排污標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整下脫硝運(yùn)行優(yōu)化和成本控制

戴世峰 張堅(jiān)明

上海電力股份有限公司吳徑熱電廠

排污標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整下脫硝運(yùn)行優(yōu)化和成本控制

戴世峰 張堅(jiān)明

上海電力股份有限公司吳徑熱電廠

介紹了上海市環(huán)保排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整后，排污收費(fèi)將增加，對(duì)發(fā)電廠而言負(fù)擔(dān)將增加。結(jié)合機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際情況，分析了脫硝還原劑費(fèi)用、排污費(fèi)以及綜合費(fèi)用變化。為了降低綜合費(fèi)用，需要做好幾方面的工作：優(yōu)化脫硝運(yùn)行方式，控制脫硝入口NOx濃度；脫硝出口NOx濃度目標(biāo)值合理設(shè)定，使得排放濃度降低到50 mg/m3以下；加強(qiáng)激勵(lì)力度。

排污標(biāo)準(zhǔn)；脫硝運(yùn)行；綜合費(fèi)用

上海吳徑熱電廠2臺(tái)300 MW燃煤機(jī)組脫硝系統(tǒng)采用液氨作為脫硝還原劑。為確保煙氣排放氮氧化物符合國(guó)家環(huán)保要求，需要連續(xù)氣化液氨形成氨氣，通過催化劑作用將氮氧化物還原成氮?dú)狻Ｃ撓跽＿\(yùn)行每年需要消耗大量的液氨，是火力發(fā)電廠不可或缺的一塊生產(chǎn)成本，同時(shí)根據(jù)氮氧化物的排放量每年還需要繳納不少排污費(fèi)。

脫硝還原劑的成本與脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行狀況以及液氨單價(jià)有關(guān)，而排污費(fèi)的多少一方面取決于脫硝運(yùn)行工況調(diào)整下的氮氧化物排放濃度，另一方面取決于環(huán)保排污費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的政策變化。

根據(jù)上海市“關(guān)于調(diào)整本市排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)問題的通知”（滬發(fā)改價(jià)費(fèi)[2014]5號(hào)）內(nèi)容，從2015年至2019年將分階段調(diào)整SO2、NOx的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。以目前的排放水平來衡量，今后的排污費(fèi)將大大增加，對(duì)電廠而言是將增加不小的負(fù)擔(dān)。

同時(shí)，為鼓勵(lì)火力發(fā)電廠低濃度排放，環(huán)保局在對(duì)排污收費(fèi)具體實(shí)施時(shí)執(zhí)行階梯式收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)政策。排放濃度越低，可以享受較高的排污收費(fèi)折扣，在超過排放限值的情況下，實(shí)施懲罰性質(zhì)的加倍收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。

1 環(huán)保排污收費(fèi)政策變化

2014年10月17日上海市關(guān)于《污染物排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整要點(diǎn)》，分階段調(diào)整氮氧化物收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，2015～2016年執(zhí)行收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為4元/kg，2017～2018年為8元/kg，2019年為9元/kg。而2015年前，執(zhí)行的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為1.26元/kg。

同時(shí)執(zhí)行環(huán)保局階梯式收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)政策，在低于排放限值50%以下，按當(dāng)前收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的30%收取。排放濃度越高，可以享受的優(yōu)惠折扣越低。在超過排放限值的情況下，排放濃度越高，將不能享受優(yōu)惠折扣，甚至面臨加倍收費(fèi)的懲罰。

將以上兩個(gè)環(huán)保收費(fèi)政策結(jié)合，同時(shí)考慮當(dāng)前2臺(tái)機(jī)組氮氧化物排放限值100 mg/m3，整理了不同排放濃度下的實(shí)際排放收費(fèi)價(jià)格，具體見表1。

