南京市电力行业大气颗粒物排放及减排对策分析

郑新梅 谢放尖 李文青

摘 要：细颗粒物是雾霾产生的主要来源。电力行业燃煤排放是南京市颗粒物污染重要来源。研究分析南京市电厂颗粒物情况，分析其排放总量和排放特征，对该区域减排颗粒物污染有重要作用和示范意义。该文以2013年为基准年，选取南京市20家电厂，通过调查问卷并结合环境统计资料分析，获取了各电厂活动水平数据；根据物料平衡法计算其分粒径颗粒物（PM2.5、PM10和BC）排放量。在此基础上，分析了各电厂的产污情况、时空分布特征等，并针对性地提出南京市电力行业颗粒物减排措施及建议，以期为南京市电力行业颗粒物排放控制提供参考依据。

关键词：南京 电厂 大气颗粒物 对策

中图分类号：X5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（b）-0118-02

近年来，我国各地雾霾频发，AQI指数频频爆表，极端突发天气时常出现。相关环境监测数据显示，全国超过90%的省会城市的首要空气污染物为可吸入颗粒物（PM10），城市大气中细颗粒物（PM2.5）浓度很高，许多城市的PM2.5浓度超过了100μg/m3。

南京市是长三角地区重要城市之一。监测结果表明，南京市2013年空气质量超标天数达163 d，其中PM2.5年均值为77μg/m3，超过国家二级标准1.20倍，PM10年均值为137μg/m3，超过国家二级标准0.96倍。电力行业燃煤排放是南京市颗粒物污染重要来源。据统计，2013年南京市工业企业燃煤消耗量3 548万t，全市20家电厂的全年燃煤消耗量为2 273万t，占比达64%。研究分析电厂颗粒物情况，分析其排放特征，对减排颗粒物污染有重要作用。

文章以2013年为基准年，通过调查问卷的方式详细摸清了南京市电厂情况，根据国家推荐的清单编制方法计算了颗粒物排放量，分析了其时空分布特征并在此基础上给出电力行业颗粒物减排的建议。

1 研究方法

1.1 活动水平获取

根据电厂排污特点，设计了问卷调查表并向电厂发放，调查表内容包括排放口高度、除尘装置及处理效率、锅炉类型、装机容量、年运行时间、发电量、供电煤耗、煤炭年消耗量、烟气产生量、油品及天然气消耗量、煤种、煤炭灰分等。对企业所填报的调查问卷进行核查。问卷还详细调查了各电厂的逐月燃料消耗量。

1.2 计算方法

根据2014年8月环境保护部发布了《大气细颗粒物一次源排放清单编制技术指南（试行）》等相关参数推荐值进行计算。

2 南京市电力行业活动水平分析

2.1 行业概况

2013年，南京电力行业燃煤电厂与燃气电厂的比例为4∶1，全年燃煤消耗量为2 289.83万t，燃油消耗量为678.8 t，天然气消耗量为97 736.7 m3，煤气消耗量为284 187.7 m3。共发电533.84亿kW·h，排放的烟粉尘总量约为39 136.14 t。根据调查，2013年南京市电厂机组实际运行44个，其中隶属燃煤电厂31个，燃气电厂8个。总装机容量为9 286 MW，统计看出，南京市电厂以装机容量小于100 MW的小机组为主，100～300 MW之间的机组数目最少。装机容量≤100 MW、100～300 MW和≥300 MW的电厂中燃气与燃煤机组的比例分别为9∶17、1∶2、1∶5。

2.2 燃烧技术

2013年南京市16家燃煤电厂锅炉分为煤粉炉、层燃炉和循环流化床炉。煤粉炉锅炉效率一般可达90%～92%。层燃炉锅炉效率一般为75%～85%，通常要烧较好的煤。循环流化床（CFB）锅炉的热效率较高，燃料适应性广，对SO2、NOx 等污染物的产生有较好的抑制作用，脱硫脱硝成本低，适合于燃用劣质烟煤。调查得到三者的比例为11∶2∶3。

南京市燃煤电厂使用的煤分为烟煤、无烟煤和混煤。其中以烟煤为主，使用无烟煤发电的电厂仅1家，使用混煤发电的电厂4家。

2.3 除尘设施

此次调查电厂中，燃气电厂颗粒物产生量较少，不存在除尘设施，而16家燃煤电厂所使用的锅炉烟气除尘技术从除尘方法来看主要包括文丘里湿法除尘、普通电除尘（电场数≤3个）、高效静电除尘（电场数>3个）、布袋除尘、电袋复合除尘法等。按照企业填报的污染物去除效率，参考分粒径颗粒物去除效率区间，按照物料衡算以及去除效率TSP>PM2.5-10>PM2.5原则分别计算了PM2.5、PM2.5-10和PM10的去除效率，用于颗粒物排放量计算。

3 南京市电力行业颗粒物排放清单结果

3.1 计算结果

根据颗粒物排放系数和燃料年消耗量分别得到20家电厂的PM2.5和PM10一次排放量。根据BC与PM2.5的关系，得到南京市电厂的BC排放量。2013年电力行业PM2.5、PM2.5-10 、PM10和BC一次排放量分别为6 405.82、4 088、10 493.82和1.28 t。根据南京市环境统计，2013年，全市烟粉尘总排放量为68 909.816 t，全市20家电厂全年烟粉尘排放量超过46 096.98 t。则电力行业烟粉尘排放量占到全市总排放量的66.89%，而PM2.5和PM10一次排放量分别占电力行业烟粉尘排放量的13.90%和22.76%。

