呂敬友，劉俊峰

　?。▏W(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海200437）

　　摘  要： 介紹了上?；痣?a class="innerlink" href="http://ihrv.cn/tags/環(huán)?，F(xiàn)狀" title="環(huán)?，F(xiàn)狀" target="_blank">環(huán)?，F(xiàn)狀和對(duì)區(qū)域霧霾的貢獻(xiàn)率。闡述了上?；痣娧b機(jī)容量成倍增長但煙氣污染物排放持續(xù)下降的控制方法。針對(duì)環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)，探討了解決污染物排放問題的措施，提出了煙氣多污染物協(xié)同控制技術(shù)建議。

　　關(guān)鍵詞： 霧霾；燃煤電廠；環(huán)?，F(xiàn)狀；污染物協(xié)同控制

0 引言

　　近年以PM2.5為代表的霧霾天氣在我國頻現(xiàn)，2014年我國74個(gè)實(shí)施新的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3095-2012的城市達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的僅占10.8%。2013年1月,北京PM2.5最高濃度是二級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的13倍，上海是4倍，超過WHO準(zhǔn)則值更大。我國大氣污染特點(diǎn)已從煤煙型轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌闲?。為改善大氣質(zhì)量，國家密集出臺(tái)了一系列的法規(guī)、政策。我國最為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)B13223-2011《火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》于2014年7月1日起執(zhí)行，GB3095-2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》將于2016年執(zhí)行。由于環(huán)保政策、標(biāo)準(zhǔn)和要求的日益嚴(yán)格，電力將掀起新一輪燃煤機(jī)組環(huán)保技術(shù)改造熱潮。

1 電力發(fā)展和環(huán)?，F(xiàn)狀

　　1.1 電力發(fā)展與節(jié)能減排

　　多年來，我國電力保持著高速增長，2014年底，全國發(fā)電裝機(jī)容量13.59億千瓦，其中煤電8.25億千瓦，占總裝機(jī)容量的67%左右,電力耗用全國50％左右煤炭，燃煤量約19億噸。全國年發(fā)電量為5.4萬億kWh，其中火電年發(fā)電量4.2萬億kWh。我國裝機(jī)容量、發(fā)電量、燃煤量均列世界第一。

　　2014年上海總裝機(jī)容量為20 310 MW,其中燃煤機(jī)組為15 018 MW，燃?xì)?、燃油機(jī)組為5 292 MW。為建設(shè)環(huán)境友好型城市，上海嚴(yán)格控制燃煤機(jī)組建設(shè)，采用大代小達(dá)到節(jié)能環(huán)保。新增用電主要增加區(qū)外來電和建設(shè)燃?xì)鈾C(jī)組。目前區(qū)外來電占上海用電量的50%以上，在“強(qiáng)饋入弱開機(jī)”新常態(tài)下，上海300 MW及以下燃煤機(jī)組主要用作調(diào)峰和備用。與2005年10 500 MW裝機(jī)容量相比，裝機(jī)容量增加了93.4%，但年發(fā)電量從629.3億kWh增加到2014年的777.0億kWh，只增加23.5%，年用煤量從2 790萬噸增加到3 087萬噸，只增加10.6%。燃煤機(jī)組平均供電煤耗2014年為303.2g/kWh，比2000年的351.0g/kWh、2005年的338.0g/kWh，分別下降了13.6%和10.3%。具體見圖1。

　　上海嚴(yán)格控制燃煤質(zhì)量，使用低硫、低灰優(yōu)質(zhì)煤，燃煤質(zhì)量見表1。燃煤灰分從2005年的18.3%降至2014年的14.4%，下降了3.9個(gè)百分點(diǎn)，硫分基本上控制在0.6%以下。從源頭上控制煙塵、SO2的排放，取得節(jié)能減排的效果。

　　1.2 污染物排放有效的防治措施

　　近年來，上?；痣姀S開展了大規(guī)模的環(huán)保設(shè)施建設(shè)和環(huán)保設(shè)施的持續(xù)改造，以適應(yīng)日益嚴(yán)格的環(huán)保政策和史上最嚴(yán)排放標(biāo)準(zhǔn)。2014年上海地區(qū)上網(wǎng)受監(jiān)燃煤機(jī)組41臺(tái)，采用高效電除塵器的鍋爐24臺(tái)，有17臺(tái)中小機(jī)組合計(jì)2 470 MW容量改成布袋除塵器。脫硫系統(tǒng)從2005年開始建設(shè)，2014年燃煤機(jī)組全部建成煙氣脫硫裝置。燃煤機(jī)組基本上采用低氮燃燒技術(shù)，有31臺(tái)機(jī)組合計(jì)14785MW建成脫硝裝置。2014年除塵器除塵效率達(dá)到99.76%；電廠平均脫硫效率均能達(dá)到95%以上；脫硝系統(tǒng)運(yùn)行正常，平均脫硝率達(dá)到84.2%。電力環(huán)保指標(biāo)處于國內(nèi)外領(lǐng)先水平，表2為2014年國內(nèi)外電力環(huán)保指標(biāo)比較。

