燃煤电站锅炉烟气污染物超低排放综述.doc

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1、燃煤电站锅炉烟气污染物超低排放综述经济和社会的不断发展，促使电力需求持续增加，但日益严峻的环境问题促使国家和各级政府出台一系列政策措施，降低燃煤锅炉烟气污染物排放值，使其接近或低于燃气轮机排放值。文章从超低排放的起源、争议和面临的问题三个方面进行阐述，最后给出超低排放发展的建议。电力行业蓬勃发展的同时其造成的环境污染也不容忽视，据统计电力行业消耗煤量占我国总耗煤量的50%以上，由燃煤造成的环境污染严重影响国民的身体健康，也是我国经济可持续发展的巨大障碍。为了控制电厂污染物排放量，降低燃煤对经济环境社会的影响，我国颁布了史上最严格的大气污染物排放标准。面对日益严峻的环境问题，国家出台了一系列政策

2、规定来降低火电行业的污染物排放。在“十一五”期间我国的火电大气污染物控制取得了巨大成就，在火电装机容量不断增长的情况下，燃煤污染物总排放量增幅较小且烟尘总排放量略有降低。火电厂大气污染物排放标准（GB132232011）发布时，其标准受到广泛的质疑，认为其标准过于苛刻，在技术和经济性方面不足以支持此标准。但是由于雾霾频发，该标准逐步为业内认可。在新发布的污染物排放标准中首次增设燃气轮机的污染物排放标准，国内的电力相关企业及集团在新标准的基础上加以研究并提出了“超低排放”。目前我国将燃煤锅炉排放值低于燃气轮机的标准称为“超低排放”或“近零排放”。根据我国目前电力发展情况，有专家学者提出采用污染物

3、高效协同脱除技术，降低燃煤锅炉污染物排放使其达到燃气轮机排放水平。本文从超低排放政策措施、超低排放存在的争论展开，并对超低排放对环境改善效果和其经济性展开论述。一、超低排放及与其相关的政策措施超低排放由污染物协同脱出系统对锅炉烟气进行净化处理达到，超低排放系统由多种高效污染物脱除系统组成，一种设备可以同时脱除多种污染物，通过将不同设备的功能进行优化及污染物控制系统整合优化，可以实现SCR反应器、除尘设备、FGD脱硫塔和ESP等环保装置协同工作。通过装置优化与系统整合不仅可以提高自身的污染物脱除效率，降低污染物排放值，同时可以实现多种污染物协同脱除，使电厂的污染物排放达到超低排放的要求。在二氧化

4、硫减排方面，主要通过对FGD脱硫系统改进，如增加喷淋层数、提高液气比等。在氮氧化物方面，首先使用低氮燃烧技术，降低锅炉氮氧化物生成量，再通过使用新型催化剂等技术提高SCR的脱硝效率。在烟尘、三氧化硫及重金属方面，主要利用SCR脱硝系统、除尘器、FGD脱硫系统等协同作用以实现超低排放。国家多部门联合制定了煤电节能减排升级与改造行动计划（20142020年），发达省份也根据各省实际情况提出相应的政策措施。国内外已有在运行超低排放锅炉，其大多数在中国，美国和日本也有数台。例如浙能嘉兴电厂、六横电厂、上海外高桥电厂、日本碧南电厂、美国PrairieStates电厂等，现运行机组多为示范工程。二、关于超

5、低排放的争论超低排放一提出便受到广泛的关注与争议，目前我国的污染物排放标准与发达国家相比也处于领先水平，许多专家学者认为相较于提高污染物排放标准，其投入可能比其产出更多造成得不偿失。表1为我国新污染物排放标准与发达国家的排放标准对比，其中美国的排放标准较为复杂与煤质有很大关系，通过折算才能与各国标准对比。通过比对可以发现，目前我国的重点地区排放限值除在颗粒物方面比美国高一点外，SO2和NOx全面优于德国、日本和澳大利亚。在发改委、能源局和环保部联合发布的20142093文件中排放值要求全面优于上述国家的排放值。表1中国与主要发达国家污染物排放标准对比（mg/m3）污染物排放浓度越低，其投入的运

