一、创新成果概述

成果的实施背景：近两三年来部分地方政府纷纷出台政策，用“一刀切”方式强制要求已达到超低排放的燃煤电厂消除“白色烟羽”。事实上，经过多年治理，至2018年底我国煤电机组超过80%已经实现超低排放，燃煤电厂污染物排放对我国整体生态环境影响已显著降低。因此，为澄清事实，给政府制定科学合理的政策提供建议和参考，国家能源投资集团公司从2019年初开始，组织对烟羽治理工程进行全面综合地测试和评估，并积极向国家汇报反映，最终推动了国家政策的出台和地方政策的调整转变。

成果内容：一方面，组织开展了对燃煤电厂白色烟羽治理工程的有关研究工作，立足于从整套发电系统的角度，通过对工程进行环保效果、能耗情况、节水效果、设备可靠性、运行稳定性、经济性等全要素、综合的测试与评估，实现对项目的全面认知，从而评判工程实施的必要性和影响。评估结论是超低排放机组白色烟羽治理工程基本没有环保效果，反而显著增加能耗，影响现有设备运行，增加企业经济负担，得不偿失。另一方面，积极开展信息沟通协调、汇报反映工作，将工程评估结果及时与有关专业研究院所和兄弟单位进行沟通，及时向国家有关主管部门、国办、中办进行汇报反映，反映内容得到中央领导重视，从而推动了白色烟羽治理政策调整转变。

二、主要做法

（一）综合应用多学科知识，结合长期环保实践经验，对治理对象、政策要求及治理措施进行分析。1.对治理对象--烟羽进行分析。认为已经实现超低排放的燃煤电厂，烟气主要成分是氮气、水蒸气、氧气、二氧化碳和一氧化碳，污染物含量已经非常低，只呈现白色，不会再出现其它颜色。离开工艺系统排入烟囱中的烟气，其中的水分由气态水和液态水组成。气态水质量占比超过99.95%，液态水的质量占比小于0.05%。经过超低排放治理设施之一的高效除雾后，液态水中挟带的脱硫浆液量已经很低，不会出现“石膏雨”。烟气冷凝水中可能含有硫酸雾滴和极少量溶解盐，但是，超低排放电厂烟气治理设施完善，经过对上百台机组的监测，超低排放电厂烟气中三氧化硫含量已经非常低，一般低于5mg/Nm3，其它溶解盐含量一般在1mg/Nm3左右。2.分析地方政府烟羽治理政策存在的问题。上海、河北、天津、浙江、山西、邯郸等省市出台的烟羽治理政策主要存在四方面问题，一是对烟羽的定义不合理，蓝色、黄色烟羽是含有污染物的烟羽，而超低排放机组白色烟羽（或称“湿烟羽”）污染物极少，不能与其它颜色烟羽一概而论。二是环保目标不明确，这些政策制定主要依据的是颜色和温度等非直接对环境造成污染的指标，人为主观色彩浓，缺乏客观的科学依据。三是不宜明确治理措施，控制温度措施的没有经过多个工程的实践和科学的检测数据的支撑，有效性尚待验证。四是制定主体和程序与法律要求不一致，政策制定主体和制定过程不符合法律要求。3. 综合多学科原理分析冷凝措施对污染物减排的作用。根据化学的物质基本特性原理，烟气中占水分总质量99.95%的气态水，不能溶解盐，不含任何污染物。从热力学角度分析，降温冷凝对降低烟气中的可溶性盐的作用微乎其微。从三氧化硫物态变化角度分析，脱硫塔中三氧化硫已基本与水结合，以硫酸雾形式存在，气态三氧化硫含量极低，即使有冷凝至液态的三氧化硫，同样以硫酸雾滴形式存在于烟气中，不可能随本来已占比较少的冷凝水全部排出。

