我國火電廠氮氧化物控制存在的問題與對策

張愛春

（江蘇省邳州市環(huán)境監(jiān)測站,江蘇 邳州 221300）

我國火電廠氮氧化物控制存在的問題與對策

張愛春

（江蘇省邳州市環(huán)境監(jiān)測站,江蘇 邳州 221300）

摘要：本文主要對火電廠燃燒產(chǎn)生的氮氧化物的產(chǎn)生條件、環(huán)境管理現(xiàn)狀及主要存在問題進(jìn)行了分析，并根據(jù)國家氮氧化物治理和排放政策，并結(jié)合“十二五”規(guī)劃，從政策角度對火電行業(yè)脫銷的必然趨勢及應(yīng)對策略提出了建設(shè)性意見。

關(guān)鍵詞：火電廠；氮氧化物；控制

氮氧化物（NOX）是造成大氣污染的主要污染物之一，包括N2O、NO、NO2、N2O2、N2O4和N2O5，其中污染大氣的主要是NO和NO2。大氣中NOx的來源主要有兩方面，自然界自身產(chǎn)生和人為活動排放，其中由燃料高溫燃燒產(chǎn)生的鍋爐尾氣和汽車尾氣約占人為源排放氮氧化物的90％左右。

1　火電廠氮氧化物現(xiàn)行主要控制措施

目前我國火電廠燃煤產(chǎn)生的NOx污染的控制措施主要有燃料脫氮、燃燒脫氮、煙氣脫硝等三大類方法。燃料脫氮就是燃前脫氮，燃燒脫氮是燃燒過程中脫氮，也稱之為爐內(nèi)脫氮，煙氣脫硝是路后脫氮，前兩種方法是主動脫氮，主要是從源頭控制，最后一種方法是末端治理，屬于被動型治理措施。

（1）燃料脫氮與燃料脫硫一樣，主要利用微生物處理、超臨界萃取等技術(shù)降低燃料中的氮含量，由于技術(shù)還沒有完全成熟，處理工藝復(fù)雜，運行費用高，目前還沒有在煤炭、石油等礦物燃料脫氮中推廣使用。

（2）與一種脫氮技術(shù)難度大，費用高相比，碟中脫氮技術(shù)具有明顯的優(yōu)點，因此近年來國內(nèi)外對燃料脫氮燃燒進(jìn)行了大量的研究工作，開發(fā)了多種可靠、實用的脫氮技術(shù)，如煙氣循環(huán)技術(shù)、多段燃燒技術(shù)、低溫燃燒技術(shù)、超低氮燃燒技術(shù)等。但根據(jù)國家一些政策法規(guī)規(guī)定，未來一段時間內(nèi)低NOX燃燒技術(shù)仍是控制電力行業(yè)氮氧化物排放的主要手段。

（3）煙氣脫銷是目前NOX控制措施中較為有發(fā)展?jié)摿Φ姆椒?，其?yōu)點是氮氧化物脫除效率高，但初次投資高，運行費用昂貴。煙氣脫銷方法按照工作介質(zhì)的不同可分為干法（催化法）和濕法（吸收法）兩類，按照其作用原理的不同，可分為氣相反應(yīng)法、氧化還原法、液體吸收法、吸附法等。目前工業(yè)上多以干法為主，其中目前在國內(nèi)外得到大量使用的煙氣脫硝技術(shù)主要是催化轉(zhuǎn)化法，可分為SCR（選擇性催化還原法）、SNCR（選擇性非催化還原法）、NSCR（非選擇性催化還原法）。

2　火電廠氮氧化物排放現(xiàn)狀

燃煤電廠煙氣中的NOX主要包括NO和NO2，其中NO約占95％，并且主要是熱力型NOx和燃料型NOX。近年來我國各地還在不斷建設(shè)電廠，只是由于審批越來越難，特別是總量政府控制很嚴(yán)，很難得到指標(biāo)，因此新建火電項目速度明顯變緩。但由于我國多年都是以火電為主，水電、核電為輔，造成我國火電裝機(jī)容量一直在高居不下，煤炭消耗量一直很大，火力發(fā)電產(chǎn)生的NOX占排放總量比例逐年增加，年增長率超過8％。

3　火電廠氮氧化物環(huán)境管理存在的主要問題

3.1排放總量難以計算

造成NOX排放總量難以計算的原因主要有以下三點：

（1）燃料型NOX的產(chǎn)生量可以通過燃燒計算得到，但熱力型NOX的產(chǎn)生量要受多種因素影響，尤其是過剩空氣系數(shù)、燃燒溫度等對熱力型NOX的生成量影響很大，很難準(zhǔn)確計算出NOX的生成量。

