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從脫硫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展談我國NOx
郭斌 廖永進
摘要: 我國在酸雨控制區(qū)對SO2 排放開展了全面控制 工作,2003 年國家規(guī)定新建火電廠必須配套安裝脫 硫設備,我國的脫硫產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出爆發(fā)式的發(fā)展勢頭,截止到2007 年底,煙氣脫硫機組占燃煤機組的比例 上升至40%以上,2007 年成為SO2 排放控制史上的一個標志年,全國SO2 排放量在2006 年達到歷史新 高后,開始逐年下降。可是NOx 排放總量的快速增 長及其大氣濃度和氧化性的提高有可能抵消對SO2 的控制效果,使酸雨的惡化趨勢得不到根本控制。研究表明,HNO3 對酸雨的影響呈增長之勢, 降水中 NO3 -/SO4 2-摩爾比值在全國范圍內(nèi)逐漸增加[1]。我國 NOx 排放量和大氣NOx 濃度的快速增加, 使大氣污 染的性質(zhì)發(fā)生根本性變化,大氣氧化性增加,導致城 市和區(qū)域一系列的環(huán)境問題, 對人體健康和生態(tài)環(huán) 境構成巨大威脅,NOx 控制任務非常艱巨。氮氧化物 是酸雨的主要成分,燃煤火電廠是二氧化硫、氮氧化 物的主要排放體。因此,火電廠排放的大氣污染物若 得不到有效控制,將直接影響我國大氣環(huán)境質(zhì)量的 改善和電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
Abstract:
Key words :

  0 引言
    我國在酸雨控制區(qū)對SO2 排放開展了全面控制 工作,2003 年國家規(guī)定新建火電廠必須配套安裝脫 硫設備,我國的脫硫產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出爆發(fā)式的發(fā)展勢頭,截止到2007 年底,煙氣脫硫機組占燃煤機組的比例 上升至40%以上,2007 年成為SO2 排放控制史上的一個標志年,全國SO2 排放量在2006 年達到歷史新 高后,開始逐年下降。可是NOx 排放總量的快速增 長及其大氣濃度和氧化性的提高有可能抵消對SO2 的控制效果,使酸雨的惡化趨勢得不到根本控制。研究表明,HNO3 對酸雨的影響呈增長之勢, 降水中 NO3 -/SO4 2-摩爾比值在全國范圍內(nèi)逐漸增加[1]。我國 NOx 排放量和大氣NOx 濃度的快速增加, 使大氣污 染的性質(zhì)發(fā)生根本性變化,大氣氧化性增加,導致城 市和區(qū)域一系列的環(huán)境問題, 對人體健康和生態(tài)環(huán) 境構成巨大威脅,NOx 控制任務非常艱巨。氮氧化物 是酸雨的主要成分,燃煤火電廠是二氧化硫、氮氧化 物的主要排放體。因此,火電廠排放的大氣污染物若 得不到有效控制,將直接影響我國大氣環(huán)境質(zhì)量的 改善和電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
  1 脫硫產(chǎn)業(yè)在我國電力行業(yè)的發(fā)展
    1973 年我國環(huán)保機構正式成立,火電廠的煙氣 脫硫工作開始受到重視, 電力行業(yè)SO2 的排放控 制試驗也正式進入開發(fā)研究階段, 可是局限于小煙氣量的試驗或規(guī)模較小的工業(yè)鍋爐上,在125 MW 以上的大型電站鍋爐應用很少[2]。重慶華能珞璜 電廠采用石灰石-石膏法進行煙氣脫硫[3],標志著我國開始引進國外煙氣脫硫技術對火電廠SO2 進 行控制。直到目前我國40%以上的燃煤機組投運 了脫硫裝置,已超過發(fā)達國家(如美國)30%的脫 硫比例[4]
