桑 綺，樂園園，徐 晗

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

2011年9月21 日，國家環(huán)境保護部公布了《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223-2011）（以下簡稱新標準），該標準將于2012年1月開始實施。新標準中各項污染物排放標準都有很大提高，重點加大了對氮氧化物的控制力度，收嚴了二氧化硫、煙塵等污染物排放限值；針對環(huán)境承載能力弱、容易發(fā)生重大環(huán)境污染問題的重點地區(qū)提出了更加嚴格的要求，并在重點地區(qū)執(zhí)行不分時段的排放限值；增設了對燃煤鍋爐的汞及其化合物排放的控制指標。

1 我國火電廠大氣污染物排放標準的發(fā)展

我國火電廠大氣污染物排放標準修訂頻率較高[1]，《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223）發(fā)布于1991年，1996年第一次修訂，2003年第二次修訂，于2004年實施，是“十一五”期間促進煙氣除塵、脫硫、脫硝的主要手段。隨著我國電力供需的持續(xù)增長、減排要求的不斷提高，現(xiàn)行標準總體上已不能適應“十二五”大氣污染控制的需要。2011年9月，新標準公布。

新標準與2003版標準的主要區(qū)別在于：

（1）新標準一般限值中，取消了煙塵和氮氧化物分時段對不同時期火電廠建設項目分別執(zhí)行排放控制指標的規(guī)定，改為不分時段的濃度控制要求；二氧化硫則保留新建和現(xiàn)有鍋爐分別執(zhí)行不同標準的條款。

（2）提出了重點地區(qū)的概念，即環(huán)境承載能力弱、容易發(fā)生嚴重大氣環(huán)境污染問題的地區(qū)。具體地域范圍由國務院環(huán)境保護行政主管部門規(guī)定，長三角、珠三角和京津冀等地區(qū)納入的可能性最大，我省部分地區(qū)即在其中。

（3）各項污染物排放標準限值均大幅度提高，新增了重點地區(qū)的大氣污染物特別排放限值。

（4）增設了對燃煤鍋爐的汞及其化合物排放的控制指標，從2015年1月1日起執(zhí)行，不分時段、地區(qū)，均為0.03 mg/m3。

（5）確定了污染物排放控制的時間節(jié)點及時限。新建火力發(fā)電鍋爐及燃氣輪機組自2012年1月1日起執(zhí)行新標準；現(xiàn)有火力發(fā)電鍋爐及燃氣輪機組自2014年7月1日起執(zhí)行新標準。

（6）對于氮氧化物，取消了按燃煤揮發(fā)分執(zhí)行不同排放濃度限值的規(guī)定。

2 省內(nèi)燃煤機組大氣污染物排放及控制現(xiàn)狀

2.1 燃煤機組大氣污染物控制現(xiàn)狀

截至2010年底，我省火電裝機容量34 218.8 MW，其中燃煤裝機為29 770 MW，占總量的87%。燃煤機組中有1 000 MW機組8臺，600 MW機組25臺，300 MW級及以下機組26臺。

所有燃煤機組均采用電除塵技術控制煙塵排放濃度，除塵效率大多在99%以上，大部分能達到99.5%。脫硫機組占煤電機組的比例達100%，共配備57套脫硫裝置，其中石灰石-石膏濕法脫硫裝置55套，設計脫硫效率90%～95%。2010年底，全省已投運11套SCR脫硝系統(tǒng)，設計脫硝效率50%～80%，其中氨法8臺、尿素法3臺；SCR脫硝機組9 400 MW，占煤電機組容量的32.9%，目前還有2臺600 MW機組正在進行SCR改造；另有1臺125 MW機組采用ROFA脫硝；其余機組大多采用低氮燃燒技術控制氮氧化物的排放。

浙江省燃煤機組近5年的單位電量大氣污染物排放統(tǒng)計數(shù)據(jù)見圖1。顯然，隨著脫硫、脫硝機組占煤電機組比例的不斷上升，單位電量二氧化硫和氮氧化物排放量呈逐年下降趨勢，二氧化硫尤為明顯，從2006年的3.67 t/GWh降到2010年的0.34 t/GWh；而煙塵的排放量近兩年基本維持在0.10 t/GWh的水平。

