引領超低排放的行者
——記國電環(huán)境保護研究院院長朱法華

□ 黃 健

作為基礎性行業(yè)，電力工業(yè)在國民生產(chǎn)生活中占據(jù)著極為重要的地位。當前，盡管我國大力發(fā)展風電、光伏發(fā)電等清潔能源以降低對煤炭的依賴，但仍不能遏制煤炭需求。在中國電力企業(yè)聯(lián)合會2017年發(fā)布的《中國煤電清潔發(fā)展報告》中，截至2016年年底，我國發(fā)電裝機容量達16.5億千瓦，其中煤電裝機容量9.4億千瓦；發(fā)電量達6.0萬億千瓦時，其中燃煤發(fā)電量約3.9萬億千瓦時，占總發(fā)電量的65.5%。這就意味著，2016年，每1千瓦時（度）電量中就有0.66千瓦時（度）由燃煤電廠發(fā)出。該《報告》認為，中國以煤為主的資源稟賦決定了能源消費以煤為主的格局，也決定了以煤電為主的電力生產(chǎn)和消費結構。

所謂“山不來就我，我便去就山”，既然在未來相當長的一段時間內，火電仍是發(fā)電的主力，那么中國就必須在發(fā)電技術、污染物控制技術等方面不斷創(chuàng)新發(fā)展。面對資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴重、生態(tài)退化的嚴峻形勢，我國火電行業(yè)長期背負大氣污染物控制的減排重任，只能在巨大的壓力下不斷加強節(jié)能減排工作，以實現(xiàn)電力工業(yè)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展和低碳發(fā)展。

朱法華參加中國科協(xié)學術建設發(fā)布會

作為國電環(huán)境保護研究院院長，朱法華從事火電行業(yè)污染防治工作近30年，主持與參與制定20項火電領域的國家及行業(yè)標準，規(guī)范了火電行業(yè)環(huán)保設施的建設、運行與管理；研發(fā)出多項煙氣治理的關鍵技術，創(chuàng)建了南京國電環(huán)?？萍加邢薰荆瑢崿F(xiàn)了核心研發(fā)成果的產(chǎn)業(yè)化，引領了火電行業(yè)污染防治技術的進步，為我國燃煤電廠污染防治技術實現(xiàn)跨越式發(fā)展并領先世界做出了巨大貢獻。

高頻電源 質的飛躍

改革開放以來，在我國經(jīng)濟高速發(fā)展的背后，污染嚴重的陰影也越來越大。而朱法華，就是我國最早一批從事環(huán)保研究的人。

1983年，出身于貧困縣的朱法華，懷揣著以后能夠“吃飽飯”的樸素愿望，踏進了南京大學的校門，就讀于地球化學專業(yè)。人生的前十幾年中，朱法華是一名成績非常好的學生，但囿于貧苦的環(huán)境，學習條件很差，并沒有多寬廣的知識面。直到就讀南京大學，接觸到豐富的圖書館藏書、一應俱全的實驗室器材，這才開闊了朱法華的眼界，使他得以像海綿一般，盡情汲取知識。7年的校園生活后，碩士畢業(yè)的朱法華沒有選擇地質專業(yè)的單位，反而看準了環(huán)保領域的潛力，進了原電力部南京電力環(huán)境保護研究所（后改名為“國電環(huán)境保護研究院”），一轉眼就是28年。

“剛來的時候是有壓力的，畢竟專業(yè)不同，最初我連許多基本的環(huán)保概念都不清楚。”朱法華回憶道，“所幸，我是那種不懂就敢問的人。只要是能問到的人，誰懂我就問誰。哪怕是之后我自己當上領導了，我也一直是‘不恥下問’的?！痹诓粩喑潆姷倪^程中，朱法華對環(huán)保領域越來越感興趣，1992年，他在職攻讀了母校南京大學的博士，并于1995年遠赴德國開展中德合作項目。

那時候，朱法華主要研究燃煤電廠的地下水污染情況，后來也曾開展過水處理等相關研究。漸漸地，他發(fā)現(xiàn)，在電力行業(yè)中，污染的重中之重其實在大氣上。因此，從1997年開始，朱法華將研究方向轉移到大氣污染，帶領團隊研發(fā)出顆粒物、氮氧化物等治理的關鍵技術，創(chuàng)建了南京國電環(huán)?？萍加邢薰荆瑢崿F(xiàn)了核心研發(fā)成果的產(chǎn)業(yè)化，在火電行業(yè)的污染防治方面做出了突出的貢獻。

