燃煤火電行業(yè)大氣污染深度治理與經(jīng)濟運行的分析與研究

鮑天恩

摘要：為達到燃煤火電產(chǎn)業(yè)污染物排放深度減排治理，近幾年來，國家大力推進煤電機組煙氣超低排放改造治理，對火電行產(chǎn)業(yè)說，實施改造的投資投入以及污染治理運行費用的高額支出，給電廠的正常運行帶來極其嚴重的沖擊。因此，燃煤火電企業(yè)作為大氣污染物排放源之一，同時在滿足環(huán)保排放要求的基礎(chǔ)上，如何降低污染物治理成本，達到經(jīng)濟運行目標，是所有煤電機組面臨的一項重要研究課題。

Abstract： In order to achieve deep emission reduction and control of pollutant emissions from the coal-fired thermal power industry， in recent years， the state has vigorously promoted the reform and management of ultra-low emissions of coal-fired power plants. The high amount of expenditure has brought a serious impact on the normal operation of the power plant. Therefore， how to reduce pollutant treatment costs and achieve economic operation goals is an important research topic faced by all coal-fired power plants as one of the sources of atmospheric pollutant emissions while meeting environmental protection emission requirements.

關(guān)鍵詞：燃煤火電行業(yè);大氣污染;深度治理與經(jīng)濟運行;研究

Key words： coal-fired thermal power industry;air pollution;in-depth treatment and economic operation;research

中圖分類號：F426? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）36-0144-03

0? 引言

燃煤火電企業(yè)污染物的生成和排放與煤粉中所含硫含量、氮含量等各種煤質(zhì)參數(shù)以及機組運行狀況、設(shè)備設(shè)施工藝路線有著密切的關(guān)系，同一電廠同一時期的燃煤品質(zhì)與運行方式的不同，所產(chǎn)生的污染物也會有所不同，所以，火電企業(yè)在實際運行過程中，作為環(huán)保達標強制性要求之外，要重點研究分析生產(chǎn)設(shè)備及環(huán)保設(shè)施運行的安全性和經(jīng)濟性，達到環(huán)保和安全經(jīng)濟目標的最佳平衡點。

1? 影響污染物控制的主要因素

首先是排放標準。國家法律、法規(guī)和行業(yè)強制性標準是治理污染物排放的約束條件，如果沒有嚴格的排放標準和環(huán)保法規(guī)，就無法實現(xiàn)火電廠污染物的深度治理。我國在控制污染物排放過程中，堅持區(qū)別對待不同裝機等級發(fā)電機組，新建發(fā)電機組和現(xiàn)有發(fā)電機組等原則，火電廠經(jīng)歷了從煙塵、二氧化硫再到氮氧化物的排放過程。國家先后頒布了《工業(yè)三廢排放試行標準》、《燃煤電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2003），后又結(jié)合我國國情及經(jīng)濟承受能力修訂了《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011），隨著超低排放的大范圍推行，多地已將燃煤火電機組超低排放限值列為地方強制排放標準。

近年來，隨著國家排放標準的日漸嚴格，環(huán)保設(shè)施已成為各地火電企業(yè)必不可少的生產(chǎn)設(shè)備，然而環(huán)保設(shè)施需投入高額的資金，如此一來，火電廠的經(jīng)濟效益受到了嚴重的影響。因此，在修訂排放標準過程中，應(yīng)以成熟技術(shù)所能達到的最佳性能指標為基礎(chǔ)，結(jié)合不同機組，綜合考慮其經(jīng)濟承受能力，釆取科學合理的控制要求，適度提高排放標準，同時，政府結(jié)合實際也在不斷給予企業(yè)在財稅方面政策優(yōu)惠支持。以煙塵排放為例，自從國家2014年《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）正式實施后，傳統(tǒng)的靜電除塵器、旋風除塵器、斜棒柵除塵器等，因除塵效率受限制，處理能力標準未達無法達到國標排放標準要求，現(xiàn)如今已廣泛釆用高效靜電除塵器、袋式除塵器、電袋復合除塵器，濕式電除塵器及配套的協(xié)同除塵技術(shù)。

