火電廠對(duì)其周圍大氣的影響分析

盧海勇，郜 濤，湯建新

（浙江瑞陽(yáng)環(huán)保科技有限公司，浙江 杭州 310000）

目前我國(guó)的能源消費(fèi)體系中，煤炭消耗仍舊占據(jù)較大的比例。火電廠作為煤炭資源消耗的高污染、高能耗產(chǎn)業(yè)，同樣也是我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)過程中的重要內(nèi)容，與之相對(duì)應(yīng)的環(huán)保法規(guī)、政策發(fā)展較為健全，火電廠的生產(chǎn)整體環(huán)保水平相對(duì)較高。隨著我國(guó)“雙碳”政策的實(shí)施，各地的火電廠生產(chǎn)對(duì)于大氣污染的負(fù)面影響也有所下降，但實(shí)際上就目前我國(guó)火電廠的運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)看來(lái)，其所排放的各種污染物對(duì)于大氣環(huán)境的負(fù)面影響仍舊較為明顯。本文通過探討、研究火電廠對(duì)周邊大氣的影響，并提出了相應(yīng)的解決策略，以便為今后我國(guó)火電廠的穩(wěn)定運(yùn)行以及大氣污染物排放數(shù)量降低提供借鑒和參考。

1 火電廠運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)中對(duì)周圍大氣產(chǎn)生的影響分析

通常而言，我國(guó)的火電廠是以煤炭作為主要的燃料，在其燃燒生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫以及排放的污水、粉塵等都會(huì)對(duì)大氣環(huán)境產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。作為火電廠燃燒過程中排放的主要氮氧化物，一氧化氮這一物質(zhì)的生成與煤炭燃燒過程中的速度和溫度環(huán)境有著緊密的關(guān)聯(lián)。氮氧化物以及燃料類型在一氧化氮生成數(shù)量方面起到了決定性的作用。通常而言，傳統(tǒng)粉煤爐應(yīng)用中生成的一氧化氮數(shù)量一般維持在440～530 ppm這一范圍內(nèi)，液態(tài)化排渣爐在使用中一氧化氮排放量則可以達(dá)到880～1 000 ppm之間[1]。一氧化氮在排放到大氣環(huán)境之后，對(duì)于人體的呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的刺激，在一氧化氮的長(zhǎng)期影響下很容易會(huì)出現(xiàn)高鐵血紅蛋白癥，直接威脅到人體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

在火電廠生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，煤炭經(jīng)過過度高溫煅燒之后，硫元素都可以逐步轉(zhuǎn)化為二氧化硫這一有害氣體，并且其中的少部分氣體可以緩慢轉(zhuǎn)變?yōu)槿趸颉５绻髿猸h(huán)境的顆粒物含量相對(duì)較高，并且在大氣濕度甚至達(dá)到一定范圍的情況下，反應(yīng)進(jìn)程將會(huì)得到進(jìn)一步地加快。如果二氧化硫處于一氧化碳和紫外線長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定照射的環(huán)境條件下，則會(huì)出現(xiàn)硫酸的酸霧以及三氧化硫這類物質(zhì)的形成形象，這一系列的硫化物將會(huì)成為酸雨這一生態(tài)環(huán)境污染現(xiàn)象的主要形成原因，在危害到大氣環(huán)境的同時(shí)，酸雨現(xiàn)象對(duì)水體環(huán)境以及農(nóng)田生產(chǎn)環(huán)境同樣會(huì)帶來(lái)明顯的影響。火電廠的煤炭在燃燒排放的過程中，通常會(huì)出現(xiàn)一定數(shù)量的粉塵，這些粉塵顆粒雖然不會(huì)直接對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害，但卻會(huì)隨著呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體，隨著逐漸地積累將會(huì)對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的損害[2]。粉塵能夠與一氧化氮和二氧化硫這類有害氣體進(jìn)行結(jié)合，直接加大對(duì)大氣環(huán)境的污染和損害。

