燃煤電廠還能更低排放？
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“除了藍(lán)天，什么也看不到，就像空氣一樣。”揚(yáng)子石化熱電專家朱忠益通過林格曼黑度檢測(cè)儀（一種高倍望遠(yuǎn)鏡）觀察廣州石化動(dòng)力事業(yè)部CFB鍋爐煙囪頂部的煙色后說。通過肉眼觀察，幾乎看不出煙囪有冒煙的跡象，但設(shè)備運(yùn)行一刻也沒有停止。
日前，中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)在廣州舉辦燃煤煙氣低排放技術(shù)研討會(huì)，來自國內(nèi)燃煤電廠的百余位代表參觀了廣州石化動(dòng)力事業(yè)部CFB鍋爐的運(yùn)行情況。
據(jù)介紹，廣州石化動(dòng)力事業(yè)部這兩座CFB鍋爐的主要燃料是煉油過程中產(chǎn)生的石油焦，其含硫量高達(dá)6.7%。廣州市建環(huán)環(huán)境監(jiān)測(cè)有限公司出具的監(jiān)測(cè)報(bào)告顯示，煙氣出口氮氧化物、二氧化硫和粉塵濃度分別為28.5mg/m3、2.85mg/m3和4.62mg/m3，完全能夠滿足廣州市“50355”的要求。
國家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部和國家能源局聯(lián)合發(fā)布《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014~2020年）》，提出了讓燃煤機(jī)組達(dá)到燃?xì)鈾C(jī)組排放限值的要求。但是，很多地方仍不滿足，提出了更為嚴(yán)格的要求。壓力之下的燃煤電廠該何去何從？
不斷加嚴(yán)的標(biāo)準(zhǔn)，停不了的改造
燃煤機(jī)組排放要求不斷加嚴(yán)，企業(yè)改造面臨資金、場(chǎng)地、技術(shù)選擇等困難
所謂“50355”，源于廣州市政府在今年2月通過的《廣州市燃煤電廠“超潔凈排放”改造工作方案》。這一方案提出燃煤電廠煙氣排放中的氮氧化物濃度小于50mg/Nm3、二氧化硫濃度小于35mg/Nm3、煙塵濃度小于5mg/Nm3的升級(jí)改造目標(biāo)，簡(jiǎn)稱“50355”要求。
顯然，這一要求嚴(yán)于《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014~2020年）》的“503510”，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10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3。同時(shí)，這一行動(dòng)計(jì)劃還支持同步開展大氣污染物聯(lián)合協(xié)同脫除，減少三氧化硫、汞、砷等污染物排放。
在大氣污染治理的壓力下，廣州的“50355”不是特例。比如，根據(jù)《山西省人民政府辦公廳關(guān)于推進(jìn)全省燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放的實(shí)施意見》，到2020年，全省單機(jī)30萬千瓦及以上常規(guī)燃煤、低熱值煤發(fā)電機(jī)組大氣主要污染物排放確保達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ、Ⅱ。超低排放標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ為常規(guī)燃煤發(fā)電機(jī)組達(dá)到天然氣燃?xì)廨啓C(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)，即氮氧化物50mg/Nm3、二氧化硫35mg/Nm3、煙塵5mg/Nm3；超低排放標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ?yàn)榈蜔嶂得喊l(fā)電機(jī)組基本達(dá)到天然氣燃?xì)廨啓C(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)，即氮氧化物50mg/Nm3、二氧化硫35mg/Nm3、煙塵10mg/Nm3。