经排序分析，与燃煤电厂相比，在各电厂污染处理效率差异较小的条件下，燃气电厂的颗粒物排放量明显较低。并且，燃煤电厂颗粒物排放量差异较大，南京市前6家电厂排放的PM2.5、PM10和BC占所有总排放量的84.70%、85.64%和84.70%。因此，南京市电力行业颗粒物污染相对较集中，重点实施这6家电厂的颗粒物减排将会对南京市电力行业颗粒物排放有较大意义。

分析表明，南京市燃煤电厂的煤耗和发电量趋势基本一致，即煤耗量大，则全年发电量也较大。这是由于南京市电力行业燃煤的煤质差异不大，总体的灰分含量接近。

3.2 电厂颗粒物排放时间分布特征

逐月分析排放量发现，全年排放基本稳定，12月、1月、7月、8月期间PM2.5 、PM10和BC排放量相对较高，这几个月正值冬季和夏季，南京市电厂颗粒物排放差异反映出电力生产的差异，排放量高与生活用电增加，电力调配增高有关。

3.3 电厂颗粒物排放空间分布特征

从空间上来看，电厂主要集中于南京市北部和沿江地带，且颗粒物排放量排名靠前的电厂均在此区域。由于南京市常年冬季以东北风为主，所以电厂污染物排放势必容易造成下风向即主城区污染加重。

同时，南京属宁镇扬丘陵地貌，城区周边山峦起伏，加上东北面的长江，可谓三面环山，一面临水，这样的地形地貌决定了南京市处在小型盆地之中，污染物扩散不利，对环境空气质量有一定的不利影响。

4 南京市电力行业颗粒物减排措施及建议

4.1 大力推行煤改气

在南京当前的燃煤消耗中，电力行业占了“半壁江山”。而燃煤机组的颗粒物排放明显多于燃气机组，因此，电厂热电机组关停和整改，是减少煤耗总量的重中之重。

根据标准，南京市燃煤锅炉实行燃煤锅炉重点地区排放限值。今后几年，南京市16家燃煤电厂若实现超低排放，其对烟粉尘的影响非常可观。可做以下假定：在实现超低排放之后，所有燃煤电厂大气污染物均按照燃煤锅炉实行燃煤锅炉重点地区排放限值30 mg/nm3计算，完全实现超低排放后即燃煤机组在完成改造之后的烟气排放达到天然气机组标准5 mg/nm3，同时假定PM10和PM2.5在超低排放过程中的削减幅度与烟粉尘一致，则燃煤电厂实际大气污染物烟粉尘排放将降至原来的16.67%。因此，大力推行电厂煤改气，实现超低排放，是南京市电力减排的最大助力。

4.2 增设余热锅炉

以南京市来看，目前电力行业不存在余热电厂。诸多电厂类型中，余热电厂是指利用其他工艺过程中产生的余热作为电厂发电动力的电厂，该类型电厂可最大化地实现能源的二次利用且无污染物排放，因此是较为理想的电厂类型。特别是利用水泥工业中存在大量的中低温余热资源，产生蒸汽进入汽轮机做功发电，可以大大地提高水泥企业的能源利用率，并为电厂节能减排提供条件。南京市拥有水泥企业18家，具有耗煤量大、产热量高的特点，具有建设余热电厂的可能性。其中5家水泥厂2014年已经全部实现余热锅炉的建设。特别是对于新建燃煤水泥企业，配套余热锅炉应作为技术要求。

4.3 提高煤炭品质

在一定的发电量下，如果煤质越差，则锅炉消耗的原煤量也会越多。电厂燃煤情况直接影响到污染物排放情况。南京市燃煤电厂燃煤以烟煤为主，平均燃煤灰分为23%，只有华能南京金陵发电有限公司使用混煤，其燃煤灰分相对较低。因此督促电厂做好合理的煤种混煤、配煤工作，可提高一些劣质煤的利用效率，一定程度上减少燃料的成本，降低排放量。

4.4 减少点火燃油使用

2013年，南京市电厂全年燃油量为678.79 t，这些油品均用于点火助燃。从燃油颗粒物排放系数可以看出，燃油排放的颗粒物远大于燃煤，因此，减少火电厂油品使用也是减少火电厂污染的途径之一。研究表明，对于煤质稳定，能够满足等离子点火装置对煤质要求的电厂，完全可以采用等离子点火装置取代燃油系统。因此，逐渐改变南京市相关电厂锅炉点火方式，取消燃油系统是可行的。

4.5 采用高效除尘控制设施

南京市大部分电厂采用静电除尘法或高效静电除尘法，甚至除尘效率更高的布袋除尘或电袋除尘法，其烟粉尘处理效率均在99%以上，按照粒径分配法所得到的PM2.5和PM10去除率也相对较高。但是南京市目前仍有一家电厂使用湿式除尘法，虽然其烟粉尘去除效率可达95%，但是湿法除尘对PM2.5的去除效率只有55%左右。因此，进一步提高工业烟尘、粉尘的处理效率，实施火电厂除尘器改造，例如对于20 t以上燃煤锅炉必须安装袋式或静电除尘器，可以为颗粒物减排做出贡献。

参考文献

[1] 童尧青，银燕，钱凌，等.南京地区霾天气特征分析[J].中国环境科学，2007，27（5）：584-588.

[2] 李文青，杨峰，刘宁.防治雾霾100招[M].1版.南京：江苏科学技术出版社，2015.

[3] 尹训彦.水泥窑低温余热发电热力系统分析与设计[D].大连理工大学，2013.