我国火电厂氮氧化物排放现状及减排建议

刘锋锋 沈伦鹤 翟兴哲

京能十堰热电有限公司 湖北十堰市 442000

摘要：氮氧化物对人类和环境影响巨大，如不加以控制，将带来巨大危害。针对日益严峻的形势，氮氧化物减排己刻不容缓。而火电厂作为氮氧化物排放大户，且全国火电装机容量仍在不断增加，首当其冲。国家在2010年、2011年陆续出台针对控制火电厂氮氧化物排放的新政策。本文简要介绍了我国火电厂氮氧化物排放现状及减排建议。

关键词：氮氧化物；火电厂；减排建议

引言

近三十年来中国经济的高速发展，也直接造成了环境污染加剧、生态环境日趋恶化、空气质量严重衰退的不良后果，这一系列问题都直接或间接威胁到人们的身体健康。因此，改善空气质量，提高空气质量指数，以保护人民群众身体健康已成为我国的重要议题。大气污染物种类有很多，其中氮氧化物（NOxx）是几种包括二氧化硫（SO2）在内的最主要的大气污染物之一，空气中存在大量的氮氧化物，对人体和自然环境均会造成不同程度的危害。它主要来源于燃煤火力发电厂、各种工业及民用锅炉、化工企业的工艺废生物质燃烧和汽车尾气等。分行业来看，电力、热力生产和供应业是我国氮氧化物的排放大户，2011年占到全国排放量的66.7 %。而由于我国以煤炭为主的一次能源结构，又造成了火力发电成为其中氮氧化物排放主要领域的局而（图1）。 2014年全国NOx、排放量达到2 000万t，成为世界第一NOx排放国。据专家预测，如果不加以控制，到2020年全国NOxx排放量将达到3 000万t，其中火电厂排放的氮氧化物将达到1 750万t，到时将严重威胁人们的身体健康。所以，控制并减少火电厂氮氧化物排放，是全国氮氧化物减排的核心和关键，是改善空气质量的重要途径。

一、全国火电厂装机容量发展及氮氧化物排放情况

近三十年来，随着改革开发的持续深入，我国经济也随之快速发展，GDP从1978年的3 467亿元迅速增加到2015年的676 708亿元，成为世界第二大经济体。全国电力的需求也水涨船高，其中1978年我国火电装机容量仅为3 984万KW，1990年突破1亿KW，2000年达到2.3754亿KW，2015年底全国火电装机容量已达到9.9亿KW ，预计2020年将达到12亿KW（图2）。

图2 1978年一2020年中国火电装机容量及预测

中国火电装机容量的增大，煤炭消耗量也随之攀升。2000年全国消耗煤炭12.3亿t，2010年消耗煤炭32亿t， 2015年消耗煤炭达到惊人的39.65亿t。火电厂煤炭消耗约占全国煤炭消耗的一半。火电厂作为煤炭消耗大户，其NOx排放量占全国NOx排放量的一半以上。经测算，如未采取措施，一吨标准煤未加控制燃烧发电约产生氮氧化物7.4 kg。因此，火电厂NO、减排已经刻不容缓。目前，虽然我国绝大部分燃煤电厂锅炉已配有低氮燃烧技术，但脱硝效率较低，电厂烟气中经过该技术处理后，氮氧化物排放浓度仍高达300~400 mg/m³而对严峻的形势，国家层而也高度重视，2010年和2011年相继出台相关旨在控制火电厂氮氧化物排放的政策，对NOx排放限值做了进一步的规定，以遏制咄咄逼人的氮氧化物排放增长量（图3、图4）

图3 2006-2015全国氮氧化物排放量趋势

图4火电厂氮氧化物排放量及预测

二、火电厂NOx控制技术

对火电厂燃烧过程中生成的NOx进行控制是一项较为复杂的技术，为了控制燃煤电厂烟气排放中氮氧化物对生态环境和人类健康的危害，国外从20世纪50年代就开始进行锅炉燃烧过程中氮氧化物生成机理的研究和氮氧化物控制技术的研发，开发了一批控制氮氧化物排放的实用技术，基本可分为两大类，即低氮燃烧技术和尾部烟气脱硝技术。