其次，是經(jīng)濟政策支持。好的經(jīng)濟政策是高效推動污染治理的基礎(chǔ)。以大氣中二氧化硫為例，雖然電力企業(yè)按照國家2011最新修訂的關(guān)于新建機組和現(xiàn)有機組的區(qū)分提出了二氧化硫的排放標準，但由于國家未及時出臺配套經(jīng)濟政策，使各火電企業(yè)二氧化硫的治理進程較為緩慢，雖有所控制但未真正實現(xiàn)有效控制，非但達不到預(yù)期治理效果，火電企業(yè)大氣污染中二氧化硫的排放總量甚至出現(xiàn)上升趨勢。究其原因在于，環(huán)保改造及運維實施成本較大幅提升，有些企業(yè)很難承擔，政策面沒有利好支持，很難激發(fā)火電企業(yè)深度治理大氣污染的積極性和主動性。直到國家出臺了燃煤機組脫硫電價及脫硫設(shè)施運行管理辦法后，各地燃煤電廠關(guān)于大氣中二氧化硫的治理才得以有效的推進。

最后，是治理技術(shù)。燃煤電廠只有選擇先進、切實可行的治理技術(shù)，才能使大氣污染物的控制有所保證。在煙塵治理方面，大型機組多選用主流的高效靜電除塵器技術(shù)為主，其中以袋式除塵器和電袋復合除塵器為輔的治理格局，就我國目前的除塵技術(shù)來看，仍處于不斷研發(fā)、示范及大力推廣階段。在治理二氧化硫方面，通過相關(guān)技術(shù)人員近5年來對脫硫工藝無論是化學反應(yīng)過程的設(shè)計還是工程實踐運行經(jīng)驗的結(jié)累，使脫硫效率、機組運行的可靠性以及燃煤電廠運行成本控制等多個方面都有顯著的提升，從而對機組運行產(chǎn)生的影響明顯下降，同時，使機組的維護、運行變得更加便捷實用。目前，我國脫硫技術(shù)以石灰石—石膏濕法脫硫為主的格局，已達到效率高、可靠性高、經(jīng)濟性高廣泛推廣階段。關(guān)于大氣中氮氧化物的治理，是國家十二五環(huán)境保護工作中的重點工作內(nèi)容，其強調(diào)的治理主流技術(shù)有兩點：一是生成源的控制。其主要表現(xiàn)特征為：通過各種各樣的技術(shù)手段，有效控制燃煤過程中氮氧化物的生成反應(yīng)，具體包括低氮燃燒器、燃料再燃、煙氣再循環(huán)等。二是針對煙氣的脫硝，其表現(xiàn)特征為：對煙氣中已經(jīng)形成的氮氧化物，充分利用氧化反應(yīng)或者還原反應(yīng)將氮氧化物進行脫除，具體包括，選擇性催化還原法、脫硫脫硝一體化、選擇性非催化還原法以及利用活性炭吸附法等等。目前，我國燃煤電廠已經(jīng)形成了煙氣脫硝技術(shù)和低氮燃燒技術(shù)兩者相結(jié)合的技術(shù)路線，而且在我國已建成運行火電機組煙氣脫硝設(shè)備中，有將近95%以上的使用選擇性催化還原法，而且新型式的高效寬負荷脫硝也正處于研發(fā)、推廣階段。

2? 污染物控制目標及影響安全經(jīng)濟運行問題分析

按照國家發(fā)展和改革委員會、環(huán)境保護部、國家能源局于2014年9月聯(lián)合發(fā)布的“煤電節(jié)能減排升級改造行動計劃（2014-2020年）”要求“十三五”期間，火電廠大氣污染物控制將全面實施超低排放，燃煤電廠排放的大氣污染物質(zhì)量濃度接近“燃氣輪機組排放限值”，即煙塵、二氧化硫、氮氧化物的排放質(zhì)量濃度分別達到10、35、50mg/m3限值。按照該項要求，近年來各大電力集團公司將綠色環(huán)保的戰(zhàn)略目標作為科學發(fā)展最重要的途徑之一，全面推進煙氣超低排放治理，在即將達到全面超低排放目標同時，也衍生了許多新的問題，探討如何實現(xiàn)超低排放工況下的經(jīng)濟運行顯得尤為重要。