我國燃煤量及其污染物排放量居世界第一，是影響空氣質量的主要因素之一。為了緩解我國大氣污染、改善空氣質量，近年來我國火電廠大氣污染物排放標準“越繃越緊”，因此，如何提高除塵效率并降低能耗，已成為火電行業(yè)防污領域的工作重點。

在火力發(fā)電、水泥、冶金等行業(yè)中，電除塵器是去除煙氣中粉塵的主要設備，自2000年以來在我國燃煤電廠除塵設備中的比例一直高居首位，最高時可達95%。電除塵器裝置的核心部分是電源，它為電除塵器提供所需的高壓電場，其性能直接影響除塵的效果和效率，因此電除塵器電源的改進是提升電除塵器性能、提高除塵效率的關鍵，同時也是節(jié)能降耗的主要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的電除塵器主要采用工頻電源，能耗較高，國外從20世紀90年代中期就開始進行電除塵器高頻電源的研發(fā)，但卻拒絕轉讓相關技術。為此，國內用戶只能購買國外的高頻電源，并支付高額的后期維護費。

為了打破國外公司的技術壟斷，朱法華帶領團隊在國家發(fā)改委、國電集團公司和江蘇省科技廳的大力支持下，從2006年開始進行大功率高頻電源研制。經(jīng)過兩年多時間，他們研制出具有自主知識產(chǎn)權的大功率高頻電源產(chǎn)品，多項性能指標均達到國內領先、國際先進水平，得到業(yè)界廣泛認可，對比原來的工頻電源，可以降低50%～80%的能耗，提高40%～70%的除塵效率。

隨后，該高頻電源在華能南京電廠、國電蚌埠電廠等電廠的30萬千瓦機組電除塵器上安裝投運。恰逢此時，上海外高橋第三發(fā)電有限責任公司找到了他們，希望他們能夠幫忙完成100萬千瓦機組高頻電源示范工程。

第十一屆全國人大環(huán)境與資源保護委員會副主任汪紀戎（右二）調研國電環(huán)境保護研究院科技研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化工作

現(xiàn)在回頭看，朱法華不禁感慨：“這是一項標志性工程，后來高頻電源能夠發(fā)展得如火如荼，離不開在上海外高橋第三發(fā)電有限責任公司所做的國內第一臺100萬千瓦機組示范工程的成功?！?/p>

最初，由于從未在100萬千瓦機組進行改造，項目組非常謹慎，只在機組中選取了一個通道電除塵器進行了供電電源改造。經(jīng)測試，電除塵器出口煙塵濃度由改造前35mg/m3～50mg/m3降低到改造后的10mg/m3～23mg/m3，同時電除塵器總功耗由改造前的871kW～880kW降低到266kW～280kW。

據(jù)南京國電環(huán)?？萍加邢薰究偨?jīng)理王強介紹，高頻電源的改造對于應對不斷收緊的排放政策來說十分方便，“對原達標排放的電廠來說，要想滿足新的煙塵排放標準要求，可以不用對現(xiàn)有的電除塵器動‘大手術’，只要更換高頻電源就行了”。且由于節(jié)能效果明顯，只需兩年多時間便可收回改造投資。對于新建的電除塵器裝置，如果直接采用高頻電源，所增加的投資約1年即可收回。

另外，不僅是在火電行業(yè)，高頻電源技術的持續(xù)創(chuàng)新對排放燃煤煙塵、工業(yè)粉塵的鋼鐵、有色冶煉、水泥、紡織、造紙、化工等企業(yè)的節(jié)能降耗、減少污染物排放、改善空氣質量、促進地區(qū)經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)調發(fā)展都具有重要意義。

“史上最嚴” 超低排放

近年來，我國燃煤電廠污染防治標準不斷緊縮，究其原因，不外乎是因為我國的燃煤量約占世界煤炭消費量的一半?？上攵?，這么大的體量帶來的是不容低估的排放總量，因此，我們必須不斷收緊污染物排放指標。在這樣的情況下，2011年，朱法華與團隊一起制定了“史上最嚴”《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223—2011）。該標準發(fā)布前后受到了廣泛質疑，認為其限值過于嚴格，沒有可行的技術經(jīng)濟支撐該標準的執(zhí)行。

訪問美國阿拉巴馬大學

對此，朱法華表示，歷次火電廠大氣污染物排放標準的修訂，都在不斷倒逼我國電力環(huán)保技術持續(xù)發(fā)展、裝備和產(chǎn)業(yè)不斷升級、運行和管理更趨規(guī)范。有了嚴格排放標準的壓力，才更容易創(chuàng)新與集成一系列先進、節(jié)能環(huán)保的超低排放控制技術。

