燃煤火电行业大气污染深度治理与经济运行的分析与研究

鲍天恩

摘要：为达到燃煤火电产业污染物排放深度减排治理，近几年来，国家大力推进煤电机组烟气超低排放改造治理，对火电行产业说，实施改造的投资投入以及污染治理运行费用的高额支出，给电厂的正常运行带来极其严重的冲击。因此，燃煤火电企业作为大气污染物排放源之一，同时在满足环保排放要求的基础上，如何降低污染物治理成本，达到经济运行目标，是所有煤电机组面临的一项重要研究课题。

Abstract： In order to achieve deep emission reduction and control of pollutant emissions from the coal-fired thermal power industry， in recent years， the state has vigorously promoted the reform and management of ultra-low emissions of coal-fired power plants. The high amount of expenditure has brought a serious impact on the normal operation of the power plant. Therefore， how to reduce pollutant treatment costs and achieve economic operation goals is an important research topic faced by all coal-fired power plants as one of the sources of atmospheric pollutant emissions while meeting environmental protection emission requirements.

关键词：燃煤火电行业;大气污染;深度治理与经济运行;研究

Key words： coal-fired thermal power industry;air pollution;in-depth treatment and economic operation;research

中图分类号：F426                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）36-0144-03

0  引言

燃煤火电企业污染物的生成和排放与煤粉中所含硫含量、氮含量等各种煤质参数以及机组运行状况、设备设施工艺路线有着密切的关系，同一电厂同一时期的燃煤品质与运行方式的不同，所产生的污染物也会有所不同，所以，火电企业在实际运行过程中，作为环保达标强制性要求之外，要重点研究分析生产设备及环保设施运行的安全性和经济性，达到环保和安全经济目标的最佳平衡点。

1  影响污染物控制的主要因素

首先是排放标准。国家法律、法规和行业强制性标准是治理污染物排放的约束条件，如果没有严格的排放标准和环保法规，就无法实现火电厂污染物的深度治理。我国在控制污染物排放过程中，坚持区别对待不同装机等级发电机组，新建发电机组和现有发电机组等原则，火电厂经历了从烟尘、二氧化硫再到氮氧化物的排放过程。国家先后颁布了《工业三废排放试行标准》、《燃煤电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2003），后又结合我国国情及经济承受能力修订了《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），随着超低排放的大范围推行，多地已将燃煤火电机组超低排放限值列为地方强制排放标准。

近年来，随着国家排放标准的日渐严格，环保设施已成为各地火电企业必不可少的生产设备，然而环保设施需投入高额的资金，如此一来，火电厂的经济效益受到了严重的影响。因此，在修订排放标准过程中，应以成熟技术所能达到的最佳性能指标为基础，结合不同机组，综合考虑其经济承受能力，釆取科学合理的控制要求，适度提高排放标准，同时，政府結合实际也在不断给予企业在财税方面政策优惠支持。以烟尘排放为例，自从国家2014年《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）正式实施后，传统的静电除尘器、旋风除尘器、斜棒栅除尘器等，因除尘效率受限制，处理能力标准未达无法达到国标排放标准要求，现如今已广泛釆用高效静电除尘器、袋式除尘器、电袋复合除尘器，湿式电除尘器及配套的协同除尘技术。

其次，是经济政策支持。好的经济政策是高效推动污染治理的基础。以大气中二氧化硫为例，虽然电力企业按照国家2011最新修订的关于新建机组和现有机组的区分提出了二氧化硫的排放标准，但由于国家未及时出台配套经济政策，使各火电企业二氧化硫的治理进程较为缓慢，虽有所控制但未真正实现有效控制，非但达不到预期治理效果，火电企业大气污染中二氧化硫的排放总量甚至出现上升趋势。究其原因在于，环保改造及运维实施成本较大幅提升，有些企业很难承担，政策面没有利好支持，很难激发火电企业深度治理大气污染的积极性和主动性。直到国家出台了燃煤机组脱硫电价及脱硫设施运行管理办法后，各地燃煤电厂关于大气中二氧化硫的治理才得以有效的推进。

