燃煤電廠超低排放存在的幾個(gè)問(wèn)題探討

黃 磊, 馬學(xué)禮, 黨立晨, 謝永平

(1. 陜西省環(huán)境工程評(píng)估中心, 陜西 西安 710054；2. 中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司, 陜西 西安 710075)

燃煤電廠超低排放存在的幾個(gè)問(wèn)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(píng)估中心, 陜西 西安 710054；2. 中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司, 陜西 西安 710075)

燃煤電廠實(shí)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(guò)研究表明，實(shí)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(jī)場(chǎng)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(jì)高度，其余地區(qū)在環(huán)評(píng)階段采用大氣環(huán)境影響進(jìn)一步預(yù)測(cè)模式預(yù)測(cè)論證。此外，為切實(shí)控制新增污染物排放量，對(duì)現(xiàn)行總量管理辦法給定的績(jī)效排放總量計(jì)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

0 引言

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(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《全面實(shí)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(shí)行燃煤電廠超低排放電價(jià)支持政策有關(guān)問(wèn)題的通知》[2]。燃煤電廠超低排放在全國(guó)范圍內(nèi)展開(kāi)，部分區(qū)域已率先實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，如神華集團(tuán)2016年5月10日對(duì)外宣布京津冀地區(qū)所屬燃煤電廠已全部實(shí)現(xiàn)超低排放[3]。

燃煤電廠實(shí)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(duì)新建燃煤電廠在煙囪設(shè)計(jì)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(wèn)題進(jìn)行分析，并提出建議。

1 煙囪高度優(yōu)化問(wèn)題

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(lái)減少污染物落地濃度[4-8]。

近年來(lái)，隨著火電廠機(jī)組容量的不斷增大，其煙囪越來(lái)越高，國(guó)內(nèi)已建成大批210m、240m高度的煙囪，甚至出現(xiàn)過(guò)270m高度的煙囪。火電廠煙囪越高，造價(jià)越高，施工難度越大，且當(dāng)煙囪幾何高度超過(guò)一定限度后，進(jìn)一步增加煙囪幾何高度對(duì)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(lái)上部逆溫、加速形成酸雨等環(huán)境問(wèn)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(duì)不同排放標(biāo)準(zhǔn)情況下，不同煙囪高度對(duì)應(yīng)污染物的最大落地濃度進(jìn)行預(yù)測(cè)，分析煙囪高度優(yōu)化的可能性。

1.1 工程實(shí)例簡(jiǎn)介

該電廠建設(shè)2×660MW超超臨界空冷燃煤機(jī)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(chǎng)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(xiàng)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(jì)算。煙囪高度以符合國(guó)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(jì)算步長(zhǎng)取10m，單管內(nèi)徑取7.5m，計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 SCREEN3輸入?yún)?shù)

項(xiàng) 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(cè)結(jié)果及分析

經(jīng)預(yù)測(cè)，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(duì)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(jiǎn)單地形條件下，煙囪高度由170m增高至270m時(shí)，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(jí)燃煤機(jī)組煙囪高度為210m，煙囪從210m降低至170m時(shí)，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(jī)場(chǎng)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(duì)于某一新建燃煤電廠，項(xiàng)目設(shè)計(jì)單位應(yīng)協(xié)同環(huán)評(píng)單位，在環(huán)境影響評(píng)價(jià)階段借助于AERMOD、ADMS、CALPUFF等大氣環(huán)境影響進(jìn)一步預(yù)測(cè)模式，對(duì)煙囪高度降低的可行性進(jìn)行預(yù)測(cè)論證，已達(dá)到項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益的統(tǒng)一。

2 排放總量指標(biāo)問(wèn)題

2.1 問(wèn)題分析

為規(guī)范建設(shè)項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)目所需替代的SO2、NOx排放總量指標(biāo)采用績(jī)效方法核定，燃煤機(jī)組SO2、NOx排放績(jī)效取值及各績(jī)效值對(duì)應(yīng)的排放濃度限值見(jiàn)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(diǎn)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(hào))中確定的47個(gè)地級(jí)及以上城市。從表2可以看出，該辦法給定的SO2、NOx排放績(jī)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(shí)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(shí)際排放總量遠(yuǎn)低于依據(jù)該辦法計(jì)算的績(jī)效總量。

