燃煤火電行業大氣污染深度治理與經濟運行的分析與研究

鮑天恩

摘要：為達到燃煤火電產業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，對火電行產業說，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，燃煤火電企業作為大氣污染物排放源之一，同時在滿足環保排放要求的基礎上，如何降低污染物治理成本，達到經濟運行目標，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.

關鍵詞：燃煤火電行業;大氣污染;深度治理與經濟運行;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、氮含量等各種煤質參數以及機組運行狀況、設備設施工藝路線有著密切的關系，同一電廠同一時期的燃煤品質與運行方式的不同，所產生的污染物也會有所不同，所以，火電企業在實際運行過程中，作為環保達標強制性要求之外，要重點研究分析生產設備及環保設施運行的安全性和經濟性，達到環保和安全經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、法規和行業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保法規，就無法實現火電廠污染物的深度治理。我國在控制污染物排放過程中，堅持區別對待不同裝機等級發電機組，新建發電機組和現有發電機組等原則，火電廠經歷了從煙塵、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），后又結合我國國情及經濟承受能力修訂了《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，環保設施已成為各地火電企業必不可少的生產設備，然而環保設施需投入高額的資金，如此一來，火電廠的經濟效益受到了嚴重的影響。因此，在修訂排放標準過程中，應以成熟技術所能達到的最佳性能指標為基礎，結合不同機組，綜合考慮其經濟承受能力，釆取科學合理的控制要求，適度提高排放標準，同時，政府結合實際也在不斷給予企業在財稅方面政策優惠支持。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同除塵技術。

其次，是經濟政策支持。好的經濟政策是高效推動污染治理的基礎。以大氣中二氧化硫為例，雖然電力企業按照國家2011最新修訂的關于新建機組和現有機組的區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濟政策，使各火電企業二氧化硫的治理進程較為緩慢，雖有所控制但未真正實現有效控制，非但達不到預期治理效果，火電企業大氣污染中二氧化硫的排放總量甚至出現上升趨勢。究其原因在于，環保改造及運維實施成本較大幅提升，有些企業很難承擔，政策面沒有利好支持，很難激發火電企業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施運行管理辦法后，各地燃煤電廠關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。燃煤電廠只有選擇先進、切實可行的治理技術，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來看，仍處于不斷研發、示范及大力推廣階段。在治理二氧化硫方面，通過相關技術人員近5年來對脫硫工藝無論是化學反應過程的設計還是工程實踐運行經驗的結累，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、經濟性高廣泛推廣階段。關于大氣中氮氧化物的治理，是國家十二五環境保護工作中的重點工作內容，其強調的治理主流技術有兩點：一是生成源的控制。其主要表現特征為：通過各種各樣的技術手段，有效控制燃煤過程中氮氧化物的生成反應，具體包括低氮燃燒器、燃料再燃、煙氣再循環等。二是針對煙氣的脫硝，其表現特征為：對煙氣中已經形成的氮氧化物，充分利用氧化反應或者還原反應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，我國燃煤電廠已經形成了煙氣脫硝技術和低氮燃燒技術兩者相結合的技術路線，而且在我國已建成運行火電機組煙氣脫硝設備中，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、推廣階段。

2? 污染物控制目標及影響安全經濟運行問題分析

按照國家發展和改革委員會、環境保護部、國家能源局于2014年9月聯合發布的“煤電節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保的戰略目標作為科學發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，探討如何實現超低排放工況下的經濟運行顯得尤為重要。

燃煤電廠實現氮氧化物超低排放主要采用選擇性催化還原（SCR）脫硝系統自身提效，或低氮燃燒（LNB）、非選擇性催化還原（SNCR）與SCR技術的組合，實現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量濃度降低、脫硝系統噴氨量和催化劑用量增加及三氧化硫轉化率提高，脫硝下游設備（空預器）受氨逃逸帶來的硫酸氫銨凝結堵塞等系列問題，繼而直接影響到安全經濟運行。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，脫硝系統運行效果不僅取決于催化劑的性能，還與脫硝反應器內的流場優劣和氨氣與煙氣中氮氧化物的混合均勻性關系密切，建議定期進行脫硝系統噴氨優化調整試驗，將脫硝噴氨量調整至最佳值，避免SCR反應器出口截面局部氨逃逸量過高，從而提高脫硝系統運行的經濟性;②控制三氧化硫轉化率和空預器硫酸氫銨大量生產堵塞問題，需要降低脫硝反應器出口煙氣中三氧化硫的質量濃度。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，改進為分區多點測量模式，通過精準的測量手段，實現以SCR反應器入口氮氧化物質量濃度及煙氣流量為前饋，以SCR反應器出口氮氧化物質量濃度為反饋，計算出理論噴氨流量，通過PID控制氨流量調節閥開度，從而實現脫硝噴氨量與機組負荷、入口氮氧化物質量濃度的自動協調;④采用低溫催化劑輔助鍋爐優化調整措施，滿足深調峰低負荷時段及機組啟停時段低負荷工況下的脫硝穩定投運，降低低煙溫對脫硝效率影響。

