排污标准调整下脱硝运行优化和成本控制

戴世峰 张坚明

上海电力股份有限公司吴径热电厂

排污标准调整下脱硝运行优化和成本控制

戴世峰 张坚明

上海电力股份有限公司吴径热电厂

介绍了上海市环保排污收费标准调整后，排污收费将增加，对发电厂而言负担将增加。结合机组运行的实际情况，分析了脱硝还原剂费用、排污费以及综合费用变化。为了降低综合费用，需要做好几方面的工作：优化脱硝运行方式，控制脱硝入口NOx浓度；脱硝出口NOx浓度目标值合理设定，使得排放浓度降低到50 mg/m3以下；加强激励力度。

排污标准；脱硝运行；综合费用

上海吴径热电厂2台300 MW燃煤机组脱硝系统采用液氨作为脱硝还原剂。为确保烟气排放氮氧化物符合国家环保要求，需要连续气化液氨形成氨气，通过催化剂作用将氮氧化物还原成氮气。脱硝正常运行每年需要消耗大量的液氨，是火力发电厂不可或缺的一块生产成本，同时根据氮氧化物的排放量每年还需要缴纳不少排污费。

脱硝还原剂的成本与脱硝系统的运行状况以及液氨单价有关，而排污费的多少一方面取决于脱硝运行工况调整下的氮氧化物排放浓度，另一方面取决于环保排污费标准的政策变化。

根据上海市“关于调整本市排污费征收标准等有关问题的通知”（沪发改价费[2014]5号）内容，从2015年至2019年将分阶段调整SO2、NOx的收费标准。以目前的排放水平来衡量，今后的排污费将大大增加，对电厂而言是将增加不小的负担。

同时，为鼓励火力发电厂低浓度排放，环保局在对排污收费具体实施时执行阶梯式收费标准政策。排放浓度越低，可以享受较高的排污收费折扣，在超过排放限值的情况下，实施惩罚性质的加倍收费标准。

1 环保排污收费政策变化

2014年10月17日上海市关于《污染物排污费征收标准调整要点》，分阶段调整氮氧化物收费标准，2015～2016年执行收费标准为4元/kg，2017～2018年为8元/kg，2019年为9元/kg。而2015年前，执行的收费标准为1.26元/kg。

同时执行环保局阶梯式收费标准政策，在低于排放限值50%以下，按当前收费标准的30%收取。排放浓度越高，可以享受的优惠折扣越低。在超过排放限值的情况下，排放浓度越高，将不能享受优惠折扣，甚至面临加倍收费的惩罚。

将以上两个环保收费政策结合，同时考虑当前2台机组氮氧化物排放限值100 mg/m3，整理了不同排放浓度下的实际排放收费价格，具体见表1。

表1 氮氧化物排污收费价格元·kg-1

通过表1不同阶段排污收费价格的变化来看，如果不控制好排放浓度，则排污费会发生巨大的变化，对电厂的经营来说是一个不小的负担。对于氮氧化物排放浓度超过100 mg/m3的情况，主要集中在机组启停以及低负荷脱硝不能投运阶段，占整个机组运行时间的比例比较小，在此不做考虑。

2 脱硝运行及氮氧化物排放现状

上海吴径热电厂两台机组运行负荷相对比较稳定，脱硝设备的投运也比较正常。脱硝效率基本控制在80%左右。统计2014年1月～12月脱硝运行数据，脱硝入口氮氧化物平均浓度为300mg/m3，脱硝出口氮氧化物平均浓度为60 mg/m3，排放的污染物氮氧化物总计667 960 kg。

在氮氧化物排放收费标准政策变化前，对于脱硝入口平均浓度300 mg/m3，出口平均浓度为60 mg/m3而言，已经算控制得比较好了，也从来没有考虑过是否需要通过调节氮氧化物排放浓度来降低生产成本的问题。但是，在排放收费标准调整后，同样的运行工况，同样的排放浓度，排放收费会产生巨大的变化，这个问题不得不引起重视。

3 政策变化前后排污收费比较

以2014年数据为例，排放的污染物氮氧化物总计667 960 kg，出口平均浓度为60 mg/m3属于50～75 mg/m3（含）这一档，按照最新执行分阶段收费标准的40%进行核算收费，进行后续几年排放收费比较，见表2。

表2 同等排放下不同年份的排污收费比较万元

从表2中横向数据比较来看，同样排放浓度和排放量的情况下，2015～2016年每年比2014年增加排放收费22.71万元，2017～2018年每年增加排放收费129.59万元，2019及以后每年增加排放收费156.31万元。

从表2中竖向数据比较来看，假如排放浓度下降到50 mg/m3以下，与出口平均浓度为60 mg/m3比较，在同样排放量的情况下，2015～2016年下降26.71万，2017～2018年下降53.44万，2019年以以后下降60.12万。排放浓度下降后，总的排放量也会有所下降，所以排污收费下降量将更大。