表1 氮氧化物排污收費(fèi)價(jià)格元·kg-1

通過表1不同階段排污收費(fèi)價(jià)格的變化來看，如果不控制好排放濃度，則排污費(fèi)會(huì)發(fā)生巨大的變化，對(duì)電廠的經(jīng)營(yíng)來說是一個(gè)不小的負(fù)擔(dān)。對(duì)于氮氧化物排放濃度超過100 mg/m3的情況，主要集中在機(jī)組啟停以及低負(fù)荷脫硝不能投運(yùn)階段，占整個(gè)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的比例比較小，在此不做考慮。

2 脫硝運(yùn)行及氮氧化物排放現(xiàn)狀

上海吳徑熱電廠兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷相對(duì)比較穩(wěn)定，脫硝設(shè)備的投運(yùn)也比較正常。脫硝效率基本控制在80%左右。統(tǒng)計(jì)2014年1月～12月脫硝運(yùn)行數(shù)據(jù)，脫硝入口氮氧化物平均濃度為300mg/m3，脫硝出口氮氧化物平均濃度為60 mg/m3，排放的污染物氮氧化物總計(jì)667 960 kg。

在氮氧化物排放收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)政策變化前，對(duì)于脫硝入口平均濃度300 mg/m3，出口平均濃度為60 mg/m3而言，已經(jīng)算控制得比較好了，也從來沒有考慮過是否需要通過調(diào)節(jié)氮氧化物排放濃度來降低生產(chǎn)成本的問題。但是，在排放收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整后，同樣的運(yùn)行工況，同樣的排放濃度，排放收費(fèi)會(huì)產(chǎn)生巨大的變化，這個(gè)問題不得不引起重視。

3 政策變化前后排污收費(fèi)比較

以2014年數(shù)據(jù)為例，排放的污染物氮氧化物總計(jì)667 960 kg，出口平均濃度為60 mg/m3屬于50～75 mg/m3（含）這一檔，按照最新執(zhí)行分階段收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的40%進(jìn)行核算收費(fèi)，進(jìn)行后續(xù)幾年排放收費(fèi)比較，見表2。

表2 同等排放下不同年份的排污收費(fèi)比較萬元

從表2中橫向數(shù)據(jù)比較來看，同樣排放濃度和排放量的情況下，2015～2016年每年比2014年增加排放收費(fèi)22.71萬元，2017～2018年每年增加排放收費(fèi)129.59萬元，2019及以后每年增加排放收費(fèi)156.31萬元。

從表2中豎向數(shù)據(jù)比較來看，假如排放濃度下降到50 mg/m3以下，與出口平均濃度為60 mg/m3比較，在同樣排放量的情況下，2015～2016年下降26.71萬，2017～2018年下降53.44萬，2019年以以后下降60.12萬。排放濃度下降后，總的排放量也會(huì)有所下降，所以排污收費(fèi)下降量將更大。

通過對(duì)表2的排污收費(fèi)比較分析，可以明顯看到，在排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整后，如果電廠不采取措施，每年將面臨10～100萬到上百萬不等的增量排污費(fèi)。

同時(shí)，在脫硝設(shè)備運(yùn)行工況可調(diào)的范圍內(nèi)，可以通過降低排放濃度、享受優(yōu)惠折扣進(jìn)而減少排放收費(fèi)。排放濃度降低、排放收費(fèi)下降需要多投入脫硝劑氨氣（有關(guān)氨氣制備成本增加忽略不計(jì)），脫硝還原劑費(fèi)用將增加。所以，需要綜合考慮排放收費(fèi)和脫硝還原劑費(fèi)用這兩個(gè)因素，在脫硝設(shè)備可運(yùn)行的范圍內(nèi)考慮綜合費(fèi)用優(yōu)化。

4 綜合費(fèi)用數(shù)據(jù)模型建立

以2016年排放收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為例，通過建立脫硝還原劑費(fèi)用與排放收費(fèi)的綜合費(fèi)用數(shù)據(jù)模型，掌握不同運(yùn)行工況下脫硝還原劑費(fèi)用和排放收費(fèi)的綜合變動(dòng)情況，尋找滿足脫硝設(shè)備運(yùn)行要求的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)。

