黃 磊, 馬學(xué)禮, 黨立晨, 謝永平
(1. 陜西省環(huán)境工程評估中心, 陜西 西安 710054;2. 中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計院有限公司, 陜西 西安 710075)
燃煤電廠超低排放存在的幾個問題探討
黃 磊1, 馬學(xué)禮2, 黨立晨2, 謝永平2
(1. 陜西省環(huán)境工程評估中心, 陜西 西安 710054;2. 中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計院有限公司, 陜西 西安 710075)
燃煤電廠實行超低排放后,煙氣污染物排放濃度、落地濃度及排放總量均得到較大程度降低,是否仍需采用高煙囪排放,是否仍采用現(xiàn)有總量管理辦法確定主要污染物總量控制指標(biāo)已引起關(guān)注。通過研究表明,實行超低排放限值后,SO2、NO2和PM10的最大落地濃度均顯著降低,最大落地濃度受煙囪高度的影響較小,建議在地形平坦、環(huán)境不敏感地區(qū)或有機場凈空要求地區(qū),適當(dāng)降低超低排放燃煤電廠煙囪設(shè)計高度,其余地區(qū)在環(huán)評階段采用大氣環(huán)境影響進(jìn)一步預(yù)測模式預(yù)測論證。此外,為切實控制新增污染物排放量,對現(xiàn)行總量管理辦法給定的績效排放總量計算公式按超低排放濃度限值予以修訂。
燃煤電廠;超低排放;煙囪;排放總量
為推進(jìn)煤炭清潔化利用、改善大氣環(huán)境質(zhì)量,環(huán)境保護(hù)部、國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》的通知[1]、《關(guān)于實行燃煤電廠超低排放電價支持政策有關(guān)問題的通知》[2]。燃煤電廠超低排放在全國范圍內(nèi)展開,部分區(qū)域已率先實現(xiàn)目標(biāo),如神華集團(tuán)2016年5月10日對外宣布京津冀地區(qū)所屬燃煤電廠已全部實現(xiàn)超低排放[3]。
燃煤電廠實行超低排放,煙塵、SO2、NOx等煙氣污染物排放濃度相比《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限值,有較大程度的降低。在此背景下,本文對新建燃煤電廠在煙囪設(shè)計高度、主要污染物排放總量控制指標(biāo)等方面需要關(guān)注的問題進(jìn)行分析,并提出建議。
燃煤電廠煙氣污染物稀釋擴(kuò)散與煙囪高度密切相關(guān),其落地濃度大致與煙囪有效高度(煙囪幾何高度與煙氣抬升高度之和)的平方成反比,故在大氣污染物排放總量不變的前提下,通常采用增加煙囪幾何高度的方法來減少污染物落地濃度[4-8]。
近年來,隨著火電廠機組容量的不斷增大,其煙囪越來越高,國內(nèi)已建成大批210m、240m高度的煙囪,甚至出現(xiàn)過270m高度的煙囪?;痣姀S煙囪越高,造價越高,施工難度越大,且當(dāng)煙囪幾何高度超過一定限度后,進(jìn)一步增加煙囪幾何高度對改善地面環(huán)境空氣質(zhì)量收效甚微[9-10]。此外,煙囪有效高度增大到一定程度后,在部分區(qū)域還可能帶來上部逆溫、加速形成酸雨等環(huán)境問題[11],因此煙囪幾何高度并非越高越好。以西北平原區(qū)某電廠為例,采用SCREEN3估算模式對不同排放標(biāo)準(zhǔn)情況下,不同煙囪高度對應(yīng)污染物的最大落地濃度進(jìn)行預(yù)測,分析煙囪高度優(yōu)化的可能性。
1.1 工程實例簡介
該電廠建設(shè)2×660MW超超臨界空冷燃煤機組。鍋爐采用低氮燃燒技術(shù),控制爐膛出口NOx濃度≤250mg/m3,同步建設(shè)SCR脫硝裝置,脫硝效率不低于80%,NOx排放濃度不高于50mg/m3;采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù),脫硫效率不小于99.2%,不設(shè)GGH及煙氣旁路,SO2排放濃度不高于35mg/m3;采用雙室五電場低低溫靜電除塵器,考慮濕法脫硫附帶50%的除塵效率,濕法脫硫后,采用除塵效率為70%的濕式靜電除塵器,綜合除塵效率不低于99.9%,煙塵排放濃度≤10mg/m3。項目區(qū)近30年(1984-2013年)年平均氣溫9.2℃,平均氣壓89.02kPa。
1.2 SCREEN3估算模式參數(shù)
煙氣污染物排放以滿足超低排放限值為方案一,以滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)燃煤鍋爐特別排放限值、一般排放限值分別為方案二、方案三進(jìn)行計算。煙囪高度以符合國家及電力行業(yè)頒布的一系列規(guī)程、規(guī)范為依據(jù),即最低高度高于廠區(qū)內(nèi)鄰近最高建筑物高度的2倍[12-15]。電廠煙囪鄰近最高建筑物為主廠房,高度約85m,故煙囪高度取170m~270m,計算步長取10m,單管內(nèi)徑取7.5m,計算參數(shù)見表1。
表1 SCREEN3輸入?yún)?shù)
