歐盟國家燃煤電廠環(huán)保政策及技術(shù)路線分析

陳牧

(中南電力設(shè)計院，湖北武漢 430071)

歐盟國家燃煤電廠環(huán)保政策及技術(shù)路線分析

陳牧

(中南電力設(shè)計院，湖北武漢 430071)

溫室氣體的排放控制作為全球性的環(huán)境問題受到了廣泛關(guān)注。中國是火力發(fā)電的大國，其燃煤機組的溫室氣體排放總量巨大。《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223－2011)提高了我國燃煤電廠的煙氣污染物排放的要求，對火電廠煙氣處理的技術(shù)選擇和投資都會產(chǎn)生重大影響。針對中國燃煤電廠環(huán)保面臨的新形勢，闡述了歐盟國家的環(huán)保政策重點，并對歐盟國家燃煤電廠污染物控制的相關(guān)標準進行了分析，同時簡要介紹了歐盟國家燃煤電廠環(huán)保的主要技術(shù)路線，在一定程度上可作為中國燃煤電廠污染物控制的借鑒和參考。

歐盟;燃煤電廠;環(huán)保政策;環(huán)保標準;環(huán)保技術(shù)路線;借鑒

1 概況

歐盟即歐洲聯(lián)盟，是根據(jù)1992年簽署的《歐洲聯(lián)盟條約》所建立的國際組織，現(xiàn)擁有27個會員國。歐盟在貿(mào)易、農(nóng)業(yè)、金融等方面趨近于一個統(tǒng)一的聯(lián)邦國家，而在內(nèi)政、國防、外交等其他方面則類似一個獨立國家所組成的同盟。歐盟國家是世界上經(jīng)濟最發(fā)達的地區(qū)之一。在環(huán)境政策方面歐盟各國步調(diào)一致，為保護環(huán)境制定了非常嚴格的大氣排放標準，所有成員國必須嚴格遵循;在實現(xiàn)環(huán)保的技術(shù)路線方面，歐盟國家也具有較高的發(fā)展水平。

2 歐盟國家燃煤電廠環(huán)保政策及特點

2.1 與燃煤電廠相關(guān)的環(huán)保政策重點

目前全球氣候變暖問題受到廣泛關(guān)注，燃煤電廠是溫室氣體及有關(guān)污染物排放的重要來源，歐盟針對這一問題，提出了以下主要的政策重點:

(1)溫室氣體(主要是CO2)減排目標。為了控制溫室氣體的排放，歐盟電力工業(yè)計劃在2013后全面實行碳交易系統(tǒng)(即Emission Trade System，簡稱ETS)，目標是CO2排放量到2020年時達到比1990年減少20%的目標，相當于比2005年減少14%。歐盟通過立法進行溫室氣體排放的限制。歐盟的溫室氣體排放目標見表1。

表1 歐盟國家CO2減排時間

(2)CO2的捕捉和存儲。歐盟要求對于新建的300MW及其以上燃煤電站應(yīng)進行以下評估:是否具有可行的CO2儲存場地;CO2的輸送及加裝CO2捕促設(shè)施在技術(shù)和經(jīng)濟上的可行性。

(3)可再生能源利用。歐盟計劃到2020年能源消耗當中20%來自可再生能源。歐盟各國在此構(gòu)架下確定具體目標并制定相應(yīng)的推動政策。

(4)其他污染物排放限制。歐盟制定法規(guī)對NOx，SO2，VOC和 NH3的排放進行限制。關(guān)于2020年的排放限額目前歐盟各國正在進行談判。

(5)最佳可行技術(shù)(BAT)。“最佳可行技術(shù)”(Best Available Techniques，BAT)這一術(shù)語來自于“歐盟整合性污染預(yù)防與控制法令”(Integrated Pollution Prevention and Control，簡稱 IPPC)中，其本質(zhì)是一個歐盟官方環(huán)境控制參考性文件。該文件提出相關(guān)環(huán)境控制的基本目標，并給出了實現(xiàn)這一目標在技術(shù)、經(jīng)濟上可行的措施。

2.2 燃煤電廠污染物排放控制標準

雖然歐盟是一個政治和經(jīng)濟趨向一體化的組織，但其本質(zhì)上仍是由不同的國家組成的松散集合體，且各個國家的發(fā)展水平也有差異，因此，其環(huán)保的控制標準目前也存在多樣性。歐洲有關(guān)燃煤電廠環(huán)境保護及排放的法規(guī)主要有三類文件，即簡稱所謂的BAT、ELV和IED。下面主要從燃煤電廠的NOx排放指標為例，介紹歐盟相關(guān)標準的內(nèi)容。