而山西晉煤集團(tuán)更是在“50355”的基礎(chǔ)上，對(duì)汞及化合物、三氧化硫提出了要求，其排放濃度分別不能超過3ug/Nm3和5mg/Nm3。
不斷加嚴(yán)的標(biāo)準(zhǔn)限值，讓火電企業(yè)的環(huán)保改造一直沒有停止。一位不愿透露姓名的火電企業(yè)環(huán)保負(fù)責(zé)人告訴記者：“剛剛完成‘十一五’脫硫的收尾工作，就又開始了新一輪的達(dá)標(biāo)改造。我們電廠建設(shè)的時(shí)候，二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)是400mg/Nm3，我們預(yù)留的空間可以滿足200mg/Nm3的要求，但沒想到，限值一下就加嚴(yán)到了100mg/Nm3以下。”
讓火電企業(yè)苦惱的不僅是資金和技術(shù)選擇，還有狹小的空間。“標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，環(huán)保設(shè)施越來越多，電廠前面就是鍋爐和汽輪機(jī)，后面的環(huán)保設(shè)施隊(duì)伍卻越來越長，不僅有脫硫、脫硝、除塵，要滿足超低排放要求，還要增加新的設(shè)備。”這位負(fù)責(zé)人告訴記者。
以往脫硫留下多少隱患？
以往火電脫硫只關(guān)注二氧化硫脫除率，未考慮到三氧化硫排放后會(huì)直接生成氣溶膠
我國燃煤電廠大規(guī)模脫硫改造始于“十一五”期間，大量工程迅速上馬為削減二氧化硫排放、改善環(huán)境質(zhì)量做出了重要貢獻(xiàn)，但“蘿卜快了不洗泥”，加之惡性競(jìng)爭(zhēng)、工程質(zhì)量參差不齊，留下了很多隱患。
2012年8月，國務(wù)院印發(fā)的《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》中提出，“十一五”時(shí)期，全國燃煤電廠投產(chǎn)運(yùn)行脫硫機(jī)組容量達(dá)5.78億千瓦，占全部火電機(jī)組容量的82.6%。同樣是這份文件中，所羅列的節(jié)能減排重點(diǎn)工程之一，就是對(duì)已安裝脫硫設(shè)施但不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的4267萬千瓦燃煤機(jī)組實(shí)施脫硫改造，這一數(shù)字占已投產(chǎn)運(yùn)行脫硫機(jī)組容量的比例超過7%。
隨著“503510”超凈排放要求的推廣，脫硫改造規(guī)模將更大。據(jù)了解，我國絕大部分電廠脫硫的設(shè)計(jì)指標(biāo)為小于200mg/m3，若要滿足50mg/m3的排放要求，幾乎所有濕法脫硫塔都要推倒重來，或者采用雙塔結(jié)構(gòu)，不僅工程量大，而且技術(shù)難度高。用福建龍凈脫硫脫硝有限公司總經(jīng)理張?jiān)脑捳f，現(xiàn)在，很多電廠的脫硫改造都是“螺絲殼里做道場(chǎng)”。
一直以來，我國的火電脫硫都是關(guān)注二氧化硫脫除率。但是，原國電南京環(huán)保所研究員馬果駿提醒，三氧化硫的治理對(duì)于近地污染非常重要，因?yàn)槿趸蚺欧诺娇諝庵泻，能夠更快地與正離子反應(yīng)生成氣溶膠，也就是PM2.5顆粒，可很多人還沒有意識(shí)到這個(gè)問題。
我國90%以上的火電機(jī)組采用了濕法脫硫工藝，一個(gè)重要原因是，濕法脫硫不僅脫硫效率高，而且具有一定的除塵作用。但監(jiān)測(cè)表明，濕法脫硫?qū)Χ趸虻拿摮士梢赃_(dá)到95%以上，對(duì)三氧化硫的脫除率僅20%左右。增加SCR脫硝設(shè)施后，脫硝催化劑的作用使得二氧化硫向三氧化硫的轉(zhuǎn)化率進(jìn)一步提高。
