國電環(huán)境保護研究院院長朱法華：“逢煤必反”可以休矣

鄭挺穎 羅夢雁 崔鴻青

在公眾環(huán)保意識日益強化的當下，很多人一聽到“煤炭”就會聯(lián)想到大氣污染、碳排放高這些負面形象。但是隨著科學技術的長足發(fā)展和進步，我國的煤電污染防治技術已是全世界最先進的，廢水的資源化更是做到了極致。時至今日，我們需要刷新自己的知識圖景，去坦然面對高新技術帶來的改變。

11月11日，《環(huán)境與生活》記者來到北京貴都大酒店，采訪了來北京出席會議的國電環(huán)境保護研究院院長朱法華，聽朱院長介紹了國內燃煤發(fā)電污染防治領域的最新技術進展——

“清潔煤電也是清潔能源”

《環(huán)境與生活》：有人認為環(huán)保與煤炭是天然對立的，對煤炭、煤電、煤化工、煤制油等都持反對態(tài)度，認為用煤就會污染環(huán)境。對此，您怎么看？

朱法華：確實，我身邊也有這種“逢煤必反”的朋友，但我要明確地說，這種觀點已經不合時宜了，說難聽點就是刻舟求劍。

中國工程院原副院長謝克昌院士反復倡導“清潔煤電也是清潔能源”。最近幾年，我國煤炭清潔化的速度發(fā)展太快，外界根本反應不過來，甚至有的“黑科技”，電力行業(yè)內部的人一聽都覺得不可能。2000年，我去澳大利亞伊拉林燃煤電廠，了解到全廠不用新鮮水，它是以城市污水處理廠的中水作為全廠生產補水。我回來后和許多領導及專家講，他們都說這怎么可能呢，鍋爐補給水肯定是要用好水的，怎么可能用城市中水呢？后來，沒過幾年，也就是2007年之后，國內電廠也做到了。

2014年，我講電廠要做到超低排放，當時反對的人很多，包括一些領導。那主要是由于大家不了解我們的技術發(fā)展速度有多快?，F在的鋼鐵、水泥行業(yè)推動的超低排放都是在走電力行業(yè)的創(chuàng)新之路。燃煤發(fā)電清潔化后，鋼鐵企業(yè)等跟著也清潔化，技術原理差不多，但在應用方面有不少創(chuàng)新。目前我國燃煤電廠已基本全面完成超低排放改造，且運行穩(wěn)定可靠，所以，煤電清潔化技術的發(fā)展速度快到大家都反應不過來。

《環(huán)境與生活》：可否請您介紹一下國電環(huán)境保護研究院的背景。

朱法華：國電環(huán)境保護研究院成立于1980年，最早是隸屬于水利電力部，后來分別歷經能源部、電力部、國家電力公司、中國國電集團公司管理，現在隸屬于國家能源集團。40年來國電環(huán)境保護研究院一直致力于電力環(huán)保工作，推動煤炭的清潔化利用，2019年11月，國電環(huán)境保護研究院獲得第十屆“中華環(huán)境獎”，并受邀在人民大會堂參加頒獎儀式，組委會的評價：“國電環(huán)境保護研究院為政府制定政策與標準，他們是政府環(huán)保智囊團；為行業(yè)研發(fā)技術與裝備，他們是環(huán)境管理的科技支撐者；為社會提供科普與服務，他們是科技環(huán)保理念的傳播者。他們指導了電力環(huán)保行業(yè)治理方向，引領火電行業(yè)污染防治技術進步，以科技創(chuàng)新為環(huán)保事業(yè)保駕護航”。

為更好地全方位的服務電力生產，2008年原中國國電集團在國電環(huán)境保護研究院的基礎上組建了國電科學技術研究院有限公司，今年更名為國家能源集團科學技術研究院有限公司，我目前的職務是國家能源集團科學技術研究院有限公司副總經理，兼任國電環(huán)境保護研究院有限公司董事長。30多年來，我一直從事電力環(huán)保工作，2005年起擔任國電環(huán)境保護研究院的副院長、院長。