一般認(rèn)為，煙氣中的氮氧化物中NO和NO2的比例為95%：5%。也有研究，通過對(duì)煙氣中的NO和NO2的濃度進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，發(fā)現(xiàn)煙氣中氮氧化物的組成中絕大多數(shù)是NO。在本文中認(rèn)為煙氣中的氮氧化物全部為NO。NO與氨氣NH3在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)生成氮?dú)釴2，NO與NH3的反應(yīng)摩爾比是1：1，由此理論計(jì)算脫硝還原劑費(fèi)用。

脫硝還原劑費(fèi)用=Q×T×（NO入口-NO出口）×λ×P氨

排放收費(fèi)=Q×T×NO出口×PNO

綜合費(fèi)用=Q×T×（（NO入口-NO出口）×λ ×P氨+ NO出口×PNO）

式中：Q-煙氣流量；T-脫硝運(yùn)行時(shí)間，假定脫硝運(yùn)行時(shí)間與機(jī)組運(yùn)行時(shí)間相等；NO入口-脫硝入口氧折算后氮氧化物濃度；NO出口-脫硝出口氧折算后氮氧化物濃度；λ-脫硝還原劑摩爾數(shù)與重量轉(zhuǎn)換系數(shù)；P氨-液氨單價(jià)；PNO-氮氧化物排放單價(jià)。

根據(jù)綜合費(fèi)用計(jì)算公式，測(cè)算脫硝入NOx分別為250、300、350 mg/m3時(shí)，不同排放濃度的情況下脫硝綜合費(fèi)用。

測(cè)算表格中，灰色底紋表示的是綜合考慮環(huán)保要求、設(shè)備狀況的情況下，脫硝系統(tǒng)可以運(yùn)行的空間范圍。

從表格中可以看出，在其他條件不變，不同的脫硝入口濃度的情況下，綜合費(fèi)用隨著脫硝入口濃度的增加而增加，而同時(shí)綜合費(fèi)用的組成中，排污費(fèi)呈現(xiàn)相同的態(tài)勢(shì)，液氨費(fèi)用同步增加。液氨費(fèi)用增加主要是由于入口濃度高，需要脫除的氮氧化物數(shù)量增加，相應(yīng)的液氨用量增加。

表3 不同排放濃度的情況下脫硝綜合費(fèi)用

在相同的脫硝入口氮氧化物濃度的情況下，隨著脫硝效率的增加，排放量隨之下降，排污費(fèi)也相應(yīng)下降，同時(shí)液氨的費(fèi)用隨之增加。而綜合費(fèi)用方面，在排放濃度低于50 mg/m3以下時(shí)，變化不大，基本保持水平狀態(tài)。而當(dāng)排放濃度高于50 mg/m3時(shí)，綜合費(fèi)用呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在每個(gè)政策變化的點(diǎn)位處，綜合費(fèi)用都有一個(gè)大的突越。

所以在不考慮上海市燃煤電廠污染物排放水平排序的情況下，在當(dāng)前政策情況下，氮氧化物排放只要做到40～50 mg/m3就可以了。

在相同的排放濃度條件下，脫硝入口氮氧化物濃度大小對(duì)于液氨的消耗是關(guān)鍵因素。入口濃度控制得低，則綜合費(fèi)用就低。

為了直觀表示上述描述部分內(nèi)容，測(cè)算表格內(nèi)容用趨勢(shì)圖（圖1）來表示（以脫硝入口NOx300 mg/m3為例）。

圖1 趨勢(shì)圖

3.1 運(yùn)行優(yōu)化和成本控制

通過上文對(duì)脫硝運(yùn)行還原劑和排污費(fèi)用的測(cè)算可知，脫硝入口NOx濃度是決定綜合費(fèi)用的關(guān)鍵因素，控制脫硝入口NOx濃度可以降低綜合費(fèi)用。

