火电厂对其周围大气的影响分析

卢海勇，郜 涛，汤建新

（浙江瑞阳环保科技有限公司，浙江 杭州 310000）

目前我国的能源消费体系中，煤炭消耗仍旧占据较大的比例。火电厂作为煤炭资源消耗的高污染、高能耗产业，同样也是我国生态环境保护过程中的重要内容，与之相对应的环保法规、政策发展较为健全，火电厂的生产整体环保水平相对较高。随着我国“双碳”政策的实施，各地的火电厂生产对于大气污染的负面影响也有所下降，但实际上就目前我国火电厂的运转生产看来，其所排放的各种污染物对于大气环境的负面影响仍旧较为明显。本文通过探讨、研究火电厂对周边大气的影响，并提出了相应的解决策略，以便为今后我国火电厂的稳定运行以及大气污染物排放数量降低提供借鉴和参考。

1 火电厂运转生产中对周围大气产生的影响分析

通常而言，我国的火电厂是以煤炭作为主要的燃料，在其燃烧生产过程中所产生的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫以及排放的污水、粉尘等都会对大气环境产生较为严重的影响。作为火电厂燃烧过程中排放的主要氮氧化物，一氧化氮这一物质的生成与煤炭燃烧过程中的速度和温度环境有着紧密的关联。氮氧化物以及燃料类型在一氧化氮生成数量方面起到了决定性的作用。通常而言，传统粉煤炉应用中生成的一氧化氮数量一般维持在440～530 ppm这一范围内，液态化排渣炉在使用中一氧化氮排放量则可以达到880～1 000 ppm之间[1]。一氧化氮在排放到大气环境之后，对于人体的呼吸系统产生严重的刺激，在一氧化氮的长期影响下很容易会出现高铁血红蛋白症，直接威胁到人体的中枢神经系统。

在火电厂生产运转的过程中，煤炭经过过度高温煅烧之后，硫元素都可以逐步转化为二氧化硫这一有害气体，并且其中的少部分气体可以缓慢转变为三氧化硫。但如果大气环境的颗粒物含量相对较高，并且在大气湿度甚至达到一定范围的情况下，反应进程将会得到进一步地加快。如果二氧化硫处于一氧化碳和紫外线长时间稳定照射的环境条件下，则会出现硫酸的酸雾以及三氧化硫这类物质的形成形象，这一系列的硫化物将会成为酸雨这一生态环境污染现象的主要形成原因，在危害到大气环境的同时，酸雨现象对水体环境以及农田生产环境同样会带来明显的影响。火电厂的煤炭在燃烧排放的过程中，通常会出现一定数量的粉尘，这些粉尘颗粒虽然不会直接对环境产生危害，但却会随着呼吸系统进入人体，随着逐渐地积累将会对人体的呼吸系统产生严重的损害[2]。粉尘能够与一氧化氮和二氧化硫这类有害气体进行结合，直接加大对大气环境的污染和损害。

2 目前国内火电厂燃煤大气污染物排放标准数据分析

随着我国生态环境保护理念的持续发展以及相关技术的进步，目前我国在火电厂污染物排放数量的相关标准中，我国火电厂内部的现役、新建机组在运转中生成的大气污染物数量与发达国家的标准相比得到了进一步的下降。在国内雾霾等大气污染环境问题越发严重的情形下，生态环境部、国家发改委和国家能源局也纷纷出台了有关煤电行业生产节能减排等方面的工作计划，要求原本具备改造条件的火电厂需要达成既定的超低大气污染物排放数量指标要求，截至2020年底，我国境内已经达成大气污染物超低排放数量指标要求的火电机组容量达到了8.1亿千瓦时，已经占据了全国总体火电装机总容量的80%。燃煤电厂在已经完成我国相关部门提出的大气污染物超低限度排放任务之后，根据自身的经济发展状况以及技术实力，进一步开展了深度节能减排的工作，确保大气污染物的排放数值能够进一步低于超低排放数值。结合目前我国火电厂大气污染物的排放相关标准数据看来，重点地区的烟尘含量需要维持在20 mg/m3，其余地区则需要维持在30 mg/m3。二氧化硫的污染物排放数量，重点地区的排放量需要控制在50 mg/m3，而其余地区则需要控制在100～200 mg/m3之间。氮氧化物作为大气环境污染的主要物质，国内各火电厂的排放数值需要控制在100 mg/m3以下。在国家有关部门制定出有关火电厂大气污染物总体排放标准数值之后，全国各个地区分别结合当地火电行业的发展状况以及大气污染实际指标，针对国家所提出的排放数据要求作出了进一步的调整，使得国内火电厂的大气污染物排放治理工作得到了更进一步的发展。