2.2.1 BAT 文件

BAT即所謂的“最佳可行技術(shù)”文件，該法令本質(zhì)上屬于指導(dǎo)性的參考文件體系，其中針對火力發(fā)電廠的文件為《Reference Document on Best Available Techniques for Large Combustion Plants》，在這個文件中給出了火力發(fā)電廠污染物排放的有關(guān)指標。表2為其中NOx的排放指標，從表中可以看出，NOx的排放指標給出的是一個范圍值，具體可根據(jù)各個歐盟國家發(fā)展水平、污染物總量分配情況及地域特點參考執(zhí)行，同時給出了達到排放水平所采用的BAT技術(shù)。表中歐盟國家常規(guī)將褐煤作為一個特定的煤種對待;“一次脫氮”是指鍋爐采用低氮燃燒器、合理配風、分級投放燃料、煙氣再循環(huán)等燃燒組織的技術(shù)手段降低NOx的生成。

表2 BAT要求的燃煤電廠NOx的排放指標

2.2.2 ELV 文件

ELV即Emission Limit Values的簡寫，是指歐盟一些給出了污染物排放限定值的環(huán)保規(guī)范或標準，目前在實施的有關(guān)火力發(fā)電廠的ELV主要有《Large Combustion Plants Directive》(2001)和《Waste Incineration Directive》，其中《Waste Incineration Directive》規(guī)定了垃圾焚燒電站的排放指標限定值。《Large Combustion Plants Directive》(2001)由歐盟于2001年頒布，其對火力發(fā)電廠污染物排放的控制根據(jù)相關(guān)條件的不同區(qū)別對待，主要原則是劃分了2個時段。第1時段是針對2002-11-27以前通過政府建設(shè)批準且在2003-11-27前投運的火電機組(見表3);第2時段是指所有不滿足第1時段要求的火電機組(見表4)。標準中有對主要污染物排放總量在各個時段中的上限要求及減排要求，還有各類污染物排放濃度的要求。

表3 LCPD標準第1時段燃煤電廠NOx排放指標

表4 LCPD標準第2時段燃煤電廠NOx排放指標

2.2.3 IED 文件

IED 即《Industrial Emissions Directive》，是歐盟在2012年生效的法規(guī)，其本質(zhì)上也是屬于ELV體系。該標準將替代前述的《Large Combustion Plants Directive》(2001)和《Waste Incineration Directive》。該標準也劃分了2個時段，第1時段是針對2013-01-07以前通過政府建設(shè)批準且在2014-01-07前投運的火電機組(見表5);第2時段是指所有不滿足第1時段要求的火電機組(見表6)。

表5 IED標準第1時段燃煤電廠NOx排放指標

表6 IED標準第2時段燃煤電廠NOx排放指標

2.3 歐盟國家燃煤電廠環(huán)保政策特點分析

2.3.1 歐盟國家環(huán)保政策重點分析

(1)認同溫室氣體理論。歐盟認同國際主流學術(shù)界提出的人類活動產(chǎn)生的溫室氣體是環(huán)境溫度提高的重要原因這一理論，并以此理論作為依據(jù)制定相應(yīng)的環(huán)保政策。

(2)量化污染物排放目標。歐盟針對主要的溫室氣體排放給出了總量控制目標和時間表，但在分解各成員國的具體排放指標時，合理考慮了各國現(xiàn)階段技術(shù)、經(jīng)濟發(fā)展水平的不同階段，在總體總量下降的同時也允許個別地區(qū)或國家的排放總量增加。

(3)從政策層面明確技術(shù)路線。歐盟在提出污染物排放的指標的同時，根據(jù)現(xiàn)階段技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，給出合理的技術(shù)方案(BAT)。

2.3.2 燃煤電廠污染物排放控制標準特點分析

(1)現(xiàn)階段標準的多樣性?，F(xiàn)階段歐盟燃煤電廠污染物排放濃度的控制標準有多種，而且對于同樣的污染物給出的指標也不一致，歐盟將實行新的統(tǒng)一標準(IED)，從而提高標準執(zhí)行的有效性。

(2)根據(jù)具體的邊界條件確定污染物控制指標。對于污染物排放濃度指標的控制，歐盟對新舊機組通過時段區(qū)分分別考慮;排放指標根據(jù)機組容量、燃料類型的不同而有不同要求。