在其他條件相同的情況下，排污費(fèi)與脫硝排放濃度呈現(xiàn)正向相關(guān)，在環(huán)保排污收費(fèi)政策變化處，排污費(fèi)有比較大的突越。液氨成本費(fèi)用與脫硝排放濃度呈現(xiàn)反向關(guān)系，與環(huán)保排污收費(fèi)政策變化無關(guān)。

在排污費(fèi)和液氨成本費(fèi)用的雙重作用下，綜合費(fèi)用總體上與脫硝排放濃度呈現(xiàn)同向正相關(guān)，但是其趨勢(shì)相對(duì)比較平緩。在環(huán)保排污收費(fèi)政策變化處，綜合費(fèi)用仍然保持比較大的突越。在脫硝排放濃度低于50 mg/m3時(shí)，綜合費(fèi)用保持不變，所以從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，沒有必要過多提高脫硝效率，降低排放濃度。另外，脫硝效率過份提高，超過脫硝運(yùn)行的合理區(qū)間，氨逃逸濃度會(huì)明顯增大，容易形成硫酸氫氨造成空預(yù)器堵塞而影響機(jī)組正常運(yùn)行。

為了使得脫硝還原劑液氨費(fèi)用與排污費(fèi)組成的綜合費(fèi)用最優(yōu)化，需要同時(shí)做好以下幾方面工作。

（1）優(yōu)化脫硝運(yùn)行方式，控制脫硝入口NOx濃度，盡可能降低入口濃度；

（2）脫硝出口NOx濃度目標(biāo)值合理設(shè)定，使得排放濃度降低到50 mg/m3以下；

（3）加強(qiáng)激勵(lì)力度，制定目標(biāo)值和獎(jiǎng)勵(lì)措施。

1）優(yōu)化脫硝運(yùn)行方式，控制脫硝入口NOx濃度

盡量減少磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)，降低一次風(fēng)量；二次風(fēng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制主燃區(qū)氧量、溫度，保證欠氧燃燒。入口氮氧化物濃度做到300 mg/m3以下，通過運(yùn)行調(diào)節(jié)盡可能降低。

2）脫硝出口NOx濃度目標(biāo)值合理設(shè)定

通過試驗(yàn)，合理設(shè)定脫硝出口氮氧化物濃度目標(biāo)值，使得運(yùn)行過程中脫硫出口的氮氧化物濃度控制在40～50 mg/m3。脫硝出口與脫硝出口的氮氧化物濃度還存在一定的區(qū)別。本文中所涉及到的氮氧化物濃度都是指氧折算后的濃度。由于煙道系統(tǒng)存在不同程度的漏風(fēng)，脫硫出口的氧量大于脫硝出口氧量，經(jīng)過氧折算后，脫硫出口氮氧化物濃度將大于脫硝脫出口。脫硝出口氧量3.6%，脫硫出口氧量7%為例，計(jì)算結(jié)果見表4。

通過計(jì)算可知，在脫硝出口氧量3.6%、脫硫出口氧量7%的情況下，脫硫出口氧折算后的氮氧化物濃度比脫硝出口氧折算后的濃度提高24%，也就是對(duì)于電廠而言需要增加24%的排污費(fèi)。如果脫硫出口氧折算后的氮氧化物濃度正好突破了政策變換點(diǎn)，排污費(fèi)將還會(huì)上漲形成突越。所以需要針對(duì)每一臺(tái)機(jī)組的實(shí)際情況，測(cè)算氧量影響的排放濃度。通過倒算來確定每一臺(tái)機(jī)組脫硝運(yùn)行的排放濃度。

表4 脫硫出口氧折算

漏風(fēng)的影響將對(duì)排污費(fèi)產(chǎn)生比較大的，所以機(jī)組檢修工作中有必要對(duì)煙道系統(tǒng)進(jìn)行捉漏堵漏，減少漏風(fēng)對(duì)排放濃度的影響。

