南京市火电厂大气污染防治现状及对策研究

谢放尖，李文青，郑新梅，王庆九

（南京市环境保护科学研究院，江苏 南京 210093）

南京市火电厂大气污染防治现状及对策研究

谢放尖，李文青，郑新梅，王庆九

（南京市环境保护科学研究院，江苏 南京 210093）

利用现有资料结合问卷调研的方法，分析南京市火电厂大气污染防治状况。结果表明：2014年，南京市火电厂总耗煤量达到2 105万t，燃烧技术以煤粉炉为主；总装机容量为9 423 MW，燃煤与燃气机组装机容量分别约占总装机容量的82%与18%；脱硫以石灰石-石膏法为主，约占总装机容量的93%，脱硝以SCR技术为主，约占81%，除尘以高效静电除尘为主，约占78%。建议通过财政补贴鼓励实施超低排放改造，加大天然气供应提高燃气机组比例，并积极出台政策淘汰老旧设备。

火电厂；活动水平；超低排放改造；煤改气；对策

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.04.19

南京市火电厂主要以燃煤电厂为主，2014年电煤消耗超过2 000万t，占全市煤炭消费总量的60%以上。煤炭燃烧过程会产生大量的大气污染物，如SO2、NOx、颗粒物等，严重影响环境空气质量。2014年南京市空气质量优良率仅为52.1%，PM2.5年均浓度达到74μg/m3，超标2倍以上。南京市发布的2014年PM2.5来源解析结果［1］显示，燃煤贡献（27.4%）是最主要来源，超过工业生产贡献（19%）与机动车贡献（24.6%）。电力行业作为南京市最主要的燃煤消耗部门，有必要提升其污染治理水平。本研究在详细调研电力行业基本情况、污染治理措施的基础上，提出针对性的对策建议。

1　数据来源及方法

笔者以2014年为研究年份，主要数据来源于南京市环境统计、总量核查及统计年鉴。由于上述数据中缺少工艺过程、设备、污染控制措施的详细数据，本研究采用问卷调查的方法进行了补充调研，主要调研内容包括企业基本情况（企业名称、地理位置、联系人等）、燃料信息（燃料类型、使用量、硫分、灰分、挥发分）、设备信息（锅炉类型、燃烧技术、装机容量、服役时间等）、排放控制信息（脱硫、脱硝、除尘设备），通过现有资料与补充调研等多种来源数据的互相印证、校验，实现对数据的质量控制。

2　结果与讨论

2.1南京市火电厂运行情况

2014年南京市实际运行的火电厂有19家，其中14家为燃煤电厂、5家为燃气电厂，煤炭总消耗量为2 105万t，天然气总消耗量为9.65亿m3，高炉煤气、焦炉煤气与转炉煤气总消耗量为123 亿m3。总装机容量为9 423 MW，燃煤电厂装机容量为7 760 MW，燃气电厂装机容量为1 663 MW，两者比例约为4∶1，可见目前南京市火电仍以煤电为主。图1 a按单机装机容量给出了大（单机装机容量＞300 MW）、中（单机装机容量在100～300MW）、小（单机装机容量＜100 MW）型机组总装机容量情况；图1 b给出了不同类型锅炉对应的总装机容量情况。可见，南京市发电机组主要以300 MW以上大型机组为主。由企业详细数据可知，南京市最大单机装机容量可达1 030 MW，但个别企业自备电厂的单机装机容量仅为6 MW。一般来说，单机容量从几兆瓦发展到1 000 MW级，发电效率越来越高，发电煤耗越来越低［2］，上大压小是不错的政策选择。而从燃烧技术来看，主要是煤粉炉为主，其次是燃气锅炉，层燃炉与循环流化床锅炉较少。

图1　南京市装机容量分布情况

2.2SO2治理状况

电厂SO2是由煤炭中可燃硫部分（约占总硫分的80%～90%）燃烧生成，其余不可燃硫进入底灰，硫分越低则产生的SO2越少。南京市电煤含硫率在0.5%～0.7%之间，远低于全国电煤平均硫分约1%的水平，这主要与南京市加强煤炭质量控制有关；在末端治理方面，“十一五”期间，南京市开始实施SO2减排，目前所有的燃煤电厂都实施了脱硫工程。图2给出了燃煤电厂按装机容量对应的脱硫方式，14家燃煤电厂中9家（7 190MW）采用石灰石-石膏法，4家（552MW）采用氨法脱硫，1家（18 MW）采用炉内喷钙法与双碱法，从装机容量来看，石灰石-石膏法占据绝对优势，脱硫综合效率在80%～95%，氨法脱硫其次，综合脱硫效率在63%～75%，仅一家自备电厂采用炉内喷钙与双碱法联合处理，综合脱硫效率约为92%。从总的类型来看，南京市电煤企业均为湿法脱硫，这类技术是目前世界上应用最为广泛、最为成熟的方法，具有较为稳定的脱硫效率［3］。

