新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對(duì)新建火電廠工程設(shè)計(jì)影響分析

楊建祥

(中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)公司，北京 100011)

1 新標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容

1.1 新標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容

新發(fā)布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)對(duì)于新建和現(xiàn)有火電廠均提出了新的要求，本文只分析新建燃煤發(fā)電鍋爐執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，其它部分限于片幅不進(jìn)行分析。

2011年7月29日，環(huán)境保護(hù)部以《關(guān)于發(fā)布<火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)>等兩項(xiàng)國(guó)家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的公告》(2011年第57號(hào)公告)發(fā)布了《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)。《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)對(duì)于新建燃煤發(fā)電鍋爐的要求如下：在非重點(diǎn)地區(qū)，煙塵排放限值30mg/Nm3，位于廣西壯族自治區(qū)、重慶市、四川省和貴州省的新建火力發(fā)電鍋爐二氧化硫執(zhí)行200mg/Nm3，其他省區(qū)的二氧化硫排放限值為100mg/Nm3，燃用無(wú)煙煤的火力發(fā)電鍋爐氮氧化物(以NO2計(jì))執(zhí)行200mg/Nm3限值，燃用其他煤質(zhì)的鍋爐氮氧化物排放限值為100mg/Nm3，汞及其化合物排放限值為0.03mg/Nm3；在重點(diǎn)地區(qū)，煙塵排放限值20mg/Nm3，二氧化硫排放限值50mg/Nm3，氮氧化物排放限值100mg/Nm3，汞及其化合物排放限值0.03mg/Nm3。

《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)以下通稱為新標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 新、老標(biāo)準(zhǔn)的差距

2004年1月1日起實(shí)施的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2003)以下簡(jiǎn)稱為老標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)與老標(biāo)準(zhǔn)在排放限值上的對(duì)比見(jiàn)下表1。

表1 新標(biāo)準(zhǔn)與老標(biāo)準(zhǔn)在排放限值上的對(duì)比 單位：mg/Nm3

2 對(duì)工程設(shè)計(jì)方案的影響分析

2.1 除塵方面

為了有利于分析研究，現(xiàn)結(jié)合9個(gè)火電項(xiàng)目實(shí)例分析新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)除塵效率方面要求。除安徽某項(xiàng)目采用循環(huán)流化床鍋爐脫硫外，其他8個(gè)火電項(xiàng)目均在除塵器后配置了石灰石-石膏濕法脫硫裝置，濕法脫硫裝置具有50%的除塵效果。因此，按照新標(biāo)準(zhǔn)要求，上述9個(gè)火電項(xiàng)目除塵效率分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)9個(gè)火電項(xiàng)目除塵效率的要求

由表2可見(jiàn)，上述9個(gè)火電項(xiàng)目的除塵措施可分成3類，第1類為除塵效率小于99.7%，如河北A項(xiàng)目、河北B項(xiàng)目，采用四電場(chǎng)靜電除塵器就可滿足環(huán)保要求；第2類為除塵效率為99.7%～99.84%且煙氣特性對(duì)于電除塵器適用性較好的項(xiàng)目，如上海某項(xiàng)目、云南某項(xiàng)目、重慶某項(xiàng)目、貴州某項(xiàng)目，采用五電場(chǎng)靜電除塵器即可滿足環(huán)保要求；第3類為除塵效率大于99.84%或煙氣特性對(duì)于電除塵器適用性較差的項(xiàng)目，如內(nèi)蒙A項(xiàng)目、內(nèi)蒙B項(xiàng)目、安徽某項(xiàng)目CFB，應(yīng)采用布袋除塵器。

與老標(biāo)準(zhǔn)相比，實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)后，電除塵器由四電場(chǎng)變?yōu)槲咫妶?chǎng)，對(duì)于2×1000MW機(jī)組，增加靜態(tài)投資約1300萬(wàn)元；由四電場(chǎng)靜電除塵器改為布袋除塵器，投資基本不變。

上述除塵器選型所發(fā)生的變化，對(duì)于上網(wǎng)電價(jià)基本無(wú)影響。

2.2 脫硫方面

為了有利于分析研究，現(xiàn)結(jié)合9個(gè)火電項(xiàng)目實(shí)例分析新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)脫硫效率方面要求。按照新標(biāo)準(zhǔn)要求，上述9個(gè)火電項(xiàng)目除塵效率分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)9個(gè)火電項(xiàng)目脫硫效率的要求

由表3可見(jiàn)，除了燃用高硫煤的重慶某項(xiàng)目采用濕法脫硫裝置脫硫效率需提高到98%才能達(dá)標(biāo)以外，其它項(xiàng)目均采用濕法脫硫裝置脫硫效率提高到97%就可達(dá)標(biāo)；另外采用循環(huán)流化床鍋爐項(xiàng)目?jī)H靠循環(huán)流化床一級(jí)脫硫難于達(dá)標(biāo)，需采取二級(jí)脫硫。

執(zhí)行老標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，脫硫效率達(dá)到95%即可達(dá)標(biāo)。執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)后，脫硫效率需提高到97%或98%才能達(dá)標(biāo)。

對(duì)于濕法石灰石-石膏脫硫裝置，以某工程為例，當(dāng)脫硫效率為95%時(shí)，脫硫吸收塔的最小液氣比設(shè)計(jì)值為20L/m3，采用4層噴淋層；當(dāng)脫硫效率提高到97%時(shí)，脫硫吸收塔的最小液氣比設(shè)計(jì)值為23.4L/m3，需增加1層噴淋層，同時(shí)氧化空氣量要依據(jù)脫除的二氧化硫摩爾數(shù)相應(yīng)地加大。