　　1.3 電力對(duì)霧霾的貢獻(xiàn)率逐年下降

　　霧霾是空氣中的灰塵、硫酸、硝酸、有機(jī)碳氰化合物等非水成物組成的氣溶膠系統(tǒng)。霾粒子直徑多在0．001～10 m之間。主要是煤炭燃燒、汽車尾氣、秸稈燃燒、道路揚(yáng)塵、鋼鐵、煉油、房屋裝修、油漆到烹飪等產(chǎn)生的PM2.5。2013年，全國SO2排放總量為2 043.9萬噸；NOx排放總量為2 227.3萬噸，工業(yè)源排放占71.9%，機(jī)動(dòng)車排放占26.5%；煙粉塵排放量為1 388萬噸，均遠(yuǎn)超出環(huán)境承載能力。2014年，上海PM2.5、二氧化硫、二氧化氮年均濃度分別為每立方米52微克、18微克、45微克，為歐美發(fā)達(dá)國家的2倍至4倍。

　　上海PM2.5來源中，本地污染排放貢獻(xiàn)平均約為74%，外來區(qū)域影響平均約為26%。因此，上海污染源主要是本區(qū)域產(chǎn)生。在本地排放源中，機(jī)動(dòng)車、船舶、飛機(jī)等流動(dòng)源的燃油排放占29.2%，非燃煤類的工業(yè)鍋爐和窯爐、以煤為原料的工業(yè)生產(chǎn)過程以及石油、化工等工業(yè)生產(chǎn)過程排放占28.9%，以煤為燃料的電廠占6%、工業(yè)鍋爐和窯爐等燃煤源占7.5%，建筑施工、道路揚(yáng)塵等揚(yáng)塵污染占13.4%，另有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生物質(zhì)燃燒、民用生活面源占14%，海鹽、植物等自然源排放占1%。

　　上?；痣姀SPM2.5與2005年前占25%以上相比，降幅約76%，為減緩上海的霧霾天氣做出了貢獻(xiàn)。

2 煙氣污染物排放分析

　　2.1 排放量及排放率分析

　　上?；痣姀S煙氣污染物排放呈逐年下降態(tài)勢(shì)，2014年上?；痣姀S煙塵排放量為0.611萬噸，比2010年的1.75萬噸下降了65.1%；SO2排放量為1.87萬噸，比2010年的8.44萬噸下降了77.8%；NOx排放量為3.47萬噸，比2010年的11.12萬噸下降了68.8%。煙氣污染物排放見圖2。

　　就SO2而言，上海市2012年排放量為22.82萬噸，2005年為50萬噸，減排了27.18萬噸，降幅54.4%。而同期電力減排了22.0萬噸，占總減排量的82%?；痣姀S在SO2減排中發(fā)揮了重要作用。

　　圖3為2007～2014年煙塵、二氧化硫、氮氧化物單位電量排放率變化情況。2014年與2007年相比，煙塵、二氧化硫、氮氧化物單位電量排放率分別下降了83.3%、93.4%和69.4%。煙塵和二氧化硫降幅較大的原因是脫硫裝置的建設(shè)和采用高效電除塵并進(jìn)行控制電源改造，有17臺(tái)燃煤機(jī)組改為布袋除塵器。相對(duì)來說脫硝建設(shè)裝置要滯后一些。

　　2.2  不同等級(jí)機(jī)組污染物排放率分析

　　不同等級(jí)機(jī)組煙氣污染物績效排放率見表3。

　　從表3看出，小于300 MW機(jī)組污染物排放率大大超過其他等級(jí)機(jī)組，隨著單機(jī)容量的增大，污染物排放率下降，1 000 MW等級(jí)機(jī)組的污染物排放率最小。其主要原因：小于300 MW機(jī)組發(fā)電效率低、脫硝裝置配備率低，污染物去除裝置效率相對(duì)較低、燃煤品質(zhì)差。而大機(jī)組發(fā)電效率高、煤耗低、配備的污染物去除裝置較為齊全、效率較高。如1 000 MW級(jí)機(jī)組到2013年底全部配備了脫硝裝置。因此大機(jī)組具有顯著的節(jié)能環(huán)保效益。

3 應(yīng)對(duì)環(huán)保新要求,采取煙氣多污染物協(xié)同控制降低污染排放

　　3.1 嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)

　　GB13223-2011《火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》于2014年7月1日起新、舊機(jī)組執(zhí)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)全國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、排放嚴(yán)重的地區(qū)，執(zhí)行特別排放限值。與美國、歐盟相比，我國的排放標(biāo)準(zhǔn)最為嚴(yán)格，見表4。

　　2014年9月23日，國家發(fā)改委等部委聯(lián)合印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020）》，要求東部地區(qū)上海、江蘇、浙江等11省市新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值（即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50毫克/立方米）。

　　雖然上?；痣姀S對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)率不大，但作為大容量集中排放源，以及污染控制的規(guī)模效應(yīng)，特別是氮氧化物排放量還很大，它是產(chǎn)生O3的介質(zhì)，因此火電還是重點(diǎn)控制之一。