    縱觀脫硫技術及脫硫產(chǎn)業(yè)在我國火電廠的發(fā) 展,可概括為3 個階段:(1)1992—2002 年為“冷態(tài)” 階段。國家對火電廠煙氣脫硫的政策并不明朗,火電 廠加裝煙氣脫硫裝置多為示范性質(zhì), 技術全部國外 引進,設備國產(chǎn)化程度低,國內(nèi)專門從事脫硫的公司 寥寥無幾。(2)2002—2007 年為“熱態(tài)”階段。是我國火電廠煙氣脫硫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“爆炸式”階段,首先國 家對火電廠煙氣脫硫的政策十分明朗,新的政策、法 規(guī)及標準陸續(xù)出臺和修訂,包括一些強制性政策,如《排污費征收使用管理條例》, 國內(nèi)的脫硫公司也發(fā) 展到200 多家,基本采用與國外合作的技術模式,國 內(nèi)脫硫公司總承包,國外提供技術支持,國產(chǎn)化設備占的比重越來越高;此階段,適應我國火電機組不同 情況的煙氣脫硫技術得到全面發(fā)展, 如石灰石-石 膏濕法、煙氣循環(huán)流化床、海水脫硫法、脫硫除塵一體化、半干法、旋轉噴霧干燥法、爐內(nèi)噴鈣尾部煙氣 增濕活化法、活性焦吸附法、電子束法等煙氣脫硫工 藝;從投運的情況看,石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝技術是主流,占90%以上。(3)2007 年后為“溫態(tài)” 階段。經(jīng)過“熱態(tài)”階段的“爆炸式”發(fā)展,脫硫公司經(jīng) 過優(yōu)勝劣汰,很多脫硫公司離開了脫硫市場,而且國內(nèi)許多省份(如廣東)已經(jīng)完成了在役機組加裝煙氣 脫硫裝置的任務, 接下來的工作就是新建機組煙氣 脫硫裝置;由于脫硫裝置的國產(chǎn)化程度越來越高,部分脫硫公司擁有自主知識產(chǎn)權, 脫硫工程造價大幅 度下降。
    2 脫硫產(chǎn)業(yè)存在的問題
    我國的脫硫產(chǎn)業(yè)經(jīng)過30 多年努力探索,前后經(jīng) 歷了自主創(chuàng)新技術試驗階段、與國外合作技術試驗 示范試點階段以及引進技術吸收創(chuàng)新階段, 常規(guī)發(fā)展過程為“冷態(tài)”、“溫態(tài)”到“熱態(tài)”階段,因此我國脫 硫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程與常規(guī)發(fā)展過程有所不同, 取得 成績的同時也暴露出了一些問題。
    (1)脫硫技術自主創(chuàng)新能力仍然較低。2002— 2007年,我國的脫硫產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出爆炸式發(fā)展,可由 于監(jiān)管不到位,脫硫行業(yè)的準入門檻低,致使我國專門從事脫硫公司一度發(fā)展到200 多家[4]。可是大 多數(shù)脫硫公司在引進技術的同時忽視消化吸收, 不重視二次開發(fā)和創(chuàng)新, 難以對系統(tǒng)進行優(yōu)化設 計,并存在一種技術被國內(nèi)多家脫硫公司引進的 情況。
    (2)部分脫硫系統(tǒng)難以高效運行,工程質(zhì)量及運 行效果不甚理想。目前已建成投產(chǎn)的煙氣脫硫設施 實際投運率低, 脫硫裝置減排SO2 的作用未能完全發(fā)揮。主要是有些脫硫公司對國外技術和設備依賴 度較高, 沒有完全掌握工藝技術, 系統(tǒng)設計先天不 足,幾乎所有的電廠不能保證燃用設計煤種,實際燃用煤中含硫遠超過設計值, 造成小馬拉大車等先天 不足問題; 另外由于設備質(zhì)量等原因也影響了系統(tǒng) 的正常運行。