圖1 浙江省燃煤機組單位電量大氣污染物排放情況

2.2 排放現(xiàn)狀和標準值比較

為客觀評價排放現(xiàn)狀和新標準的差距，對浙江省內(nèi)所有燃煤機組2008—2010年的所有監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了匯總統(tǒng)計。

2.2.1 煙塵

如圖2所示，浙江省燃煤機組近3年煙塵排放基本滿足2003版標準的要求。而對比新標準，1 000 MW和600 MW機組最低排放濃度能滿足30 mg/m3或20 mg/m3的限值，最高排放濃度大部分超過限值，可見現(xiàn)有除塵設備具有滿足新標準的可能性，但要時刻達標有一定難度；300 MW及以下機組多為老機組，在大多情況下無法滿足限值，達標難度較大。

圖2 煙塵排放現(xiàn)狀與標準值比較

2.2.2 二氧化硫

如圖3所示，近3年二氧化硫排放量已遠低于2003版標準的要求；現(xiàn)有鍋爐大多能達到新標準200 mg/m3的限值；但若被定為重點地區(qū)而執(zhí)行50 mg/m3的標準，其最高排放濃度則大部分將超過限值。

2.2.3 氮氧化物

圖3 二氧化硫排放現(xiàn)狀與標準值比較

相比煙塵和二氧化硫，氮氧化物排放現(xiàn)狀和新標準要求差距很大（見圖4），要滿足100 mg/m3的排放限值，大部分機組需要進行脫硝技術改造。

圖4 氮氧化物排放現(xiàn)狀與標準值比較

3 火電廠大氣污染物減排技術

新標準中的各項大氣污染物指標已相當嚴格，對比排放現(xiàn)狀，目前大部分機組都無法達標排放。發(fā)電企業(yè)在“十二五”期間必須采取更為有效的控制措施和減排技術，以應對新的環(huán)保要求。

3.1 煙塵減排技術

目前，我省所有燃煤機組均采用電除塵技術控制煙塵排放。要使現(xiàn)有電除塵器出口煙塵大部分工況下能滿足新標準的要求，應首先考慮加強管理、維護和優(yōu)化運行。無法達標排放的將面臨除塵器改造的問題。但由于電除塵器自身的除塵機理及改造場地的限制，只有煤種和粉塵條件穩(wěn)定、飛灰性質(zhì)適合電除塵器的電廠才能考慮增加電場數(shù)量、提高集塵面積的擴容改造。

對于機組容量不大、煤質(zhì)條件較好、排放濃度超出標準不多的電廠，可考慮選用移動電極、高頻電源、旋轉電極等新技術[2]。對于排放超標嚴重的電廠，建議在保留原電除塵器外殼的條件下，將電除塵器改為袋式除塵器或串聯(lián)式電袋復合除塵器，在可以保證濾袋壽命的前提下，建議優(yōu)先考慮電袋復合除塵器。對于新建電廠，電除塵器、袋式除塵器及電袋復合除塵器都可以考慮選用，建議優(yōu)先考慮袋式除塵器。

3.2 二氧化硫減排技術

3.2.1 提高濕法脫硫效率

浙江省燃煤機組普遍采用石灰石-石膏濕法脫硫，占燃煤裝機容量的98.7%。55套濕法脫硫裝置中，有20套執(zhí)行95%的脫硫考核效率，其余為90%～92%。個別電廠燃用煤種的平均硫份在1%或0.5%，其它大多在0.7%～0.85%。歷史數(shù)據(jù)表明[3]，大部分電廠煙道入口SO2濃度在1 000～3 000 mg/m3波動。按照新標準要求，出口SO2濃度不得超過50 mg/m3，推算脫硫效率須達到95%～98.3%?？梢?，95%的脫硫考核效率將成為最低要求，對于入口SO2濃度超過1 000 mg/m3的機組，脫硫效率要求更高。