中國此前有五大發(fā)電集團，分別是中國華能集團公司、中國大唐集團公司、中國華電集團公司、中國國電集團公司、國家電力投資集團公司。2017年，原中國國電集團和原來的神華集團合并重組成國家能源集團。神華集團是做煤炭的，也做電廠、港口、鐵路、煤化工。重組合并后的國家能源集團，目前是全世界最大的能源集團。國家能源集團有四個方面是世界第一，包括煤炭開采量、火電裝機容量、煤化工（將煤變成油、天然氣等化工產品）、風電機組容量。

發(fā)展煤化工主要是為了能源安全

《環(huán)境與生活》：我們注意到，此前有人抨擊煤化工耗水太大。

朱法華：確實是的，但是我國還是需要煤化工的。為什么？因為我國石油儲量很少，根據2019年公開數據，我國已探明的化石能源儲量中按熱值進行折算，煤炭占比高達99%，石油和天然氣合計1%，可以看出我國缺少油和氣，必須大量依賴進口，目前我國石油進口依存度超過70%。國際關系復雜，我國基于能源安全的考慮必須發(fā)展煤化工。我國將煤轉化成油的技術也是世界領先的，規(guī)模也是最大的。當然，在國際油價便宜時，將煤轉化成油是虧本的，但即使是虧本依然要做，可以少做但不能不做，這主要是從國家能源安全的角度考慮，否則未來如果出現極端情況，我們沒有油就會非常被動。需要指出的是，隨著技術進步，煤化工耗水太大的問題也正逐步得到解決。

煤電可幫新能源電力調峰、調頻、調壓

《環(huán)境與生活》：我國向國際社會承諾，要在2030年實現二氧化碳排放量達峰，這對燃煤發(fā)電來說意味著什么？

朱法華：2030年前碳排放量達到最高峰，這個目標對我國來說還是現實的，通過努力也是能夠實現的。實際上，我國最近幾年的能源消耗總體增長趨緩，前兩年還有所下降。我國東部地區(qū)能源消耗量穩(wěn)定，再大幅增長的可能性不大。我研究過能源與經濟間的關系，能源與經濟的關系在工業(yè)化早期是同步的、正相關的，相關性非常明顯。在這一階段，如果能源消耗量沒增長而經濟增長，那么數據一定是有問題的。

當工業(yè)化發(fā)展到一定階段，能源消耗量與經濟增長速度之間的關系就不明顯了。工業(yè)化發(fā)展到第三階段，經濟增長就不再依賴于能源消耗量增長?，F在上海的GDP增長已不依賴于能源消耗量增長?；旧?，我國東部地區(qū)的GDP增長已不完全依賴于能源消耗量增長。我國中西部地區(qū)特別是西部地區(qū)，兩者還存在一定的正相關，估計中西部地區(qū)經過5至10年的發(fā)展，就可以達到東部地區(qū)現在的發(fā)展水平。到那時，東部地區(qū)的能耗可能還會較現在下降，高能耗企業(yè)會慢慢被淘汰或轉移。我認為，我國力爭于2030年前讓二氧化碳排放量達到峰值是可實現的，并努力爭取2060年前實現碳中和（零排放），這些目標的實現主要依賴節(jié)能及煤炭消耗的減少。比如發(fā)電方面，我國現在的太陽能發(fā)電已具備了和煤炭發(fā)電同等的競爭力，價格方面也具有優(yōu)勢，我國在成本控制方面比發(fā)達國家要好，人工便宜，新能源的材料也便宜。

2003年，我們?yōu)槭裁磳焿m排放標準限值定在50毫克/立方米，就是希望公眾可以根據煙囪冒煙來判斷、監(jiān)督。煙塵（顆粒物）濃度在30毫克/立方米至50毫克/立方米之間時，受光線的影響，有時看得見，有時看不見。如果小于30毫克/立方米，肉眼就完全看不見了。