（二）依托实际技改工程，开展综合测试与评估。2018年下半年，河北衡水电厂和河北龙山电厂实施了白色烟羽（湿烟羽）治理改造工程，为确切掌握治理工程效果，集团公司于2019年初开始，组织内部科研机构和生产单位开展了对两个电厂已实施技改工程的测试和评估工作。测试和评估以“准确、全面、综合”为原则，力求对改造工程得出全面、准确的评估结论。1.综合测试常规污染物与非常规污染物排放。（1）全面选取了污染物指标。常规污染物包括烟尘、二氧化硫、氮氧化物三项指标，非常规污染物包括三氧化硫、可溶性盐、可过滤颗粒物和可凝结颗粒物四项。（2）根据改造技术路线不同，针对不同技术路线不同机组容量的改造工程分别进行排放指标数据测试，并且同时测试了未实施改造机组的排放情况，便于对比分析。（3）非常规污染物测试点位在烟气处理全流程各断面（各个设备出入口）选取。，了解设备对非常规污染物的协同控制效果。（4）数据提取方式完整，测试方法合理科学。常规污染物排放浓度数据从机组CEMS系统进行提取，提取时间段即为进行现场测试的时间段，以进行对应分析。非常规污染物采用手工取样化验与在线三氧化硫浓度测试仪表相结合的测试方式。（5）测试工况全面。通过切换设备投入状态、调整运行出力，掌握了改造工程不同投运工况下对污染物减排的效果。（6）经过衡水和龙山电厂改造工程测试，对工程烟气污染物减排效果得出了以下结论：一是白色烟羽（湿烟羽）治理工程对常规污染物SO2、NOx、烟尘排放浓度未有明显影响。二是通过测试浆液冷却器和烟道冷凝器投退工况的SO3浓度数据，可见设备投退对最终烟囱入口SO3排放浓度基本没有影响。三是湿电出入口SO3浓度可降低约50%，但是降低的浓度绝对值远低于低低温静电除尘器的作用。四是增设低温省煤器（MGGH烟气冷却器）可提升后续除尘器设备脱除SO3的效率。五是通过龙山电厂测试，浆液冷却系统投运时，不同排烟温度（从44.6℃到41.7℃）对三氧化硫减排的效果影响不明显。2.立足整套发电系统，综合分析系统能耗。不仅是着眼于改造工程本身的设备范围，还须着眼于由于设备改造而相关的发电机组烟风系统、汽机冷却系统、回热系统、循环水系统、原有转动设备等多个设备系统，并考虑到冬季与夏季运行工况的不同而进行分别分析。（1）能耗分析分别从耗能因素和节能因素各个方面入手。（2）考虑到每个改造工程耗能和节能因素根据改造技术路线和加装设备的不同而不同。（3）经过从DCS系统提取系统设备多工况运行数据，利用等效热降原理和凝汽器变工况计算方法，分析得出能量在不同工质和设备间进行热交换后对发电系统运行能耗的影响。（4）能耗分析结论是: 不考虑改造中额外加装的暖风器与MGGH烟气冷却器形成的节能效果（这两个设备非烟羽治理必需设备），根据冬夏季运行工况不同，烟气降温再升温将使衡水电厂供电煤耗增加1.3—2.1g/kWh，使龙山电厂供电煤耗增加1.52—2.98 g/kWh。即使单纯冷凝，也将使衡水电厂供电煤耗增加0.56—1.7g/kWh，使龙山电厂供电煤耗增加0.3—0.85g/kWh。可见，通过综合分析会清晰地知道，烟羽治理工程使机组能耗明显增加。3. 多角度综合分析系统水耗。烟羽冷凝是否节水的问题也应从发电系统角度全面看待和分析，而不能仅仅看某个设备的作用。以龙山电厂浆液冷却技术为例，浆液冷却设备减少了脱硫塔中水分的蒸发，并且由于烟气温度的降低，烟气中一定比例的水蒸气会凝结进入脱硫塔。但是，为保持脱硫塔内水平衡，脱硫塔废水排放量会增加，这些废水并不能直接回用于生产；另一方面，由于机组采用闭式循环冷却水作为冷源，循环冷却水收集热量后回到机力通风塔释放热量，又增加了通风塔的蒸发量，增加了排入大气中的水量，增加了水耗。经过总体计算和分析，改造基本起不到节水作用。衡水工程也是如此结论。4.对改造工程的技术影响进行综合分析。包括分析改造设备的可靠性、运行稳定性，同时综合分析其对现有设备系统运行状态的影响。采用浆液冷却技术路线的工程，浆液冷却器工作工质为脱硫浆液，具有较高的磨损、杂物或结晶物堵塞、泄漏风险，龙山工程浆液冷却器运行5个月出现芯体磨损泄漏情况，脱硫浆液污染了循环冷却水。对于现有脱硫塔设备存在的一个较大影响是：破坏了脱硫塔水平衡。不得不调整脱硫塔一直以来的运行方式（如，减少除雾器冲洗次数和水量），并继续进行相关的设备改造，或者加大脱硫废水排放量，以维持脱硫塔运行。5.综合分析改造工程经济性。烟羽治理工程只增加企业经济成本，没有经济收益。成本分析不仅考虑直接运行成本，还需考虑建设成本、检修维护成本，形成综合的运行成本。经测算，龙山工程影响度电供电成本增加0.00281元/kWh（含税）。6.评估工程实施的直接目标—温度湿度控制情况。从CEMS中提取烟囱入口烟温温度和湿度数据，为避免偶然因素，在采暖季和非采暖季各提取了连续15天的数据，进行散点图分析。有些时段不能满足设计目标，达不到政策要求的数值。这可能与机组负荷波动、冷凝设备运行稳定性有关。