通过对表2的排污收费比较分析，可以明显看到，在排污费征收标准调整后，如果电厂不采取措施，每年将面临10～100万到上百万不等的增量排污费。

同时，在脱硝设备运行工况可调的范围内，可以通过降低排放浓度、享受优惠折扣进而减少排放收费。排放浓度降低、排放收费下降需要多投入脱硝剂氨气（有关氨气制备成本增加忽略不计），脱硝还原剂费用将增加。所以，需要综合考虑排放收费和脱硝还原剂费用这两个因素，在脱硝设备可运行的范围内考虑综合费用优化。

4 综合费用数据模型建立

以2016年排放收费标准为例，通过建立脱硝还原剂费用与排放收费的综合费用数据模型，掌握不同运行工况下脱硝还原剂费用和排放收费的综合变动情况，寻找满足脱硝设备运行要求的最优经济平衡点。

一般认为，烟气中的氮氧化物中NO和NO2的比例为95%：5%。也有研究，通过对烟气中的NO和NO2的浓度进行实际测量，发现烟气中氮氧化物的组成中绝大多数是NO。在本文中认为烟气中的氮氧化物全部为NO。NO与氨气NH3在催化剂的作用下发生反应生成氮气N2，NO与NH3的反应摩尔比是1：1，由此理论计算脱硝还原剂费用。

脱硝还原剂费用=Q×T×（NO入口-NO出口）×λ×P氨

排放收费=Q×T×NO出口×PNO

综合费用=Q×T×（（NO入口-NO出口）×λ ×P氨+ NO出口×PNO）

式中：Q-烟气流量；T-脱硝运行时间，假定脱硝运行时间与机组运行时间相等；NO入口-脱硝入口氧折算后氮氧化物浓度；NO出口-脱硝出口氧折算后氮氧化物浓度；λ-脱硝还原剂摩尔数与重量转换系数；P氨-液氨单价；PNO-氮氧化物排放单价。

根据综合费用计算公式，测算脱硝入NOx分别为250、300、350 mg/m3时，不同排放浓度的情况下脱硝综合费用。

测算表格中，灰色底纹表示的是综合考虑环保要求、设备状况的情况下，脱硝系统可以运行的空间范围。

从表格中可以看出，在其他条件不变，不同的脱硝入口浓度的情况下，综合费用随着脱硝入口浓度的增加而增加，而同时综合费用的组成中，排污费呈现相同的态势，液氨费用同步增加。液氨费用增加主要是由于入口浓度高，需要脱除的氮氧化物数量增加，相应的液氨用量增加。

表3 不同排放浓度的情况下脱硝综合费用

在相同的脱硝入口氮氧化物浓度的情况下，随着脱硝效率的增加，排放量随之下降，排污费也相应下降，同时液氨的费用随之增加。而综合费用方面，在排放浓度低于50 mg/m3以下时，变化不大，基本保持水平状态。而当排放浓度高于50 mg/m3时，综合费用呈现上升趋势，在每个政策变化的点位处，综合费用都有一个大的突越。

所以在不考虑上海市燃煤电厂污染物排放水平排序的情况下，在当前政策情况下，氮氧化物排放只要做到40～50 mg/m3就可以了。

在相同的排放浓度条件下，脱硝入口氮氧化物浓度大小对于液氨的消耗是关键因素。入口浓度控制得低，则综合费用就低。

为了直观表示上述描述部分内容，测算表格内容用趋势图（图1）来表示（以脱硝入口NOx300 mg/m3为例）。

图1 趋势图

3.1 运行优化和成本控制

通过上文对脱硝运行还原剂和排污费用的测算可知，脱硝入口NOx浓度是决定综合费用的关键因素，控制脱硝入口NOx浓度可以降低综合费用。

在其他条件相同的情况下，排污费与脱硝排放浓度呈现正向相关，在环保排污收费政策变化处，排污费有比较大的突越。液氨成本费用与脱硝排放浓度呈现反向关系，与环保排污收费政策变化无关。

在排污费和液氨成本费用的双重作用下，综合费用总体上与脱硝排放浓度呈现同向正相关，但是其趋势相对比较平缓。在环保排污收费政策变化处，综合费用仍然保持比较大的突越。在脱硝排放浓度低于50 mg/m3时，综合费用保持不变，所以从经济性角度考虑，没有必要过多提高脱硝效率，降低排放浓度。另外，脱硝效率过份提高，超过脱硝运行的合理区间，氨逃逸浓度会明显增大，容易形成硫酸氢氨造成空预器堵塞而影响机组正常运行。