燃煤電廠實現(xiàn)氮氧化物超低排放主要采用選擇性催化還原（SCR）脫硝系統(tǒng)自身提效，或低氮燃燒（LNB）、非選擇性催化還原（SNCR）與SCR技術(shù)的組合，實現(xiàn)氮氧化物超低排放需要提高SCR脫硝效率，這通常伴隨著氮氧化物排放控制質(zhì)量濃度降低、脫硝系統(tǒng)噴氨量和催化劑用量增加及三氧化硫轉(zhuǎn)化率提高，脫硝下游設(shè)備（空預(yù)器）受氨逃逸帶來的硫酸氫銨凝結(jié)堵塞等系列問題，繼而直接影響到安全經(jīng)濟運行。脫硝問題主要解決思路在于：①解決流場混合均勻性的問題，脫硝系統(tǒng)運行效果不僅取決于催化劑的性能，還與脫硝反應(yīng)器內(nèi)的流場優(yōu)劣和氨氣與煙氣中氮氧化物的混合均勻性關(guān)系密切，建議定期進行脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗，將脫硝噴氨量調(diào)整至最佳值，避免SCR反應(yīng)器出口截面局部氨逃逸量過高，從而提高脫硝系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性;②控制三氧化硫轉(zhuǎn)化率和空預(yù)器硫酸氫銨大量生產(chǎn)堵塞問題，需要降低脫硝反應(yīng)器出口煙氣中三氧化硫的質(zhì)量濃度。一方面要盡量減少催化劑的使用量，同時控制催化劑中的釩含量，另一方面通過改燒、摻燒措施降低燃煤中硫的含量;③采用精準噴氨控制措施，通過對粗放式的噴氨控制邏輯，改進為分區(qū)多點測量模式，通過精準的測量手段，實現(xiàn)以SCR反應(yīng)器入口氮氧化物質(zhì)量濃度及煙氣流量為前饋，以SCR反應(yīng)器出口氮氧化物質(zhì)量濃度為反饋，計算出理論噴氨流量，通過PID控制氨流量調(diào)節(jié)閥開度，從而實現(xiàn)脫硝噴氨量與機組負荷、入口氮氧化物質(zhì)量濃度的自動協(xié)調(diào);④采用低溫催化劑輔助鍋爐優(yōu)化調(diào)整措施，滿足深調(diào)峰低負荷時段及機組啟停時段低負荷工況下的脫硝穩(wěn)定投運，降低低煙溫對脫硝效率影響。