事實上，在《火電廠大氣污染物排放標準》發(fā)布時，我國空氣質量尚未遭受嚴重質疑，直到2013年，強勢來襲的霧霾使全國人民開始重視空氣質量，而中國燃煤發(fā)電行業(yè)一時間被指為霧霾元兇，被逼著不得不踏入“超低排放時代”。直至此時，人們才開始意識到朱法華團隊所定標準的合理性與前瞻性，認可他“為中國電力行業(yè)的發(fā)展起到了保駕護航的作用”。

在治霾過程中，許多研發(fā)機構與燃煤電廠紛紛投入到超低排放的技術研究工作中去。以濕式電除塵技術為例，2012年年底，湖南益陽電廠30萬千瓦機組首次運行成功，這是國內首個濕式電除塵工程，對我國超低排放技術研發(fā)具有里程碑式意義。所以此后2013—2014年間，大部分人都認為濕式電除塵就等于超低排放?！暗俏覀冊簭臎]有停止過對電除塵技術的追求和進步，之后又有高頻電源、脈沖電源及其組合等新型技術被開發(fā)并形成了產(chǎn)業(yè)化，目前前景很好，銷量也不錯。”朱法華說。

“十二五”期間，我國燃煤電廠煙塵排放限值經(jīng)歷了從50mg/m3到30（20）mg/m3再到10（5）mg/m3的三級跳，標準倒逼技術進步。低溫電除塵、濕式電除塵、移動電極電除塵、新型電源（如高頻、高頻脈沖、三相脈沖）等電除塵系列新技術迅速發(fā)展，并取得重大突破，使得除塵效率大幅提高，除塵系統(tǒng)能耗大大降低；而濾料創(chuàng)新升級、結構改進、流場優(yōu)化等也為電袋復合除塵、袋式除塵技術的推廣應用提供了有利條件，為實現(xiàn)煙塵超低排放控制提供了技術支持和裝備保證。目前形成了以各類高效電除塵器、電袋復合除塵器和袋式除塵器為主的煙塵控制和濕法脫硫、濕式電除塵器為主的顆粒物深度脫除技術格局。

在朱法華看來，我國燃煤電廠在選擇超低排放技術路線時，絕不僅僅是采用某項技術的事，而應該遵循“因煤制宜、因爐制宜、因地制宜、統(tǒng)籌協(xié)同、兼顧發(fā)展”的基本原則。所謂“因煤制宜”，指的是不僅要考慮設計煤種、校核煤種，更要考慮隨著市場變化，電廠可能燃燒的煤種與煤質波動，要確保在燃用煤質條件下，煙塵能夠實現(xiàn)超低排放。而“因爐制宜”則主要考慮不同爐型對飛灰成分與性質的影響。“因地制宜”指既要考慮改造機組的場地條件，也要考慮機組所處的海拔高程。“統(tǒng)籌協(xié)同”意即煙氣超低排放是一項系統(tǒng)工程，各設施之間相互影響，在設計、施工、運行過程中，要統(tǒng)籌考慮各設施之間的協(xié)同作用，全流程優(yōu)化，實現(xiàn)控制效果好、運行能耗低、成本最經(jīng)濟的最佳狀態(tài)?！凹骖櫚l(fā)展”要求企業(yè)不僅需要滿足現(xiàn)在的排放要求，還應考慮排放要求的發(fā)展及技術、市場的發(fā)展變化。

總之，燃煤電廠煙塵超低排放技術路線的選擇不是一件容易的事，既要考慮一次性投資，也要考慮長期的運行費用；既要考慮投入，也要考慮節(jié)能減排的產(chǎn)出效益；既要考慮技術的先進性，也要考慮其運行可靠性；既要考慮超低排放的長期穩(wěn)定性，也要考慮故障時運行維護的方便性；既要立足現(xiàn)在，也要兼顧長遠；是對決策者能力與智慧的綜合考驗。

“五位一體” 多管齊下

多年來，朱法華主持與參與了多個國家級省部級項目，獲得過省部級科技進步獎及發(fā)明獎一等獎6項、二等獎6項、三等獎6項，但這些卻不是他認為最重要的成果。他最自豪的，是建立了我國電力環(huán)保行業(yè)“五位一體”的標準體系。