（三）着眼行业发展和政策制定，加强与有关单位信息沟通，及时向国家主管部门汇报反映，促进政策转变。国家能源集团是全世界火电装机规模最大的企业，拥有1.85亿千瓦火电装机，有责任为全行业环保工作的科学有效开展提出建议，并且在国家火电行业整体经营困难的背景下，也有利于行业的科学健康发展。1.执行层、管理层、决策层多级联动，及时准确判断白色烟羽治理工程实施必要性，调整治理思路和措施。白色烟羽治理工程经过综合测试评估后，结论已经非常明确，即基本没有环保作用，反而增加能耗、增加成本负担、得不偿失，没有实施必要性。但是，面对地方政策要求在密集出台，企业落入两难境地。作为管理层，集团管理部门及时密切跟踪了解纷纷出台的地方治理要求，及时组织开展烟羽性质和成分分析，及时安排集团所属有关发电企业开展烟羽治理试点工程的测试评估工作，及时组织研究选择更加有效降低污染物排放的改进方案。作为执行层，已实施试点工程的发电企业认真落实集团下达的测试评估工作要求，组织技术人员实施，并做好改造设备日常运行状态的记录和技术分析；有政策要求但未实施的企业，积极做好与地方政府的信息沟通，提出意见建议。作为决策层，集团领导对此情况高度重视，充分听取有关管理部门的情况汇报，科学决策并指导开展推动政策调整转变的工作，主动在 “两会”期间作为委员提案向国家提出政策建议。在集团领导的支持下，有关管理部门一方面稳妥谨慎处理此类投资需求，一方面组织位于天津市河北省企业召开专题会议进行政策解读、工程测试评估结果通报，并根据测试结果提出“应更加重视低温省煤器和高效除雾器应用”的建议，以促进转变依靠控温方式实施烟羽治理的思路。同时，利用集团公司生产视频会议机会，对位于全国各省自治区的企业同样进行研究成果通报和明确的管理说明，促进统一思想、转变思路。2.加强与行业协会、兄弟单位、科研院所信息沟通交流。（1）根据工程实施情况和综合测试评估结果，国家能源集团与中国电力企业联合会、其它四大主要发电央企保持充分地信息沟通和交流，听取其对烟羽治理政策措施要求的观点和态度。作为发电专业同行，各单位观点完全保持一致。（2）国家能源集团积极参与生态环境部环境工程评估中心牵头开展的有关烟羽治理研究项目，应邀将衡水、龙山电厂治理工程的评估报告无偿提供给环评中心，报告结论获得该单位和专家们的认可，同时，支持环评中心项目研究工作取得快速、有成效地进展。（3）2019年5月，得知山西省环保厅征求《山西省主要行业有色烟羽治理技术指南》意见的消息，集团及时反馈对《技术指南》的意见建议，为使文件内容更加科学合理做出努力。3．积极向国家主管部门汇报反映，推动政策调整转变。面对地方政府与行业企业对白色烟羽治理莫衷一是的状况，国家能源集团积极发挥行业引领作用，勇于直言，敢于担当，在认真总结多年以来企业环保实践的基础上，结合工程测试评估结论，向国资委提出了《国家能源集团建议燃煤电厂“白色烟羽”治理不应“一刀切”》的建议信息。信息得到国资委的高度重视，立即组织统一各发电央企意见，与国家能源集团共同将信息提报国办和中办，生态环境部得到中央领导要求后，组织专家与企业共同认真分析研究，于2019年10月印发《京津冀及周边地区2019-2020年秋冬季大气污染综合防治攻坚行动方案》，提出“对稳定达到超低排放要求的电厂，不得强制要求治理‘白色烟羽’。”此文件的出台，为各地无序制定白色烟羽治理政策并强制要求执行的状况起了刹车作用，除天津市外，多个省市不再强制推行这项不科学的措施。

三、主要创新点

本成果的主要创新点有：

1．在全行业内首次明确研究得出超低排放燃煤电厂白色烟羽治理工程实施效果结论。

结论是：工程改造不论对烟囱入口常规污染物还是非常规污染物的排放浓度基本没有影响，没有进一步降低污染物排放，反而会增加机组1～3克/千瓦时的供电煤耗，从而带来各项烟气污染物和二氧化碳排放总量的增加。并且由于增加了烟羽治理设备，机组运行可靠性可能受到不同程度影响，电厂发电成本将进一步增加，进一步加剧燃煤电厂亏损。

