上海市火電廠煙氣污染物控制對霧霾防治分析

呂敬友

(國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200437)

0 引言

2013年以來，以PM2.5為代表的霧霾天氣頻現(xiàn)。北京連續(xù)多日出現(xiàn)重度污染，PM2.5濃度一度逼近1000 μg/m3。上海2013年1月出現(xiàn)霧霾13 天，PM2.5最高濃度達(dá)300 μg/m3。我國中東部地區(qū)的強(qiáng)霧霾污染物化學(xué)組成，是英國倫敦1952年煙霧事件和20 世紀(jì)40～50年代美國洛杉磯光化學(xué)煙霧事件污染物的混合體，并疊加了中國特色的沙塵氣溶膠。霧霾嚴(yán)重影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人體健康，嚴(yán)重時危及生命。

1 霧霾的成分和火電的貢獻(xiàn)率

霧霾的成分主要是灰塵、硫酸鹽、硝酸鹽、氨鹽、有機(jī)碳?xì)浠衔锏冉M成的氣溶膠系統(tǒng)。

2011年，全國SO2排放總量為2217.9 萬t，工業(yè)源排放占91%;NOx排放總量為2404.3 萬t，工業(yè)源排放占71.9%，機(jī)動車排放占26.5%。煙粉塵排放量為1446.1 萬t，均遠(yuǎn)超出環(huán)境承載能力。全國重點(diǎn)環(huán)保城市SO2、可吸入顆粒物年均濃度分別為40、86 μg/m3，為歐美發(fā)達(dá)國家的2～4 倍。北京機(jī)動車對PM2.5的貢獻(xiàn)率約為1/4;其次為燃煤和外來輸送，各占1/5。上海污染源與北京類似，主要是本區(qū)域產(chǎn)生，也有輸入性污染。上海各污染源對PM2.5的貢獻(xiàn)率:機(jī)動車船排放占總量25.8%，區(qū)域輸入占20.5%，工業(yè)工藝過程占15.2%，工業(yè)鍋爐+爐窯占10.2%，揚(yáng)塵占10.4%，火電廠占8.8%，民用+餐飲+涂料約占5.4%，農(nóng)業(yè)+生物質(zhì)約占3.0%，海鹽+植被占1.0%。

從上述分析可知，上?；痣姀SPM2.5約占總量的8.8%，與2005年前占25%左右相比，降幅約65%，為減緩上海的霧霾天氣發(fā)揮了作用。

2 火電高速發(fā)展與煙氣污染物控制

2.1 火電高速發(fā)展與節(jié)能降耗

多年來，我國電力裝機(jī)容量保持著高速增長，2012年全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到11.45 億kW，其中，煤電7.58 億kW，占總裝機(jī)容量的66%，耗用全國50%左右煤炭。2012年全國發(fā)電量為4.94 萬億(kW·h)，燃煤量為18.55 億t，均列世界第一。

2012年上?？傃b機(jī)容量2055 萬kW，其中燃煤機(jī)組1505.8 萬kW，占73.3%，其余為燃?xì)?油)燃機(jī)容量為549.2 萬kW?！笆晃濉逼陂g，上海建設(shè)燃?xì)鈾C(jī)組，增加區(qū)外來電，以大代小，加強(qiáng)節(jié)能環(huán)保調(diào)度等措施。與2005年1050 萬kW 裝機(jī)容量相比，裝機(jī)容量增加了95.7%，但年發(fā)電量從629.3億(kW·h)時增加到2012年的924.2 億(kW·h)，只增加46.9%，年用煤量從2790 萬t 增加到3516萬t，只增加26.0%。2000年燃煤機(jī)組平均供電煤耗351.0 g/(kW·h)、2005年338.0 g/(kW·h)，2012年為300.9 g/(kW·h)，與2000年、2005年相比，2012年燃煤機(jī)組的平均供電煤耗分別下降了14.3%和11.0%。燃煤灰分從2005年的18.3%降至2012年的13.7%，下降了4.6 個百分點(diǎn)，硫分基本上控制在0.6%左右，取得了節(jié)能減排的效果。

