上海市火电厂烟气污染物控制对雾霾防治分析

2014-02-13吕敬友

电力科技与环保 2014年1期

吕敬友

(国网上海市电力公司电力科学研究院，上海 200437)

0 引言

2013年以来，以PM2.5为代表的雾霾天气频现。北京连续多日出现重度污染，PM2.5浓度一度逼近1000 μg/m3。上海2013年1月出现雾霾13 天，PM2.5最高浓度达300 μg/m3。我国中东部地区的强雾霾污染物化学组成，是英国伦敦1952年烟雾事件和20 世纪40～50年代美国洛杉矶光化学烟雾事件污染物的混合体，并叠加了中国特色的沙尘气溶胶。雾霾严重影响工农业生产和人体健康，严重时危及生命。

1 雾霾的成分和火电的贡献率

雾霾的成分主要是灰尘、硫酸盐、硝酸盐、氨盐、有机碳氢化合物等组成的气溶胶系统。

2011年，全国SO2排放总量为2217.9 万t，工业源排放占91%;NOx排放总量为2404.3 万t，工业源排放占71.9%，机动车排放占26.5%。烟粉尘排放量为1446.1 万t，均远超出环境承载能力。全国重点环保城市SO2、可吸入颗粒物年均浓度分别为40、86 μg/m3，为欧美发达国家的2～4 倍。北京机动车对PM2.5的贡献率约为1/4;其次为燃煤和外来输送，各占1/5。上海污染源与北京类似，主要是本区域产生，也有输入性污染。上海各污染源对PM2.5的贡献率:机动车船排放占总量25.8%，区域输入占20.5%，工业工艺过程占15.2%，工业锅炉+炉窑占10.2%，扬尘占10.4%，火电厂占8.8%，民用+餐饮+涂料约占5.4%，农业+生物质约占3.0%，海盐+植被占1.0%。

从上述分析可知，上海火电厂PM2.5约占总量的8.8%，与2005年前占25%左右相比，降幅约65%，为减缓上海的雾霾天气发挥了作用。

2 火电高速发展与烟气污染物控制

2.1 火电高速发展与节能降耗

多年来，我国电力装机容量保持着高速增长，2012年全国发电装机容量达到11.45 亿kW，其中，煤电7.58 亿kW，占总装机容量的66%，耗用全国50%左右煤炭。2012年全国发电量为4.94 万亿(kW·h)，燃煤量为18.55 亿t，均列世界第一。

2012年上海总装机容量2055 万kW，其中燃煤机组1505.8 万kW，占73.3%，其余为燃气(油)燃机容量为549.2 万kW。“十一五”期间，上海建设燃气机组，增加区外来电，以大代小，加强节能环保调度等措施。与2005年1050 万kW 装机容量相比，装机容量增加了95.7%，但年发电量从629.3亿(kW·h)时增加到2012年的924.2 亿(kW·h)，只增加46.9%，年用煤量从2790 万t 增加到3516万t，只增加26.0%。2000年燃煤机组平均供电煤耗351.0 g/(kW·h)、2005年338.0 g/(kW·h)，2012年为300.9 g/(kW·h)，与2000年、2005年相比，2012年燃煤机组的平均供电煤耗分别下降了14.3%和11.0%。燃煤灰分从2005年的18.3%降至2012年的13.7%，下降了4.6 个百分点，硫分基本上控制在0.6%左右，取得了节能减排的效果。

2.2 强化烟气污染物排放控制

20 世纪90年代初，上海约50%的燃煤机组烟尘控制采用旋风子、水膜式等低效除尘器，除尘效率在85%～95%;SO2和NOx排放处于失控状态。

随着环保要求的提高和技术的进步，尤其上海市出台的《锅炉大气污染物排放标准》(DB 31/387－2007)，将火电厂烟尘、SO2和NOx排放浓度分别降至50 mg/m3、200 mg/m3和450 mg/m3。促使火电厂大规模的除尘改造、建设脱硫装置和低氮燃烧改造。烟气脱硫装置从2005年开始建设，2008年底建成了70%机组容量，2010年燃煤机组基本建成湿式烟气脱硫装置。除尘设施除2 台600 MW 机组采用三电场电除尘器外，其余的为四电场电除尘器。有10 台中小机组合计849 MW 容量改成布袋除尘器。燃煤机组基本上采用低氮燃烧技术，有12 台机组合计7665 MW 建成脱硝装置并投运。2012年电除尘平均效率达到99.66%，布袋除尘器平均效率达到99.85%以上，综合脱硫效率达到90%以上，脱硝效率达到80%以上。上海火电厂烟气污染物排放情况详见图1。