    (3)GGH(Gas-Gas Heater,煙氣換熱器)堵塞問 題。我國最早的石灰石-石膏濕法脫硫技術主要從 德國和日本引進,在2005 年發(fā)布的《火電廠煙氣脫 硫工程技術規(guī)范(石灰石/石灰-石膏法)》中也規(guī)定: “現(xiàn)有機組在安裝脫硫裝置時應配置煙氣換熱器”。因此目前投運的脫硫裝置90%以上都設置了GGH。 設置GGH 后,可提高煙氣排煙溫度和抬升高度,降 低污染物落地濃度,降低系統(tǒng)耗水量,減輕濕法脫硫
后煙囪冒白煙問題, 尤其對多臺機組共用1 根煙囪 的在役機組,無需對煙囪進行專門防腐,有利于脫硫 工程的順利開展。可是從近年濕法脫硫工程實踐看, GGH的設置存在很大問題,不僅增加了系統(tǒng)的投資 和運行電耗,堵塞嚴重,還大大降低了系統(tǒng)的可靠性 和可用率。
    (4)對脫硫市場的監(jiān)管急需加強。我國脫硫市場 的準入門檻低,對脫硫公司資質(zhì)、人才、業(yè)績、融資能 力等方面無明確規(guī)定, 相關管理規(guī)定和技術規(guī)范出自電力、環(huán)保、機械等多個行業(yè),沒有形式統(tǒng)一的標 準體系, 致使一些脫硫公司承建的煙氣脫硫工程質(zhì)量不過關[4]
    (5)脫硫設施運行依法監(jiān)督不利。《燃煤發(fā)電機 組脫硫電價及脫硫設施運行管理辦法(試行)》已經(jīng) 出臺,對于加裝脫硫的火電機組也給予電價補貼,可是由于各地經(jīng)濟發(fā)展不平衡, 脫硫電價受到標桿電 價的制約,對經(jīng)濟不發(fā)達的地區(qū),現(xiàn)有電廠脫硫成本 計入電價非常困難, 部分老電廠的脫硫電價政策沒
有及時到位;地方環(huán)保部門執(zhí)法不嚴,對脫硫設施日 常運行缺乏嚴格監(jiān)管, 部分電廠為獲得不應該得到 的經(jīng)濟利益,故意停運脫硫設施。
    3 我國NOx 控制策略
    3.1 現(xiàn)狀及排放水平
    目前我國沒有出臺相關強制性政策要求火電廠 必須安裝脫硝裝置,可是國家標準除對NOx 排放濃 度做出明確規(guī)定外,還明確火力發(fā)電鍋爐第3 時段鍋爐須預留煙氣脫除氮氧化物裝置空間。很多地方 政府也都根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況制定了地方標準(如 廣東),國家鼓勵企業(yè)對氮氧化物采取控制措施(如大氣法)。目前新上火電機組在環(huán)境影響報告書批 復和部分地方政府頒布的排放標準中,要求裝設煙 氣脫氮裝置??梢灶A見,煙氣脫硝必將成為我國火電廠煙氣凈化繼煙氣脫硫后又一個爆發(fā)式的發(fā)展 階段。
    圖1 為部分國家單位發(fā)電量NOx 排放情況對 比結果,看出世界主要發(fā)達國家如美國、日本、英國、 德國等, 其單位發(fā)電量NOx 排放水平從1985 年到1999 年都有大幅降低,我國單位發(fā)電量NOx 排放水 平從2000 年到2007 年也有降低, 可是與上述國家 相比, 我國2007 年單位發(fā)電量NOx 排放水平仍然 高于上述國家1999 年的單位發(fā)電量NOx 排放水 平,更高于上述國家同時期的單位發(fā)電量NOx 排放 水平。


    3.2 策略探討
