淺析燃氣電廠環保現狀及政策趨勢

郭海濱

（北京京能高安屯燃氣熱電有限責任公司，北京 100024）

0 引言

環境污染問題一直是社會及人們關注焦點，為切實改善生態環境，我國提出可持續發展理念，新環保法和大氣、水體、固廢、土壤等污染防治法陸續出臺實施。2015年后，政府針對火力發電廠出臺了全新的排放標準，其中主要修改了核心污染物SO2及NOx的排放濃度要求。為滿足相關排放標準，燃煤電廠裝設環保設施，將NOx排放濃度控制在25mg/m3以下。隨著燃煤電廠超低排放升級改造，對燃氣電廠環保提出新的挑戰及任務[1]。在裝機容量擴大后，環境污染問題日漸凸顯，因此，應掌控當前電廠的實際狀況，提出針對性的化學環保策略。

1 燃氣電廠的環?，F狀

隨著經濟水平的不斷提升，我國的燃氣裝機容量也得到了飛速提升，具體的裝機容量分布特點如表1所示。通過對《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）的參考，結合燃氣機組的污染物排放水平分析可以發現，現階段的燃氣電廠污染物排放的平均水平能夠達到國家標準要求，為了進一步研究燃氣發電過程中的污染物排放情況，筆者對所處地區的14座燃氣電廠約30臺燃氣發電機組一年的污染物排放小時平均值進行了考察?；舅袡C組均加裝了脫硝設施，其中氮氧化物的平均排放濃度不高于30mg/m3，因采用潔凈天然氣能源，使得硫化物以及顆粒物的排放量都得到了明顯控制，遠低于國家標準。另一方面，燃氣電廠在運行過程中產生的廢水主要為循環冷卻水及少量的生活污水，冷卻水排水水質較好，經簡單預處理后多數進入市政污水管道，由污水處理廠統一處理，對環境影響較小。而噪聲排放能夠借助防噪墻、隔音罩等設備進行有效降噪，排放也可以滿足國家標準。所以，當前燃氣發電廠的主要排放污染物依然為氮氧化物，環保排放也基本滿足國家標準要求。為了進一步提升環境質量，減少大氣污染物排放量，各地政府根據當地經濟發展現狀及環境因素制定了地方標準，在對燃氣電廠進行研究的過程中，受地方標準要求限制，各地燃氣發電機組氮氧化物排放控制工藝及設備均存在很大差異性，部分地區已運行機組甚至未安裝脫硝裝置，與在建或發達地區燃氣機組相比有著明顯的差距[2]。

表1 我國燃氣裝機容量統計表

當前我國燃氣電廠的環保裝置還有著非常大的完善空間。絕大部分的燃氣輪機均采用了低氮燃燒技術，通過分析燃氣輪機的燃燒特點能夠了解到，為保證機組運行的安全與穩定，機組低負荷及啟動初期時燃燒形式與高負荷且穩定時不一樣，會產生較高的溫度區間，導致燃機出口氮氧化物濃度升高，加之常規脫硝催化劑反應效率受煙氣溫度影響較大，會讓燃氣電廠在啟動過程中出現“冒黃煙”的現象，甚至出現氮氧化物排放濃度超標的問題，所以，燃氣電廠的環保設置仍需要不斷改進。同時燃氣電廠針對煙氣中氮氧化物含量的檢測方式也需要加強，除嚴格按照要求進行運行維護外，還需重視二氧化氮濃度的檢測，必須安裝二氧化氮的轉化爐，并定期進行轉化率的測試，確保轉化率不低于標準要求。同時在檢測過程中還存在著儀表選擇不當，工作量程設置不合適種種問題。

2 燃氣電廠的環保策略分析

2.1 SCR脫硝技術

目前，SCR脫硝技術在我國燃氣電廠中的應用比較普遍，對燃氣電廠氮氧化物達標排放起到了重要作用。SCR脫硝技術即為選擇性催化還原技術，讓煙氣中的氮氧化物被氨還原為氮氣和水，且避免與煙氣中的氧進行氧化反應。

SCR是目前實用范圍比較廣泛且效率高的脫硝方法，該方法對于氮氧化物的脫除率可以達到80%以上，脫硝效果明顯，被日本、歐美等國家廣泛應用，成為目前氮氧化物的主要控制技術，在市場中占據了重要地位。在具體應用過程中，該方法需要借助催化劑的作用，然后向煙氣中中噴入還原劑（氨水或液氨），在催化劑的作用下選擇并加速反應過程。在這一過程中，催化劑除了催化作用以外，還起到煙氣均布作用，保證煙氣與還原劑的充分接觸，提高了反應效率。

近年來，SCR脫硝技術已經在國內得到較成熟的應用。隨著部分地區燃氣電廠為進一步降低污染物排放量，獲取環保稅減免優惠以提高企業經濟效益而實施“減半排放”以后，有效控制了燃氣發電產生的污染物排放，尤其針對氮氧化物濃度的控制取得的效果非常明顯。但隨著采用“超低排放”技術的燃煤機組越來越多，燃氣電廠先天具備的環保優勢越來越不明顯，如果僅僅維持現狀是很難適應我國環保發展形勢，很難達到越來越嚴格的燃機環保標準。在這種情況下，大力推廣新型燃機低氮燃燒技術及全負荷段的SCR脫硝技術，充分利用燃機先天低氮的優勢顯然已經勢在必行[3]。