對(duì)于脫硫效率提高到98%時(shí)，可采用兩個(gè)吸收塔串聯(lián)運(yùn)行方式，或者可考慮采用在吸收漿液中增加添加劑方式。

對(duì)于大多數(shù)項(xiàng)目，脫硫效率由95%提高到97%，即可滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求，工程措施上只需在現(xiàn)有吸收塔基礎(chǔ)上增加一層噴淋層和一套石灰石漿液循環(huán)泵，對(duì)于2×600MW機(jī)組，投資將增加約439萬(wàn)元，對(duì)于上網(wǎng)電價(jià)基本沒(méi)有影響。

2.3 脫硝方面

為了有利于分析研究，現(xiàn)結(jié)合8個(gè)火電項(xiàng)目實(shí)例分析新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)脫硝效率方面要求。按照新標(biāo)準(zhǔn)要求，上述8個(gè)火電項(xiàng)目脫硝效率分析結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)8個(gè)火電項(xiàng)目脫硝效率的要求

由表4可見(jiàn)，對(duì)于煤粉爐項(xiàng)目，需采用脫硝效率在71%～82%之間的煙氣脫硝裝置才能達(dá)標(biāo)；對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐，僅靠爐內(nèi)低氮燃燒難于達(dá)標(biāo)，需增加脫硝裝置才能達(dá)標(biāo)。

要使脫硝效率達(dá)到71%～82%之間，只能選擇SCR工藝煙氣脫硝裝置，其催化劑布置方式可采用2+1層或3+1層。催化劑的體積應(yīng)按照脫硝效率、催化劑的活性和種類、煙氣溫度和含塵量等因素合理確定。

在執(zhí)行老標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，燃煤電廠不需安裝煙氣脫硝裝置，只需預(yù)留脫硝位置。

執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)后，燃煤電廠需同步建設(shè)煙氣脫硝裝置，以新建SCR工藝煙氣脫硝裝置、2+1層催化劑布置方式為例，當(dāng)采用液氨為還原劑時(shí)，2×1000MW機(jī)組將增加投資約1.4億元、電價(jià)增加約12.23元/MWh，當(dāng)采用尿素為還原劑時(shí)，2×1000MW機(jī)組將增加投資約1.98億元、電價(jià)增加約13.85元/MWh。

如以新建SCR工藝煙氣脫硝裝置、3+1層催化劑布置方式為例，當(dāng)采用液氨為還原劑時(shí)，2×1000MW機(jī)組將增加投資約1.66億元、電價(jià)增加約18.47元/MWh，當(dāng)采用尿素為還原劑時(shí)，2×1000MW機(jī)組將增加投資約2.34億元、電價(jià)增加約20.92元/MWh。

2.4 脫汞方面

在煤中的汞經(jīng)過(guò)燃燒后煙氣中的汞主要有3種形態(tài)：氣態(tài)單質(zhì)汞Hg0(g)、氣態(tài)二價(jià)汞Hg2+(g)和固態(tài)顆粒汞Hg(p)。其中，氣態(tài)單質(zhì)汞Hg0(g)占主要存在形式，有關(guān)研究表明，在鍋爐煙氣出口處86%的氣態(tài)汞為Hg0(g)。

煙氣脫汞關(guān)鍵是Hg0的脫除，由于Hg0難溶于水，所以一般的化學(xué)脫汞技術(shù)都需要把Hg0催化氧化為能溶于水的Hg2+，然后再做進(jìn)一步處理。

固態(tài)顆粒汞Hg(p)容易被除塵裝置去除。

氣態(tài)二價(jià)汞Hg2+(g)易溶于水，濕法脫硫時(shí)可去除。

研究結(jié)果表明，電廠SCR脫硝裝置可以將70%～80%的單質(zhì)汞氧化成氣態(tài)二價(jià)汞，再利用濕法脫硫吸收塔將氣態(tài)二價(jià)汞溶于水，將其去除。

相關(guān)研究結(jié)果表明，全國(guó)煤炭中汞含量為0.20mg/kg。如不考慮脫汞效果，燃煤煙氣中汞及其化合物濃度約為0.02mg/Nm3，低于新標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的限值0.03mg/Nm3。再加上電廠SCR脫硝裝置和濕法脫硫裝置的脫汞效果，燃煤電廠煙氣中汞及其化合物濃度將遠(yuǎn)低于新標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的限值0.03mg/Nm3。因此，新建燃煤機(jī)組在利用SCR脫硝裝置和濕法脫硫裝置的脫汞效果后就可達(dá)標(biāo)，不需新增脫汞裝置。

3 結(jié)論

(1)根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)的要求，新建燃煤電廠在除塵、脫硫、脫硝措施方面需提高標(biāo)準(zhǔn)，提高標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容一般為采用五電場(chǎng)靜電除塵器或布袋除塵器、濕法石灰石—石膏脫硫裝置的吸收塔在現(xiàn)有的4層噴淋層基礎(chǔ)上增加1層噴淋層、新增選擇性催化還原工藝(SCR)煙氣脫硝裝置。

(2)根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)的要求，新建燃煤電廠在除塵、脫硫、脫硝措施方面要提高標(biāo)準(zhǔn)，將增加電廠的一次性投資和運(yùn)行費(fèi)，經(jīng)初步測(cè)算，實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)后電價(jià)將增加12.23元/MWh～20.92元/MWh。

[1]中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)公司.《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB13223-20XX)》(報(bào)批稿)對(duì)工程實(shí)施運(yùn)行研究報(bào)告[R].北京：中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)公司，2010.

[2]毛吉獻(xiàn)，王凡，等.燃煤煙氣脫汞技術(shù)研究進(jìn)展[J].能源環(huán)境保護(hù)，2010，24(2).