图2　南京市燃煤电厂脱硫方式（按装机容量）

2.3NOx治理状况

电厂NOx来源主要分为热力型与燃料型两种，前者指在高温燃烧时N2与O2反应生成，后者是指燃料中含氮化合物燃烧氧化生成，煤粉炉焚烧60%～80%是燃料型NOx［4］。煤的挥发分含量是影响NOx产生的重要影响因素，挥发分越高NOx产生量较小，南京市电煤平均挥发分在32%。在末端治理方面，“十二五”期间，南京市开始要求实施实施NOx减排，尽管开展时间较短，但是发展较快。图3给出了燃煤电厂按装机容量对应的脱硝方式。14家燃煤电厂当中，6家（6 220 MW）采用SCR技术，综合脱硝效率稳定在70%以上，SCR技术是目前技术最成熟，应用最广泛的脱硝技术［5］。2家（560 MW）采用低氮燃烧+ SNCR+SCR技术，综合脱硝效率80%～88%，2家（710 MW）采用低氮燃烧+SCR技术，综合脱硝效率约75%，2家（128 MW）采用SNCR技术，综合脱硝效率约42%，还有2家（48 MW）未采取措施。总体来看，南京市大部分燃煤电厂NOx控制较好，但相比SO2，控制效率还有进一步提高的潜力。

图3　南京市燃煤电厂脱硝情况（按装机容量）

2.4颗粒物治理状况

电厂燃烧过程产生的颗粒物主要是燃烧不完全形成的炭黑以及烟尘和飞灰等。颗粒物的产生与煤炭种类、质量、燃烧技术有关，一般灰分越大，产生量也越大，南京市电煤以烟煤为主，平均灰分23%。末端治理方面，我国对烟尘控制最早，技术最为成熟。图4给出了燃煤电厂按装机容量对应的除尘方式，14家燃煤电厂当中，6家（6 023 MW）采用高效静电除尘，除尘效率在99.5%～99.9%，大型的燃煤企业都采用该项技术；3家（905 MW）采用普通静电除尘，除尘效率95%～99.5%；3家（710MW）采用电袋复合除尘，除尘效率约为99.8%；1家（110 MW）为生活污泥发电厂，采用布袋除尘，除尘效率为95%；还有1家自备电厂（12 MW）采用湿法除尘，除尘效率约为94.5%。相比脱硫、脱硝，南京市电厂除尘开展最早，去除效率最高，运行最为稳定。

图4　南京市燃煤电厂除尘情况（按装机容量）

3　火电厂大气污染防治改进策略

3.1实施燃煤电厂超低排放改造

南京主要燃煤电厂基本都实施了脱硫、脱硝及除尘工程，达到《火电厂大气污染物排放标准》 （GB 13223-2011）中特别排放限值要求，要进一步提高去污潜力必须实施超低排放改造。超低排放是指燃煤电厂锅炉在发电运行、末端治理过程中，采用污染物高效协同脱除集成系统技术，使得污染物排放达到燃气机组的水平，即在基准含氧量6%时，烟尘、SO2与NOx排放浓度分别不超过5 mg/m3，35 mg/m3，50 mg/m3［6］，分别为特别排放限值要求的25%、70%与50%。2015 年12月，环保部、发改委、能源局联合下发关于印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的通知（环发〔2015〕164号），要求2017年前，东部地区300 MW及以上公用燃煤发电机组、100MW及以上自备燃煤发电机组（暂不含W型火焰锅炉和循环流化床锅炉）实施超低排放改造。目前，南京市大唐发电厂已经实施了超低排放改造［7］，实现了污染物的“近零排放”。由于超低排放改造经济成本较高［8］，建议后续的推行当中，宜先在大型燃煤电厂中推动，同时电力、环保等部门应该出台配套政策，在上网电价、污染防治资金等方面予以适当补贴。

3.2提高燃气机组装机比例

目前南京市火电能源主要以煤为主，燃煤机组装机容量约占全市的82%，而燃气机组仅占18%。天然气是清洁环保的绿色能源，采用天然气作为燃料的燃气轮机，其污染物排放量仅为相同规模的常规燃煤电厂的10%左右［9-10］。燃煤发电的SO2排放量在4～11 g/（kW·h），但采用天然气发电SO2排放量可降为0～0.25 g/（kW·h），NOx排放只有常规电站的15%～20%［11］，颗粒物排放量更是可以忽略不计。建议在不提高全市总装机容量的前提下，通过现有燃煤电厂的煤改气或者新建燃气电厂替代小型燃煤电厂的方式，进一步提高燃气机组的比例。充足的天然气资源供应是煤改气成功与否的关键，建议充分借助西气东输与川气东送工程，力争到2020年，火电厂天然气年利用量在目前约9亿m3的基础上翻倍，达到20亿m3，燃气机组装机容量占全市总装机容量达到40%左右。同时，天然气价格行情看涨，应在电价等方面予以适度补贴。