藍色煙羽是煙氣中的三氧化硫濃度高了，三氧化硫與水結合形成硫酸，所以在煙氣中的三氧化硫都是以硫酸霧的形式存在的，硫酸霧實際也是液態(tài)的微細顆粒，它也是符合剛才說的標準，當超過50毫克/立方米時則呈現藍色。

另外還有一種黃煙，這種情況是很少見的，但如果出現了也很容易處理，我們看這張某個電廠冒黃煙的照片，煙囪出口是可以看到黃煙的，一擴散就看不到了。出現這種現象的主要原因是電廠低負荷運行，滿負荷時不會出現這個情況。低負荷運行時，二氧化氮的濃度高了，二氧化氮跟水接觸就是硝酸，硝酸霧的顏色就是黃色。

怎么解決這個問題呢，其實很簡單，不需要上任何設備，電廠運行人員只要認真負責，即當降負荷用煤量少的時候，風機送風量也要減少，停一臺風機，或者有的廠風機是變頻的，可以通過調頻減少風量，就可以解決這個問題了。傳統(tǒng)電廠一些運行人員在減煤的時候是不減風的，因為煤要錢而風不要錢，電廠操作人員不愿意去調整或者擔心調整后萬一出問題而擔責?，F在，電廠自動化程度提升后，工作人員通過電腦就可以操作調整了。

一句話就省下了700億元無效投資

《環(huán)境與生活》：針對“有色煙羽”，你們開展的相關研究獲得了電力系統(tǒng)的最高獎。請問你們的研究都有哪些創(chuàng)新和突破？

朱法華：我們在這方面的研究課題有四個創(chuàng)新點：

第一個創(chuàng)新點就是方法和技術體系。我們制定了科學檢測標準。以前，我國三氧化硫、PM2.5、氨（脫硝存在氨逃逸）都沒有科學檢測方法、標準，也沒有檢測技術，我們研發(fā)了檢測技術，制定了檢測標準，相當于形成了有色煙羽的檢測體系，并研發(fā)出儀器設備。

第二個是綜合評估。比如要想消除白煙，就要加熱，這就要消耗多少能源、增加多少煤耗、增加多少排放……這些都是可以計算的。我們研究院有一個生態(tài)環(huán)境部的重點實驗室“國家環(huán)境保護大氣物理模擬與污染控制重點實驗室”，其中包括一個國內最大的陣風環(huán)境風洞，我們在風洞實驗室里面模擬了濕煙氣排放的環(huán)境影響，通過評估實驗得到的數據，得出結論是目前“治理白色煙羽得不償失”。這一結論在2019年被生態(tài)環(huán)境部采納。在生態(tài)環(huán)境部2019年10月印發(fā)的《京津冀及周邊地區(qū)2019-2020年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動方案》中，專門有一句話“對穩(wěn)定達到超低排放要求的電廠，不得強制要求治理白色煙羽”。這句話意義重大，因為這對全國而言，相當于省下了700億元的無效投資。

第三個創(chuàng)新點是治理技術。我們稱為靶向治理。只治理藍色煙羽，我們是有技術的，在江蘇省某個電廠就有實施案例。在煙氣中，如果三氧化硫高的話，我們可以進行堿性霧化噴淋，沒有水出來，噴的就是碳酸鈉。碳酸鈉與三氧化硫（實際是硫酸），酸堿反應效率很高，不太貴。我們也不需要很純的原料，用工業(yè)級別的，工程效果也非常好。這里邊難度在于噴淋物質與煙氣混合一定要均勻，霧化得非常好，進去以后要立即反應掉，因為一旦有水滴就會造成堵塞，一旦沒完全霧化，比如形成水滴就會被吸附到內壁上，就容易腐蝕、堵塞。

