南京市火電廠大氣污染防治現(xiàn)狀及對(duì)策研究

謝放尖，李文青，鄭新梅，王慶九

（南京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，江蘇 南京 210093）

南京市火電廠大氣污染防治現(xiàn)狀及對(duì)策研究

謝放尖，李文青，鄭新梅，王慶九

（南京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，江蘇 南京 210093）

利用現(xiàn)有資料結(jié)合問卷調(diào)研的方法，分析南京市火電廠大氣污染防治狀況。結(jié)果表明：2014年，南京市火電廠總耗煤量達(dá)到2 105萬t，燃燒技術(shù)以煤粉爐為主；總裝機(jī)容量為9 423 MW，燃煤與燃?xì)鈾C(jī)組裝機(jī)容量分別約占總裝機(jī)容量的82%與18%；脫硫以石灰石-石膏法為主，約占總裝機(jī)容量的93%，脫硝以SCR技術(shù)為主，約占81%，除塵以高效靜電除塵為主，約占78%。建議通過財(cái)政補(bǔ)貼鼓勵(lì)實(shí)施超低排放改造，加大天然氣供應(yīng)提高燃?xì)鈾C(jī)組比例，并積極出臺(tái)政策淘汰老舊設(shè)備。

火電廠；活動(dòng)水平；超低排放改造；煤改氣；對(duì)策

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.04.19

南京市火電廠主要以燃煤電廠為主，2014年電煤消耗超過2 000萬t，占全市煤炭消費(fèi)總量的60%以上。煤炭燃燒過程會(huì)產(chǎn)生大量的大氣污染物，如SO2、NOx、顆粒物等，嚴(yán)重影響環(huán)境空氣質(zhì)量。2014年南京市空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良率僅為52.1%，PM2.5年均濃度達(dá)到74μg/m3，超標(biāo)2倍以上。南京市發(fā)布的2014年P(guān)M2.5來源解析結(jié)果［1］顯示，燃煤貢獻(xiàn)（27.4%）是最主要來源，超過工業(yè)生產(chǎn)貢獻(xiàn)（19%）與機(jī)動(dòng)車貢獻(xiàn)（24.6%）。電力行業(yè)作為南京市最主要的燃煤消耗部門，有必要提升其污染治理水平。本研究在詳細(xì)調(diào)研電力行業(yè)基本情況、污染治理措施的基礎(chǔ)上，提出針對(duì)性的對(duì)策建議。

1　數(shù)據(jù)來源及方法

筆者以2014年為研究年份，主要數(shù)據(jù)來源于南京市環(huán)境統(tǒng)計(jì)、總量核查及統(tǒng)計(jì)年鑒。由于上述數(shù)據(jù)中缺少工藝過程、設(shè)備、污染控制措施的詳細(xì)數(shù)據(jù)，本研究采用問卷調(diào)查的方法進(jìn)行了補(bǔ)充調(diào)研，主要調(diào)研內(nèi)容包括企業(yè)基本情況（企業(yè)名稱、地理位置、聯(lián)系人等）、燃料信息（燃料類型、使用量、硫分、灰分、揮發(fā)分）、設(shè)備信息（鍋爐類型、燃燒技術(shù)、裝機(jī)容量、服役時(shí)間等）、排放控制信息（脫硫、脫硝、除塵設(shè)備），通過現(xiàn)有資料與補(bǔ)充調(diào)研等多種來源數(shù)據(jù)的互相印證、校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制。

2　結(jié)果與討論

2.1南京市火電廠運(yùn)行情況

2014年南京市實(shí)際運(yùn)行的火電廠有19家，其中14家為燃煤電廠、5家為燃?xì)怆姀S，煤炭總消耗量為2 105萬t，天然氣總消耗量為9.65億m3，高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣與轉(zhuǎn)爐煤氣總消耗量為123 億m3?？傃b機(jī)容量為9 423 MW，燃煤電廠裝機(jī)容量為7 760 MW，燃?xì)怆姀S裝機(jī)容量為1 663 MW，兩者比例約為4∶1，可見目前南京市火電仍以煤電為主。圖1 a按單機(jī)裝機(jī)容量給出了大（單機(jī)裝機(jī)容量＞300 MW）、中（單機(jī)裝機(jī)容量在100～300MW）、?。▎螜C(jī)裝機(jī)容量＜100 MW）型機(jī)組總裝機(jī)容量情況；圖1 b給出了不同類型鍋爐對(duì)應(yīng)的總裝機(jī)容量情況?？梢?，南京市發(fā)電機(jī)組主要以300 MW以上大型機(jī)組為主。由企業(yè)詳細(xì)數(shù)據(jù)可知，南京市最大單機(jī)裝機(jī)容量可達(dá)1 030 MW，但個(gè)別企業(yè)自備電廠的單機(jī)裝機(jī)容量?jī)H為6 MW。一般來說，單機(jī)容量從幾兆瓦發(fā)展到1 000 MW級(jí)，發(fā)電效率越來越高，發(fā)電煤耗越來越低［2］，上大壓小是不錯(cuò)的政策選擇。而從燃燒技術(shù)來看，主要是煤粉爐為主，其次是燃?xì)忮仩t，層燃爐與循環(huán)流化床鍋爐較少。