最后，是治理技术。燃煤电厂只有选择先进、切实可行的治理技术，才能使大气污染物的控制有所保证。在烟尘治理方面，大型机组多选用主流的高效静电除尘器技术为主，其中以袋式除尘器和电袋复合除尘器为辅的治理格局，就我国目前的除尘技术来看，仍处于不断研发、示范及大力推广阶段。在治理二氧化硫方面，通过相关技术人员近5年来对脱硫工艺无论是化学反应过程的设计还是工程实践运行经验的结累，使脱硫效率、机组运行的可靠性以及燃煤电厂运行成本控制等多个方面都有显著的提升，从而对机组运行产生的影响明显下降，同时，使机组的维护、运行变得更加便捷实用。目前，我国脱硫技术以石灰石—石膏湿法脱硫为主的格局，已达到效率高、可靠性高、经济性高广泛推广阶段。关于大气中氮氧化物的治理，是国家十二五环境保护工作中的重点工作内容，其强调的治理主流技术有两点：一是生成源的控制。其主要表现特征为：通过各种各样的技术手段，有效控制燃煤过程中氮氧化物的生成反应，具体包括低氮燃烧器、燃料再燃、烟气再循环等。二是针对烟气的脱硝，其表现特征为：对烟气中已经形成的氮氧化物，充分利用氧化反应或者还原反应将氮氧化物进行脱除，具体包括，选择性催化还原法、脱硫脱硝一体化、选择性非催化还原法以及利用活性炭吸附法等等。目前，我国燃煤电厂已经形成了烟气脱硝技术和低氮燃烧技术两者相结合的技术路线，而且在我国已建成运行火电机组烟气脱硝设备中，有将近95%以上的使用选择性催化还原法，而且新型式的高效宽负荷脱硝也正处于研发、推广阶段。

2  污染物控制目标及影响安全经济运行问题分析

按照国家发展和改革委员会、环境保护部、国家能源局于2014年9月联合发布的“煤电节能减排升级改造行动计划（2014-2020年）”要求“十三五”期间，火电厂大气污染物控制将全面实施超低排放，燃煤电厂排放的大气污染物质量浓度接近“燃气轮机组排放限值”，即烟尘、二氧化硫、氮氧化物的排放质量浓度分别达到10、35、50mg/m3限值。按照该项要求，近年来各大电力集团公司将绿色环保的战略目标作为科学发展最重要的途径之一，全面推进烟气超低排放治理，在即将达到全面超低排放目标同时，也衍生了许多新的问题，探讨如何实现超低排放工况下的经济运行显得尤为重要。

燃煤电厂实现氮氧化物超低排放主要采用选择性催化还原（SCR）脱硝系统自身提效，或低氮燃烧（LNB）、非选择性催化还原（SNCR）与SCR技术的组合，实现氮氧化物超低排放需要提高SCR脱硝效率，这通常伴随着氮氧化物排放控制质量浓度降低、脱硝系统喷氨量和催化剂用量增加及三氧化硫转化率提高，脱硝下游设备（空预器）受氨逃逸带来的硫酸氢铵凝结堵塞等系列问题，继而直接影响到安全经济运行。脱硝问题主要解决思路在于：①解决流场混合均匀性的问题，脱硝系统运行效果不仅取决于催化剂的性能，还与脱硝反应器内的流场优劣和氨气与烟气中氮氧化物的混合均匀性关系密切，建议定期进行脱硝系统喷氨优化调整试验，将脱硝喷氨量调整至最佳值，避免SCR反应器出口截面局部氨逃逸量过高，从而提高脱硝系统运行的经济性;②控制三氧化硫转化率和空预器硫酸氢铵大量生产堵塞问题，需要降低脱硝反应器出口烟气中三氧化硫的质量浓度。一方面要尽量减少催化剂的使用量，同时控制催化剂中的钒含量，另一方面通过改烧、掺烧措施降低燃煤中硫的含量;③采用精准喷氨控制措施，通过对粗放式的喷氨控制逻辑，改进为分区多点测量模式，通过精准的测量手段，实现以SCR反应器入口氮氧化物质量浓度及烟气流量为前馈，以SCR反应器出口氮氧化物质量浓度为反馈，计算出理论喷氨流量，通过PID控制氨流量调节阀开度，从而实现脱硝喷氨量与机组负荷、入口氮氧化物质量浓度的自动协调;④采用低温催化剂辅助锅炉优化调整措施，满足深调峰低负荷时段及机组启停时段低负荷工况下的脱硝稳定投运，降低低烟温对脱硝效率影响。