第四個創(chuàng)新點我們叫“理化雙調”。就是說，有很多是不需要這種靶向治理的，我們通過系統(tǒng)運行進行優(yōu)化就可以。對現有的治理設施，通過物理和化學的方法進行調整、優(yōu)化。優(yōu)化以后，就可以大幅減少三氧化硫排放，就不會形成藍色煙羽。很多電廠都只是通過調整現有的治理設施就可以了。比如，前面講到電除塵，溫度是在攝氏120度至130度，后來改成低低溫電除塵，將煙氣溫度降下來，煙氣體積就變小了，就容易提高去除效率。大家都害怕腐蝕，煙氣溫度下降到攝氏105度，對三氧化硫的去除效果比較差。我們研究后發(fā)現，將煙溫降到攝氏95度左右，對三氧化硫去除效果可以達到80%以上。

為什么是這樣？這是因為降到攝氏95度（攝氏100度以下）時，水汽就會凝結。原來三氧化硫都是霧，都是粒徑小于一微米，然后我們把溫度降到攝氏95度左右，硫酸霧的粒徑就變大了，因為水會冷凝，冷凝后與硫酸霧一碰撞就變大了，粒徑變大后就很容易與灰塵結合，灰是堿性的，硫酸是酸性的，酸堿中和反應生成鹽，實際上是化學吸附，也不用擔心灰中的三氧化硫會再釋放出來。我們后來就制定了低低溫電除塵器的運行規(guī)程。

為什么叫低低溫呢？因為在攝氏120度左右的除塵器是低溫電除塵；高溫電除塵一般是指攝氏300度以上，所以比低溫再低就是低低溫。溫度控制在攝氏95度，進行運行優(yōu)化就可以了，不需要再增加投資。

五間房電廠可做到一滴水都不消耗

《環(huán)境與生活》：您在電力行業(yè)的污水處理方面頗有經驗，能否也和我們介紹一下相關的情況？

朱法華：總體來說，電力行業(yè)的污水處理相對比較簡單，我1990年參加工作，一開始就做電廠的循環(huán)水處理，循環(huán)水就是循環(huán)冷卻水。冷卻水冷卻后就濃縮，水里的鹽份占比變高，在銅管（凝汽器）里就會結垢。

燃煤電廠實際上就是以水為介質，將煤炭的化學能轉變成電能的過程。鍋爐內的水利用煤炭燃燒的化學能，轉變?yōu)楦邷馗邏?、亞臨界、超臨界或超超臨界蒸汽，蒸汽推動汽輪機做功轉動，帶動發(fā)電機發(fā)電，但做功后的蒸汽是溫度很高，壓力不高。蒸汽如果排掉了就太可惜了，為什么可惜呢？因為鍋爐內的水是很純的水，治水的代價很高，同時直接排掉浪費的熱量也很可惜。我們希望將高溫蒸汽冷卻下來，冷凝成水。電廠的凝汽器就是由很多銅管構成的，一根一根銅管排得很密，外面包一個很大的管子，銅管里面走常溫水，比如河水，然后外面大量的空間走高溫蒸汽，高溫蒸汽降溫就變成了凝結水，然后凝結水再經簡單處理后回到鍋爐里面去，而銅管中的水同時被加熱，一般從冷水進去到出去，銅管中的水溫會增加攝氏8度至10度，或8度至12度，就變成熱水了。南方水資源豐富地區(qū)，水可以直接排到海洋或江河中去，而北方沒有那么豐富的水資源，所以這熱水就被送到冷卻塔里面，冷卻塔里面有點像洗澡的噴頭一樣，熱水就往下噴，掉進冷卻塔底部的水池就冷下來了。在北方的電廠內，大家都可以看到冷卻塔。

大家看到冷卻塔頂上冒白煙，那是沒有任何污染的，是水蒸氣。水從冷卻塔冷卻后再循環(huán)，大家想想看，水能不能無限制循環(huán)呢？是不能無限循環(huán)的，因為每循環(huán)一次，水就濃縮一次。剛才講過，冷卻塔冒白煙帶走的是水蒸氣，而留下的水中有鹽、有鈣，水越來越濃縮就會結垢，由于微生物作用銅管中還會形成像泥巴一樣的黏泥，所以我們要在水中加藥劑進行處理，以防止結垢、殺死微生物防止產生黏泥。結垢是很難避免的，我們讓它不在銅管中結垢，而是在冷卻塔中結垢，這樣就不影響運行。通過循環(huán)水提高濃縮倍率，就可以減少很多水消耗，濃縮倍率從一點幾到三點幾、四點幾、五點幾，我們現在做到最好可以做到十，即循環(huán)10次。