為掌控機(jī)組氮氧化物的排放水平，需要每周對(duì)本月累計(jì)的脫硫出口氮氧化物平均排放濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，估算當(dāng)月后續(xù)時(shí)間內(nèi)的排放濃度，保證當(dāng)月脫硫出口氮氧化物平均排放濃度在40～50mg/m3。

3）加強(qiáng)激勵(lì)力度，制定目標(biāo)值和獎(jiǎng)勵(lì)措施

為確保環(huán)保設(shè)備達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行的目的，需要制定相應(yīng)的激勵(lì)機(jī)制。明確運(yùn)行人員以及管理人員的工作職責(zé)，明確管理目標(biāo)。對(duì)機(jī)組脫硝排放濃度制定月度目標(biāo)，由運(yùn)行人員實(shí)際實(shí)施，積極進(jìn)行調(diào)節(jié)。由管理人員跟蹤排放數(shù)據(jù)，根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況來測(cè)算后續(xù)運(yùn)行控制目標(biāo)，并指揮運(yùn)行進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4 結(jié)語

在污染物排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整以及環(huán)保部門實(shí)施階梯收費(fèi)的提前下，對(duì)脫硝運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)測(cè)算，掌握不同情況下的脫硝還原劑費(fèi)用和排污費(fèi)數(shù)據(jù)。

通過分析，發(fā)現(xiàn)在脫硝還原劑費(fèi)用和排污費(fèi)的綜合作用下，綜合費(fèi)用呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，且當(dāng)排放濃度在50 mg/m3以下時(shí)，綜合費(fèi)用保持不變。所以在一定的出口入口氮氧化物濃度的情況下，排放目標(biāo)值確定在40～50 mg/m3。為保證該目標(biāo)，需要分析機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，掌握氧量對(duì)排放濃度的影響，以此指導(dǎo)脫硝實(shí)際運(yùn)行。需要加強(qiáng)過程管理，通過跟蹤排放平均濃度來估算當(dāng)月后續(xù)運(yùn)行控制目標(biāo)，確保排放濃度40～50 mg/m3的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)也需要在激勵(lì)方面加大力度，提高運(yùn)行人員和管理人員的積極性，保證排放目標(biāo)的完成，以此降低綜合費(fèi)用。

綜合費(fèi)用的優(yōu)化，很大程度上取決于脫硝入口的氮氧化物濃度控制，需要運(yùn)行部門優(yōu)化脫硝運(yùn)行方式。

2016年開始將實(shí)施超潔凈排放改造，后續(xù)的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)有所變化，影響整個(gè)方案的測(cè)算。及時(shí)進(jìn)行調(diào)整測(cè)算，對(duì)脫硝設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整。

Denitrification Operation Optimization and Cost Control to Meet Pollution Discharge Standard Adjustment

Dai Shifeng, Zhang Jianming
Shanghai Electrical Power Limited Company Wujing Thermal Power Plant

∶The article introduces pollution discharge fee will increase and so will cost for power plant when Shanghai environment protection pollution discharge fee adjusts. Combined with practical unit operation condition, the author analyzes changes of denitrification reducing agent cost, pollution discharge fee and comprehensive cost. In order to reduce comprehensive cost, we should take care of following tasks, such as optimizing denitrification operation method, controlling denitrification inlet NOxconcentration. Regulating reasonable denitrification inlet NOxtarget concentration setup to make discharge concentration decrease under 50 mg/m3. We shall strengthen motivation.

Pollution Discharge Standard, Denitrification Operation, Comprehensive Cost

戴世峰：（1981-），男，工程師，本科，從事電廠化學(xué)、環(huán)保技術(shù)管理工作。

張堅(jiān)明：（1972-），男，工程師，本科，從事電廠管理工作。

DOI∶10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.02.003