脫硫系統(tǒng)超低排放改造多通過系統(tǒng)增容提效來實現(xiàn)，與之俱來的主要問題就是增設(shè)漿液循環(huán)泵，增大循環(huán)量提高液氣比，增加系統(tǒng)阻力增設(shè)湍流器、托盤等輔助提效措施，同時脫硫塔出口設(shè)置高效除霧設(shè)施協(xié)同除塵。要實現(xiàn)脫硫系統(tǒng)的經(jīng)濟運行關(guān)鍵在于幾個方面：①根據(jù)燃煤硫分和現(xiàn)場邊界條件，確定適合的工藝路線，如硫分較低，建議采用空塔路線，降低系統(tǒng)固有阻力，降低風壓系統(tǒng)電耗;②優(yōu)化漿液循環(huán)泵運行方式，在保證二氧化硫排放達標的前提下，根據(jù)鍋爐負荷情況和入口二氧化硫濃度，優(yōu)化脫硫系統(tǒng)循環(huán)泵運行配比，找出達標降本的漿液循環(huán)泵運行的最佳組合方式，對于實現(xiàn)脫硫系統(tǒng)的經(jīng)濟性運行意義重大;③合理控制漿液品質(zhì)，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的漿液pH的直接影響到脫硫系統(tǒng)的效率、石灰石溶解、亞硫酸鹽的氧化、石膏的結(jié)晶、脫硫系統(tǒng)的腐蝕和控制系統(tǒng)的靈敏性，進而影響整個脫硫系統(tǒng)的經(jīng)濟性運行。比如拿石灰石的溶解速率來講，該項指標與pH值呈指數(shù)增加關(guān)系，但是當pH大于某個值時，石灰石的利用率會急劇下降，因而控制pH在合適的范圍內(nèi)，可以提高石灰石的利用率，避免石灰石的浪費。因此，通過運行實踐和性能測試，尋找各個工況下最佳pH值、漿液密度調(diào)節(jié)區(qū)間，有助于進一步提升脫硫系統(tǒng)性能，降低物料單耗;④合理控制氧化風系統(tǒng)運行，確保提供充足的氧化風滿足吸收塔石膏結(jié)晶需求，避免過量鼓風造成浪費。

煙氣顆粒物超低排放與燃煤成分有直接的關(guān)系，在燃煤火電機組顆粒物超低排放技術(shù)路線中，一次除塵技術(shù)主要為電除塵、電袋和袋式除塵技術(shù)，顆粒物超低排放技術(shù)路線中，二次除塵技術(shù)的重點是脫除細微顆粒物，主要為濕法脫硫協(xié)同高效除塵、濕式電除塵技術(shù)。要滿足除塵設(shè)施達標排放前提下的經(jīng)濟運行，從以下幾方面著手：①要對多變煤種煤源進行詳細分析，確定設(shè)備選型，滿足最差煤質(zhì)條件下的達標排放;②做好機組頻繁啟停對除塵器性能影響的保養(yǎng)和治理，當機組經(jīng)常啟停，需要低負荷投油穩(wěn)燃時，未燃盡的油和碳易粘附于除塵設(shè)備內(nèi)的核心收塵部件上，影響除塵效率，甚至損壞核心收塵部件;③做好上游SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化，避免脫硝系統(tǒng)氨逃逸長期超標，造成除塵設(shè)備粘灰，影響除塵效率;④做好系統(tǒng)嚴密性排查治理，防治大量漏風影響除塵性能和運行經(jīng)濟性;⑤對二次除塵系統(tǒng)做好日常維護保養(yǎng)，確保沖洗頻次和沖洗效果，降低協(xié)同除塵設(shè)施阻力，滿足達標排放和經(jīng)濟運行兼顧效果。

3? 深度治理的建議

綜上所述，火電企業(yè)在確保電力安全、可靠、高效供應(yīng)的前提下，要想做好大氣污染物排放的深度治理以及機組的經(jīng)濟運行，圍繞新標準、新要求提出了一些相關(guān)建議：①在火電企業(yè)盡快建立燃煤的梯次應(yīng)用機制，保證電煤質(zhì)量符合要求。燃燒器釆用先進的技術(shù)制造和設(shè)計，另外，在電煤燃燒初期，利用上下濃淡分離技術(shù)，可以有效的降低大氣中的氮氧化物的排放量。②深入研究排放總量和排放濃度的關(guān)系，以此來提高政策與法規(guī)的一致性。③對重點區(qū)域、重污染時段大氣中各項污染物排放濃度進一步限制，提高標準排放限值的嚴肅性，從而使企業(yè)環(huán)保設(shè)施從以往的滿足達標運行轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)能經(jīng)濟運行。與此同時，應(yīng)積極資助企業(yè)超低排放新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。④將現(xiàn)有機組對于排放標準的執(zhí)行時間適當?shù)姆艑?，以此提高?zhí)行標準的科學性。⑤深入分析和研究現(xiàn)有排放標準對于新興環(huán)保產(chǎn)業(yè)和可行性技術(shù)的影響，以免在實踐應(yīng)用中出現(xiàn)不合理的應(yīng)用技術(shù)。除此之外，還應(yīng)根據(jù)我國的國情，進行有組織、有計劃為我國燃煤火電企業(yè)量身定制相關(guān)統(tǒng)計、監(jiān)測、考核標準、減排應(yīng)用技術(shù)等，并對現(xiàn)有排放標準與環(huán)保設(shè)施進行協(xié)同控制。