圖1　南京市裝機(jī)容量分布情況

2.2SO2治理狀況

電廠SO2是由煤炭中可燃硫部分（約占總硫分的80%～90%）燃燒生成，其余不可燃硫進(jìn)入底灰，硫分越低則產(chǎn)生的SO2越少。南京市電煤含硫率在0.5%～0.7%之間，遠(yuǎn)低于全國(guó)電煤平均硫分約1%的水平，這主要與南京市加強(qiáng)煤炭質(zhì)量控制有關(guān)；在末端治理方面，“十一五”期間，南京市開始實(shí)施SO2減排，目前所有的燃煤電廠都實(shí)施了脫硫工程。圖2給出了燃煤電廠按裝機(jī)容量對(duì)應(yīng)的脫硫方式，14家燃煤電廠中9家（7 190MW）采用石灰石-石膏法，4家（552MW）采用氨法脫硫，1家（18 MW）采用爐內(nèi)噴鈣法與雙堿法，從裝機(jī)容量來看，石灰石-石膏法占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，脫硫綜合效率在80%～95%，氨法脫硫其次，綜合脫硫效率在63%～75%，僅一家自備電廠采用爐內(nèi)噴鈣與雙堿法聯(lián)合處理，綜合脫硫效率約為92%。從總的類型來看，南京市電煤企業(yè)均為濕法脫硫，這類技術(shù)是目前世界上應(yīng)用最為廣泛、最為成熟的方法，具有較為穩(wěn)定的脫硫效率［3］。

圖2　南京市燃煤電廠脫硫方式（按裝機(jī)容量）

2.3NOx治理狀況

電廠NOx來源主要分為熱力型與燃料型兩種，前者指在高溫燃燒時(shí)N2與O2反應(yīng)生成，后者是指燃料中含氮化合物燃燒氧化生成，煤粉爐焚燒60%～80%是燃料型NOx［4］。煤的揮發(fā)分含量是影響NOx產(chǎn)生的重要影響因素，揮發(fā)分越高NOx產(chǎn)生量較小，南京市電煤平均揮發(fā)分在32%。在末端治理方面，“十二五”期間，南京市開始要求實(shí)施實(shí)施NOx減排，盡管開展時(shí)間較短，但是發(fā)展較快。圖3給出了燃煤電廠按裝機(jī)容量對(duì)應(yīng)的脫硝方式。14家燃煤電廠當(dāng)中，6家（6 220 MW）采用SCR技術(shù)，綜合脫硝效率穩(wěn)定在70%以上，SCR技術(shù)是目前技術(shù)最成熟，應(yīng)用最廣泛的脫硝技術(shù)［5］。2家（560 MW）采用低氮燃燒+ SNCR+SCR技術(shù)，綜合脫硝效率80%～88%，2家（710 MW）采用低氮燃燒+SCR技術(shù)，綜合脫硝效率約75%，2家（128 MW）采用SNCR技術(shù)，綜合脫硝效率約42%，還有2家（48 MW）未采取措施?？傮w來看，南京市大部分燃煤電廠NOx控制較好，但相比SO2，控制效率還有進(jìn)一步提高的潛力。