　　3.2 火電廠煙氣污染減排措施

　　3.2.1 推進(jìn)電力節(jié)能環(huán)保措施

　　2014年上?；痣姽╇娒汉?03.2g/kWh，遠(yuǎn)低于國內(nèi)外火電煤耗。因此電力節(jié)能的空間越來越難，應(yīng)對(duì)霧霾的壓力也越來越大。目前上海早期建設(shè)的350 MW等級(jí)以下燃煤機(jī)組5 538 MW，其中小機(jī)組708 MW，這些機(jī)組有些已進(jìn)行1 000 MW級(jí)煤機(jī)或燃?xì)鈾C(jī)組替代的可研；強(qiáng)化上網(wǎng)電的環(huán)保調(diào)度，國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院會(huì)同上海市電力調(diào)度中心正進(jìn)行“電能綠色管理”項(xiàng)目研究，屆時(shí)推出“綠色電能”指數(shù)，逐步將發(fā)電與節(jié)能環(huán)保掛鉤，對(duì)節(jié)能環(huán)保機(jī)組優(yōu)先上網(wǎng)，力爭“清潔發(fā)電，綠色調(diào)度”；繼續(xù)燃燒優(yōu)質(zhì)煤，降低煤耗，從源頭上控制污染物排放。

　　3.2.2 持續(xù)煙氣多污染物協(xié)同控制改造

　　上海2014年NOx排放總量3.47萬噸，占三種主要污染物排放總量的58.3%，主要是15臺(tái)小機(jī)組計(jì)1 440 MW在2014年底或2015年6月建成脫硝裝置。目前上海燃煤電廠均采用低氮燃燒加脫硝，在脫硝裝置在符合投運(yùn)段NOx排放均能達(dá)到特別排放標(biāo)準(zhǔn)值。新標(biāo)準(zhǔn)SO2特別排放濃度為50 mg/m3，需要脫硫效率在96%左右才能滿足。但原有脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)很難達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)。截止2014年，有3家電廠采用添加增效劑來提高脫硫效率。有5家電廠的部分機(jī)組對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行了增容改造，增加脫硫塔高度，增加一層噴淋層，降低了SO2排放，而且也有除塵效果。有些電廠為達(dá)到潔凈排放要求，在脫硫塔內(nèi)增加托盤，增加漿液與SO2的接觸性能，較大幅度提高脫硫效率。對(duì)于煙塵為20 mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)，除塵效率需從現(xiàn)在的99.75%提高到99.84%以上。對(duì)運(yùn)行好的電除塵器勉強(qiáng)可以達(dá)到。采用中(低)溫省煤器技術(shù)不但回用廢熱，而且使進(jìn)入電除塵器的煙氣溫度降低20℃左右，降低了煙塵的比電阻，可提高除塵效率，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果，目前，上電漕涇等6家電廠對(duì)機(jī)組加裝（中）低溫省煤器。對(duì)除塵效率差的機(jī)組可改成布袋除塵器或在脫硫塔后增設(shè)濕式電除塵器，至2014年，上海有6家電廠17臺(tái)機(jī)組將電除塵器改為布袋除塵器，不但提高除塵效率，且有一定的脫硫作用。有4家電廠的部分機(jī)組加裝濕式電除塵器以達(dá)到除塵、脫硫和治理石膏雨的協(xié)同作用。因此，為達(dá)到新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，建議火電機(jī)組采用污染物協(xié)同控制策略，即：鍋爐低氮燃燒+煙氣脫硝中(低)溫省煤器電除塵器或布袋除塵器高效煙氣脫硫或增設(shè)濕式電除塵器。

　　上?；痣姍C(jī)組通過協(xié)同控制改造，2014年與2012年相比，減排SO2、NOx和煙塵分別為0.39萬噸、4.85萬噸和0.18萬噸,削減率分別為17.3%、58.3%和22.8%。三種污染物總量從2012年11.38萬噸降到2014年的5.95萬噸，降幅約為47.7%。大大低于我國《環(huán)保行動(dòng)計(jì)劃》降幅20%要求。

4 結(jié)束語

　　新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，燃煤機(jī)組面臨新的環(huán)保壓力。上?；痣姀S在裝機(jī)容量成倍增長的情況下煙氣污染物排放不增反大幅下降，得益于除塵、脫硫、脫硝等環(huán)保設(shè)施的持續(xù)改造和建設(shè)。使火電PM2.5從2005年前占上海總量的25%以上降至6%。為達(dá)到新的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，上海火電需進(jìn)行新一輪脫硫增容改造和除塵、脫硝改造，建設(shè)布袋除塵器，增設(shè)濕式電除塵、低溫省煤器等煙氣多污染物協(xié)同控制措施，綠色調(diào)度、節(jié)能環(huán)保機(jī)組優(yōu)先上網(wǎng)、挖潛節(jié)能等，可使三種煙氣污染物總量進(jìn)一步下降，為遏制上海霧霾天氣發(fā)揮新的作用。

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