4? 火電行業(yè)發(fā)展趨勢

自十二五以來，我國燃煤火電企業(yè)的發(fā)電機組逐漸向大容量、高參數(shù)方向推進。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，截至2018年底，火電機組容量為60萬千瓦及以上者占所有火電機組比重的48%左右。就我國各省市電力結(jié)構(gòu)不均衡等特點來看，火電機組主要分布于華東地區(qū)的上海市、江蘇省、山東省和華北地區(qū)的山西省、內(nèi)蒙古自治區(qū)以及華南地區(qū)的廣東省等，而青海、海南和西藏這些地區(qū)火電機組容量相對來說比較少。所以，為了積極有效的控制燃煤火電企業(yè)中大氣污染物的排放，國家和行業(yè)鼓勵清潔發(fā)電技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，通過多項優(yōu)化措施降低發(fā)電煤耗，同時對不具備實施改造優(yōu)化的機組納入落后產(chǎn)能淘汰掉，加強節(jié)能減排，對于小火電機組實施直接關(guān)停、通過“上大壓小”措施有力的推進了電力工業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整等等諸多措施，并且均取得了良好的成效。但因我國人均裝機容量與國外發(fā)達國家相比還有一定的差距，我國能源結(jié)構(gòu)將決定在未來很長一段時間內(nèi)還將不斷增長火電機組的裝容量。比如對于河北省來說為進一步實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，深度開展大氣污染治理工作，河北省采用落后產(chǎn)能淘汰，節(jié)能改造提升，利用清潔能源來代替的措施，實施火電行業(yè)的全面整治行動。根據(jù)河北省提出的火電行業(yè)減煤專項方法中指出，將全面實施火電行業(yè)淘汰落后產(chǎn)能工程，停止使用30萬千瓦以下面臨運行期滿的機組，對于大型供熱機組可以覆蓋的小型機組逐漸落實供熱替代方案，之后實施關(guān)停處理。除此之外，河北省提出需要對城區(qū)燃煤熱電機組使用天然氣等一些清潔能源來代替化石能源，對于不具備清潔燃料替代的城區(qū)熱電技術(shù)來說，應(yīng)當妥善做好人員、資產(chǎn)安置，逐步實施退城搬遷。此外嚴格治理自備電廠，對于一些存在違法建設(shè)的電廠一律采取限期關(guān)停處理，對于能耗污染物排放不符合相關(guān)要求的電廠，責令整改，如果整改后仍沒有達到標準則需要關(guān)停處理，對于落后產(chǎn)能淘汰改造需要充分利用關(guān)停機組容量堅持減煤量，減排放原則，替代高效節(jié)能的超臨界熱電機組。

5? 小結(jié)

總之，要想使燃煤火電企業(yè)的大氣污染物排放得到深度治理，同時還應(yīng)保證機組的經(jīng)濟運行，就需相關(guān)企業(yè)按照國家政策的相關(guān)規(guī)定，實現(xiàn)因爐制宜、因地制宜、因煤制宜。對超低排放技術(shù)的經(jīng)濟性、環(huán)保性進行評估，加強多污染物協(xié)同脫除新興技術(shù)的研發(fā)和推廣應(yīng)用，使企業(yè)環(huán)保改造費用和運行費用有效的降低，從而提高機組運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，降低邊界成本，為全面開展燃煤機組低排放提供技術(shù)力量的支持，進而使燃煤火電企業(yè)中大氣污染物的排放達到健康、分批、有序的超低排放。

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