3.3淘汰老旧设备设施

目前南京市2家自备电厂使用层燃炉，层燃炉热效率一般为75%～85%，远低于煤粉炉90%以上的热效率。层燃炉对煤质要求较高且难以燃烧完全，炉渣与灰分中可燃成分都比较多，应逐步淘汰。循环流化床是目前新一代高效、低污染的燃烧技术，属于中低温燃烧，NOx排放远低于煤粉炉，且对煤炭质量要求不高，目前南京市仅2家企业采用循环流化床技术，使用层燃炉发电的企业可以优先考虑改燃气或者采用循环流化床技术。

此外，目前南京市单机装机容量100 MW以下机组总装机容量约占全市的17%，小机组多为企业自备电厂所有，服役时间较长，主要为企业供热，开停机较为频繁，年运行时间最短的不足1 000 h，既不经济更不环保，建议通过政策倒逼，并加快推进区域供热，满足企业正常生产需要，逐步淘汰自备电厂燃煤机组。

4　结语

南京市作为传统的工业城市，电能需求量巨大，发电行业具有不可替代的重要作用。目前南京市装机容量较大，主要以燃煤机组为主，污染物排放量较大，是PM2.5的主要来源之一。在目前的基础上，应该继续挖掘潜力，提升电力行业大气污染防治水平，同时，应该积极寻求替代方案，比如鼓励太阳能光伏发电、水泥行业余热发电，并积极提高外调电比例等，在满足城市生产生活的同时，进一步削减污染物排放，改善空气质量。

［1］江瑜.南京PM2.5源解析：燃煤是最大污染源机动车尾气其次［N/OL］.（2015-04-30）［2016-06-26］.http：//www.njdaily.cn/2015/ 0430/1110688.shtml.

［2］孙雪丽，朱法华，王圣，等.火电行业清洁生产与末端治理技术对二氧化硫减排效果评估［J］.环境科学学报，2016：1-12.

［3］赵琳，宁敏.我国烟气脱硫脱硝技术现状与进展［J］.现代制造技术与装备，2015（5）：116-117.

［4］郭静，阮宜纶，马德刚.大气污染控制工程［M］.北京：化学工业出版社，2008.1.

［5］薛建明，柏源，陈焱.火电行业大气污染控制现状、趋势及对策［J］.电力科技与环保，2014，30（2）：9-12.

［6］王志轩.燃煤电厂大气污染物“超低排放”基本问题思考［J］.环境影响评价，2015，37（4）：14-17.

［7］大唐首个“超低排放”环保改造项目成功投运［EB/OL］.（2014-12-04）［2016-06-25］.http：//www.cpnn.com.cn/zdyw/201412/t 20141204_769673.html.

［8］帅伟，莫华.我国燃煤电厂推广超低排放技术的对策建议［J］.中国环境管理干部学院学报，2015，25（4）：49-52.

［9］卢山，董青，杨国健，等.天然气电厂的综合效益及评估［J］.电力系统及其自动化学报，2015，27（4）：7-12，60.

［10］樊慧，段兆芳，单卫国.我国天然气发电发展现状及前景展望［J］.中国能源，2015，37（2）：37-42.

［11］谭译.苏州市火电行业锅炉大气污染治理探索［J］.环境科学与技术，2015，38（6P）：232-235，289.

（编辑：程俊）

The Air Pollution Prevention Status and Countermeasures Research of A Thermal Power Plant in Nanjing

Xie Fangjian，LiWenqing，Zheng Xinmei，Wang Qingjiu
（Nanjing Municipal Academy of Environmental Protection Science，Nanjing Jiangsu 210093，China）

Based on the existing data and questionnaire investigation，the status of air pollution prevention of a thermal power plant in Nanjing city was analyzed.It showed that：In 2014，the coal-fired power plant used up coal 21.05 million tons，and themain combustion technology was pulverized coal boiler.The total installed capacity was up to 9 423 MW，coal-fired units and gas units accounting for 82%and 18%respectively.FGD technology was the main method of desulfurization，accounting for 93%of the total installed capacity，SCR technology was mainly used in denitrification，about 81%，and highly effective electrostatic dust removal accounting for 78%.It suggested encouraging the implementation of ultra-low emission transformation by using financial subsidies，increasing the proportion of gas supply to improve the proportion of gas units，and eliminating outdated equipments by new policy.

thermal power plant，activity level，ultra-low emission transformation，coal to gas，countermeasures

X51

A

1008-813X（2016）04-0073-04

2016-07-21

江苏省科技支撑计划《基于大气污染源排放清单的PM2.5动态溯源关键技术研究及应用示范》（BE2014724）；南京市环保科研课题《南京市各电厂颗粒物排放研究》（201308）

谢放尖（1982-），男，湖南娄底人，毕业于南京大学环境学院环境规划与管理专业，硕士研究生，工程师，主要从事城市大气污染防治工作。