Zhuji 311800, China)

The paper introduces the evolution course of the emission standard of smoke dust in coal- fired power plant,summarizes the related policies of ultra-low emission of coal- fired flue gas. Based on the economic analysis and share of market,the paper clari fies that the electrostatic precipitator is the mainstream equipment of smoke dust treatment in coal- fired power plant. The paper introduces the present situation of smoke dust treatment and smoke dust emissions standards and policies of other industries in coal- fired power plant under the situation of ultra-low emission. The paper brie fly analyzes the current situation of environmental protection and the future development trend of smoke dust treatment.

coal- fired power plant; smoke dust; standard; policy; development trend

X701

A

1006-5377（2017）10-0037-07

国家高技术研究发展计划（2013AA065002）；国家重点研发计划（2016YFC0203704）；国家重点研发计划（2016YFC0209107）；浙江省科技计划项目（2013C11G6080001）。