火力發(fā)電廠環(huán)保設(shè)施經(jīng)濟(jì)運行分析研究

馮梅堂 季海 周昊

摘 要 天津華能楊柳青熱電有限責(zé)任公司是坐落在天津市西青區(qū)的一座熱電聯(lián)產(chǎn)火力發(fā)電廠，目前有四臺300MW的機(jī)組，其中三期兩臺機(jī)組引進(jìn)的德國W型火焰的液態(tài)排渣爐，于1998年和1999年投產(chǎn)，四期兩臺機(jī)組于2006年和2007年投產(chǎn)。從2006年開始陸續(xù)開展了脫硫、脫硝、超低排放改造。經(jīng)過連續(xù)多年多輪次的環(huán)保設(shè)施改造，鍋爐排放廢氣中的二氧化硫、氮氧化物、煙塵等三項污染物排放已達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)（天津市已將超低排放標(biāo)準(zhǔn)修改為地方標(biāo)準(zhǔn)），增加的脫硫、脫硝、除塵環(huán)保設(shè)施使得全廠的能耗指標(biāo)升高較多，在節(jié)能與環(huán)保的雙重壓力下，急需在節(jié)能、環(huán)保達(dá)標(biāo)排放之間找到一個平衡點，使能耗指標(biāo)、污染物達(dá)標(biāo)排放、環(huán)保稅支出、環(huán)保設(shè)施藥品消耗之間達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的運行方式。

關(guān)鍵詞 二氧化硫;氮氧化物;經(jīng)濟(jì)運行

前言

我公司目前有4臺300MW機(jī)組，2015年至2016年完成了環(huán)保設(shè)施的超低排放改造，天津市地方標(biāo)準(zhǔn)2018年7月1日起正式實施，執(zhí)行的是超低排放標(biāo)準(zhǔn)，而2018年1月1日起實施的環(huán)保稅法實施，污染物排放濃度與排放標(biāo)準(zhǔn)、稅法兩者的關(guān)系導(dǎo)致在實際運行調(diào)整中出現(xiàn)脫硫電耗高、藥品消耗高等問題，本文綜合了我廠實際運行的一些數(shù)據(jù)進(jìn)行了火力發(fā)電廠二氧化硫、氮氧化物的經(jīng)濟(jì)運行研究，一方面為運行調(diào)整提供了依據(jù)，另一方面也為生產(chǎn)經(jīng)營提供了方向。

從運行效果看達(dá)到了節(jié)能與環(huán)保雙贏目標(biāo)。

1經(jīng)濟(jì)運行研究的必要性

火電廠經(jīng)過除塵、脫硫、脫硝、超低等一系列環(huán)保設(shè)施改造后，環(huán)保指標(biāo)達(dá)標(biāo)，增加的環(huán)保設(shè)備造成全廠環(huán)保消耗藥品、能耗指標(biāo)都出現(xiàn)大幅增長，同時環(huán)保稅費改革、較嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)出臺，又進(jìn)一步增加了企業(yè)的運行成本。因此，平衡好企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益、環(huán)保、節(jié)能指標(biāo)已迫在眉睫。

根據(jù)我廠機(jī)組的特性（三期為液態(tài)排渣W型火焰爐，入口氮氧化物較高）、燃煤的含硫量、脫硫脫硝等環(huán)保設(shè)施的配置等情況，機(jī)組廢氣中煙塵的變化、設(shè)備調(diào)整等已不具備經(jīng)濟(jì)運行調(diào)整的空間;機(jī)組廢氣中二氧化硫排放濃度、脫硫電耗、環(huán)保稅三者之間，需找到較合理的控制范圍，從而在環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的同時降低脫硫電耗，環(huán)保稅與脫硫成本也能達(dá)到相對的平衡;機(jī)組廢氣中氮氧化物排放濃度與液氨耗量、環(huán)保稅三者之間，需之找到較合理的控制范圍;因此開展火力發(fā)電廠二氧化硫、氮氧化物排放經(jīng)濟(jì)運行分析是非常必要的[1]。

2二氧化硫經(jīng)濟(jì)運行研究

2.1 現(xiàn)狀分析

我廠脫硫系統(tǒng)采用的石灰石石膏濕法脫硫方式，設(shè)計煤質(zhì)含硫量為0.8%，脫硫效率95%，每臺機(jī)組設(shè)置獨立的脫硫系統(tǒng)，超低改造后每臺機(jī)組設(shè)置脫硫漿液循環(huán)泵四臺。實際運行時，入爐煤含硫量較低時，脫硫系統(tǒng)的二氧化硫排放濃度在啟動兩臺漿液循環(huán)泵時會接近2—3mg/m3，脫硫電耗有時高達(dá)1.4%及以上。

2018年四臺機(jī)組月度排放數(shù)據(jù)及脫硫電耗見下表：

說明：三期脫硫系統(tǒng)與四期脫硫系統(tǒng)不同，三期脫硫系統(tǒng)設(shè)置有增壓風(fēng)機(jī)，為分析研究時數(shù)據(jù)一致性，上表中剔出了增壓風(fēng)機(jī)的電耗。

2.2研究思路

因二氧化硫排放濃度受煤質(zhì)含硫量、機(jī)組負(fù)荷等情況變化較多，開展經(jīng)濟(jì)性研究時需確定如下思路：

（1）石灰石耗量主要決定于燃煤硫份和機(jī)組負(fù)荷，與總排口濃度關(guān)系微弱，優(yōu)化總排口濃度過程中不予考慮。

（2）環(huán)保稅單價決定于機(jī)組總排口濃度，總排口濃度變化對環(huán)保稅影響是階梯性的。

（3）脫硫電費主要決定于風(fēng)機(jī)耗電和漿液泵耗電，風(fēng)機(jī)耗電決定于機(jī)組負(fù)荷，不可控，主要分析漿液循環(huán)泵耗電與總排口濃度的關(guān)系。