6、行费用与设备改造费用也就越低，因此在重点地区排放标准的基础上是否还需进一步提高排放标准成为争论的焦点。下面从经济性，可行性等方面来分析超低排放是否科学。经济性是企业研究重点之一，在不违反法律与规定的同时争取利益最大化是每个企业追求的目标。从成本上说，将全国一般燃煤电厂实施超低排放的，约需要投资600亿元以上，年运行成本也会增加300亿元以上。我国火电污染物排放总量巨大，实行超低排放后我国重点区域内其在烟尘、二氧化硫、氮氧化物增加的减排量分别为7万吨、10.5万吨和35万吨，占全国总量的1.04%、0.56%和1.9%，可以发现实行超低排放对我国污染物减排贡献有限。熊跃辉指出在目前不能大规模建设

7、超低排放燃煤机组的原因有如下几点：（1）目前超低排放仅包括当氧化物、二氧化硫和烟尘3项，在二氧化碳、汞、废水和其他污染物方面未做考虑，因此不能盲目建设超低排放燃煤机组。（2）在国家补贴的基础上，实现超低排放也会造成多数发电企业无利可图，这降低了企业在锅炉超低排放的积极性。（3）目前燃气轮机发电成本高于超低排放燃煤发电约一倍，但考虑在燃料开采、运输和使用过程中对生态和人体危害等方面的综合成本来说，超低排放燃煤机组的成本优势可能会减弱甚至消失。实行超低排放应该经过科学论证和严谨的检验验证，在超低排放对环境改善方面应该科学研究。必须从机理上清楚了解污染物排放与环境改善的关系，我国的绝对减排量巨大，但

8、是环境改善却不明显，在以后的政策制定时应该以改善环境为前提。超低排放在环境改善的积极意义有如下几点：（1）燃煤机组大气污染物排放占我国总大气污染物排放的33%以上，超低排放可以在绝对总量上降低污染物排放。通过对企业停产限产等政策，可以明显改善地区空气质量，今年APEC期间北京的环境就得到很大改观。（2）采用超低排放可以刺激环保事业的不断进步，随着经济水平不断发展，国民对环境质量的要求也在不断提高，通过提高排放标准可以倒逼企业进行技术革新并采用更加先进的设备。（3）保护环境是每个公民应尽义务，以更加严格的排污标准要求自己也是每个企业履行社会责任的体现，这还有助于形成共同减排，集体环保的社会氛围。

9、超低排放对空气环境中PM2.5减少也具有积极意义，煤烟灰、机动车尾气、城市扬尘是PM2.5的三大主要来源，其贡献比例分别为14.37%、15.15%、20.42%。根据对燃煤锅炉排放的颗粒物粒径分析可以发现锅炉产生的初始颗粒物粒径分布为PM10与总悬浮颗粒物比值为32%48%,PM2.5与总悬浮颗粒物比值为2%4%,PM2.5与PM10比值为5%12%。采用五电场静电除尘器后颗粒物排放浓度20mg/m3,粒径分布为PM10与总悬浮颗粒物比值为92%94%,PM2.5与总悬浮颗粒物比值为87%90%,PM2.5与PM10比值为9596%。采用袋式除尘器后颗粒物排放浓度20mg/m3,粒径分布为P

10、M10与总悬浮颗粒物比值为97%,PM2.5与总悬浮颗粒物比值为96%,PM2.5与PM10比值为99%。通过上述数据可以发现，锅炉排出的颗粒物以大粒径颗粒物为主，经过静电除尘器或布袋除尘器大粒径颗粒物被捕捉，排入空气中的颗粒物以小粒径颗粒物为主，排入空气中的PM2.5约为96%。三、超低排放面临的问题在我国超低排放超速发展甚至是跃进有深层次原因。由于火电的排放问题一直困扰着电厂发展，减排压力促使国家出台“上大压小”政策，使我国火电机组向大功率、大容量发展。虽然大容量机组在能耗和污染物排放方面优于小容量机组，但由于机组设备发电负荷低和机组利用小时数低等原因，大容量锅炉的实际效率和污染物排放都与

11、设计值有较大差距。受更加严格排放限值的压力，许多电厂在原有污染物脱出设备基础上进一步投资大量资金进行升级改造。对现役机组燃煤机组的升级改造后，从特别排放限制到燃机轮机排放标准，对于1000MW机组，需要增加的成本为0.96分/千瓦时；对于600MW机组，需要增加的成本为1.43分/千瓦时；对于300MW机组，需要增加的成本为1.87分/千瓦时。对于发电企业而言，申请大容量机组不仅可以降低单位建设成本还可以获得更高的发电量配额，上网电量指标的高低关系着电厂的效益。火电机组利用小时虽然高于小容量机组，但其设备利用率并未达到最佳。此外大容量机组的负荷率偏低造成的美煤耗增加也是不容忽视的。根据机组实际