圖3　南京市燃煤電廠脫硝情況（按裝機(jī)容量）

2.4顆粒物治理狀況

電廠燃燒過程產(chǎn)生的顆粒物主要是燃燒不完全形成的炭黑以及煙塵和飛灰等。顆粒物的產(chǎn)生與煤炭種類、質(zhì)量、燃燒技術(shù)有關(guān)，一般灰分越大，產(chǎn)生量也越大，南京市電煤以煙煤為主，平均灰分23%。末端治理方面，我國(guó)對(duì)煙塵控制最早，技術(shù)最為成熟。圖4給出了燃煤電廠按裝機(jī)容量對(duì)應(yīng)的除塵方式，14家燃煤電廠當(dāng)中，6家（6 023 MW）采用高效靜電除塵，除塵效率在99.5%～99.9%，大型的燃煤企業(yè)都采用該項(xiàng)技術(shù)；3家（905 MW）采用普通靜電除塵，除塵效率95%～99.5%；3家（710MW）采用電袋復(fù)合除塵，除塵效率約為99.8%；1家（110 MW）為生活污泥發(fā)電廠，采用布袋除塵，除塵效率為95%；還有1家自備電廠（12 MW）采用濕法除塵，除塵效率約為94.5%。相比脫硫、脫硝，南京市電廠除塵開展最早，去除效率最高，運(yùn)行最為穩(wěn)定。

圖4　南京市燃煤電廠除塵情況（按裝機(jī)容量）

3　火電廠大氣污染防治改進(jìn)策略

3.1實(shí)施燃煤電廠超低排放改造

南京主要燃煤電廠基本都實(shí)施了脫硫、脫硝及除塵工程，達(dá)到《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 （GB 13223-2011）中特別排放限值要求，要進(jìn)一步提高去污潛力必須實(shí)施超低排放改造。超低排放是指燃煤電廠鍋爐在發(fā)電運(yùn)行、末端治理過程中，采用污染物高效協(xié)同脫除集成系統(tǒng)技術(shù)，使得污染物排放達(dá)到燃?xì)鈾C(jī)組的水平，即在基準(zhǔn)含氧量6%時(shí)，煙塵、SO2與NOx排放濃度分別不超過5 mg/m3，35 mg/m3，50 mg/m3［6］，分別為特別排放限值要求的25%、70%與50%。2015 年12月，環(huán)保部、發(fā)改委、能源局聯(lián)合下發(fā)關(guān)于印發(fā)《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》的通知（環(huán)發(fā)〔2015〕164號(hào)），要求2017年前，東部地區(qū)300 MW及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組、100MW及以上自備燃煤發(fā)電機(jī)組（暫不含W型火焰鍋爐和循環(huán)流化床鍋爐）實(shí)施超低排放改造。目前，南京市大唐發(fā)電廠已經(jīng)實(shí)施了超低排放改造［7］，實(shí)現(xiàn)了污染物的“近零排放”。由于超低排放改造經(jīng)濟(jì)成本較高［8］，建議后續(xù)的推行當(dāng)中，宜先在大型燃煤電廠中推動(dòng)，同時(shí)電力、環(huán)保等部門應(yīng)該出臺(tái)配套政策，在上網(wǎng)電價(jià)、污染防治資金等方面予以適當(dāng)補(bǔ)貼。

3.2提高燃?xì)鈾C(jī)組裝機(jī)比例

目前南京市火電能源主要以煤為主，燃煤機(jī)組裝機(jī)容量約占全市的82%，而燃?xì)鈾C(jī)組僅占18%。天然氣是清潔環(huán)保的綠色能源，采用天然氣作為燃料的燃?xì)廨啓C(jī)，其污染物排放量?jī)H為相同規(guī)模的常規(guī)燃煤電廠的10%左右［9-10］。燃煤發(fā)電的SO2排放量在4～11 g/（kW·h），但采用天然氣發(fā)電SO2排放量可降為0～0.25 g/（kW·h），NOx排放只有常規(guī)電站的15%～20%［11］，顆粒物排放量更是可以忽略不計(jì)。建議在不提高全市總裝機(jī)容量的前提下，通過現(xiàn)有燃煤電廠的煤改氣或者新建燃?xì)怆姀S替代小型燃煤電廠的方式，進(jìn)一步提高燃?xì)鈾C(jī)組的比例。充足的天然氣資源供應(yīng)是煤改氣成功與否的關(guān)鍵，建議充分借助西氣東輸與川氣東送工程，力爭(zhēng)到2020年，火電廠天然氣年利用量在目前約9億m3的基礎(chǔ)上翻倍，達(dá)到20億m3，燃?xì)鈾C(jī)組裝機(jī)容量占全市總裝機(jī)容量達(dá)到40%左右。同時(shí)，天然氣價(jià)格行情看漲，應(yīng)在電價(jià)等方面予以適度補(bǔ)貼。