2.1低氮燃烧技术

低氮燃烧技术一直是应用最广泛最经济实用的措施。它通过改变燃烧设备的燃烧条件来降低氮氧化物的形成，具体来说，是通过调节燃烧温度、烟气中氧的浓度、烟气在高温区的停留时间等方法来抑制氮氧化物的生成或破坏已生成的氮氧化物。低氮燃烧技术可降低25 }40%的NOx排放。该技术有多种，概括起来分两类，即改善运行条件和改进燃烧方法。

2.2尾部烟气脱硝技术

尾部烟气脱硝技术是还原或吸附尾部烟气中生成的NOx，从而降低NOx排放。该技术可分为干法、湿法和干一湿结合法三大类。但考虑到技术的可靠性、工程的投资、运行的费用、脱硝的效率等因素，目前只有干法中的选择性催化还原技术（SCR）和选择性非催化还原技术（SNCR）两种烟气脱硝技术相对较为成熟，在工程实际应用中大规模应用，其他技术还处于实验室研究、小型试验或中试研究阶段。

2.3CR烟气脱硝技术

选择性催化还原技术（SCR）是指烟气中的NO、在催化剂的作用下，与还原剂（NH3或者尿素）发生反应并生产无毒无污染的N:和HZO的一种技术。从而达到净化烟气的目的，反应生成的N

₂和HZO随着烟气排入大气。

2.4SNCR烟气脱硝技术

选择性非催化还原技术（SNCR）是一种不用催化剂，在850~1 100摄氏度的高温下，用还原剂NH:或者尿素，还原NOx的方法。

2.5SNCR-SCR混合法烟气脱硝技术

混合SNCR-SCR烟气脱硝技术不是SCR工艺和SNCR工艺的简单组合，它是结合了SCR技术高效、SNCR技术投资省的特点而发展起来的一种新型工艺。混合SNCR-SCR工艺最主要的改进就是省去了SCR设置在烟道里复杂的氨喷射系统。

三、几种主要氮氧化物控制技术的性价比较

国外从20世纪50年代就开始了低氮燃烧过程研究，到了70，80年代，低NOx燃烧技术已经工艺成熟，投资和运行费用也低。但是，随着烟气排放标准越来越严格，仅仅依靠低NOx燃烧技术已经不能满足环保要求，在对NOx排放要求非常严格的国家（如德国和日本），开始建设烟气脱硝装置，以达到更低NO、排放浓度的目的（表1）。

表1几种主要氮氧化物控制技术的性价比较

由于其控制过程受各方而条件的制约，低氮燃烧技术的脱硝效率仅有25 %~40 %，所以排放口烟气中NOx浓度也相对较高，一般还高达300mg/m³400 mg/m³。已经远不能满足新的排放标准。“十二五”期间，我国执行新的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），即氮氧化物执行100 mg/m³的排放限值，所以在我国燃煤电厂广泛推行并付诸实践烟气脱硝技术已势在必行，而目前SCR烟气脱硝技术具有最成熟、运行可靠、便于维护、脱硝效率高等特点，是国际上普遍采用的烟气脱硝技术。

四、当前存在的主要问题

4.1氮氧化物控制政策、法规、标准不完善

现行的《火电厂大气污染物排放标准》按燃用不同挥发份的煤规定相应的氮氧化物排放限值，没有体现公平的排放要求，不利于促进火电企业上治理措施；对火电行业氮氧化物排放总量控制在法规上尚无明确要求；对氮氧化物减排技术的应用范围以及烟气脱硝工程建设的质量保证体系的确立等缺乏相关技术政策指导文件。

