吕敬友，刘俊峰
（国网上海市电力公司电力科学研究院，上海200437）
摘 要： 介绍了上海火电环保现状和对区域雾霾的贡献率。阐述了上海火电装机容量成倍增长但烟气污染物排放持续下降的控制方法。针对环保新标准，探讨了解决污染物排放问题的措施，提出了烟气多污染物协同控制技术建议。
关键词： 雾霾；燃煤电厂；环保现状；污染物协同控制
0 引言
近年以PM2.5为代表的雾霾天气在我国频现，2014年我国74个实施新的空气质量标准GB3095-2012的城市达到二级标准的仅占10.8%。2013年1月,北京PM2.5最高浓度是二级空气质量标准的13倍，上海是4倍，超过WHO准则值更大。我国大气污染特点已从煤烟型转变为混合型。为改善大气质量，国家密集出台了一系列的法规、政策。我国最为严格的排放标准B13223-2011《火电厂大气污染排放标准》于2014年7月1日起执行，GB3095-2012《环境空气质量标准》将于2016年执行。由于环保政策、标准和要求的日益严格，电力将掀起新一轮燃煤机组环保技术改造热潮。
1 电力发展和环保现状
1.1 电力发展与节能减排
多年来，我国电力保持着高速增长，2014年底，全国发电装机容量13.59亿千瓦，其中煤电8.25亿千瓦，占总装机容量的67%左右,电力耗用全国50％左右煤炭，燃煤量约19亿吨。全国年发电量为5.4万亿kWh，其中火电年发电量4.2万亿kWh。我国装机容量、发电量、燃煤量均列世界第一。
2014年上海总装机容量为20 310 MW,其中燃煤机组为15 018 MW，燃气、燃油机组为5 292 MW。为建设环境友好型城市，上海严格控制燃煤机组建设，采用大代小达到节能环保。新增用电主要增加区外来电和建设燃气机组。目前区外来电占上海用电量的50%以上，在“强馈入弱开机”新常态下，上海300 MW及以下燃煤机组主要用作调峰和备用。与2005年10 500 MW装机容量相比，装机容量增加了93.4%，但年发电量从629.3亿kWh增加到2014年的777.0亿kWh，只增加23.5%，年用煤量从2 790万吨增加到3 087万吨，只增加10.6%。燃煤机组平均供电煤耗2014年为303.2g/kWh，比2000年的351.0g/kWh、2005年的338.0g/kWh，分别下降了13.6%和10.3%。具体见图1。
上海严格控制燃煤质量，使用低硫、低灰优质煤，燃煤质量见表1。燃煤灰分从2005年的18.3%降至2014年的14.4%，下降了3.9个百分点，硫分基本上控制在0.6%以下。从源头上控制烟尘、SO2的排放，取得节能减排的效果。
1.2 污染物排放有效的防治措施
近年来，上海火电厂开展了大规模的环保设施建设和环保设施的持续改造，以适应日益严格的环保政策和史上最严排放标准。2014年上海地区上网受监燃煤机组41台，采用高效电除尘器的锅炉24台，有17台中小机组合计2 470 MW容量改成布袋除尘器。脱硫系统从2005年开始建设，2014年燃煤机组全部建成烟气脱硫装置。燃煤机组基本上采用低氮燃烧技术，有31台机组合计14785MW建成脱硝装置。2014年除尘器除尘效率达到99.76%；电厂平均脱硫效率均能达到95%以上；脱硝系统运行正常，平均脱硝率达到84.2%。电力环保指标处于国内外领先水平，表2为2014年国内外电力环保指标比较。
1.3 电力对雾霾的贡献率逐年下降
雾霾是空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氰化合物等非水成物组成的气溶胶系统。霾粒子直径多在0．001～10 m之间。主要是煤炭燃烧、汽车尾气、秸秆燃烧、道路扬尘、钢铁、炼油、房屋装修、油漆到烹饪等产生的PM2.5。2013年，全国SO2排放总量为2 043.9万吨；NOx排放总量为2 227.3万吨，工业源排放占71.9%，机动车排放占26.5%；烟粉尘排放量为1 388万吨，均远超出环境承载能力。2014年，上海PM2.5、二氧化硫、二氧化氮年均浓度分别为每立方米52微克、18微克、45微克，为欧美发达国家的2倍至4倍。
上海PM2.5来源中，本地污染排放贡献平均约为74%，外来区域影响平均约为26%。因此，上海污染源主要是本区域产生。在本地排放源中，机动车、船舶、飞机等流动源的燃油排放占29.2%，非燃煤类的工业锅炉和窑炉、以煤为原料的工业生产过程以及石油、化工等工业生产过程排放占28.9%，以煤为燃料的电厂占6%、工业锅炉和窑炉等燃煤源占7.5%，建筑施工、道路扬尘等扬尘污染占13.4%，另有农业生产、生物质燃烧、民用生活面源占14%，海盐、植物等自然源排放占1%。
上海火电厂PM2.5与2005年前占25%以上相比，降幅约76%，为减缓上海的雾霾天气做出了贡献。
2 烟气污染物排放分析
2.1 排放量及排放率分析
上海火电厂烟气污染物排放呈逐年下降态势，2014年上海火电厂烟尘排放量为0.611万吨，比2010年的1.75万吨下降了65.1%；SO2排放量为1.87万吨，比2010年的8.44万吨下降了77.8%；NOx排放量为3.47万吨，比2010年的11.12万吨下降了68.8%。烟气污染物排放见图2。
就SO2而言，上海市2012年排放量为22.82万吨，2005年为50万吨，减排了27.18万吨，降幅54.4%。而同期电力减排了22.0万吨，占总减排量的82%。火电厂在SO2减排中发挥了重要作用。