3.3淘汰老舊設(shè)備設(shè)施

目前南京市2家自備電廠使用層燃爐，層燃爐熱效率一般為75%～85%，遠(yuǎn)低于煤粉爐90%以上的熱效率。層燃爐對(duì)煤質(zhì)要求較高且難以燃燒完全，爐渣與灰分中可燃成分都比較多，應(yīng)逐步淘汰。循環(huán)流化床是目前新一代高效、低污染的燃燒技術(shù)，屬于中低溫燃燒，NOx排放遠(yuǎn)低于煤粉爐，且對(duì)煤炭質(zhì)量要求不高，目前南京市僅2家企業(yè)采用循環(huán)流化床技術(shù)，使用層燃爐發(fā)電的企業(yè)可以優(yōu)先考慮改燃?xì)饣蛘卟捎醚h(huán)流化床技術(shù)。

此外，目前南京市單機(jī)裝機(jī)容量100 MW以下機(jī)組總裝機(jī)容量約占全市的17%，小機(jī)組多為企業(yè)自備電廠所有，服役時(shí)間較長(zhǎng)，主要為企業(yè)供熱，開停機(jī)較為頻繁，年運(yùn)行時(shí)間最短的不足1 000 h，既不經(jīng)濟(jì)更不環(huán)保，建議通過政策倒逼，并加快推進(jìn)區(qū)域供熱，滿足企業(yè)正常生產(chǎn)需要，逐步淘汰自備電廠燃煤機(jī)組。

4　結(jié)語

南京市作為傳統(tǒng)的工業(yè)城市，電能需求量巨大，發(fā)電行業(yè)具有不可替代的重要作用。目前南京市裝機(jī)容量較大，主要以燃煤機(jī)組為主，污染物排放量較大，是PM2.5的主要來源之一。在目前的基礎(chǔ)上，應(yīng)該繼續(xù)挖掘潛力，提升電力行業(yè)大氣污染防治水平，同時(shí)，應(yīng)該積極尋求替代方案，比如鼓勵(lì)太陽能光伏發(fā)電、水泥行業(yè)余熱發(fā)電，并積極提高外調(diào)電比例等，在滿足城市生產(chǎn)生活的同時(shí)，進(jìn)一步削減污染物排放，改善空氣質(zhì)量。

［1］江瑜.南京PM2.5源解析：燃煤是最大污染源機(jī)動(dòng)車尾氣其次［N/OL］.（2015-04-30）［2016-06-26］.http：//www.njdaily.cn/2015/ 0430/1110688.shtml.

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［4］郭靜，阮宜綸，馬德剛.大氣污染控制工程［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.1.

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（編輯：程?。?/p>

The Air Pollution Prevention Status and Countermeasures Research of A Thermal Power Plant in Nanjing

Xie Fangjian，LiWenqing，Zheng Xinmei，Wang Qingjiu
（Nanjing Municipal Academy of Environmental Protection Science，Nanjing Jiangsu 210093，China）

Based on the existing data and questionnaire investigation，the status of air pollution prevention of a thermal power plant in Nanjing city was analyzed.It showed that：In 2014，the coal-fired power plant used up coal 21.05 million tons，and themain combustion technology was pulverized coal boiler.The total installed capacity was up to 9 423 MW，coal-fired units and gas units accounting for 82%and 18%respectively.FGD technology was the main method of desulfurization，accounting for 93%of the total installed capacity，SCR technology was mainly used in denitrification，about 81%，and highly effective electrostatic dust removal accounting for 78%.It suggested encouraging the implementation of ultra-low emission transformation by using financial subsidies，increasing the proportion of gas supply to improve the proportion of gas units，and eliminating outdated equipments by new policy.

thermal power plant，activity level，ultra-low emission transformation，coal to gas，countermeasures

X51

A

1008-813X（2016）04-0073-04

2016-07-21

江蘇省科技支撐計(jì)劃《基于大氣污染源排放清單的PM2.5動(dòng)態(tài)溯源關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用示范》（BE2014724）；南京市環(huán)?？蒲姓n題《南京市各電廠顆粒物排放研究》（201308）

謝放尖（1982-），男，湖南婁底人，畢業(yè)于南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院環(huán)境規(guī)劃與管理專業(yè)，碩士研究生，工程師，主要從事城市大氣污染防治工作。