燃煤火電與水泥行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比分析與控制

殷 闖

(國(guó)家能源集團(tuán)諫壁發(fā)電廠, 江蘇 鎮(zhèn)江 201006)

后疫情時(shí)代,全國(guó)各地重大項(xiàng)目復(fù)工復(fù)產(chǎn)進(jìn)度加快,水泥行業(yè)也隨之“風(fēng)生水起”。由于疫情期間積壓的需求量集中釋放,以及基建提速疊加行業(yè)旺季來(lái)臨,水泥行業(yè)近期出貨量創(chuàng)新高,市場(chǎng)價(jià)格也持續(xù)增長(zhǎng)。在這種形勢(shì)下,各大水泥廠在全力生產(chǎn)的同時(shí),也不得不直面政府愈發(fā)嚴(yán)格的環(huán)保政策。隨著火力發(fā)電廠超低排放改造工程的陸續(xù)完工,中國(guó)已成為世界上最大的清潔燃煤技術(shù)使用國(guó)。在這樣的背景下,國(guó)家提出了在水泥、鋼鐵等非電行業(yè)的煙氣治理方面推進(jìn)超低排放改造及工業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物(Valatile Organic Compounds,VOCs)治理。許多地區(qū)也陸續(xù)開(kāi)展了針對(duì)非電行業(yè)中的重點(diǎn)行業(yè)超低排放改造,有些省份要求2020年全省工業(yè)企業(yè)在原基礎(chǔ)上主要污染源排放量下降10%～15%。為了進(jìn)一步降低污染物的排放,本文基于燃煤火電行業(yè)超低排放技術(shù),通過(guò)對(duì)比分析,探討將其超低排放技術(shù)應(yīng)用于水泥行業(yè)進(jìn)行超低排放改造的可行性。

1 燃煤火電與水泥行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

1.1 燃煤火電廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

燃煤火電廠是煤炭消費(fèi)的集中用戶,占煤炭消費(fèi)總量的50%以上?？刂苹痣娦袠I(yè)污染物的排放,對(duì)于改善大氣環(huán)境品質(zhì)起到積極的促進(jìn)作用[1]。根據(jù)火電行業(yè)污染物生成與排放的實(shí)際情況,從控制污染物排放、提高環(huán)境質(zhì)量的角度出發(fā),國(guó)家針對(duì)火電行業(yè)頒布了嚴(yán)格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[2]。具體內(nèi)容如表1所示。

表1 火電廠(燃煤鍋爐)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) 單位:mg/m3

該標(biāo)準(zhǔn)于2012年1月1日開(kāi)始實(shí)施,對(duì)于主要大氣污染物粉塵、硫氧化物、氮氧化物等都作了具體的規(guī)定。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),意味著300 MW及以上燃煤發(fā)電機(jī)組需要采取一定的技術(shù)措施才能達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于粉塵主要采取4-5電場(chǎng)靜電除塵技術(shù),二氧化硫采取濕法石灰石石膏脫除技術(shù),氮氧化物采取低氮燃燒技術(shù)+選擇性催化還原選擇性催化還原法(Selective Catalytic Reducation,SCR)脫除技術(shù)。在此基礎(chǔ)上,為了更好地控制污染物排放,進(jìn)一步提升大氣環(huán)境質(zhì)量,國(guó)家制定了潔凈煤技術(shù)發(fā)展綱要,要求實(shí)施超低排放。如對(duì)火電廠燃煤鍋爐運(yùn)行、末端治理采用多種污染物高效協(xié)同脫除集成技術(shù)[3-4];對(duì)粉塵采用低低溫電除塵、濕式電除塵等;對(duì)二氧化硫采用均流提效、提高液氣比、分區(qū)控制、濕法脫硫裝置脫硫增效;對(duì)氮氧化物采用鍋爐低氮燃燒改造、SCR脫硝裝置增設(shè)新型催化劑等。

通過(guò)超低排放改造使其大氣污染物排放濃度達(dá)到燃?xì)鈾C(jī)組排放限值,比文獻(xiàn)[2]規(guī)定的燃煤鍋爐重點(diǎn)地區(qū)特別排放限值分別下降了75%,30%,50%,有效降低了污染物的排放,為進(jìn)一步提升大氣環(huán)境品質(zhì)奠定了良好的基礎(chǔ)[5]。

1.2 水泥行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

除電力行業(yè)所消費(fèi)的煤炭之外,約50%的煤炭被非電力行業(yè)所消耗,其中水泥行業(yè)也是重點(diǎn)高能耗行業(yè)之一[6]。為了保護(hù)大氣環(huán)境,水泥行業(yè)也相應(yīng)頒布了嚴(yán)格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB 4915—2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[7],具體內(nèi)容如表2所示。

表2 水泥污染物排放標(biāo)準(zhǔn) 單位:mg/m3

該標(biāo)準(zhǔn)自2014年3月1日起執(zhí)行,要求粉塵排放濃度限值為30 mg/m3,二氧化硫排放濃度限值為200 mg/m3,氮氧化物排放濃度限值為400 mg/m3。另外,水泥行業(yè)對(duì)氟化物、汞及其化合物等的排放也規(guī)定了相應(yīng)的限值。