（4）脫硫濃度優(yōu)化最終歸納為漿液泵電費與環(huán)保稅的最小值控制[2]。

2.3 結(jié)論及建議

根據(jù)研究思路，繪制二氧化硫排放濃度與費用圖表如下：

根據(jù)圖表的研究得出如下結(jié)論與建議：

（1）最經(jīng)濟(jì)運行區(qū)間是單泵運行時將總排口SO2月均排放濃度控制在21～24mg/m3。

（2）若受制于環(huán)保特殊要求、石膏品質(zhì)等因素影響，需啟動雙泵運行，則需要將總排口SO2月均排放濃度控制在11～15mg/m3。

（3）因為環(huán)保稅單價存在階梯收費方式，臨近月末時當(dāng)月均值在階梯排放濃度附近時，可通過多啟一臺泵把月均濃度降到下一檔，得失平衡時間是5～7天。（負(fù)荷180MW～270MW）

3氮氧化物經(jīng)濟(jì)運行研究

3.1 現(xiàn)狀分析

我廠的脫硝系統(tǒng)采用SCR+低氮燃燒模式，三期是W型火焰的液態(tài)排渣爐，入口氮氧化物偏高，脫硝系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)能力差，為降低氮氧化物，噴氨多，脫硝成本增加，同時也造成空預(yù)器堵塞隱患。四期進(jìn)行了低氮燃燒改造，高負(fù)荷時入口氮氧化物控制較好，但在中低負(fù)荷時，低氮燃燒效果略差，除了供熱季、夏季高負(fù)荷時，機(jī)組基本處于低負(fù)荷運行，入口氮氧化物高，脫硝投運時間已達(dá)5-6年，脫硝催化劑性能也有不同程度的下降，如不控制氮氧化物的排放極有可能造成空預(yù)器堵塞、脫硝催化劑失效等嚴(yán)重后果[3]。

3.2 研究思路

因氮氧化物排放濃度受機(jī)組負(fù)荷、入口氮氧化物、噴氨量等情況影響，開展經(jīng)濟(jì)性研究時需確定如下思路：

氮氧化物排放濃度與噴氨量成正比，降低排放濃度必然增加氨量，而氨量成本高，不能忽略。

氮氧化物排放濃度受環(huán)保設(shè)備的耗電影響較小，不計入經(jīng)濟(jì)分析。

氮氧化物的環(huán)保稅也存在階梯性，分界線在35mg/m3。

3.3 結(jié)論及建議

根據(jù)研究思路，繪制氮氧化物排放濃度與費用表如下：

結(jié)論及建議：

（1）經(jīng)濟(jì)運行區(qū)間是保證不超標(biāo)前提下，總排口NOX月均排放濃度越大越好，建議控制區(qū)間為41～45mg/m3。

（2）若受制于環(huán)保特殊要求等因素影響，需降低排放濃度值，四期機(jī)組可適當(dāng)下調(diào)5mg/m3;三期機(jī)組空預(yù)器容易因氨逃逸量過大引發(fā)堵塞，考慮到機(jī)組安全，不建議下調(diào)[4]。

4經(jīng)濟(jì)性效果評價

4.1 二氧化硫經(jīng)濟(jì)運行效果評價

因二氧化硫排放受發(fā)電量、煤質(zhì)含硫量等因素影響變化較大，現(xiàn)用8月份執(zhí)行“藍(lán)天使命”的要求二氧化硫減排至40%（即14 mg/m3）以下為例，當(dāng)月脫硫系統(tǒng)耗電率完成1.04%，同比升高0.31個百分點，增加電費支出約41萬元，8月份環(huán)保稅支出節(jié)約5萬元，明顯看出經(jīng)濟(jì)運行的效果。

2019年全年的脫硫電耗累計同比降低0.08%，節(jié)約電費支出約130萬元，環(huán)保稅同比增加 32萬元，二氧化硫經(jīng)濟(jì)運行預(yù)計全年收益98萬元。

4.2 氮氧化物經(jīng)濟(jì)運行效果評價

氮氧化物排放受發(fā)電量、入口氮氧化物影響，且運行部未嚴(yán)格執(zhí)行氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)等因素影響，截至12月全年的氨耗量同比減少用量411噸（單價按2800元），節(jié)約費用115.9萬元，環(huán)保稅支出同比增加4萬元，同比減少開支約122萬元[5]。

5結(jié)束語

以上研究結(jié)果是指導(dǎo)性建議，實際運行調(diào)整中會遇有特殊情況，應(yīng)及時采取相應(yīng)的措施，首先必須保證污染物的達(dá)標(biāo)排放，其次要保證環(huán)保設(shè)施的安全運行要求。

本研究結(jié)論是基于我廠的機(jī)組、經(jīng)營等特殊情況，如借鑒請認(rèn)真研究本單位的實際情況。

參考文獻(xiàn)

[1] 火電廠石灰石/石灰-石膏濕法 煙氣脫硫系統(tǒng)運行導(dǎo)則：DL/T 1149-2010[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[2] 火電廠煙氣脫硝（SCR）系統(tǒng)運行技術(shù)規(guī)范：DL/T 335-2010[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[3] 燃煤電廠超低排放煙氣治理工程技術(shù)規(guī)范：HJ 2053-2018[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2018.

[4] 火力發(fā)電廠脫硫裝置技術(shù)監(jiān)督導(dǎo)則：DL/T 1477-2015[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[5] 火電廠煙氣脫硝裝置技術(shù)監(jiān)督導(dǎo)則：DL/T 1655-2016[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.