2 目前國(guó)內(nèi)火電廠燃煤大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)分析

隨著我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)理念的持續(xù)發(fā)展以及相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，目前我國(guó)在火電廠污染物排放數(shù)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，我國(guó)火電廠內(nèi)部的現(xiàn)役、新建機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)中生成的大氣污染物數(shù)量與發(fā)達(dá)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)相比得到了進(jìn)一步的下降。在國(guó)內(nèi)霧霾等大氣污染環(huán)境問題越發(fā)嚴(yán)重的情形下，生態(tài)環(huán)境部、國(guó)家發(fā)改委和國(guó)家能源局也紛紛出臺(tái)了有關(guān)煤電行業(yè)生產(chǎn)節(jié)能減排等方面的工作計(jì)劃，要求原本具備改造條件的火電廠需要達(dá)成既定的超低大氣污染物排放數(shù)量指標(biāo)要求，截至2020年底，我國(guó)境內(nèi)已經(jīng)達(dá)成大氣污染物超低排放數(shù)量指標(biāo)要求的火電機(jī)組容量達(dá)到了8.1億千瓦時(shí)，已經(jīng)占據(jù)了全國(guó)總體火電裝機(jī)總?cè)萘康?0%。燃煤電廠在已經(jīng)完成我國(guó)相關(guān)部門提出的大氣污染物超低限度排放任務(wù)之后，根據(jù)自身的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r以及技術(shù)實(shí)力，進(jìn)一步開展了深度節(jié)能減排的工作，確保大氣污染物的排放數(shù)值能夠進(jìn)一步低于超低排放數(shù)值。結(jié)合目前我國(guó)火電廠大氣污染物的排放相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)看來(lái)，重點(diǎn)地區(qū)的煙塵含量需要維持在20 mg/m3，其余地區(qū)則需要維持在30 mg/m3。二氧化硫的污染物排放數(shù)量，重點(diǎn)地區(qū)的排放量需要控制在50 mg/m3，而其余地區(qū)則需要控制在100～200 mg/m3之間。氮氧化物作為大氣環(huán)境污染的主要物質(zhì)，國(guó)內(nèi)各火電廠的排放數(shù)值需要控制在100 mg/m3以下。在國(guó)家有關(guān)部門制定出有關(guān)火電廠大氣污染物總體排放標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值之后，全國(guó)各個(gè)地區(qū)分別結(jié)合當(dāng)?shù)鼗痣娦袠I(yè)的發(fā)展?fàn)顩r以及大氣污染實(shí)際指標(biāo)，針對(duì)國(guó)家所提出的排放數(shù)據(jù)要求作出了進(jìn)一步的調(diào)整，使得國(guó)內(nèi)火電廠的大氣污染物排放治理工作得到了更進(jìn)一步的發(fā)展。