(3)污染物濃度排放指標的技術(shù)經(jīng)濟合理性。對于污染物排放控制，歐盟專門提供了BAT文件，該文件在規(guī)定了排放指標的同時，給出了實現(xiàn)該指標技術(shù)經(jīng)濟上合理的方案，該方案應(yīng)用的是現(xiàn)階段成熟的技術(shù)，并且具備經(jīng)濟上的競爭力。

3 歐盟國家燃煤電廠環(huán)保技術(shù)路線及特點

3.1 歐盟燃煤電廠污染物控制技術(shù)

燃煤電廠的主要污染物通過煙氣排放至大氣，下面主要介紹歐盟國家燃煤電廠控制煙氣污染物排放的技術(shù)路線情況。

(1)煙氣除塵技術(shù)。目前歐洲常規(guī)燃煤電廠煙氣除塵技術(shù)主要仍采用靜電除塵器，部分項目也采用了袋式除塵器。由于歐洲燃煤市場化程度較高，燃煤的供應(yīng)穩(wěn)定且含灰量較低，典型的煙氣含塵范圍為5～20g/m3，因此在大多數(shù)情況下靜電除塵器可以滿足粉塵排放要求。

(2)煙氣脫氮技術(shù)。煙氣脫氮可分為爐內(nèi)的脫氮技術(shù)及尾部煙氣脫氮。爐內(nèi)的脫氮技術(shù)有低氮燃燒器、分級配風和低過剩空氣系數(shù)、煙氣再循環(huán)、分級燃燒技術(shù);尾部煙氣脫氮技術(shù)主要有SNCR技術(shù)、SCR技術(shù)及SNCR/SCR混合技術(shù)。

(3)煙氣脫硫技術(shù)。主要有濕法脫硫、干法脫硫和半干法脫硫三種工藝。濕法脫硫主要是常規(guī)的石灰石/石膏法濕法脫硫工藝;半干法脫硫技術(shù)主要有NID脫硫技術(shù)及旋轉(zhuǎn)噴霧法脫硫技術(shù);干法脫硫技術(shù)主要指國內(nèi)所謂的CFB－FGD脫硫工藝。

(4)AD700技術(shù)。AD700技術(shù)即主蒸汽溫度超過700℃的超超臨界機組技術(shù)。AD700的目標是發(fā)電機組全廠效率超過50%，從而通過提高機組效率減少污染物的排放。歐盟從1998年開始實施該項研究并取得了一定進展。

(5)可再生能源利用。歐盟將可再生能源利用作為一個重要的溫室氣體減排手段，主要采用大型燃煤電廠摻燒生物質(zhì)的方式，由于政府給予補貼，電力企業(yè)對于摻燒生物質(zhì)積極性較高。

(6)IGCC技術(shù)。歐盟在二十世紀末建設(shè)了幾個IGCC示范電廠，實踐表明IGCC電廠在空分環(huán)節(jié)和煤氣凈化環(huán)節(jié)耗能較大，造成全廠效率與超超臨界機組相比沒有優(yōu)勢，并且初投資較高、運行靈活性較差，在脫碳方面的技術(shù)優(yōu)勢目前尚未體現(xiàn)?，F(xiàn)階段歐盟暫無建設(shè)新IGCC電廠的規(guī)劃，但仍在進行相關(guān)系統(tǒng)理論研究，同時歐盟在干法氣化的物料輸送、離子膜制氧技術(shù)和高等級燃氣輪機等關(guān)鍵技術(shù)點方面進行技術(shù)研發(fā);對于現(xiàn)存的IGCC機組，歐洲也做了利用生物質(zhì)進行氣化的嘗試。

(7)CCS技術(shù)。CCS(Carbon Capture Storage)即CO2的捕集、輸送和封存。CCS技術(shù)在學術(shù)界已提出多年，歐盟各國科研機構(gòu)對該技術(shù)也在進行相關(guān)研究，基本結(jié)論是在目前條件下燃煤電廠應(yīng)用CCS技術(shù)經(jīng)濟成本過高，并且在輸送、封存環(huán)節(jié)存在各種風險和不確定因素?，F(xiàn)階段歐盟對該技術(shù)在燃煤電廠的應(yīng)用基本處于觀望階段。

3.2 歐盟燃煤電廠污染物控制技術(shù)特點分析

(1)歐盟在鍋爐尾部煙氣污染物處理技術(shù)方面沒有突破。在煙氣除塵、脫氮和脫硫技術(shù)方面歐盟國家沒有大的進展，基本與目前國內(nèi)的應(yīng)用處于同一水平，國內(nèi)應(yīng)用的一些較新的技術(shù)如電袋除塵器、旋轉(zhuǎn)極板靜電除塵器等在歐盟國家基本沒有應(yīng)用。