为了使得脱硝还原剂液氨费用与排污费组成的综合费用最优化，需要同时做好以下几方面工作。

（1）优化脱硝运行方式，控制脱硝入口NOx浓度，尽可能降低入口浓度；

（2）脱硝出口NOx浓度目标值合理设定，使得排放浓度降低到50 mg/m3以下；

（3）加强激励力度，制定目标值和奖励措施。

1）优化脱硝运行方式，控制脱硝入口NOx浓度

尽量减少磨煤机运行台数，降低一次风量；二次风进行调节，控制主燃区氧量、温度，保证欠氧燃烧。入口氮氧化物浓度做到300 mg/m3以下，通过运行调节尽可能降低。

2）脱硝出口NOx浓度目标值合理设定

通过试验，合理设定脱硝出口氮氧化物浓度目标值，使得运行过程中脱硫出口的氮氧化物浓度控制在40～50 mg/m3。脱硝出口与脱硝出口的氮氧化物浓度还存在一定的区别。本文中所涉及到的氮氧化物浓度都是指氧折算后的浓度。由于烟道系统存在不同程度的漏风，脱硫出口的氧量大于脱硝出口氧量，经过氧折算后，脱硫出口氮氧化物浓度将大于脱硝脱出口。脱硝出口氧量3.6%，脱硫出口氧量7%为例，计算结果见表4。

通过计算可知，在脱硝出口氧量3.6%、脱硫出口氧量7%的情况下，脱硫出口氧折算后的氮氧化物浓度比脱硝出口氧折算后的浓度提高24%，也就是对于电厂而言需要增加24%的排污费。如果脱硫出口氧折算后的氮氧化物浓度正好突破了政策变换点，排污费将还会上涨形成突越。所以需要针对每一台机组的实际情况，测算氧量影响的排放浓度。通过倒算来确定每一台机组脱硝运行的排放浓度。

表4 脱硫出口氧折算

漏风的影响将对排污费产生比较大的，所以机组检修工作中有必要对烟道系统进行捉漏堵漏，减少漏风对排放浓度的影响。

为掌控机组氮氧化物的排放水平，需要每周对本月累计的脱硫出口氮氧化物平均排放浓度进行统计，估算当月后续时间内的排放浓度，保证当月脱硫出口氮氧化物平均排放浓度在40～50mg/m3。

3）加强激励力度，制定目标值和奖励措施

为确保环保设备达到优化运行的目的，需要制定相应的激励机制。明确运行人员以及管理人员的工作职责，明确管理目标。对机组脱硝排放浓度制定月度目标，由运行人员实际实施，积极进行调节。由管理人员跟踪排放数据，根据机组实际运行情况来测算后续运行控制目标，并指挥运行进行调节。

4 结语

在污染物排污费征收标准调整以及环保部门实施阶梯收费的提前下，对脱硝运行的数据进行详细测算，掌握不同情况下的脱硝还原剂费用和排污费数据。

通过分析，发现在脱硝还原剂费用和排污费的综合作用下，综合费用呈现一定的规律性，且当排放浓度在50 mg/m3以下时，综合费用保持不变。所以在一定的出口入口氮氧化物浓度的情况下，排放目标值确定在40～50 mg/m3。为保证该目标，需要分析机组实际运行情况，掌握氧量对排放浓度的影响，以此指导脱硝实际运行。需要加强过程管理，通过跟踪排放平均浓度来估算当月后续运行控制目标，确保排放浓度40～50 mg/m3的实现。同时也需要在激励方面加大力度，提高运行人员和管理人员的积极性，保证排放目标的完成，以此降低综合费用。

综合费用的优化，很大程度上取决于脱硝入口的氮氧化物浓度控制，需要运行部门优化脱硝运行方式。

2016年开始将实施超洁净排放改造，后续的环保排放标准可能会有所变化，影响整个方案的测算。及时进行调整测算，对脱硝设备的运行进行进一步优化调整。

Denitrification Operation Optimization and Cost Control to Meet Pollution Discharge Standard Adjustment

Dai Shifeng, Zhang Jianming
Shanghai Electrical Power Limited Company Wujing Thermal Power Plant

∶The article introduces pollution discharge fee will increase and so will cost for power plant when Shanghai environment protection pollution discharge fee adjusts. Combined with practical unit operation condition, the author analyzes changes of denitrification reducing agent cost, pollution discharge fee and comprehensive cost. In order to reduce comprehensive cost, we should take care of following tasks, such as optimizing denitrification operation method, controlling denitrification inlet NOxconcentration. Regulating reasonable denitrification inlet NOxtarget concentration setup to make discharge concentration decrease under 50 mg/m3. We shall strengthen motivation.

Pollution Discharge Standard, Denitrification Operation, Comprehensive Cost

戴世峰：（1981-），男，工程师，本科，从事电厂化学、环保技术管理工作。

张坚明：（1972-），男，工程师，本科，从事电厂管理工作。

DOI∶10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.02.003