3 降低火電廠對(duì)周圍大氣環(huán)境污染的技術(shù)措施

3.1 脫硫技術(shù)的應(yīng)用

二氧化硫作為大氣污染環(huán)境的主要物質(zhì)，也是造成酸雨的主要原因。火電廠在燃煤發(fā)電的過程中，為了降低對(duì)于周邊大氣環(huán)境的污染，通常會(huì)選擇脫硫技術(shù)將煤炭中的硫元素含量進(jìn)行削減，以此來(lái)降低二氧化硫物質(zhì)的排放數(shù)量，通常可以分為燃燒前、燃燒中以及燃燒后的脫硫技術(shù)[3]。目前硫化床鍋爐作為我國(guó)火電廠煤炭燃燒過程中的主要鍋爐類型，以其作為基礎(chǔ)誕生的循環(huán)硫化床鍋爐燃燒技術(shù)可以在硫化床鍋爐內(nèi)部加入石灰石，石灰石在受熱分解的情形下，內(nèi)部的元素將會(huì)和二氧化硫產(chǎn)生完全的化學(xué)反應(yīng)，最終將二氧化硫這一氣體污染物完全去除。同時(shí)，在經(jīng)過受熱分解之后，石灰石形成的氧化鈣、飛灰這類脫硫產(chǎn)物能夠進(jìn)入到燃燒室中進(jìn)行二次的利用。在石灰石與二氧化硫物質(zhì)的鈣硫比數(shù)值維持在2～2.5范圍的情況下，該項(xiàng)技術(shù)取得的脫硫效果能達(dá)到90%以上。分段燃燒技術(shù)的引入能夠進(jìn)一步控制煤炭燃燒過程中的氮氧化物的產(chǎn)生數(shù)量，尤其是對(duì)于含有中等揮發(fā)含量的煤炭效果更為明顯，因?yàn)閾]發(fā)成分中含有大量的氮元素，能夠在燃燒室內(nèi)被有效地吸收，在缺氧的環(huán)境下，能夠最大限度地降低氮氧化物的產(chǎn)生數(shù)量，從而同步實(shí)現(xiàn)二氧化硫的脫除以及氮氧化物排放量減少的目標(biāo)。雖然這一技術(shù)當(dāng)下的脫硫效率始終維持在85%以上，但卻可以在不購(gòu)置控制設(shè)備的情況下?lián)碛休^高的脫硫效率，憑借在爐內(nèi)脫硫以及氮氧化物排放數(shù)量有效控制的優(yōu)勢(shì)，得以受到國(guó)內(nèi)諸多火電廠的重視并逐漸向著大型化的方向發(fā)展。同時(shí)，在火電廠運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，煙道末端同樣是控制二氧化硫產(chǎn)物的重要位置，濕法煙氣脫硫技術(shù)得以在其中廣泛應(yīng)用，二氧化硫在與石灰石漿液完全接觸的情形下，在經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)之后能夠形成相應(yīng)的亞硫酸鈣副產(chǎn)物，并在漿液池通入合理數(shù)量的氧氣，亞硫酸鈣在氧化作用的影響下將會(huì)得到其他行業(yè)發(fā)展所需的石膏產(chǎn)物。在石灰石漿液和二氧化硫氣體鈣硫比數(shù)值達(dá)到1的情況下，脫硫效果能夠達(dá)到95%以上，副產(chǎn)物石膏在純度方面同樣具備明顯的優(yōu)勢(shì)。在我國(guó)全新火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的限制下，脫硫催化劑、添加劑在脫硫工作中的應(yīng)用可以有效滿足當(dāng)下我國(guó)火電廠在大氣污染物排放數(shù)量指標(biāo)方面的要求。

3.2 除塵技術(shù)的應(yīng)用

粉塵和煙塵作為影響大氣環(huán)境及人們呼吸系統(tǒng)的重要污染物，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，袋式除塵、電除塵和電袋復(fù)合除塵等技術(shù)得以在煙塵、粉塵去除過程中廣泛應(yīng)用。袋式除塵技術(shù)主要使用的機(jī)械式過濾除塵器，借助其中設(shè)置的布袋收集氣體中的固體顆粒污染物[4]。細(xì)微塵粒會(huì)在布朗運(yùn)動(dòng)的影響下，與布袋纖維持續(xù)進(jìn)行碰撞逐漸和氣體進(jìn)行分離。這種除塵方法應(yīng)用所取得的具體效果與粉塵自身的擴(kuò)散、慣性、重力以及纖維的密度等因素有著緊密的關(guān)聯(lián)。一個(gè)除塵性能水平相對(duì)較高的濾布，除了需要在致密度和透氣性上具備優(yōu)勢(shì)之外，同樣也需要具備良好的耐腐蝕性、耐熱性。電力除塵技術(shù)則是將直流高壓電源作為基礎(chǔ)，憑借強(qiáng)電流將氣體中含有的懸浮塵粒進(jìn)行分離并將之轉(zhuǎn)入到塵粒儲(chǔ)存裝置中，在塵粒去除效率方面有著十分明顯的優(yōu)勢(shì)。電除塵裝置不但擁有著較好的除塵效率，并且能夠用于海量高溫?zé)煔獾奶幚碇小ｋ姶鼜?fù)合除塵技術(shù)則是電除塵技術(shù)作為基礎(chǔ)，將袋式除塵和電除塵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行綜合應(yīng)用發(fā)展而來(lái)的全新技術(shù)，主要應(yīng)用在百萬(wàn)級(jí)別的火電機(jī)組發(fā)電過程中，煙氣的總體排放濃度能夠控制在30 mg/m3以下。