我國早期的濕法脫硫裝置嚴(yán)格按照國外技術(shù)的規(guī)范，均安裝了脫硫煙氣再熱裝置——GGH，其作用是將脫硫后50攝氏度的脫硫煙氣，與經(jīng)電除塵器凈化后未脫硫的高溫?zé)煔膺M(jìn)行熱交換，將脫硫后煙氣加熱到80攝氏度左右排放，以提升煙氣排放的抬升高度，降低煙氣中未凈化污染物的落地濃度。
但由于電力企業(yè)對(duì)脫硫前電除塵器的維護(hù)不夠重視，加之電除塵器選型偏緊，甚至偏小，遇到煤種變化或建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)，電除塵器效率大幅下降，造成GGH裝置堵塞、結(jié)垢嚴(yán)重，導(dǎo)致脫硫裝置運(yùn)轉(zhuǎn)率大幅度下降。當(dāng)時(shí)考慮到GGH的作用僅是抬升煙氣高度，對(duì)脫硫效率沒有影響，取消GGH的建議被采納。
GGH堵塞實(shí)際上起到一個(gè)物理監(jiān)管除塵器效率下降和濕法脫硫除霧器效果差的作用，提醒企業(yè)重視對(duì)除塵器和濕法脫硫裝置的維護(hù)。GGH拆除后，堵塞的細(xì)微顆粒只能直接排向大氣。
為了解決三氧化硫問題、降低粉塵排放濃度，國內(nèi)一些項(xiàng)目選擇了濕式電除塵器，滿足了超低排放要求。但記者在與一些電廠代表交流時(shí)了解到，投資大、場(chǎng)地緊張等問題都讓他們對(duì)采用濕式電除塵存有疑慮，而且其還會(huì)帶來廢水處置問題。“如果政府再要求廢水零排放，我們?cè)撛趺崔k？”一位電廠環(huán)保負(fù)責(zé)人向記者說出了他的顧慮。
運(yùn)行費(fèi)用也是電廠必須考慮的因素。“濕式電除塵器的廠用電率太高，有可能達(dá)到0.5%。有些電廠為了批項(xiàng)目拼命提高標(biāo)準(zhǔn)、增加環(huán)保設(shè)施，但廠用電率提高就要多燒煤，如果多燒1%的煤，脫硫效率提高1%，就相當(dāng)于什么都沒干，這不是排放指標(biāo)的問題。”馬果駿直言。
超低排放還有其他選擇嗎？
只要循環(huán)流化床半干法脫硫系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、連續(xù)、可靠運(yùn)行，其脫硫效率能夠得到專家組的認(rèn)可
“當(dāng)初選擇循環(huán)流化床半干法，我真為你們捏了把汗，得知實(shí)現(xiàn)超潔凈排放的消息，我還半信半疑，F(xiàn)場(chǎng)看過后，我感到非常振奮。”燕山石化副總工程師、首席專家姜琳在參觀完廣州石化動(dòng)力事業(yè)部的CFB鍋爐后說。
廣州石化鍋爐改造項(xiàng)目于2013年11月正式實(shí)施。但在實(shí)施過程中，恰逢《廣州市燃煤電廠“超潔凈排放”改造工作方案》出臺(tái)。在時(shí)間緊、任務(wù)重的情況下，他們修改原設(shè)計(jì)方案，按超潔凈要求進(jìn)行改造。
“循環(huán)流化床半干法技術(shù)除塵沒問題，但脫硫效果有待驗(yàn)證；濕法技術(shù)脫硫效果好，但煙塵控制難度較大，而且會(huì)帶來設(shè)備腐蝕和廢水處理等方面的難題。”廣州石化副總工程師余薔說，在改造技術(shù)選擇上，廣州石化經(jīng)過多次考察交流和試驗(yàn)研究論證，最終確認(rèn)選擇龍凈環(huán)保的循環(huán)流化床脫硫除塵一體化裝置，可實(shí)現(xiàn)二氧化硫濃度小于35mg/Nm3，粉塵濃度小于5mg/Nm3。
相比濕法脫硫，國內(nèi)采用循環(huán)流化床半干法脫硫的火電機(jī)組尚屬少數(shù)。但是，因?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)不合理、運(yùn)行管理不到位等問題，影響了其脫硫效率。