表2 燃煤機(jī)組SO2、NOx排放績(jī)效值及排放濃度限值

項(xiàng)目地區(qū)機(jī)組類(lèi)型績(jī)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(diǎn)全部0.1755035其他全部0.35100NOx重點(diǎn)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(jī)組為例，SO2、NOx排放績(jī)效值均為0.35g/(kW·h)，該電廠實(shí)施超低排放后，SO2、NOx實(shí)際排放總量分別僅為績(jī)效排放總量的1/3、1/2，以該績(jī)效總量控制新增污染物排放量作用顯著降低，對(duì)企業(yè)而言，依據(jù)該績(jī)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(huì)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(wèn)題，建議依據(jù)超低排放限值，對(duì)現(xiàn)有績(jī)效總量計(jì)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(tái)機(jī)組大氣污染物總量指標(biāo)，t/a；CAPi為第i臺(tái)機(jī)組的裝機(jī)容量，MW；GPSi為第i臺(tái)機(jī)組的排放績(jī)效值，g/(kW·h)；Di為第i臺(tái)機(jī)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(duì)以上述2×660MW超超臨界空冷燃煤機(jī)組績(jī)效排放總量重新計(jì)算，結(jié)果超低績(jī)效排放總量略大于實(shí)際排放總量，以該指標(biāo)對(duì)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。

3 結(jié)論及建議

(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(shí)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(guò)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(jī)場(chǎng)凈空要求地區(qū)實(shí)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(píng)階段采用大氣環(huán)境影響進(jìn)一步預(yù)測(cè)模式，充分預(yù)測(cè)論證。

(2)燃煤電廠實(shí)行超低排放后，主要大氣污染物實(shí)際排放總量遠(yuǎn)低于現(xiàn)行總量管理辦法計(jì)算得出的績(jī)效排放總量，為切實(shí)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(duì)現(xiàn)行績(jī)效總量計(jì)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(shí)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(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì). 關(guān)于實(shí)行燃煤電廠超低排放電價(jià)支持政策有關(guān)問(wèn)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(shí)現(xiàn)超低排放[EB/OL].http://www.shenhuagroup.com.cn/shjtww/1382682123408/2016 05/e1169d196ee247469aa966fb70e5731a.shtml.2016-05-11.

[4]李?lèi)?ài)貞. 大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)導(dǎo)論[M]. 北京:海洋出版社, 1997.

[5]楊佳財(cái),王繼民,孫白妮. 電廠煙囪高度確定的技術(shù)方法[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理, 2007, 32(1): 176-180.

[6]鄂培須. 計(jì)算煙囪高度的一個(gè)實(shí)例[J]. 環(huán)境污染與防治, 1989, 11(2): 45-46.

[7]張仁鋒,魏 瑤,雷 洋.火電廠煙塔合一和煙囪排放大氣環(huán)境影響比較[J]. 電力科技與環(huán)保,2012,28(2):1-3.

[8]王向東,董秀明.多煙囪排放大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作等級(jí)探討[J]. 電力科技與環(huán)保,2012,28(4):5-7.

[9]劉玉徹,楊洪斌,梁 剛.氣象條件對(duì)煙囪污染物影響的模擬研究[J]. 氣象與環(huán)境學(xué)報(bào), 2008, 24(1): 18-21.

[10]弗·斯·尼基齊恩, 阿·伊·皮盧莫夫, 楊禎奎. 煙囪的高度對(duì)空氣污染的影響[J]. 國(guó)外環(huán)境科學(xué)技術(shù), 1987, (2): 6-9.

[11]陳建平,蘭 石,田 犀. 排氣筒高度與大氣污染物最大落地濃度關(guān)系的研究[J]. 工業(yè)安全與環(huán)保,2008,34(10): 54-56.

[12]GB50660-2011,大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[13]DL5022-2012,火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

[14]DLGJ102-91,火力發(fā)電廠環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)定[S].

[15]DL/T5240-2010,火電廠燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定[S].

[16]中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部. 關(guān)于印發(fā)建設(shè)項(xiàng)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(píng)價(jià)、環(huán)境保護(hù)竣工驗(yàn)收調(diào)查、環(huán)境保護(hù)研究等工作。E-mail:1364015001@qq.com