3.3 脫硝技術(shù)的應(yīng)用

火電廠燃燒過程中，針對(duì)大氣污染物排放數(shù)量控制的另一個(gè)措施就是脫硝技術(shù)，這主要是針對(duì)氮氧化物的排放濃度進(jìn)行控制。為了從源頭上針對(duì)煤炭燃燒過程中的氮氧化物的排放數(shù)量進(jìn)行控制，需要優(yōu)先考慮低氮燃燒技術(shù)的應(yīng)用，能夠降低50%的氮氧化物排放濃度，SCR、SNCR及兩者混合應(yīng)用的技術(shù)類型同樣在燃煤脫銷工作中有著明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。火電廠在建設(shè)投資控制的過程中，為了有效降低運(yùn)行成本的實(shí)際投入水平，低氮燃燒、SCR技術(shù)的聯(lián)合使用，在300 MW及以上的火力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中的適用性優(yōu)勢(shì)十分明顯，在火電廠生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，SNCR的、SCR技術(shù)在脫硝處理方面的效率數(shù)值有著較為明顯的差距。隨著我國(guó)有關(guān)火電廠發(fā)電大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)越發(fā)嚴(yán)苛，火電廠污染物脫硝主要技術(shù)選擇SCR技術(shù)。SCR作為一種還原劑，能夠在催化劑的作用下，有效地將煙氣中含有的氮氧化物還原為氮?dú)夂退Ｅc之相關(guān)的控制裝置通常是在鍋爐的省煤器出口和空預(yù)器入口之間進(jìn)行布置，反應(yīng)環(huán)境溫度通常維持在300～400 ℃之間。這一技術(shù)不但能夠削減氮氧化物的排放數(shù)量，并且在二次污染降低、凈化效率等方面都有著明顯的優(yōu)勢(shì)，但這類技術(shù)需要投入的設(shè)備資本相對(duì)較高，關(guān)鍵技術(shù)難度較大，煙氣在結(jié)露之后容易對(duì)設(shè)備、管道帶來(lái)腐蝕問題。

3.4 火電鍋爐型號(hào)的合理選擇

火電廠在大氣污染物排放數(shù)量控制的過程中，鍋爐的型號(hào)選擇能夠直接決定煤炭燃燒得充分與否以及大氣污染物的排放數(shù)量。結(jié)合目前我國(guó)的相關(guān)技術(shù)發(fā)展看來(lái)，鏈條排鍋爐、煤粉爐和循環(huán)硫化床鍋爐是三種應(yīng)用最為廣泛的類型，其中鏈條爐排鍋爐的容量最大值為75 t/h，容量相對(duì)較少，并且鍋爐熱效率并不具備明顯的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)逐漸被其他兩種類型的鍋爐取代[5]。即便三種鍋爐類型都有著明顯的排放差異，但隨著我國(guó)針對(duì)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)變得越發(fā)的嚴(yán)格，循環(huán)硫化床鍋爐在爐內(nèi)脫硫、低溫燃燒等方面的優(yōu)勢(shì)，使其得以廣泛應(yīng)用。火電廠在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的過程中，出于滿足環(huán)保工作要求、提高熱效率以及脫硫工作成本降低等方面的考慮，循環(huán)硫化床鍋爐的選擇十分合理。這一鍋爐在燃燒效率、煤炭種類適應(yīng)性等方面都有著明顯的優(yōu)勢(shì)，并且在煤炭燃燒過程中的爐內(nèi)溫度控制難度相對(duì)較低，配合爐內(nèi)脫硫以及低溫燃燒等多種技術(shù)方式的綜合應(yīng)用，能夠有效控制二氧化硫以及其他氮氧化物的生成。