根據(jù)環(huán)境保護(hù)部2011年12月發(fā)布的《“十二五”主要污染物總量減排核算細(xì)則》，煙氣循環(huán)流化床、爐內(nèi)噴鈣爐外活化增濕、噴霧干燥等（半）干法煙氣脫硫工藝，在安裝脫硫劑自動(dòng)投加和計(jì)量系統(tǒng)、DCS能反映出脫硫系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況時(shí)，根據(jù)在線監(jiān)測(cè)煙氣出口與入口二氧化硫平均濃度確定綜合脫硫效率，綜合脫硫效率原則上不超過80%。
這樣的脫硫效率認(rèn)定，讓背負(fù)減排壓力的電力企業(yè)增加了對(duì)循環(huán)流化床技術(shù)的顧慮。華南環(huán)保督查中心的何向紅是環(huán)境保護(hù)部總量核查專家組成員之一，多家火電企業(yè)負(fù)責(zé)人與他交流都圍繞同一個(gè)問題：循環(huán)流化床半干法脫硫的效率認(rèn)定是否只有80%？他的回答給很多負(fù)責(zé)人吃了定心丸：“只要循環(huán)流化床半干法脫硫系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、連續(xù)、可靠運(yùn)行，其脫硫效率肯定能夠得到專家組的認(rèn)可。”
效率、成本是否合算？
能調(diào)節(jié)脫硫效率，適應(yīng)煤種變化，并協(xié)同處置三氧化硫
據(jù)余薔介紹，廣州石化的提效改造技術(shù)路線包括：脫硫增加消石灰制備系統(tǒng)，提高消石灰活性，改造尾部脫硫消石灰下料系統(tǒng)，提高脫硫劑下料量和設(shè)施自控率水平；除塵技術(shù)路線為升級(jí)超細(xì)PPS纖維濾袋及其配套設(shè)備；脫硝增設(shè)SNCR及COA脫硝裝置。
今年6月，廣州石化完成兩臺(tái)CFB鍋爐的改造，內(nèi)部運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放平均值為1.81mg/m3、8.2mg/m3和19.4mg/m3，實(shí)現(xiàn)超潔凈運(yùn)行。不僅環(huán)保效果顯著，實(shí)際運(yùn)行表明，廣州石化CFB鍋爐的單位脫硫成本為1.4元/千克，單位脫硝成本為2.42元/千克，脫硫脫硝單位小時(shí)發(fā)電成本為0.0124元/kw.h。
余薔說：“爐內(nèi)脫硫使用石灰石煅燒生產(chǎn)生石灰進(jìn)行脫硫，大量未反應(yīng)的生石灰隨飛灰進(jìn)入布袋除塵器，通過布袋進(jìn)行除塵收集。而濕法脫硫采用先除塵再脫硫的技術(shù)路線，因此無法對(duì)其進(jìn)行再利用，只能隨灰排至灰?guī)鞂?dǎo)致浪費(fèi)。而半干法脫硫采取先脫硫后除塵的技術(shù)路線，可以對(duì)爐內(nèi)脫硫過剩的氧化鈣進(jìn)行再循環(huán)利用，降低生石灰消耗量。”
在交流中，多位火電企業(yè)負(fù)責(zé)人告訴記者，很多循環(huán)流化床工藝的運(yùn)行效果不盡如人意，但龍凈的循環(huán)流化床卻不一樣。
張?jiān)f，濕法脫硫效率高的關(guān)鍵就在于其是離子型反應(yīng)，也就是說，氣態(tài)二氧化硫溶于水中，以H2SO3的形式逐級(jí)電離出氫離子、亞硫酸根和硫酸根，與溶液中的堿性吸收劑進(jìn)行酸堿中和反應(yīng)。
“龍凈的新型干法工藝通過噴水降溫，在顆粒表面形成存在一定時(shí)間的液膜，使較慢的純氣固反應(yīng)變?yōu)檩^快的離子型反應(yīng)。”張?jiān)f，與濕法脫硫主要依靠噴淋層的數(shù)量來調(diào)節(jié)脫硫效率不同，新型流化床反應(yīng)器主要通過顆粒密度來調(diào)節(jié)脫硫效率，也就是通過加入吸收劑，就能調(diào)節(jié)脫硫效率，適應(yīng)煤種變化。同時(shí)，這一工藝能夠高效協(xié)同脫除三氧化硫，避免了硫酸霧排放直接形成二次PM2.5，進(jìn)而抵消二氧化硫減排的成效。
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