2.2 強(qiáng)化煙氣污染物排放控制

20 世紀(jì)90年代初，上海約50%的燃煤機(jī)組煙塵控制采用旋風(fēng)子、水膜式等低效除塵器，除塵效率在85%～95%;SO2和NOx排放處于失控狀態(tài)。

隨著環(huán)保要求的提高和技術(shù)的進(jìn)步，尤其上海市出臺的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/387－2007)，將火電廠煙塵、SO2和NOx排放濃度分別降至50 mg/m3、200 mg/m3和450 mg/m3。促使火電廠大規(guī)模的除塵改造、建設(shè)脫硫裝置和低氮燃燒改造。煙氣脫硫裝置從2005年開始建設(shè)，2008年底建成了70%機(jī)組容量，2010年燃煤機(jī)組基本建成濕式煙氣脫硫裝置。除塵設(shè)施除2 臺600 MW 機(jī)組采用三電場電除塵器外，其余的為四電場電除塵器。有10 臺中小機(jī)組合計849 MW 容量改成布袋除塵器。燃煤機(jī)組基本上采用低氮燃燒技術(shù)，有12 臺機(jī)組合計7665 MW 建成脫硝裝置并投運(yùn)。2012年電除塵平均效率達(dá)到99.66%，布袋除塵器平均效率達(dá)到99.85%以上，綜合脫硫效率達(dá)到90%以上，脫硝效率達(dá)到80%以上。上?；痣姀S煙氣污染物排放情況詳見圖1。

圖1 上?；痣姀S煙氣污染物排放

從圖1可知，2012年煙塵排放量為0.70 萬t，比2005年的4.90 萬t 下降85.7%;SO2排放量為2.26 萬t，比2005年的24.56 萬t 下降90.8%;NOx排放量為8.32 萬t，比2005年的15.44 萬t 下降了46.1%。就SO2排放量而言，上海市2012年為50萬t，2005年為22.82 萬t，減排了27.18 萬t，降幅達(dá)到54.4%。而同期電力減排22.3 萬t，占總減排量的82%，為總量控制做出了貢獻(xiàn)。

3 煙氣多污染物協(xié)同控制

3.1 重點(diǎn)區(qū)域“十二五”環(huán)保要求

霧霾最嚴(yán)重的京津冀、珠三角、長三角，國土面積僅占我國的8%左右，卻消耗全國42%的煤炭、52%的汽柴油，SO2、NOx和煙塵的排放量均占全國的30%，單位平方公里的污染物排放量是其他地區(qū)的5 倍以上?！吨攸c(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》將這三個地區(qū)的PM2.5納入考核目標(biāo)，確保2015年這三個地區(qū)年均濃度下降6%。2013年9月12日國務(wù)院發(fā)布的《大氣污染防治行動計劃》，到2017年，京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域PM2.5濃度分別下降25%、20%、15%左右。

雖然火電廠對上海的PM2.5的貢獻(xiàn)率在8.8%左右，但作為大容量集中排放源，以及污染控制的規(guī)模效應(yīng)，特別是氮氧化物排放量還很大，它是產(chǎn)生O3的介質(zhì)，因此火電還是重要控制對象之一。

《火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)將于2014年7月1日起新、舊機(jī)組執(zhí)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對全國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、排放嚴(yán)重的地區(qū)，執(zhí)行特別排放限值。與美國、歐盟相比，我國的排放標(biāo)準(zhǔn)最為嚴(yán)格(見表1)。