    目前國內(nèi)外電站鍋爐控制NOx 技術主要有2 種:一是控制生成,主要在燃燒過程中通過各種技術 手段改變煤的燃燒條件, 從而減少NOx 的生成量,如低NOx 燃燒技術;二是生成后的轉化,主要是將 已經(jīng)生成的NOx 通過技術手段從煙氣中脫除掉,如 選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)等。后一種投資巨大,運行成本高,而且目前 核心技術仍然掌握在少數(shù)發(fā)達國家手中,如SCR 技 術采用的催化劑基本依靠進口。 因此,我國NOx 的控制原則應綜合考慮企業(yè)的 經(jīng)濟實力和發(fā)展水平,借鑒發(fā)達國家的先進經(jīng)驗。首 先進行一次脫硝,采用各種低NOx 燃燒技術,減少 煤燃燒過程中NOx 的生成;
然后進行煙氣脫硝,如 SCR 技術、SNCR 技術等,以降低投資和運行成本[1]。 在發(fā)展煙氣脫硝技術時,推進各種煙氣脫硝技術的中、外合作,最終實現(xiàn)煙氣脫硝技術的國產(chǎn)化,建立 我國煙氣脫硝工程標準體系。圖2 為我國NOx 控制 原則。


    3.3 建議
    (1)堅持低NOx 燃燒控制原則。低NOx 燃燒控制的優(yōu)點是技術成熟,投資和運行成本低,考慮我 國技術經(jīng)濟發(fā)展水平和電力企業(yè)的承受能力,應繼續(xù)采用各種低NOx 燃燒技術,如目前廣泛應用的深 度空氣分級燃燒技術、三級分級燃燒技術等;在 新建機組上采用低NOx 燃燒技術,對老機組進行低 NOx 燃燒技術改造??煽刂芅Ox 排放濃度在300~ 350 mg/m3。
    (2)開發(fā)我國自主知識產(chǎn)權的煙氣脫硝技術。吸取我國脫硫產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的經(jīng)驗和教訓,避免脫硫產(chǎn)業(yè)化過程中的彎路,通過示范工程,引進、消化國外技術,培育出掌握先進煙氣脫硝技術、具有市場 競爭能力的工程公司,為啟動國內(nèi)脫硝市場創(chuàng)造條件; 在完成示范工程后,可以取得煙氣脫硝的技術指標, 如參數(shù)選取、機組匹配和技術選擇方法等,建立我國的煙氣脫硝工程標準體系。
    (3)NOx 排放標準的制定要科學合理。排放標準 的制定應根據(jù)我國不同地區(qū)的地理位置、經(jīng)濟發(fā)展 水平等,要有針對性,避免一刀切。
    (4)制定完善的法律、政策、標準體系。依靠完善 的法制體系,讓企業(yè)主動承擔社會責任,選擇適合自 己的脫硝技術,而不應采用過多的行政手段干預企業(yè)的生產(chǎn),甚至指定某種脫硝技術;目前新建機組實 施煙氣脫硝大多是為有利新建項目的批復或者是爭 取示范項目和重點項目的改造。
    (5)及時出臺科學合理的脫硝電價政策。加裝煙 氣脫硝裝置(如SCR 裝置),可是投資運行成本昂 貴,國家應及時出臺科學合理的脫硝電價政策,針對不同的煙氣脫硝技術,制定合理的脫硝電價,充分調(diào) 動電力企業(yè)治理NOx 排放的積極性。
    4 結語
    (1)脫硫產(chǎn)業(yè)近年在我國呈現(xiàn)出爆炸式發(fā)展,取 得了顯著的成績,同時也暴露出一些問題,如脫硫技 術自主創(chuàng)新能力較低、部分脫硫系統(tǒng)的工程質(zhì)量及運行效果不甚理想、GGH 堵塞,對脫硫市場的監(jiān)管和 脫硫設施運行需要進一步加強監(jiān)管。
    (2)我國的NOx 控制應堅持先一次脫硝再煙氣 脫硝的原則,以降低投資和運行成本。
    (3)我國的NOx 控制應吸取脫硫產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程 中的經(jīng)驗和教訓,開發(fā)我國自主知識產(chǎn)權的煙氣脫硝 技術,并制定科學合理的NOx 排放標準和完善的法律、政策體系,及時出臺科學合理的脫硝電價政策, 調(diào)動電力企業(yè)治理NOx 排放的積極性。
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