“很多國外政府為了保證企業(yè)的低排放，一般會做兩件事，一是告訴企業(yè)排放標準，二是對企業(yè)進行監(jiān)測?！彼J為，這種方法太粗糙了，不利于提高整體排放水平。據(jù)他介紹，所謂“五位一體”標準體系的第一點就是制定排放標準，第二點是出版技術指南。“例如，2010年環(huán)保部發(fā)布的《燃煤電廠污染防治最佳可行技術指南》，我是主要的編寫人員。這個指南與排放標準緊密聯(lián)系，指導企業(yè)怎么做才能達到排放標準。且技術指南的編寫要與時俱進，比如說當超低排放概念深入人心后，我牽頭制定了《火電廠污染防治可行技術指南》?！敝旆ㄈA說，有了技術路線后，第三點就需要有工程技術規(guī)范去指導，第四點是運行監(jiān)測，第五點則是運行管理。有了這5個方面的要求，多管齊下，才能保證我國電力行業(yè)的超低排放水平。事實上，不僅是電力行業(yè)，“五位一體”的標準體系對工業(yè)污染源治理具有普遍的指導意義。

多年來，圍繞著“五位一體”的標準體系，朱法華將大量的創(chuàng)新性研究成果轉化為國家政策與標準，主持和參與制定了20項火電領域的國家及行業(yè)標準，形成了火電行業(yè)污染防治的技術標準體系，規(guī)范了火電行業(yè)的污染防治與排放要求，指導了污染防治的發(fā)展方向，為我國清潔煤電體系的建設發(fā)揮了重要的支撐作用，同時也為其他行業(yè)的污染防治提供了借鑒與示范。其出版的專著《火電廠污染防治可行技術手冊》被環(huán)境保護部評為第二批全國優(yōu)秀環(huán)境保護培訓教材，代表了我國火電領域的最高污染治理技術。

在埋頭科研之外，朱法華也不忘將成果應用于實踐。其創(chuàng)建的南京國電環(huán)保科技有限公司經(jīng)過多年發(fā)展，現(xiàn)已成為國電環(huán)境保護研究院的重要科技成果轉化基地，生產(chǎn)HF系列高頻電源、HFPPS系列脈沖電源、SPEP煙氣超低排放監(jiān)測系統(tǒng)、LDAS-3000型便攜式氨逃逸分析儀、LDAS-4000型抽取式氨逃逸分析儀、ZYJ-01型燃煤全自動制樣系統(tǒng)等產(chǎn)品。其中，僅高頻電源就有6000多臺在全國400多臺機組上穩(wěn)定運行，市場占有率穩(wěn)居第一。

參加江蘇電視臺直播“守護我們的家園”節(jié)目

談到科研成果順利轉化的秘訣，朱法華只有一句話，那就是“讓專業(yè)的人干專業(yè)的事”。“會做科研的人不見得就會把產(chǎn)品市場化，這個時候不能死抓著自己的成果舍不得放，而是要放手讓了解市場的人去做。所謂‘聞道有先后，術業(yè)有專攻’，或許世界上最了解成果的是開發(fā)者本人，但開發(fā)者卻未必能讓產(chǎn)品走向市場，適當?shù)胤攀植拍茏叩酶h?！敝旆ㄈA說。

隨著國內越發(fā)嚴峻的環(huán)保形勢及《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》（發(fā)改能源[2014]2093號）的發(fā)布，全國燃煤電廠超低排放改造工作正在如火如荼地開展，目前較多機組已完成超低排放改造。朱法華表示，最近常聽到別人開他玩笑：“電力環(huán)保已經(jīng)做得差不多了，你是不是要改行了？”每當此時，他總是忍俊不禁。他認為，制約燃煤電廠發(fā)展的應該有3座大山，分別是環(huán)境污染、生態(tài)破壞和氣候變化。

“環(huán)境污染”很好理解，超低排放針對的就是煙塵、二氧化硫和氮氧化物3個指標，但也僅有這些，對三氧化硫等可凝結顆粒物都還沒有建立排放標準，更不要提后續(xù)工作。朱法華笑言：“第一座大山都還沒有挖完，此時談改行恐怕為時尚早?！?/p>

“生態(tài)破壞”主要指的是我國煙氣脫硫采用的石灰石—石膏濕法脫硫方法。為此，每年需要開采5000萬噸的石灰石用于電廠的煙氣脫硫，造成了嚴重的生態(tài)破壞。

至于“氣候變化”就很好理解了，燃煤電廠的二氧化碳排放量無疑是所有行業(yè)中最大的，肩負著巨大的減排壓力。“總的來說，要搬掉這3座大山不是易事，電力環(huán)保之路道阻且長，我輩能做的不過是披荊斬棘、不忘初心。”朱法華說。