表2 GB 13223－2011 特別排放限值與發(fā)達(dá)國家比較mg/m3

3.2 火電廠煙氣PM2.5減排措施

3.2.1 挖潛節(jié)能

2012年上?；痣姽╇娒汉?00.9 g/(kW·h)，全國6000 kW 及以上為326 g/(kW·h)，五大發(fā)電公司平均為317.6 g/(kW·h)。2010年美國為356 g/(kW·h)，澳大利亞為360 g/(kW·h)，上海處于世界領(lǐng)先水平。因此電力節(jié)能的空間越來越難，應(yīng)對霧霾的壓力也越來越大。目前上海早期建設(shè)的350 MW 等級以下燃煤機(jī)組5538 MW，其中小機(jī)組708 MW，可逐步用1000 MW 級煤機(jī)或燃?xì)鈾C(jī)組替代。上海將進(jìn)一步強(qiáng)化調(diào)度，對節(jié)能環(huán)保機(jī)組實(shí)行優(yōu)先上網(wǎng)，繼續(xù)燃燒優(yōu)質(zhì)煤，達(dá)到降耗。但在脫硫、脫硝和除塵裝置改造投運(yùn)后，約需增加發(fā)電煤耗3～4 g/(kW·h)，給電力節(jié)能帶來新的壓力。

3.2.2 煙氣多污染物協(xié)同控制

上海2012年NOx排放總量8.32 萬t，占三種主要污染物排放總量的73.8%，主要是7393 MW 燃煤機(jī)組沒有安裝脫硝裝置。采用低氮燃燒無法使NOx達(dá)標(biāo)排放，因此，在2年內(nèi)需對這部分機(jī)組進(jìn)行脫硝改造，采用低氮燃燒加煙氣脫硝較為經(jīng)濟(jì)合理。新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定SO2排放濃度為50 mg/m3，需要脫硫效率在96%以上才能滿足，但現(xiàn)有的脫硫系統(tǒng)很難達(dá)到。如果靠增加脫硫劑和加增效劑來提高脫硫效率，不能從根本上解決問題。對于煙塵為20 mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)，除塵效率需從現(xiàn)在的99.66%提高到99.84%以上。對四電場的電除塵器，運(yùn)行好的勉強(qiáng)可以達(dá)到。采用中(低)溫省煤器技術(shù)可回用廢熱和提高除塵效率，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果，值得推廣應(yīng)用。另外，脫硫系統(tǒng)也可除去部分煙塵。對不達(dá)標(biāo)的可改成布袋除塵器或在脫硫塔后增設(shè)濕式電除塵器作進(jìn)一步除塵和脫硫的協(xié)同作用。因此對煙氣較科學(xué)、合理的是采用多污染物協(xié)同控制，即:鍋爐低氮燃燒+煙氣脫硝+中(低)溫省煤器+電除塵器或布袋除塵器+煙氣脫硫或增設(shè)濕式電除塵器。屆時上?；痣娍蓽p排SO2、NOx和煙塵約為0.85 萬t、4.15 萬t 和0.23 萬t，削減率達(dá)到37.5%、49.9%和33.3%。三種污染物總量約從2012年11.28 萬t降到6.05 萬t，降幅約為46%，滿足上海霧霾的治理要求。

4 結(jié)語

霧霾天氣日益嚴(yán)重，要求各行業(yè)加大對大氣污染物排放的治理力度。上海火電廠在裝機(jī)容量成倍增長的情況下煙氣污染物排放不增反大幅下降，得益于除塵器的持續(xù)改造和效率的不斷提高、建設(shè)脫硫裝置和低氮燃燒、煙氣脫硝?；痣奝M2.5從2005年前占上?？偭康?5%降至8.8%。通過脫硫增容改造和除塵、脫硝改造，采用煙氣多污染物協(xié)同控制，挖潛節(jié)能，可使三種煙氣污染物總量進(jìn)一步下降46%左右，為遏制上海霧霾天氣做出貢獻(xiàn)。

［1］國務(wù)院.國務(wù)院關(guān)于印發(fā)《大氣污染防治行動計劃》的通知(國發(fā)［2013］37號)［EB/OL］.http://news.163.com/13/0912/09/98IGMTJB00014JB5.html，2013-09-10.

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