4.2烟气脱硝技术引进存在较多问题

除个别单位开发了具有自主知识产权的核心技术外，国内有10余家环保工程公司分别引进了关国、日本、德国、意大利、丹麦等国有关公司开发的烟气脱硝技术。这些单位大多处于引进、消化和初步应用阶段。对SNCR技术的消化吸收至今未取得根本性进展；对SCR技术中使用的催化剂基本依赖进口，虽然有的环保公司已引进了催化剂制备技术，但生产规模很小或受到国内原材料品质的影响，生产的催化剂不能满足烟气脱硝要求；催化剂使用中产生的重金属积累，在失效处置过程中对土壤和水体的影响以及两种脱硝技术使用的还原剂（液氨，属危险化学品）对环境安全的影响等。上述问题尚需引起有关单位的关注和重视，否则将成为制约火电行业烟气脱硝技术和产业化发展的主要瓶颈之一。

4.3烟气脱硝装置的运行情况不理想

除个别火电厂能坚持投运外，大多数电厂是时开时停，甚至个别火电厂自机组验收后就不再投入运行。造成此种情况，除环保部门尚未将氮氧化物减排纳入重点监督内容外，其相关技术需要磨合，经济政策尚待落实也是其主要原因。

五、控制建议

氮氧化物具有的区域性污染特征已在我国逐渐显现，但我国对氮氧化物控制尚处于起步阶段。按其口前的控制力度，火电行业氮氧化物排放量还将快速增长。加大力度控制火电行业氮氧化物的排放是我国大气污染防治的重要任务。为促进我国火电行业氮氧化物控制工作健康有序的开展，提出如下建议。

（1）低氮燃烧技术是控制火电行业氮氧化物排放的首选技术和基本措施。各发电锅炉制造厂在设计、生产锅炉时应配置最佳可行的低氮燃烧技术及装置。对新建燃用烟煤或褐煤火电项口锅炉尚未配置低氮燃烧技术及装置的，在环评审批时不予批复。各发电集团公司对在役发电机组的低氮燃烧技术改造应做好规划，分步实施。

（2）尽快启动《国家氮氧化物污染防治规划》和《火电厂氮氧化物治理规划》制订工作；尽早出台《火电厂氮氧化物控制指导意见》。

（3）在修订《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223一2003）时，需充分考虑不同地方、不同季节采用不同控制力度和方式的问题，并取消不同煤质对应的浓度限值差别。

（4）全而开展烟气脱硝工程的示范和评估总结等项工作。

结论：

未来几十年内，国内燃煤火电厂仍将在电力企业占据很大的比重，如何采取有效措施，降低燃煤火电厂烟气排放中氮氧化物等有害物质的浓度，控制其排放量，以降低其对环境、对人体等危害，是广大电力及环保工作者的重要职责。而对严峻的形势，国家果断出击组合拳，继2010年1月27日发布《火电厂氮氧化物防治技术政策》（环发[2010]10号）文件后，2011年7月29日又发布《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）。而后火电厂纷纷进行氮氧化物控制工程改造，相比其他几种氮氧化物控制技术，SCR烟气脱硝技术具有稳定、成熟、效率高等特点，成了火电厂控制氮氧化物的首选。火电厂SCR烟气脱硝机组容量不断增加，所占比重由2011年占火电装机容量的16.9%迅速攀升至2015年的85.9 %。全国火电厂也因此每年减排氮氧化物数百吨，单位发电量氮氧化物排放量亦从2003年的3.78g/kw·h下降到2015年的0.43 g/kw · h。火电厂氮氧化物排放量也从2011年的1 000万吨直线下降到2015年的180万t，火电厂的SCR烟气脱硝项目成了当前氮氧化物减排的主力军。这在一定程度上遏制了空气质量恶化的趋势，为打造中国蓝奠定了坚实的基础，为保障人民群众身体健康保了驾护了航。

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