2.2 提高冷卻效果和廢水零排放管理

燃氣電廠中90%以上的廢水來自于循環冷卻排水，機組冷卻系統經過多年的運行與優化后，水耗量下降較為明顯。但與存在脫硫、煤場、除渣等廢水消納系統的燃煤機組相比，最終需處理外排的廢水量仍高出許多，且燃氣電廠多數布置于發達地區，廢水外排或管網接納標準較高，在冷卻水重復利用和污染物排放限值上存在矛盾。進一步提高冷卻效果，降低冷卻水用量從而減少廢水排放量就顯得尤為必要。結合國內實現廢水零排放的燃煤機組數量來看，火電廠廢水零排技術逐漸趨于成熟，未來新建燃機和已運行的燃氣電廠應將廢水零排技術的應用納入優先考慮范疇。

2.3 應用前端降氮技術

針對燃氣電廠的降氮技術主要有兩種：加裝SCR以及燃氣輪機燃燒器改造。SCR雖然技術成熟，應用廣泛，不存在技術封鎖問題，但是催化劑使用壽命較短，后續運行維護成本昂貴，且非低溫催化劑對全工況煙氣適應性一般，受煙氣溫度影響大，煙氣溫度較低時脫硝效率不高。燃氣輪機燃燒器改造技術被國外公司壟斷，始終存在著改造成本高的缺點，同時不配合后續脫硝設施無法達到全負荷低氮排放的目的。目前來說，對于沒有預留SCR安裝位置的燃氣電廠，可以在前端安裝直噴氨脫硝系統或在燃氣輪機側升級低氮燃燒器；對于已設置SCR但無擴容條件的燃氣電廠，可以考慮采用低溫催化劑和升級低氮燃燒器的方式來實現降低氮氧化物排放濃度、適配機組全負荷段脫硝的目的；對于預留空間較為充足的燃氣電廠，就可以結合自身的實際來選擇是增加脫硝催化劑容量還是進行燃氣輪機燃燒器改造，選擇措施相對比較自由。就北京地區燃氣電廠近幾年的改造情況來看，在有SCR系統的前提下改造燃氣輪機燃燒器效果甚佳[4]。

2.4 燃氣電廠氮氧化物排放控制

已采用低氮燃燒系統和SCR脫硝技術的燃氣電廠，應加強燃機燃燒器技術管理，定期進行燃燒調整實驗，加強脫硝催化劑性能檢驗，還原劑品質化驗等工作，加強煙氣流場監測及分析，優化自動噴氨邏輯，定期進行噴氨均布實驗，以達降低氮氧化物排放濃度的目的。根據在線監控數據，合理控制運行期間燃機各參數，保持氮氧化物排放在較低范圍，兼顧節能、安全和環保。同時燃氣電廠企業應做好煙氣在線監控設施的運維管理，計量檢定、比對監測按要求進行，提高儀器檢測精密度，為制定科學的減排措施提供數據支撐，確保燃氣電廠排放的真實水平體現。

3 燃氣電廠排放政策展望

我國2011年發布關于電廠排污標準《火電廠大氣污染排放標準》（GB13223-2011），隨著國家相關標準出臺，排污許可證管理的施行，環境監管污染物超標排放按日處罰的嚴格執行，各個地區為積極響應環保理念，施行所處區域更為嚴格的地方標準。根據相關地方排放標準，將燃氣發電機組氮氧化物排放限值進一步降低，特別在沿海地區，燃氣機組環保問題日漸凸顯，同時多地已將氨逃逸指標納入管理范圍，需要在確保氨逃逸合格的前提下進一步降低氮氧化物的排放濃度[5]。

將我國現行排放標準與發達國家相比，針對大于250MW燃氣發電組氮氧化物排放濃度，發達國家要求低于30mg/m3，我國（部分地區）要求更低。國外先進燃氣電廠通常會設置相應的低氮+脫硝裝置，其裝置可將氮氧化物排放維持在10mg/m3以內水平?，F階段，我國只有很少一部分的燃氣發電機組能達到該標準，與發達國家的燃氣排放控制相比還有一段距離。

4 結語

綜上所述，隨著經濟迅速發展，環境污染問題日漸凸顯，我國大力提倡節能環保，電力工業事業革新，使電廠成為市場主體，為發電廠提供多元化的市場原則。在此種新形勢下，電廠為確保自身經濟收益以及未來可持續發展，需重視節能環保。針對自身當前實際狀況，結合國家相關排放標準，通過有效的環保技術，加強日常技術監督管理和環境日常監測工作，保證環保設施健康穩定投入，按照排污許可管理要求，進行濃度和總量控制，實現各類排放均達到國家標準，促進電力產業按生態環境要求穩定、健康、高質量發展。