图3为2007～2014年烟尘、二氧化硫、氮氧化物单位电量排放率变化情况。2014年与2007年相比，烟尘、二氧化硫、氮氧化物单位电量排放率分别下降了83.3%、93.4%和69.4%。烟尘和二氧化硫降幅较大的原因是脱硫装置的建设和采用高效电除尘并进行控制电源改造，有17台燃煤机组改为布袋除尘器。相对来说脱硝建设装置要滞后一些。
2.2 不同等级机组污染物排放率分析
不同等级机组烟气污染物绩效排放率见表3。
从表3看出，小于300 MW机组污染物排放率大大超过其他等级机组，随着单机容量的增大，污染物排放率下降，1 000 MW等级机组的污染物排放率最小。其主要原因：小于300 MW机组发电效率低、脱硝装置配备率低，污染物去除装置效率相对较低、燃煤品质差。而大机组发电效率高、煤耗低、配备的污染物去除装置较为齐全、效率较高。如1 000 MW级机组到2013年底全部配备了脱硝装置。因此大机组具有显著的节能环保效益。
3 应对环保新要求,采取烟气多污染物协同控制降低污染排放
3.1 严格的环保标准
GB13223-2011《火电厂大气污染排放标准》于2014年7月1日起新、旧机组执行统一标准，对全国经济发达、排放严重的地区，执行特别排放限值。与美国、欧盟相比，我国的排放标准最为严格，见表4。
2014年9月23日，国家发改委等部委联合印发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020）》，要求东部地区上海、江苏、浙江等11省市新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值（即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米）。
虽然上海火电厂对PM2.5的贡献率不大，但作为大容量集中排放源，以及污染控制的规模效应，特别是氮氧化物排放量还很大，它是产生O3的介质，因此火电还是重点控制之一。
3.2 火电厂烟气污染减排措施
3.2.1 推进电力节能环保措施
2014年上海火电供电煤耗303.2g/kWh，远低于国内外火电煤耗。因此电力节能的空间越来越难，应对雾霾的压力也越来越大。目前上海早期建设的350 MW等级以下燃煤机组5 538 MW，其中小机组708 MW，这些机组有些已进行1 000 MW级煤机或燃气机组替代的可研；强化上网电的环保调度，国网上海市电力公司电力科学研究院会同上海市电力调度中心正进行“电能绿色管理”项目研究，届时推出“绿色电能”指数，逐步将发电与节能环保挂钩，对节能环保机组优先上网，力争“清洁发电，绿色调度”；继续燃烧优质煤，降低煤耗，从源头上控制污染物排放。
3.2.2 持续烟气多污染物协同控制改造
上海2014年NOx排放总量3.47万吨，占三种主要污染物排放总量的58.3%，主要是15台小机组计1 440 MW在2014年底或2015年6月建成脱硝装置。目前上海燃煤电厂均采用低氮燃烧加脱硝，在脱硝装置在符合投运段NOx排放均能达到特别排放标准值。新标准SO2特别排放浓度为50 mg/m3，需要脱硫效率在96%左右才能满足。但原有脱硫系统设计参数很难达到新标准。截止2014年，有3家电厂采用添加增效剂来提高脱硫效率。有5家电厂的部分机组对脱硫系统进行了增容改造，增加脱硫塔高度，增加一层喷淋层，降低了SO2排放，而且也有除尘效果。有些电厂为达到洁净排放要求，在脱硫塔内增加托盘，增加浆液与SO2的接触性能，较大幅度提高脱硫效率。对于烟尘为20 mg/m3的排放标准，除尘效率需从现在的99.75%提高到99.84%以上。对运行好的电除尘器勉强可以达到。采用中(低)温省煤器技术不但回用废热，而且使进入电除尘器的烟气温度降低20℃左右，降低了烟尘的比电阻，可提高除尘效率，达到节能环保的效果，目前，上电漕泾等6家电厂对机组加装（中）低温省煤器。对除尘效率差的机组可改成布袋除尘器或在脱硫塔后增设湿式电除尘器，至2014年，上海有6家电厂17台机组将电除尘器改为布袋除尘器，不但提高除尘效率，且有一定的脱硫作用。有4家电厂的部分机组加装湿式电除尘器以达到除尘、脱硫和治理石膏雨的协同作用。因此，为达到新的环保标准要求，建议火电机组采用污染物协同控制策略，即：锅炉低氮燃烧+烟气脱硝中(低)温省煤器电除尘器或布袋除尘器高效烟气脱硫或增设湿式电除尘器。
上海火电机组通过协同控制改造，2014年与2012年相比，减排SO2、NOx和烟尘分别为0.39万吨、4.85万吨和0.18万吨,削减率分别为17.3%、58.3%和22.8%。三种污染物总量从2012年11.38万吨降到2014年的5.95万吨，降幅约为47.7%。大大低于我国《环保行动计划》降幅20%要求。
4 结束语
新标准的实施，燃煤机组面临新的环保压力。上海火电厂在装机容量成倍增长的情况下烟气污染物排放不增反大幅下降，得益于除尘、脱硫、脱硝等环保设施的持续改造和建设。使火电PM2.5从2005年前占上海总量的25%以上降至6%。为达到新的环保排放标准，上海火电需进行新一轮脱硫增容改造和除尘、脱硝改造，建设布袋除尘器，增设湿式电除尘、低温省煤器等烟气多污染物协同控制措施，绿色调度、节能环保机组优先上网、挖潜节能等，可使三种烟气污染物总量进一步下降，为遏制上海雾霾天气发挥新的作用。
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