3 降低火电厂对周围大气环境污染的技术措施

3.1 脱硫技术的应用

二氧化硫作为大气污染环境的主要物质，也是造成酸雨的主要原因。火电厂在燃煤发电的过程中，为了降低对于周边大气环境的污染，通常会选择脱硫技术将煤炭中的硫元素含量进行削减，以此来降低二氧化硫物质的排放数量，通常可以分为燃烧前、燃烧中以及燃烧后的脱硫技术[3]。目前硫化床锅炉作为我国火电厂煤炭燃烧过程中的主要锅炉类型，以其作为基础诞生的循环硫化床锅炉燃烧技术可以在硫化床锅炉内部加入石灰石，石灰石在受热分解的情形下，内部的元素将会和二氧化硫产生完全的化学反应，最终将二氧化硫这一气体污染物完全去除。同时，在经过受热分解之后，石灰石形成的氧化钙、飞灰这类脱硫产物能够进入到燃烧室中进行二次的利用。在石灰石与二氧化硫物质的钙硫比数值维持在2～2.5范围的情况下，该项技术取得的脱硫效果能达到90%以上。分段燃烧技术的引入能够进一步控制煤炭燃烧过程中的氮氧化物的产生数量，尤其是对于含有中等挥发含量的煤炭效果更为明显，因为挥发成分中含有大量的氮元素，能够在燃烧室内被有效地吸收，在缺氧的环境下，能够最大限度地降低氮氧化物的产生数量，从而同步实现二氧化硫的脱除以及氮氧化物排放量减少的目标。虽然这一技术当下的脱硫效率始终维持在85%以上，但却可以在不购置控制设备的情况下拥有较高的脱硫效率，凭借在炉内脱硫以及氮氧化物排放数量有效控制的优势，得以受到国内诸多火电厂的重视并逐渐向着大型化的方向发展。同时，在火电厂运转过程中，烟道末端同样是控制二氧化硫产物的重要位置，湿法烟气脱硫技术得以在其中广泛应用，二氧化硫在与石灰石浆液完全接触的情形下，在经过化学反应之后能够形成相应的亚硫酸钙副产物，并在浆液池通入合理数量的氧气，亚硫酸钙在氧化作用的影响下将会得到其他行业发展所需的石膏产物。在石灰石浆液和二氧化硫气体钙硫比数值达到1的情况下，脱硫效果能够达到95%以上，副产物石膏在纯度方面同样具备明显的优势。在我国全新火电厂大气污染物排放标准的限制下，脱硫催化剂、添加剂在脱硫工作中的应用可以有效满足当下我国火电厂在大气污染物排放数量指标方面的要求。

3.2 除尘技术的应用

粉尘和烟尘作为影响大气环境及人们呼吸系统的重要污染物，随着相关技术的发展，袋式除尘、电除尘和电袋复合除尘等技术得以在烟尘、粉尘去除过程中广泛应用。袋式除尘技术主要使用的机械式过滤除尘器，借助其中设置的布袋收集气体中的固体颗粒污染物[4]。细微尘粒会在布朗运动的影响下，与布袋纤维持续进行碰撞逐渐和气体进行分离。这种除尘方法应用所取得的具体效果与粉尘自身的扩散、惯性、重力以及纤维的密度等因素有着紧密的关联。一个除尘性能水平相对较高的滤布，除了需要在致密度和透气性上具备优势之外，同样也需要具备良好的耐腐蚀性、耐热性。电力除尘技术则是将直流高压电源作为基础，凭借强电流将气体中含有的悬浮尘粒进行分离并将之转入到尘粒储存装置中，在尘粒去除效率方面有着十分明显的优势。电除尘装置不但拥有着较好的除尘效率，并且能够用于海量高温烟气的处理中。电袋复合除尘技术则是电除尘技术作为基础，将袋式除尘和电除尘技术的优点进行综合应用发展而来的全新技术，主要应用在百万级别的火电机组发电过程中，烟气的总体排放浓度能够控制在30 mg/m3以下。

3.3 脱硝技术的应用

火电厂燃烧过程中，针对大气污染物排放数量控制的另一个措施就是脱硝技术，这主要是针对氮氧化物的排放浓度进行控制。为了从源头上针对煤炭燃烧过程中的氮氧化物的排放数量进行控制，需要优先考虑低氮燃烧技术的应用，能够降低50%的氮氧化物排放浓度，SCR、SNCR及两者混合应用的技术类型同样在燃煤脱销工作中有着明显的应用优势。火电厂在建设投资控制的过程中，为了有效降低运行成本的实际投入水平，低氮燃烧、SCR技术的联合使用，在300 MW及以上的火力发电机组运行中的适用性优势十分明显，在火电厂生产运转的过程中，SNCR的、SCR技术在脱硝处理方面的效率数值有着较为明显的差距。随着我国有关火电厂发电大气污染物排放标准越发严苛，火电厂污染物脱硝主要技术选择SCR技术。SCR作为一种还原剂，能够在催化剂的作用下，有效地将烟气中含有的氮氧化物还原为氮气和水。与之相关的控制装置通常是在锅炉的省煤器出口和空预器入口之间进行布置，反应环境温度通常维持在300～400 ℃之间。这一技术不但能够削减氮氧化物的排放数量，并且在二次污染降低、净化效率等方面都有着明显的优势，但这类技术需要投入的设备资本相对较高，关键技术难度较大，烟气在结露之后容易对设备、管道带来腐蚀问题。