脫硫系統超低排放改造多通過系統增容提效來實現，與之俱來的主要問題就是增設漿液循環泵，增大循環量提高液氣比，增加系統阻力增設湍流器、托盤等輔助提效措施，同時脫硫塔出口設置高效除霧設施協同除塵。要實現脫硫系統的經濟運行關鍵在于幾個方面：①根據燃煤硫分和現場邊界條件，確定適合的工藝路線，如硫分較低，建議采用空塔路線，降低系統固有阻力，降低風壓系統電耗;②優化漿液循環泵運行方式，在保證二氧化硫排放達標的前提下，根據鍋爐負荷情況和入口二氧化硫濃度，優化脫硫系統循環泵運行配比，找出達標降本的漿液循環泵運行的最佳組合方式，對于實現脫硫系統的經濟性運行意義重大;③合理控制漿液品質，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統的漿液pH的直接影響到脫硫系統的效率、石灰石溶解、亞硫酸鹽的氧化、石膏的結晶、脫硫系統的腐蝕和控制系統的靈敏性，進而影響整個脫硫系統的經濟性運行。比如拿石灰石的溶解速率來講，該項指標與pH值呈指數增加關系，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，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、漿液密度調節區間，有助于進一步提升脫硫系統性能，降低物料單耗;④合理控制氧化風系統運行，確保提供充足的氧化風滿足吸收塔石膏結晶需求，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系，在燃煤火電機組顆粒物超低排放技術路線中，一次除塵技術主要為電除塵、電袋和袋式除塵技術，顆粒物超低排放技術路線中，二次除塵技術的重點是脫除細微顆粒物，主要為濕法脫硫協同高效除塵、濕式電除塵技術。要滿足除塵設施達標排放前提下的經濟運行，從以下幾方面著手：①要對多變煤種煤源進行詳細分析，確定設備選型，滿足最差煤質條件下的達標排放;②做好機組頻繁啟停對除塵器性能影響的保養和治理，當機組經常啟停，需要低負荷投油穩燃時，未燃盡的油和碳易粘附于除塵設備內的核心收塵部件上，影響除塵效率，甚至損壞核心收塵部件;③做好上游SCR煙氣脫硝系統的優化，避免脫硝系統氨逃逸長期超標，造成除塵設備粘灰，影響除塵效率;④做好系統嚴密性排查治理，防治大量漏風影響除塵性能和運行經濟性;⑤對二次除塵系統做好日常維護保養，確保沖洗頻次和沖洗效果，降低協同除塵設施阻力，滿足達標排放和經濟運行兼顧效果。

3? 深度治理的建議

綜上所述，火電企業在確保電力安全、可靠、高效供應的前提下，要想做好大氣污染物排放的深度治理以及機組的經濟運行，圍繞新標準、新要求提出了一些相關建議：①在火電企業盡快建立燃煤的梯次應用機制，保證電煤質量符合要求。燃燒器釆用先進的技術制造和設計，另外，在電煤燃燒初期，利用上下濃淡分離技術，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系，以此來提高政策與法規的一致性。③對重點區域、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，從而使企業環保設施從以往的滿足達標運行轉變為節能經濟運行。與此同時，應積極資助企業超低排放新技術的研發與應用。④將現有機組對于排放標準的執行時間適當的放寬，以此提高執行標準的科學性。⑤深入分析和研究現有排放標準對于新興環保產業和可行性技術的影響，以免在實踐應用中出現不合理的應用技術。除此之外，還應根據我國的國情，進行有組織、有計劃為我國燃煤火電企業量身定制相關統計、監測、考核標準、減排應用技術等，并對現有排放標準與環保設施進行協同控制。

4? 火電行業發展趨勢

自十二五以來，我國燃煤火電企業的發電機組逐漸向大容量、高參數方向推進。據有關部門統計，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構不均衡等特點來看，火電機組主要分布于華東地區的上海市、江蘇省、山東省和華北地區的山西省、內蒙古自治區以及華南地區的廣東省等，而青海、海南和西藏這些地區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中大氣污染物的排放，國家和行業鼓勵清潔發電技術研發和應用，通過多項優化措施降低發電煤耗，同時對不具備實施改造優化的機組納入落后產能淘汰掉，加強節能減排，對于小火電機組實施直接關停、通過“上大壓小”措施有力的推進了電力工業結構的優化調整等等諸多措施，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達國家相比還有一定的差距，我國能源結構將決定在未來很長一段時間內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能源結構優化，深度開展大氣污染治理工作，河北省采用落后產能淘汰，節能改造提升，利用清潔能源來代替的措施，實施火電行業的全面整治行動。根據河北省提出的火電行業減煤專項方法中指出，將全面實施火電行業淘汰落后產能工程，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，之后實施關停處理。除此之外，河北省提出需要對城區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熱電技術來說，應當妥善做好人員、資產安置，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的電廠一律采取限期關停處理，對于能耗污染物排放不符合相關要求的電廠，責令整改，如果整改后仍沒有達到標準則需要關停處理，對于落后產能淘汰改造需要充分利用關停機組容量堅持減煤量，減排放原則，替代高效節能的超臨界熱電機組。

5? 小結

總之，要想使燃煤火電企業的大氣污染物排放得到深度治理，同時還應保證機組的經濟運行，就需相關企業按照國家政策的相關規定，實現因爐制宜、因地制宜、因煤制宜。對超低排放技術的經濟性、環保性進行評估，加強多污染物協同脫除新興技術的研發和推廣應用，使企業環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定性和經濟性，降低邊界成本，為全面開展燃煤機組低排放提供技術力量的支持，進而使燃煤火電企業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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