脱硫系统超低排放改造多通过系统增容提效来实现，与之俱来的主要问题就是增设浆液循环泵，增大循环量提高液气比，增加系统阻力增设湍流器、托盘等辅助提效措施，同时脱硫塔出口设置高效除雾设施协同除尘。要实现脱硫系统的经济运行关键在于几个方面：①根据燃煤硫分和现场边界条件，确定适合的工艺路线，如硫分较低，建议采用空塔路线，降低系统固有阻力，降低风压系统电耗;②优化浆液循环泵运行方式，在保证二氧化硫排放达标的前提下，根据锅炉负荷情况和入口二氧化硫浓度，优化脱硫系统循环泵运行配比，找出达标降本的浆液循环泵运行的最佳组合方式，对于实现脱硫系统的经济性运行意义重大;③合理控制浆液品质，石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统的浆液pH的直接影响到脱硫系统的效率、石灰石溶解、亚硫酸盐的氧化、石膏的结晶、脱硫系统的腐蚀和控制系统的灵敏性，进而影响整个脱硫系统的经济性运行。比如拿石灰石的溶解速率来讲，该项指标与pH值呈指数增加关系，但是当pH大于某个值时，石灰石的利用率会急剧下降，因而控制pH在合适的范围内，可以提高石灰石的利用率，避免石灰石的浪费。因此，通过运行实践和性能测试，寻找各个工况下最佳pH值、浆液密度调节区间，有助于进一步提升脱硫系统性能，降低物料单耗;④合理控制氧化风系统运行，确保提供充足的氧化风满足吸收塔石膏结晶需求，避免过量鼓风造成浪费。

烟气颗粒物超低排放与燃煤成分有直接的关系，在燃煤火电机组颗粒物超低排放技术路线中，一次除尘技术主要为电除尘、电袋和袋式除尘技术，颗粒物超低排放技术路线中，二次除尘技术的重点是脱除细微颗粒物，主要为湿法脱硫协同高效除尘、湿式电除尘技术。要满足除尘设施达标排放前提下的经济运行，从以下几方面着手：①要对多变煤种煤源进行详细分析，确定设备选型，满足最差煤质条件下的达标排放;②做好机组频繁启停对除尘器性能影响的保养和治理，当机组经常启停，需要低负荷投油稳燃时，未燃尽的油和碳易粘附于除尘设备内的核心收尘部件上，影响除尘效率，甚至损坏核心收尘部件;③做好上游SCR烟气脱硝系统的优化，避免脱硝系统氨逃逸长期超标，造成除尘设备粘灰，影响除尘效率;④做好系统严密性排查治理，防治大量漏风影响除尘性能和运行经济性;⑤对二次除尘系统做好日常维护保养，确保冲洗频次和冲洗效果，降低协同除尘设施阻力，满足达标排放和经济运行兼顾效果。