項 目方案一方案二方案三煙囪參數(shù)煙囪幾何高度/m170,180,…270170,180,…270170,180,…270單管內(nèi)徑/m7.57.57.5等效出口內(nèi)徑/m10.610.610.6污染物排放SO2排放速率/g·s-140.961.4127.9NO2排放速率/g·s-156.8116.7116.7PM10排放速率/g·s-112.625.237.9煙氣參數(shù)煙囪出口煙氣速度/m·s-119.319.319.3煙囪出口煙氣溫度/k318318318環(huán)境條件環(huán)境溫度/k282.2282.2282.2地形特征平原平原平原城市/鄉(xiāng)村鄉(xiāng)村鄉(xiāng)村鄉(xiāng)村
1.3 預(yù)測結(jié)果及分析
經(jīng)預(yù)測,燃煤電廠執(zhí)行超低排放限值后,SO2、NO2和PM10的排放濃度及最大落地濃度相對于燃煤鍋爐特別排放限值、一般排放限值標(biāo)準(zhǔn)均有較大程度的降低,但污染物最大落地濃度受煙囪高度的影響較小。簡單地形條件下,煙囪高度由170m增高至270m時,SO2、NO2和PM10的最大落地濃度占標(biāo)率分別降低0.4%、1.45%、0.14%。常規(guī)600MW級燃煤機組煙囪高度為210m,煙囪從210m降低至170m時,SO2、NO2和PM10的最大落地濃度占標(biāo)率分別增加0.04%、0.2%、0.02%。
1.4 建議
以上估算結(jié)果表明,在地形平坦、環(huán)境不敏感地區(qū)或有機場凈空要求地區(qū),燃煤電廠執(zhí)行超低排放限值后,其煙囪高度可以適當(dāng)降低。鑒于煙氣污染物稀釋擴(kuò)散除了與煙囪高度有關(guān),還受到當(dāng)?shù)氐匦渭皻夂驐l件影響,對于某一新建燃煤電廠,項目設(shè)計單位應(yīng)協(xié)同環(huán)評單位,在環(huán)境影響評價階段借助于AERMOD、ADMS、CALPUFF等大氣環(huán)境影響進(jìn)一步預(yù)測模式,對煙囪高度降低的可行性進(jìn)行預(yù)測論證,已達(dá)到項目經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益的統(tǒng)一。
2.1 問題分析
為規(guī)范建設(shè)項目主要污染物排放總量指標(biāo)審核及管理工作,嚴(yán)格控制新增污染物排放量,環(huán)境保護(hù)部制定了《建設(shè)項目主要污染物排放總量指標(biāo)審核及管理暫行辦法》[16],該辦法規(guī)定火電行業(yè)建設(shè)項目所需替代的SO2、NOx排放總量指標(biāo)采用績效方法核定,燃煤機組SO2、NOx排放績效取值及各績效值對應(yīng)的排放濃度限值見表2。表中濃度限值依據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)取值;高硫煤地區(qū)指廣西、重慶、四川、貴州四省(市、區(qū));重點地區(qū)為《關(guān)于執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告》(環(huán)境保護(hù)部公告2013年第14號)中確定的47個地級及以上城市。從表2可以看出,該辦法給定的SO2、NOx排放績效值基于其排放標(biāo)準(zhǔn)滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)限值。目前,燃煤電廠全面實施超低排放后,SO2、NOx排放濃度較《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)有很大程度降低,實際排放總量遠(yuǎn)低于依據(jù)該辦法計算的績效總量。
表2 燃煤機組SO2、NOx排放績效值及排放濃度限值
項目地區(qū)機組類型績效值/g·(kW·h)-1濃度限值/mg·m-3超低排放/mg·m-3SO2高硫煤全部0.7200重點全部0.1755035其他全部0.35100NOx重點全部0.35100其他W型爐0.7020050其他爐0.35100
同樣以上述西北地區(qū)某電廠2×660MW超超臨界空冷燃煤機組為例,SO2、NOx排放績效值均為0.35g/(kW·h),該電廠實施超低排放后,SO2、NOx實際排放總量分別僅為績效排放總量的1/3、1/2,以該績效總量控制新增污染物排放量作用顯著降低,對企業(yè)而言,依據(jù)該績效總量在行業(yè)內(nèi)調(diào)劑、跨區(qū)域調(diào)劑或排污權(quán)交易獲取總量指標(biāo),不僅難度大,還會造成部分總量指標(biāo)閑置,以該總量指標(biāo)進(jìn)行排放控制,排放濃度不能滿足超低排放限值要求。
2.2 建議
鑒于上述存在問題,建議依據(jù)超低排放限值,對現(xiàn)有績效總量計算方法予以修正,具體如下:
Mi=(CAPi×5500+Di×10-3)×GPSi×
式中:Mi為第i臺機組大氣污染物總量指標(biāo),t/a;CAPi為第i臺機組的裝機容量,MW;GPSi為第i臺機組的排放績效值,g/(kW·h);Di為第i臺機組供熱量折算的等效發(fā)電量,(kW·h);C0、C0'分別為濃度限值、超低排放限值,mg/m3。
依據(jù)該公式對以上述2×660MW超超臨界空冷燃煤機組績效排放總量重新計算,結(jié)果超低績效排放總量略大于實際排放總量,以該指標(biāo)對污染物總量進(jìn)行控制,可以與超低排放濃度限值一起達(dá)到控制新增污染物排放的目的。