图1 上海火电厂烟气污染物排放

从图1可知，2012年烟尘排放量为0.70 万t，比2005年的4.90 万t 下降85.7%;SO2排放量为2.26 万t，比2005年的24.56 万t 下降90.8%;NOx排放量为8.32 万t，比2005年的15.44 万t 下降了46.1%。就SO2排放量而言，上海市2012年为50万t，2005年为22.82 万t，减排了27.18 万t，降幅达到54.4%。而同期电力减排22.3 万t，占总减排量的82%，为总量控制做出了贡献。

3 烟气多污染物协同控制

3.1 重点区域“十二五”环保要求

雾霾最严重的京津冀、珠三角、长三角，国土面积仅占我国的8%左右，却消耗全国42%的煤炭、52%的汽柴油，SO2、NOx和烟尘的排放量均占全国的30%，单位平方公里的污染物排放量是其他地区的5 倍以上。《重点区域大气污染防治“十二五”规划》将这三个地区的PM2.5纳入考核目标，确保2015年这三个地区年均浓度下降6%。2013年9月12日国务院发布的《大气污染防治行动计划》，到2017年，京津冀、长三角、珠三角等区域PM2.5浓度分别下降25%、20%、15%左右。

虽然火电厂对上海的PM2.5的贡献率在8.8%左右，但作为大容量集中排放源，以及污染控制的规模效应，特别是氮氧化物排放量还很大，它是产生O3的介质，因此火电还是重要控制对象之一。

《火电厂大气污染排放标准》(GB 13223－2011)将于2014年7月1日起新、旧机组执行统一标准，对全国经济发达、排放严重的地区，执行特别排放限值。与美国、欧盟相比，我国的排放标准最为严格(见表1)。

表2 GB 13223－2011 特别排放限值与发达国家比较mg/m3

3.2 火电厂烟气PM2.5减排措施

3.2.1 挖潜节能

2012年上海火电供电煤耗300.9 g/(kW·h)，全国6000 kW 及以上为326 g/(kW·h)，五大发电公司平均为317.6 g/(kW·h)。2010年美国为356 g/(kW·h)，澳大利亚为360 g/(kW·h)，上海处于世界领先水平。因此电力节能的空间越来越难，应对雾霾的压力也越来越大。目前上海早期建设的350 MW 等级以下燃煤机组5538 MW，其中小机组708 MW，可逐步用1000 MW 级煤机或燃气机组替代。上海将进一步强化调度，对节能环保机组实行优先上网，继续燃烧优质煤，达到降耗。但在脱硫、脱硝和除尘装置改造投运后，约需增加发电煤耗3～4 g/(kW·h)，给电力节能带来新的压力。

3.2.2 烟气多污染物协同控制

上海2012年NOx排放总量8.32 万t，占三种主要污染物排放总量的73.8%，主要是7393 MW 燃煤机组没有安装脱硝装置。采用低氮燃烧无法使NOx达标排放，因此，在2年内需对这部分机组进行脱硝改造，采用低氮燃烧加烟气脱硝较为经济合理。新标准规定SO2排放浓度为50 mg/m3，需要脱硫效率在96%以上才能满足，但现有的脱硫系统很难达到。如果靠增加脱硫剂和加增效剂来提高脱硫效率，不能从根本上解决问题。对于烟尘为20 mg/m3的排放标准，除尘效率需从现在的99.66%提高到99.84%以上。对四电场的电除尘器，运行好的勉强可以达到。采用中(低)温省煤器技术可回用废热和提高除尘效率，达到节能环保的效果，值得推广应用。另外，脱硫系统也可除去部分烟尘。对不达标的可改成布袋除尘器或在脱硫塔后增设湿式电除尘器作进一步除尘和脱硫的协同作用。因此对烟气较科学、合理的是采用多污染物协同控制，即:锅炉低氮燃烧+烟气脱硝+中(低)温省煤器+电除尘器或布袋除尘器+烟气脱硫或增设湿式电除尘器。届时上海火电可减排SO2、NOx和烟尘约为0.85 万t、4.15 万t 和0.23 万t，削减率达到37.5%、49.9%和33.3%。三种污染物总量约从2012年11.28 万t降到6.05 万t，降幅约为46%，满足上海雾霾的治理要求。

4 结语

雾霾天气日益严重，要求各行业加大对大气污染物排放的治理力度。上海火电厂在装机容量成倍增长的情况下烟气污染物排放不增反大幅下降，得益于除尘器的持续改造和效率的不断提高、建设脱硫装置和低氮燃烧、烟气脱硝。火电PM2.5从2005年前占上海总量的25%降至8.8%。通过脱硫增容改造和除尘、脱硝改造，采用烟气多污染物协同控制，挖潜节能，可使三种烟气污染物总量进一步下降46%左右，为遏制上海雾霾天气做出贡献。

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