1.3 主要污染物排放對(duì)比分析

火電行業(yè)與水泥行業(yè)排放的主要污染物是粉塵、二氧化硫和氮氧化物,二者在排放物種類上具有一定的相似性,但又具有各自的獨(dú)特性。水泥生產(chǎn)的核心設(shè)備是水泥窯,其粉塵排放主要分為3部分:含煤生料與物料高溫煅燒產(chǎn)生;熟料冷卻受鼓風(fēng)機(jī)作用逃出窯尾;磨粉系統(tǒng)、水泥磨工作中因輸送裝置密封不良產(chǎn)生粉塵外逸。目前新型干法窯顆粒物的初始濃度為30～80 mg/m3,經(jīng)過(guò)布袋除塵與靜電除塵,煙塵排放濃度可降至30 mg/m3,滿足污染物排放國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。二氧化硫主要產(chǎn)生源頭為:原料中含有少量的硫或有機(jī)硫化物在爐窯內(nèi)部被氧化;煤炭在燃燒過(guò)程中釋放的硫被氧化生成二氧化硫。水泥窯本身的特性使得二氧化硫排放通?？梢钥刂圃趪?guó)家規(guī)定的范圍內(nèi)。氮氧化物在煤的燃燒過(guò)程中分解為熱力NOx和燃料NOx。由于水泥窯溫度高,空氣量過(guò)于富裕,使得NOx的排放量偏高,初始濃度大多在800～1 200 mg/m3,高于國(guó)家規(guī)定的排放限值。

相比之下,經(jīng)過(guò)超低排放技術(shù)改造以及生產(chǎn)流程的進(jìn)一步優(yōu)化,火電行業(yè)的煙塵排放濃度可降低至2～4 mg/m3以下[8],達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電規(guī)定的排放限值;經(jīng)過(guò)超低技術(shù)改造,燃煤火電機(jī)組二氧化硫的排放濃度可降到10～20 mg/m3;氮氧化物的生成同樣分為燃料氮氧化物以及在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的氮氧化物,但火電行業(yè)的脫硝經(jīng)過(guò)超低排放的技術(shù)改造,氮氧化物排放濃度可降低至20～30 mg/m3。

水泥行業(yè)與火電行業(yè)同為大氣污染物的排放大戶,在現(xiàn)行的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)下,雖然都能符合有關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn),但面對(duì)嚴(yán)峻的環(huán)境污染問(wèn)題,提高排放標(biāo)準(zhǔn)、降低污染物排放的呼聲愈加高漲。在此背景下,借鑒火電行業(yè)的超低排放技術(shù),降低水泥行業(yè)主要污染物排放指日可待[9-10]。

2 污染物排放控制技術(shù)

2.1 火電行業(yè)污染物排放控制技術(shù)

火電行業(yè)的燃料來(lái)源主要是煤,主要污染物為粉塵、硫化物、氮氧化物等,針對(duì)粉塵的控制多為增加除塵設(shè)備。目前除塵方式主要分為3種:一是靜電除塵,其原理為通過(guò)高壓電對(duì)煙塵進(jìn)行電離,當(dāng)煙氣通過(guò)時(shí),粉塵在電場(chǎng)力的作用下向電極板移動(dòng)并吸附在電極板上;二是布袋式除塵,通過(guò)布袋的細(xì)小空隙對(duì)煙氣中的粉塵進(jìn)行捕集;三是濕式電除塵,在煙道中布置濕式除塵器,當(dāng)煙氣向上運(yùn)動(dòng)時(shí)向下噴淋液體,使煙氣中的粉塵顆粒與液體混合凝結(jié)下降脫除。

對(duì)煙氣中氮氧化物的控制,目前主要為SCR、非選擇性催化還原法(Selective None-Catalytic Reduction,SNCR)及SCR與SNCR相結(jié)合的方法。SNCR不需要額外使用催化劑,運(yùn)行成本較低,但會(huì)造成二次污染,脫除氮氧化物效率偏低,通常為30%～50%。SCR具有脫除效率高、技術(shù)比較成熟的特點(diǎn)。兩種方式相結(jié)合的方法能夠滿足日趨提高的環(huán)保要求。

硫化物脫除方法主要分為兩種:一是在煤燃燒之前對(duì)其進(jìn)行脫硫處理,減少燃燒過(guò)程中二氧化硫的產(chǎn)生;二是采用石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)對(duì)煤燃燒后產(chǎn)生的二氧化硫進(jìn)行脫除。

2.2 水泥行業(yè)污染物排放控制技術(shù)

水泥行業(yè)是粉塵排放的最大來(lái)源。其粉塵控制除塵設(shè)備包括布袋除塵器、靜電除塵器、旋風(fēng)除塵器和電袋復(fù)合除塵器4種。各類除塵器的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表3所示。

表3 各類除塵器的優(yōu)缺點(diǎn)

二氧化硫的控制可以借鑒電力行業(yè)的濕法脫硫技術(shù),將石灰與水制成石灰石漿,石灰石稀漿噴入吸收塔中實(shí)現(xiàn)脫硫,獲得硫酸鈣。該方法具有工藝成熟、效率高、操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)速度快、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)。

氮氧化物的控制同樣可以借鑒電力行業(yè)的SCR脫硝技術(shù),以氨為還原劑,在催化劑的作用下,與NOx反應(yīng)生成N2和H2O。SCR脫硝效率可達(dá)90%,能有效滿足環(huán)保要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

火電行業(yè)與水泥行業(yè)都是能源消耗的集中用戶,面臨著嚴(yán)峻的大氣環(huán)境污染問(wèn)題。針對(duì)火電行業(yè)與水泥行業(yè)的污染物排放,國(guó)家頒布了相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)?；痣娦袠I(yè)與水泥行業(yè)的主要污染物類型基本相同,但在具體的排放限值上存在一定的差別。相對(duì)而言,火電行業(yè)的國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)高于水泥行業(yè)。火電行業(yè)的生產(chǎn)企業(yè)在污染物控制與治理方面,通過(guò)一系列技術(shù)改造,取得了一些成功經(jīng)驗(yàn)。尤其是超低排放技術(shù),對(duì)水泥行業(yè)實(shí)施污染物超低排放提供了可借鑒的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。