2.  建立了从工程实践到政策制定的信息沟通反馈渠道。

本成果充分发挥了信息沟通反馈的作用，改善了以往企业工程实践信息难以反馈到政府管理部门的情况，建立了基层企业—央企总部—国资委—对口管理部门这样一条有效的沟通渠道，既符合管理程序，又彰显了政府部门切实为企业办事的务实作风，使企业正当诉求获得支持，问题得到及时解决，还保障了政策制定的科学性和有效性。

3.建立了环保工程的综合评估模式。

一是综合运用多学科知识。环保是目标，热力学、流体力学、传热学、化学等多种学科是基础。尤其是在当前环保工作进入深水区后，只有对这些知识的综合理解和掌握，才能科学判断一项措施是否具备原理基础、是否能够切实起到污染减排保护环境的作用。二是综合确定评估对象。环保工程不应被孤立看待，而应该将其视为整套发电工艺的一部分，放在整套工艺中进行综合分析评估，本次评估既将烟羽治理工程作为对象，也分析了汽轮机回热系统和循环水系统。三是要评估工程的综合影响。一项技术改造工程，既应评估其环保效果，也应评估其能耗影响，还应评估其对现有设备系统的运行影响。对于环保效果基本没有，能耗大幅增加的改造，得不偿失，不应该实施。四是综合评估技术效益和经济效益。工程的经济性同样至关重要。

4.提出现阶段环保工作应该从末端治理向源头治理和协同控制转变。

在经历了多年单独加装除尘、脱硫、脱硝等设备对烟气进行末端治理的过程后，燃煤电厂烟气末端治理设备已经非常齐全，因此，当前亟待调整思路，不应再在烟气流程中增加更多其它设备装置，而应该认真分析污染源头，从源头上找出治理办法，例如提升精细化水平减少脱硝喷氨量、燃用较低硫分煤炭等；应该充分发挥好现有环保设备对污染物的协同控制作用，将现有环保设备运行好，或者采用新技术进行优化，提升脱除效率，例如充分发挥低温省煤器和高效除雾器的作用等。

5. 探索完善并形成一套污染治理设施测试技术体系和评估技术方案。

通过实施几个改造工程的测试工作，建成我国最大规模的多要素、全流程燃煤电厂污染物综合测试体系；基于高准确度SO3等非常规污染物的测试技术，可靠的统计分析方法，对国内外不同方法的系统误差进行比对，形成一整套烟气非常规污染物的分析测试方法；对各种工艺和设备进行节能量和耗能量的耦合分析，并基于热力系统等效热降原理和系统变工况计算方法，提出一套系统的湿烟羽治理工程动态经济性诊断方法。

四、应用成效

成果应用的经济效益和社会效益显著。

1.经济效益方面：以部分地区采用的“冷凝+加热路线”为例，实施一台60万千瓦级火电机组改造，需要投资4000万元左右，单位投资造价在70元/千瓦左右。国内目前煤电装机总容量约10亿千瓦，若全部进行白色烟羽治理，总投资额将达700亿元，投资巨大。

根据中电联快报数，2018年全国燃煤机组供电量为44521亿千瓦时,按照改造平均增加煤耗2克/千瓦时测算，全部煤电机组实施白色烟羽治理后，年增加原煤消耗约1400万吨。加上检修维护费用，每年将增加运行成本约74亿元。

因此，本成果的应用，制止了不合理政策的实施，避免了企业改造和运营中的巨大资金投入，减轻了企业负担，节约了生产成本，有利于发电企业降本增效，也有利于国家降低工商业电价政策进一步实施。

2.社会效益方面：国家管理部门以实事求是的工作态度树立了良好服务形象。评估结论有力驳斥了一些利益群体关于“雾霾是湿法脱硫、超低排放造成的”、“烟羽治理可以有效减少可溶性盐排放”的言论。有利于引导社会各界和公众对于燃煤电厂烟羽形成科学的认识，消除疑虑。有利于肯定超低排放改造的意义，提升发电企业社会形象。为地方政府科学制定环保政策提供了依据，避免其进一步盲目推行不科学政策而造成的社会资源的巨大浪费与损失，为下一步探索找寻真正有效的环保治理措施创造了机会。

五、可推广性

本成果做法和创新点具有广泛的推广应用价值。一是为企业开展技术改造工程管理提供了更好的方法和思路，促进企业技改工程做好前期的预测分析、方案设计，做好工程建成后的综合测试与评估，及时掌握工程效果，为今后类似工程实施提供经验借鉴和决策参考。二是借鉴本项目经验，继续发挥与国家有关管理部门进行充分信息沟通汇报、积极建言献策的作用，可以在不同领域不同业务方面，为维护企业正当利益、推动政策调整改进产生显著效果。三是本成果探索建立的燃煤电厂烟羽非常规污染物分析的新方法，可以为今后进一步掌握工业企业大气污染物排放情况提供有效手段。（供稿单位：国家能源集团火电产业运营管理中心）