3  深度治理的建议

综上所述，火电企业在确保电力安全、可靠、高效供应的前提下，要想做好大气污染物排放的深度治理以及机组的经济运行，围绕新标准、新要求提出了一些相关建议：①在火电企业尽快建立燃煤的梯次应用机制，保证电煤质量符合要求。燃烧器釆用先进的技术制造和设计，另外，在电煤燃烧初期，利用上下浓淡分离技术，可以有效的降低大气中的氮氧化物的排放量。②深入研究排放总量和排放浓度的关系，以此来提高政策与法规的一致性。③对重点区域、重污染时段大气中各项污染物排放浓度进一步限制，提高标准排放限值的严肃性，从而使企业环保设施从以往的满足达标运行转变为节能经济运行。与此同时，应积极资助企业超低排放新技术的研发与应用。④将现有机组对于排放标准的执行时间适当的放宽，以此提高执行标准的科学性。⑤深入分析和研究现有排放标准对于新兴环保产业和可行性技术的影响，以免在实践应用中出现不合理的应用技术。除此之外，还应根据我国的国情，进行有组织、有计划为我国燃煤火电企业量身定制相关统计、监测、考核标准、减排应用技术等，并对现有排放标准与环保设施进行协同控制。

4  火电行业发展趋势

自十二五以来，我国燃煤火电企业的发电机组逐渐向大容量、高参数方向推进。据有关部门统计，截至2018年底，火电机组容量为60万千瓦及以上者占所有火电机组比重的48%左右。就我国各省市电力结构不均衡等特点来看，火电机组主要分布于华东地区的上海市、江苏省、山东省和华北地区的山西省、内蒙古自治区以及华南地区的广东省等，而青海、海南和西藏这些地区火电机组容量相对来说比较少。所以，为了积极有效的控制燃煤火电企业中大气污染物的排放，国家和行业鼓励清洁发电技术研发和应用，通过多项优化措施降低发电煤耗，同时对不具备实施改造优化的机组纳入落后产能淘汰掉，加强节能减排，对于小火电机组实施直接关停、通过“上大压小”措施有力的推进了电力工业结构的优化调整等等诸多措施，并且均取得了良好的成效。但因我国人均装机容量与国外发达国家相比还有一定的差距，我国能源结构将决定在未来很长一段时间内还将不断增长火电机组的装容量。比如对于河北省来说为进一步实现能源结构优化，深度开展大气污染治理工作，河北省采用落后产能淘汰，节能改造提升，利用清洁能源来代替的措施，实施火电行业的全面整治行动。根据河北省提出的火电行业减煤专项方法中指出，将全面实施火电行业淘汰落后产能工程，停止使用30万千瓦以下面临运行期满的机组，对于大型供热机组可以覆盖的小型机组逐渐落实供热替代方案，之后实施关停处理。除此之外，河北省提出需要对城区燃煤热电机组使用天然气等一些清洁能源来代替化石能源，对于不具备清洁燃料替代的城区热电技术来说，应当妥善做好人员、资产安置，逐步实施退城搬迁。此外严格治理自备电厂，对于一些存在违法建设的电厂一律采取限期关停处理，对于能耗污染物排放不符合相关要求的电厂，责令整改，如果整改后仍没有达到标准则需要关停处理，对于落后产能淘汰改造需要充分利用关停机组容量坚持减煤量，减排放原则，替代高效节能的超临界热电机组。

5  小结

总之，要想使燃煤火电企业的大气污染物排放得到深度治理，同时还应保证机组的经济运行，就需相关企业按照国家政策的相关规定，实现因炉制宜、因地制宜、因煤制宜。对超低排放技术的经济性、环保性进行评估，加强多污染物协同脱除新兴技术的研发和推广应用，使企业环保改造费用和运行费用有效的降低，从而提高机组运行的稳定性和经济性，降低边界成本，为全面开展燃煤机组低排放提供技术力量的支持，进而使燃煤火电企业中大气污染物的排放达到健康、分批、有序的超低排放。

參考文献：

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[3]王磊.燃煤火电机组SO2超低排放改造方案研究[J].价值工程，2019，38（31）：155-158.