3.4 火电锅炉型号的合理选择

火电厂在大气污染物排放数量控制的过程中，锅炉的型号选择能够直接决定煤炭燃烧得充分与否以及大气污染物的排放数量。结合目前我国的相关技术发展看来，链条排锅炉、煤粉炉和循环硫化床锅炉是三种应用最为广泛的类型，其中链条炉排锅炉的容量最大值为75 t/h，容量相对较少，并且锅炉热效率并不具备明显的优势，已经逐渐被其他两种类型的锅炉取代[5]。即便三种锅炉类型都有着明显的排放差异，但随着我国针对火电厂大气污染物排放标准变得越发的严格，循环硫化床锅炉在炉内脱硫、低温燃烧等方面的优势，使其得以广泛应用。火电厂在生产运营的过程中，出于满足环保工作要求、提高热效率以及脱硫工作成本降低等方面的考虑，循环硫化床锅炉的选择十分合理。这一锅炉在燃烧效率、煤炭种类适应性等方面都有着明显的优势，并且在煤炭燃烧过程中的炉内温度控制难度相对较低，配合炉内脱硫以及低温燃烧等多种技术方式的综合应用，能够有效控制二氧化硫以及其他氮氧化物的生成。

4 降低火电厂对周围大气环境影响的保障措施

4.1 奖惩政策的持续完善

在目前我国火电厂仍旧作为电力能源主要生产场所的前提下，为了进一步控制其生产过程中的大气污染物排放数量，需要更好地利用经济杠杆调动全社会参与到大气污染的防治中。我国政府部门需要针对大气污染物排放控制地区和阶段方面的差异，针对各种激励奖惩制度进行进一步的完善和细化，对于企业节能减排过程中的成本投入进行适当的补贴，对于那些大气污染物排放达不到标准要求的企业，需要进一步加大惩戒力度。对于火电厂的工业锅炉选择、应用而言，需要以电站锅炉环保电价作为出发点建立相对应的补贴优惠政策体系，借此保障火电厂的工业锅炉污染物排放数量得到更进一步的控制[6]。从市场机制的应用层面看来，为了保障火电厂污染物排放数量得以控制在限定标准内，需要在全面利用市场机制的前提下，逐步探索建立大气污染物排放权交易市场，以此作为火电厂研发全新排污控制技术的主要动力。那些正在进行大气污染物超低排放量技术研发及技术改造的火电厂所产生的各种大气污染物剩余的排放权同样可以作为企业利润的主要来源，在经过交易之后能够产生较为可观的利润，确保能够在全社会范围内生成大气污染物降低排放的动力。火电厂在进行燃煤锅炉改造或者是大气污染物技术研发的过程中，通常需要较多资金的投入，通过合同能源管理这类商业模式的引入和应用，由合同能源管理企业与火电厂共同签订节能减排合同，将火电厂的节能减排作为出发点获得相应的利润，确保能够将大气污染物进行二次的资源利用，削减大气污染物排放控制过程中的成本投入。

4.2 现有技术路线的持续完善

目前我国火电厂仍旧是将煤炭作为主要的来源，为了有效削减生产过程中的大气污染物排放数量，特别需要关注全新节能减排技术以及超低污染物排放技术的创新以及研发。火电厂相关部门需要针对污染物脱除技术协同工作影响进行深刻的研究，发掘污染物去除工艺之间的相互影响，持续进行协同处理技术的研发完善以及推广，并最终形成完善、具备明显经济优势的一体化协同减排技术方案。

4.3 减排路径的差异化实施

由于我国火力发电厂在规模、生产工艺面都存在着明显的区别，今后的大气污染物排放控制需要实施差异化，要求在遵循因地制宜原则的前提下，针对重点控制区域实施以大代小的建设原则，通过燃煤发电机组的集中建立，针对供热供气进行统一处理，将超低大气污染技术进行推广，并需要针对重点控制区域实施更为严格的大气污染物控制措施。那些节能减排工作要求相对一般的区域，需要使用环保型的燃煤技术，并选择经济型的燃煤锅炉，配合各种经济化的大气污染物处理手段，在深刻发掘一般区域大气污染物控制技术发展潜力的同时，降低火电厂运转过程中的污染物排放数量。

5 总结

火电厂作为我国目前电力能源的主要来源，煤炭燃烧过程中产生的二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等都是大气环境污染的主要污染物，并且会对人们的身体健康造成严重的损害。需要火电厂从除尘、脱硫、脱硝三个基础层面入手，并由政府部门提供奖惩政策方面的支持，配合技术的研发创新以及差异化的排放控制策略，逐步降低我国火电厂运转过程中的大气污染物排放数量。