(2)歐盟國家近期的技術(shù)發(fā)展重點在于高參數(shù)機組和生物質(zhì)摻燒。歐盟國家在AD700技術(shù)上已投入了大量資源，尤其在耐高溫合金鋼的研究上積累了很多經(jīng)驗，并取得了一定進展，該技術(shù)規(guī)劃仍在有力推進中。燃煤電廠生物質(zhì)摻燒也發(fā)展較快，由于歐盟國家制定政策從經(jīng)濟上給予補助，各電力公司對于摻燒生物質(zhì)積極性較高，目前燃煤電廠可以達到10%～20%的生物質(zhì)摻燒比例，歐盟電力行業(yè)希望未來能將此比例提高到～50%。

(3)對于前瞻性的環(huán)保技術(shù)，歐盟國家仍處于觀望階段。歐盟從二十世紀九十年代就開始建設(shè)IGCC示范電廠，至今投運也已有十幾年，但由于技術(shù)指標、運行性能和經(jīng)濟性沒有優(yōu)勢，目前處于停滯階段，對于其中的空分制氧、煤氣凈化和整體系統(tǒng)優(yōu)化等技術(shù)目前仍在研發(fā)，若取得相關(guān)技術(shù)突破，IGCC技術(shù)有可能進一步演進。

4 結(jié)語

歐盟國家燃煤發(fā)電技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，由于歐盟國家的總體經(jīng)濟發(fā)展水平較高，因此對于燃煤電廠環(huán)保要求也很高。我國是燃煤發(fā)電的大國，了解歐盟國家的相關(guān)環(huán)保政策及技術(shù)可為國內(nèi)提供良好的借鑒。歐盟國家燃煤電廠在電網(wǎng)中所占的比例并不高，除了波蘭、丹麥和德國外，其他國家的燃煤電廠比例基本在30%以下。我國燃煤發(fā)電在在電網(wǎng)中所占的比例約為74%，高于歐盟的總體水平，其對環(huán)境影響的敏感程度相對更高，環(huán)保部門進行嚴格控制是必然的趨勢。但在具體的環(huán)保政策擬定過程中，也可參考和借鑒歐盟的一些做法，如根據(jù)區(qū)域、機組容量等條件給出不同限制指標;在限定排放值的同時制定類似BAT文件提供技術(shù)解決方案;環(huán)保技術(shù)方案具備技術(shù)經(jīng)濟上的合理性等，從而進一步發(fā)展我國的環(huán)保事業(yè)。

［1］GB 13223－2011，火電廠大氣污染物排放標準［S］.

［2］European Commission.Reference Document on Best Available Techniques for Large Combustion Plants:Integrated Pollution Prevention and Control［S］.

［3］European Commission.On the Limitation of Emissions of Certain Pollutants into the Air from Large Combustion Plants(Directive 2001/80/EC of the European Parliament and of the Council of 23 October 2001)［S］.

［4］European Commission.On industrial emissions(integrated pollution prevention and control)(Directive 2010/75/EU of the European Parliament and of the Council of 24 November 2010)［S］.

Analysis of the European Union environmental protection policy and technology for coal－fired power plant

As a global environmental problem，greenhouse gas emissions control has attracted extensive attention.China has a large number of coal－ fired units and the total greenhouse gas emissions are huge.In recent，Chinese environmental protection department has issued the latest Emission Standard of Air Pollutants for Thermal Power Plants，which will raise the Chinese coal fired power plant flue gas emission requirements and have a significant impact on coal－ fired power plant flue gas treatment technology and investment.Aims at the new situation of Chinese coal fired power plant environmental protection，the EU countries＇emphasis of environment protection policy are explained，their coal－ fired power plant pollution control standards are analyzed and the EU countries＇main technology on coal－ fired power plant environmental protection are also introduced，which to a certain extent，can be used as references to Chinese coal fired power plant pollution control.

European Unior;coal－fired power plant;environmental protection policy;environmental protection standard;environmental protection technology;use for reference

X32

B

1674－8069(2012)02－007－04

2011-11-10;

2012-03-14

陳牧(1968-)，男，浙江寧波人，教授級高工，主要從事火力發(fā)電廠熱機專業(yè)設(shè)計工作。E－mail:chenmu@csepdi.com