季财辉
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摘要：2019年全国火电装机容量为118957万kW，发电量为50465亿(kW·h)，与推行超低排放前的2013年火电装机容量为87009万kW、发电量为42216亿(kW·h)相比，分别增长26.9%和16.3%；与此同时，电力行业烟尘、SO2、NOx排放量分别从2013年的142万t、780万t、834万t下降至2019年的18万t、89万t、93万t，相应下降87.3%、88.6%、88.8%。同期全国火力发电行业厂用电率仍维持在6.01%，供电煤耗却从321g/(kW·h)下降到306.4g/(kW·h)，相当于2019年减排CO2约27015万t，是国内目前最大的15万t/年碳捕集工程的1801倍，在5年多的时间内，创造出世界奇迹。深入总结经验，不仅可为其他行业的污染物治理提供借鉴，而且还可为中国争取实现2030年前碳达峰、2060年前实现碳中和提供经济可行的思路。
关键词：燃煤电厂;超低排放;节能改造;
引言
2015年4月国务院发布《水污染防治行动计划》（即水十条）明确了水污染防治的总体要求，提出各项具体举措，以实现废水“零排放”。2016年11月国家发改委、国家能源局发布《电力发展“十三五”规划（2016—2020年）》，明确提出了火电厂废水排放达标率实现100%的要求。2017年1月环保部发布《火电厂污染防治技术政策》，要求对脱硫废水可用石灰处理、混凝、澄清、中和等工艺处理后回用，并鼓励采用蒸发干燥或蒸发结晶等处理工艺，实现脱硫废水零排放。
1超低排放和节能改造的实践
1.1最严排放标准催生了超低排放
据电力行业统计，“十一五”期间中国在火电装机容量增长80.7%、发电量增长69.2%的情况下，电力行业SO2排放量下降了29%[3]，这充分说明GB13223—2003《火电厂大气污染物排放标准》中要求自2004年1月1日起除西部非两控区燃用入炉煤收到基硫份小于0.5%的坑口电厂外，新建、扩建和改建燃煤机组必须进行烟气脱硫，同时要求现有燃煤机组在2010年1月1日前基本完成烟气脱硫的必要性，同时也说明通过严格的末端治理，可以同时实现电力发展与环境改善。
1.2技术创新及标准建设支撑了超低排放
针对燃煤烟气超低排放的共性难题，高等院校与科研院所及工程公司联合攻关，取得了一系列重大技术突破。
在NOx控制方面，目前，适用于燃煤电厂成熟的氮氧化物(NOx)控制技术主要有三种：低氮燃烧系统技术(LNB)、选择性非催化还原脱硝技术(SNCR)、选择性催化还原脱硝技术(SCR)。其中，SCR脱硝技术具有技术成熟，脱硝效率高等特点被广泛使用。(1)低氮燃烧系统。对于不同的锅炉、不同的煤质，对锅炉燃烧器选择和改造均有不同要求，燃烧器改造后的效率也不一样。一般的低氮燃烧器降低NOx的效率为20%～50%。对新建锅炉，采用技术成熟的燃烧系统，能有效降低炉膛出口NOx排放。选择低氮燃烧器时，应考虑目前煤质和远期规划用煤，再针对煤质、锅炉型式、燃烧器对锅炉效率影响等经济技术比较，并合理控制锅炉炉膛出口NOx排放值。(2)SNCR脱硝。
SNCR脱硝效率约为15%～40%(对CFB锅炉约为30%～70%)，同时会降低锅炉燃烧效率，在实际应用中受机组负荷，炉膛温度区域变化等条件限制，脱硝效率不高；还原剂的利用率低(约为15%～30%)，消耗量较大，氨逃逸率较高(约为5.0×10-6～10.0×10-6)。因此，选择地采取SNCR工艺。通过技术经济分析比较，对脱硝效率要求低的项目可采用SNCR脱硝技术。(3)烟气SCR脱硝。SCR是燃煤电厂普遍采用的烟气脱硝技术，脱硝效率高。SCR脱硝所采用的氧化钛基催化剂对运行温度范围有限制要求(310～427℃)，布置在省煤器与空气预热器之间，能将NOx排放控制在50mg/Nm3或者更低。SCR脱硝装置运行中存在的问题是催化剂冲蚀破损、催化剂失活过快。特别是煤质特性变化较大，燃用高灰分、高硫煤，以及负荷变化较大时，会导致催化剂体积增加、催化剂化学寿命降低等问题。此外，SO2/SO3转化率和氨逃逸量控制不当时，生成的硫酸氢铵在空预器换热面上积聚，造成积灰堵塞和腐蚀等问题。
在SO2控制方面，采用湿法脱硫法即石灰石-石膏法对燃煤烟气有较高的协同脱汞效率，主要是脱硝催化剂氧化了烟气中汞；湿法脱硫还对烟气中的颗粒物、SO3具有一定的协同脱除能力，同时也提高了湿式相变凝聚除尘效率。石灰石-石膏法是目前国内绝大部分电厂主流脱硫技术，脱硫效率可达≥98%。湿法脱硫法以石灰石（CaCO3）磨成的细小粉末与水混合制成石灰石浆液作为SO2的吸收剂，含SO2的烟气与含CaCO3的浆液在脱硫塔内充分接触。在此过程中，SO2气体被溶解、吸收，生成亚硫酸钙。在搅拌器作用下，吸收过程中生成的亚硫酸钙与鼓入的空气充分接触，使其强制氧化为硫酸钙。该技术成熟可靠、脱硫效率高、吸收剂原料成本低廉且利用率高。2017年5月21日原环境保护部以国家环保标准HJ2301—2017的形式正式发布了指南，是中国第一个以标准发布的污染防治可行技术指南，在电力行业得到了广泛应用。此后，原环境保护部又组织编制了《燃煤电厂超低排放治理工程技术规范》，并于2018年4月8日以国家环保标准HJ2053—2018的形式正式发布，进一步支撑了烟气超低排放治理工程的实施。
2煤电超低排放和节能改造的启示
面对燃煤电厂大气污染物超低排放的需求，在国外可借鉴经验极为缺乏的前提下，国内产学研用单位紧密配合开展工程示范，好的技术不一定能建成好的工程，合适的工艺参数，恰当的材料选择，高水平的施工质量，规范的运行管理，都是好的环保治理工程不可或缺的。为保障超低排放工程的运行效果，避免早期脱硫、脱硝工程重复建设的问题，原环境保护部组织制定了《火电厂污染防治可行技术指南》、《燃煤电厂超低排放烟气治理工程技术规范》、《火电厂烟气治理设施运行管理技术规范》等国家环保标准，规范了超低排放工程的建设和运行，保障了超低排放工程“设计好、建设好、运行好、效益好”的有机统一。
结束语
中国煤炭消费量世界第一，其中一半以上用于燃烧发电，严重的大气污染需要世界最严的燃煤电厂大气污染物排放标准。中国燃煤电厂大气污染治理的实践过程表明，最严的排放标准催生了燃煤电厂的超低排放，企业的发展需求推动了超低排放，国家重视规范了超低排放和节能改造，技术创新及标准体系建设支撑了超低排放，经济激励政策保障了超低排放工程的正常运行。
参考文献
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