12、运行情况，机组负荷率提高10%，不同等级的机组影响供电煤耗也在5克/千瓦时以上。这无形中就造成了资源浪费，并且随着大容量火电机组不断增加，浪费现象可能会更加严重。在调峰上大容量机组不具备优势，且调峰过程对地方电网影响大。我国的小容量机组都比较老旧，因此在实际调峰过程中还是依靠新建大机组。在我国机组建设过程中没有充分调研和论证，在大小容量机组的分配中不合理。每次国家环保政策的出台，都会造成部分电厂环保设施改造重建，造成严重的重复投资。升级改造往往需要对管道和设备进行重新设定，对某些电厂而言建设完成时预留场地有限，新增加的设备布置又成为一个新问题。还有一些正在进行改造的电厂在新政策出台后需要对原有

13、方案进行推翻重新设计，这就造成前期大量资金投入的浪费。除了资金浪费之外，火电企业超低排放给电厂技术选择和管理方面也会带来压力。在现有技术条件下实现超低排放需要增加环保设备，通过控制煤质、系统优化等手段来实现，这回造成系统稳定性降低、能耗增加、烟道阻力增加等问题，企业在稳定运行和资金投入方面都会有巨大压力。四、超低排放发展的建议在上述对超低排放经济性和可行性分析的基础上，从政策制定、电厂运行管理等方面对其提出建议。超低排放有其积极的意义，在目前技术条件不断进步的情况下可以适当发展，在未做充分调研论证的情况下不可盲目跃进式发展。由于经济发展水平、人口密度等条件因素我国将将大气污染物防治区域分为重点

14、区域和一般控制区，并对不同区域实行不同的污染物控制标准。根据不同区域差异化控制要求，建议在重点控制区优先发展超低排放技术。对新建、改造和改造不久机组采取不同政策，对新建、改建机组重点要求，新改建锅炉给予合适缓冲时间，降低其原改造过程投入资金浪费，因地制宜采用更加经济合理方案。超低排放技术原始投资巨大，运行费用较高，因此发电企业在超低排放方面积极性并不高。我国对脱硫、脱硝电价实行补贴政策，但相较于高昂的原始投资和运行费用，补贴费用很难弥补电力企业在烟气净化方面的投入。随着燃煤锅炉污染物脱除一体化协同控制技术的发展，预计至2050年我国燃煤电厂可以将烟尘排放量控制在50万吨，SO2和NOx年排放量

15、都可以控制在200吨左右。在大气污染物控制和二次污染防治方面的成本约为6分每千瓦时，建议根据火电厂大气污染物控制的阶段和地区差异，进一步调整环保电价政策，通过环保电价补贴和经济杠杆激发企业的守法主动性。此外国家可以适当提高对污染物减排表现优秀的企业给予税费和发电时长等方面照顾。虽然目前我国燃煤电厂100%都安装了脱硫设施，但其污染物脱除率远低于设计值。如果其脱硫效率可以达到90%那么也可以减少一半以上的二氧化硫。此外我国还存在大量的自备电厂，其脱硫效率约为45.3%，加强自备电厂脱硫设施的运行情况势在必行。在脱硝设备运行过程中也存在脱硝效率低等情况，因此电厂脱硝潜力巨大。除了加强对污染物控制系

16、统的运行情况，还需加大对违规电厂处罚力度，提高企业违法成本。目前我国发电煤耗量占全国总煤耗52.8%，远低于美国的93.3%、德国的83.9%、韩国的61.7%，与集中高效利用相差甚远。由取暖、供热的小锅炉耗煤量占我国煤炭消耗比例较重，小型锅炉烟气脱硫、脱硝及除尘设备的脱除效率较低，远低于燃煤电厂。2012年我国工业锅炉耗煤4亿多吨，排放了410万吨烟尘、570万吨SO2和200万吨的NOx，工业锅炉污染物排放量大且贴近地面，对环境空气质量影响很大。可以看出相比于提高燃煤锅炉排放标准，实行“以电代煤”、关停小锅炉和集中供热等措施可以更大幅度的减少大气污染物排放。集中供热不仅能够极大地提高能源的利用效率，减少能源的不必要浪费，还可以取消分散的小型锅炉供热腾出许多城市空间和改善城市环境和容貌降低小锅炉产生的污染物。五、结论通过以上论述可以得出以下结论：1