對于已采用濕法脫硫的機組，如何進一步提高脫硫效率是應對新標準的關鍵。通過增加噴淋層數(shù)量、增大氧化風機和攪拌器功率等工程改造，采取調(diào)整煙氣流量、漿液pH值和Ca/S比、循環(huán)漿液固體物濃度和固體物停留時間等優(yōu)化運行手段，實現(xiàn)50 mg/m3的排放要求在技術上具有可行性，國內(nèi)已有成功運行的案例。

3.2.2 氨法脫硫

相對于石灰石脫硫，氨法脫硫更容易實現(xiàn)98%以上的脫硫效率，并可與SCR等脫硝工藝共用氨供應系統(tǒng)，且副產(chǎn)品硫酸銨利用價值相對較高，被認為是符合國家低碳循環(huán)經(jīng)濟的綠色工藝。

3.3 氮氧化物減排技術

根據(jù)新標準要求，重點地區(qū)的火電廠將在“十二五”期間全部安裝脫硝設施，其他區(qū)域的火電廠應預留煙氣脫硝設施空間。

煙氣脫硝技術目前應用最多的是選擇性催化還原法（SCR）與選擇性非催化還原法（SNCR），而SNCR/SCR混合法是相對較新的氮氧化物減排技術，是結合了SCR技術高效、SNCR技術投資省特點的新型工藝。SNCR/SCR混合法最主要的改進就是省去了SCR工藝中設置在煙道里的復雜的噴氨格柵（AIG）。根據(jù)SCR工程的設計經(jīng)驗，省略了噴氨格柵的脫硝系統(tǒng)可降低約150 Pa的煙道阻力。SCR技術催化劑的設計需要考慮適應氮氧化物排放濃度最大的運行工況，會造成催化劑的過量設計。SNCR/SCR混合法采用調(diào)節(jié)SNCR的尿素噴射量來使脫硝裝置處于較為經(jīng)濟的運行狀態(tài)，因此大幅減少了催化劑的用量。

雖然SCR，SNCR和SNCR/SCR混合法工藝都是公認的成熟技術，但是采用何種技術手段需要根據(jù)實施對象進行技術經(jīng)濟可行性分析后確定。對于未預留煙氣脫硝空間的老電廠，或是鍋爐鋼結構情況復雜、改造危險性較高的老機組，應首先考慮低氮燃燒技術改造方案，再結合改造難度或?qū)υ袖摻Y構的影響情況來選擇SNCR或SNCR/SCR混合法。

3.4 汞的監(jiān)測方法及減排技術

新標準首次對燃煤電廠汞排放提出控制要求，國內(nèi)相關研究還處于探索階段。預計在未來幾年，我國脫汞技術將與脫硫、脫硝、除塵技術一樣，在完善監(jiān)測方法和控制技術的基礎上得到發(fā)展并廣泛應用于燃煤電廠。

3.4.1 煙氣中汞的監(jiān)測方法

目前國內(nèi)還未將汞作為燃煤電廠大氣污染物的常規(guī)監(jiān)測對象，僅有為數(shù)不多的電廠以研究為目的對煙氣汞排放進行監(jiān)測[4]。燃煤煙氣中汞的監(jiān)測是實現(xiàn)汞污染控制、了解控制效果的前提，也是目前的一個技術難點。汞的分析技術已非常成熟，一般推薦的方法有冷蒸汽原子吸收光譜法、冷原子熒光法等，但各種技術的分析對象都是Hg0。而燃煤煙氣中汞以3種形態(tài)存在，即元素汞（Hg0）， 氧化態(tài)汞（Hg2+）和顆粒態(tài)汞（Hgp）。 因此，煙氣中汞監(jiān)測的關鍵在于汞的采樣、汞的預處理和轉化過程。

美國的煙氣汞監(jiān)測技術較為完善，采用的方法有安大略法[5]、30A法[6]和30B[7]法。安大略法能測得3種形態(tài)的汞濃度，30A法和30B法只能測得總氣態(tài)汞濃度。3種方法推薦的分析技術相同，主要區(qū)別在于采樣系統(tǒng)，以及采樣、分析單元是否系統(tǒng)集成。美國約有30%的電廠已開展汞排放監(jiān)測，絕大部分都采用30A法和30B法。