電廠燒煤后還產生大量煤灰、煤渣，在1995年前，我國的灰水是可以直接排入江河湖海的。1995年，電力部發(fā)文禁止灰水直排。原來我國發(fā)一度電耗水幾公斤，現在我們消耗的水很少，現在可以做到發(fā)一度電只需耗水幾十克。

位于內蒙古自治區(qū)錫林格勒盟的五間房電廠（隸屬于北京京能集團）甚至可以做到一點水都不消耗。鍋爐要用水，脫硫要用水，那么它怎么做到一點水都不消耗呢？這是因為它的水全部來自煙氣，它燒的是含水量比較高的褐煤，當地的褐煤比較多。褐煤燃燒后的煙氣含水量高，將煙氣進行冷卻，冷卻冷凝將水收集下來補到鍋爐里，再循環(huán)出來。冷卻不用循環(huán)水，是用空氣進行冷卻的，但是需要在廠里建很大的儲水池，因為煙氣里面的水有兩個來源，一是煤，二是空氣；煤燃燒時需要加空氣，空氣中有水，空氣中的水夏天比冬天多，但鍋爐運行的時候用的水都是一樣的，是沒有季節(jié)性的，該廠建了很大的地下儲水池，以防水蒸發(fā)。

布袋除塵技術成敗在細節(jié)

《環(huán)境與生活》：燃煤發(fā)電除塵有哪些技術？您如何看待這些相應的技術。

朱法華：主流的有電除塵、袋除塵、電袋復合除塵三種方式。電除塵技術還可分為干式電除塵和濕式電除塵。

我國電力行業(yè)的第一個成功運行的袋式除塵就應用于內蒙古呼和浩特市豐泰發(fā)電有限公司的20萬千瓦機組項目。此前，國內有5個電廠搞袋式除塵都失敗了。當時，關于火電廠設計規(guī)程中明確規(guī)定135兆瓦（13.5萬千瓦）以上的機組就不得使用袋式除塵，但呼和浩特市豐泰發(fā)電有限公司的20萬千瓦機組不用不行，因為2000年的時候，電廠的煙塵排放濃度標準是200毫克/立方米，那地方用煤是準格爾煤，準格爾煤燃燒后的比電阻太大，用電除塵器效果很差。他們持續(xù)實驗也做不到讓煙塵排放濃度小于200毫克/立方米。當時，我正在牽頭進行標準的變更，即2003版的標準，擬從200毫克/立方米變到50毫克/立方米。

豐泰電廠連200毫克/立方米都做不到，就更做不到50毫克/立方米了。但是，豐泰電廠投資方之一香港中華電力公司要求必須達到國家標準，并且認為用布袋除塵技術也可以。當時，內蒙古電力公司的領導人很有魄力，就決策立項布袋除塵，找我們研究院幫忙做實施，這是當時我們研究院最大的工程項目，近4000萬元人民幣。

我們反復分析前面的布袋除塵技術為什么不成功，發(fā)現布袋有個特點就是很容易燒掉。2000年的時候，現場施工的人都抽煙，不像現在安全施工的觀念很強，抽煙煙灰就會掉到布袋上，掉上去時布袋當時沒壞，但這地方就產生了一個薄弱的點，氣流很容易往這里跑，后面運行起來整個袋子就很容易壞。

我們調研后總結出一個關鍵的要素，就是要保證施工安全，施工的時候不能抽煙，他們廠也非常配合，最后項目實施效果非常好。當然，這僅是成功的細節(jié)之一，總之細節(jié)決定成敗。