4 降低火電廠對(duì)周圍大氣環(huán)境影響的保障措施

4.1 獎(jiǎng)懲政策的持續(xù)完善

在目前我國(guó)火電廠仍舊作為電力能源主要生產(chǎn)場(chǎng)所的前提下，為了進(jìn)一步控制其生產(chǎn)過程中的大氣污染物排放數(shù)量，需要更好地利用經(jīng)濟(jì)杠桿調(diào)動(dòng)全社會(huì)參與到大氣污染的防治中。我國(guó)政府部門需要針對(duì)大氣污染物排放控制地區(qū)和階段方面的差異，針對(duì)各種激勵(lì)獎(jiǎng)懲制度進(jìn)行進(jìn)一步的完善和細(xì)化，對(duì)于企業(yè)節(jié)能減排過程中的成本投入進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)貼，對(duì)于那些大氣污染物排放達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求的企業(yè)，需要進(jìn)一步加大懲戒力度。對(duì)于火電廠的工業(yè)鍋爐選擇、應(yīng)用而言，需要以電站鍋爐環(huán)保電價(jià)作為出發(fā)點(diǎn)建立相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)貼優(yōu)惠政策體系，借此保障火電廠的工業(yè)鍋爐污染物排放數(shù)量得到更進(jìn)一步的控制[6]。從市場(chǎng)機(jī)制的應(yīng)用層面看來(lái)，為了保障火電廠污染物排放數(shù)量得以控制在限定標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，需要在全面利用市場(chǎng)機(jī)制的前提下，逐步探索建立大氣污染物排放權(quán)交易市場(chǎng)，以此作為火電廠研發(fā)全新排污控制技術(shù)的主要?jiǎng)恿ΑＤ切┱谶M(jìn)行大氣污染物超低排放量技術(shù)研發(fā)及技術(shù)改造的火電廠所產(chǎn)生的各種大氣污染物剩余的排放權(quán)同樣可以作為企業(yè)利潤(rùn)的主要來(lái)源，在經(jīng)過交易之后能夠產(chǎn)生較為可觀的利潤(rùn)，確保能夠在全社會(huì)范圍內(nèi)生成大氣污染物降低排放的動(dòng)力。火電廠在進(jìn)行燃煤鍋爐改造或者是大氣污染物技術(shù)研發(fā)的過程中，通常需要較多資金的投入，通過合同能源管理這類商業(yè)模式的引入和應(yīng)用，由合同能源管理企業(yè)與火電廠共同簽訂節(jié)能減排合同，將火電廠的節(jié)能減排作為出發(fā)點(diǎn)獲得相應(yīng)的利潤(rùn)，確保能夠?qū)⒋髿馕廴疚镞M(jìn)行二次的資源利用，削減大氣污染物排放控制過程中的成本投入。

4.2 現(xiàn)有技術(shù)路線的持續(xù)完善

目前我國(guó)火電廠仍舊是將煤炭作為主要的來(lái)源，為了有效削減生產(chǎn)過程中的大氣污染物排放數(shù)量，特別需要關(guān)注全新節(jié)能減排技術(shù)以及超低污染物排放技術(shù)的創(chuàng)新以及研發(fā)。火電廠相關(guān)部門需要針對(duì)污染物脫除技術(shù)協(xié)同工作影響進(jìn)行深刻的研究，發(fā)掘污染物去除工藝之間的相互影響，持續(xù)進(jìn)行協(xié)同處理技術(shù)的研發(fā)完善以及推廣，并最終形成完善、具備明顯經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的一體化協(xié)同減排技術(shù)方案。

4.3 減排路徑的差異化實(shí)施

由于我國(guó)火力發(fā)電廠在規(guī)模、生產(chǎn)工藝面都存在著明顯的區(qū)別，今后的大氣污染物排放控制需要實(shí)施差異化，要求在遵循因地制宜原則的前提下，針對(duì)重點(diǎn)控制區(qū)域?qū)嵤┮源蟠〉慕ㄔO(shè)原則，通過燃煤發(fā)電機(jī)組的集中建立，針對(duì)供熱供氣進(jìn)行統(tǒng)一處理，將超低大氣污染技術(shù)進(jìn)行推廣，并需要針對(duì)重點(diǎn)控制區(qū)域?qū)嵤└鼮閲?yán)格的大氣污染物控制措施。那些節(jié)能減排工作要求相對(duì)一般的區(qū)域，需要使用環(huán)保型的燃煤技術(shù)，并選擇經(jīng)濟(jì)型的燃煤鍋爐，配合各種經(jīng)濟(jì)化的大氣污染物處理手段，在深刻發(fā)掘一般區(qū)域大氣污染物控制技術(shù)發(fā)展?jié)摿Φ耐瑫r(shí)，降低火電廠運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的污染物排放數(shù)量。

5 總結(jié)

火電廠作為我國(guó)目前電力能源的主要來(lái)源，煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等都是大氣環(huán)境污染的主要污染物，并且會(huì)對(duì)人們的身體健康造成嚴(yán)重的損害。需要火電廠從除塵、脫硫、脫硝三個(gè)基礎(chǔ)層面入手，并由政府部門提供獎(jiǎng)懲政策方面的支持，配合技術(shù)的研發(fā)創(chuàng)新以及差異化的排放控制策略，逐步降低我國(guó)火電廠運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的大氣污染物排放數(shù)量。