(1)煙氣污染物稀釋擴(kuò)散與煙囪高度密切相關(guān),同一排放標(biāo)準(zhǔn)限值條件下,污染物最大落地濃度因煙囪高度的增加而減小。煙氣污染物實行超低排放后,其最大落地濃度受煙囪高度的影響較小,通過增加煙囪高度降低污染物落地濃度的效益不顯著。在地形平坦、環(huán)境不敏感地區(qū)或有機場凈空要求地區(qū)實行超低排放限值后,煙囪高度可適當(dāng)降低。其余區(qū)域能否降低煙囪高度,需要在環(huán)評階段采用大氣環(huán)境影響進(jìn)一步預(yù)測模式,充分預(yù)測論證。
(2)燃煤電廠實行超低排放后,主要大氣污染物實際排放總量遠(yuǎn)低于現(xiàn)行總量管理辦法計算得出的績效排放總量,為切實控制新增污染物排放量,充分發(fā)揮總量指標(biāo)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用,應(yīng)對現(xiàn)行績效總量計算辦法按照超低排放濃度限值修訂。
[1]環(huán)境保護(hù)部. 關(guān)于印發(fā)全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案的通知[EB/OL]. http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201512/t20151215_319170.htm,201512-11.
[2]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會. 關(guān)于實行燃煤電廠超低排放電價支持政策有關(guān)問題的通知[EB/OL]. http://www.sdpc.gov.cn/zcfb/zcfbtz/201512/t20151209_761936.html.2015-12-02.
[3]神華集團(tuán). 神華京津冀燃煤電廠全部實現(xiàn)超低排放[EB/OL].http://www.shenhuagroup.com.cn/shjtww/1382682123408/2016 05/e1169d196ee247469aa966fb70e5731a.shtml.2016-05-11.
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[14]DLGJ102-91,火力發(fā)電廠環(huán)境保護(hù)設(shè)計規(guī)定[S].
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[16]中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部. 關(guān)于印發(fā)建設(shè)項目主要污染物排放總量指標(biāo)審核及管理暫行辦法的通知[EB/OL]. http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201501/t20150106_293856.htm.2014-12-31.
Discussion on several problems existing in coal-fired power plants under ultra-low emission
After the implementation of ultra-low emission in coal-fired power plant, the emission concentration, the ground concentration and the total emission of gas pollutants was greatly reduced. Whether it is still necessary to use a high chimney emissions, use the existing total management approach to determine the total amount of major pollutants control indicators have aroused widespread concern. The research showed that the implementation of ultra-low emission limits, the maximum ground concentration of SO2, NO2and PM10were decreased significantly. The maximum ground concentration was affected by the height of the chimney in small. In addition, in order to control the emissions of gas pollutants effectively, the current total amount management method needs to be revised according to the limit value of the ultra-low emission concentration.
coal-fired power plant; ultra-low emission; chimney; total emission
X511
B
1674-8069(2017)01-003-03
2016-12-21;
2017-02-03
黃 磊(1982-),陜西西安人,工程師,主要從事環(huán)境影響評價、環(huán)境保護(hù)竣工驗收調(diào)查、環(huán)境保護(hù)研究等工作。E-mail:1364015001@qq.com