3.4.2 汞的減排技術

火電廠煙氣中的汞控制方式[8]主要分為燃燒前脫汞、燃燒中脫汞、燃燒后尾部煙氣脫汞。燃燒前脫汞包括洗煤、混煤及使用添加劑等手段。燃燒中脫汞主要是改進燃燒方式，在降低NOX排放的同時，抑制一部分汞的排放。

燃燒后脫汞是電廠關注的重點，主要包括：

（1）利用現(xiàn)有設備脫汞。電廠現(xiàn)有的除塵裝置、脫硫裝置、脫硝裝置對脫汞具有一定的協(xié)同控制作用，去除效率見表1。

表1 現(xiàn)有煙氣控制設備協(xié)同脫汞效率

（2）利用活性添加劑脫汞?；钚蕴砑觿┓ㄖ饕煹绹娙牖钚蕴亢蜖t內(nèi)添加氧化劑（鹵素或鹵化物等），脫汞效率可以達到30%以上。運用化學方法在活性炭表面注入其他成份可以增強活性炭的活性，目前常見的改性活性炭包括載硫、載氯、載溴和載碘活性炭。鹵素添加劑通常是拌入煤粉中，或?qū)Ⅺu化物溶液噴灑在煤上再進入磨煤機，也可直接噴入爐膛。增加煤中氯或溴的含量能提高煙氣中Hg0向水溶性Hg2+的轉化率。

（3）利用飛灰吸附作用去除煙氣中的汞。飛灰對汞的吸附主要通過物理吸附、化學吸附、化學反應以及三者結合的方式。含碳量越高的飛灰對汞的吸附越有利，但不同煤種的飛灰稍有差別，煙煤比次煙煤、褐煤的飛灰表現(xiàn)出更高的氧化率和吸附率。

（4）其他方法，如電暈放電、電子束照射、低溫氧化等。

4 結語

在“十二五”乃至更長的時期內(nèi)，我國的電源結構仍將維持燃煤機組為主的基本格局，新標準的實施對我國大氣污染物減排以及大氣質(zhì)量的改善具有重要意義，同時也對電力行業(yè)的環(huán)保技術進步提出了很高的要求。本文通過對新標準的解讀，并以詳細的數(shù)據(jù)分析了省內(nèi)火電廠大氣污染物排放及控制現(xiàn)狀，提出煙塵、二氧化硫、氮氧化物和汞等主要大氣污染物的控制措施和減排技術，為省內(nèi)火電企業(yè)應對新標準提供參考。

[1]王志軒.科學修訂火電廠大氣污染物排放標準[J].中國電力企業(yè)管理，2011（3）:12-17.

[2]姜雨澤，宋榮杰.火電廠除塵技術的發(fā)展動態(tài)研究[J].環(huán)境科學與技術，2008，31（8）:59-64.

[3]樂園園，金東春，張巖，等.浙江省火電廠石灰石濕法煙氣脫硫裝置運行分析[J].浙江電力，2010（7）:53-56.

[4]王圣，王慧敏，朱法華，等.基于實測的燃煤電廠汞排放特性分析與研究[J].環(huán)境科學，2011，31（1）:33-37.

[5]US EPA.Standard test method for elemental oxidized,particle-bound and total mercury in flue gas generated from coal fired stationary sources（Ontario hydro method）.Designation D 6784-02[S].U S EPA，2008.

[6]US EPA.Method 30a-determ ination of total vapor phase mercury emissions from stationary sources[S].U S EPA，2010.

[7]US EPA.Method 30b-determ in at ion of total vapor phasem ercury emissions from coal fired combustion sources using carbon sorbent traps[S].U S EPA，2010.

[8]陳紀玲，王志軒.燃煤電廠煙氣中汞的排放與控制研究進展[J].電力環(huán)境保護，2007，23（6）:45-48.