（2）目前我國火電行業(yè)多數(shù)煙氣脫硝系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，脫硝效率變化很大，排放濃度時高時低，因此要準(zhǔn)確確定NOX排放量很難。

（3）運行工況、開機(jī)時間均不穩(wěn)定。2014年受用電需求不足的影響，我國多數(shù)火電廠只能半負(fù)荷運行，也就是開一半機(jī)組，這樣就很難按總裝機(jī)容量來準(zhǔn)確確定NOX的排放數(shù)據(jù)。

3.2認(rèn)識重視程度不夠

長期以來的高能源消耗，特別是煤炭消耗，導(dǎo)致我國SO2、NOX排放量持續(xù)增加。雖然我國目前酸雨污染仍以硫酸型為主，但是氮氧化物的排放增幅已經(jīng)超過二氧化硫，其對酸雨的貢獻(xiàn)率呈逐年上升的趨勢，目前我國二氧化硫控制已經(jīng)取得初步成效，排放量并沒有隨裝機(jī)容量的上升而增加，但氮氧化物控制效果不理想，排放量仍在不斷增加，導(dǎo)致我國酸雨污染已由硫酸型向硫酸、硝酸復(fù)合型轉(zhuǎn)變，亟需采取有效手段控制氮氧化物的排放。

然而與此相對應(yīng)的是我國對氮氧化物排放的治理尚處于起步階段，對氮氧化物的總量控制也剛列入工作日程，沒有制定嚴(yán)格的總量控制標(biāo)準(zhǔn)，只是對排放濃度做了一定限制，各地區(qū)對其的重視程度也不夠，除少數(shù)城市外，全國絕大部分地區(qū)沒有制定相應(yīng)的地方排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.3法律、標(biāo)準(zhǔn)較松

我國《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13223—2中規(guī)定Vdaf＜10％時NOX排放標(biāo)準(zhǔn)為1100mg/m3，10％≤Vdaf ≤20％時NOX排放標(biāo)準(zhǔn)為650mg/m3，Vdaf ＞20％時NOX排放標(biāo)準(zhǔn)為mg/m3。上述排放標(biāo)準(zhǔn)限值太高，導(dǎo)致我國火電行業(yè)NOX排放量高居不下，各地每年NOX減排任務(wù)很難完成，大氣中的酸性氣體并沒有因為SO2排放量的減少而得到有效控制。究其原因，主要有兩點：一是我國NOX排放標(biāo)準(zhǔn)太松，而是我國火電比例太高，燃煤量太大。因此我國必須調(diào)整火電行業(yè)NOX排放標(biāo)準(zhǔn)，建議將調(diào)到150 mg/m3，以下。

3.4關(guān)鍵技術(shù)尚未掌握

我國目前對氮氧化物的防治技術(shù)路線是將：燃燒脫氮作為燃煤電廠氮氧化物控制的首選技術(shù)。當(dāng)爐型不適合采用燃燒脫氮技術(shù)或爐型雖適合，但效果不理想，氮氧化物無法達(dá)標(biāo)排放時，火電廠必須采取煙氣脫硝。

眾所周知，我國目前煙氣脫硝進(jìn)展緩慢，多數(shù)火電廠煙氣脫硝運行情況并不很好，根本原因在于我國煙氣脫硝尚處于起步階段。盡管國內(nèi)目前進(jìn)行煙氣脫硝技術(shù)研究的很多，既有工藝研究，也有設(shè)備開發(fā)，既有新脫硝技術(shù)開發(fā)研究，也有對國外引進(jìn)技術(shù)的改進(jìn)研究，但因種種原因，目前我國自主研發(fā)的且能夠超過或接近歐美和日本煙氣脫硝技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)還很少，其實質(zhì)就是我國還沒有掌握先進(jìn)的煙氣脫硝技術(shù)。

我國目前煙氣脫硝技術(shù)與設(shè)備主要依賴進(jìn)口，周圍就帶來兩個問題，一是投資高，而是運行管理難度加。與國外相比。我國生產(chǎn)的煙氣脫硝催化劑活性、抗毒性、壽命、比表面積等關(guān)鍵參數(shù)還有較大差距大，這嚴(yán)重影響我國煙氣脫硝的發(fā)展與應(yīng)用。

3.5其他方面

（1）部分火電廠雖同步建設(shè)了煙氣脫硝設(shè)施，但運行時偷工減料，主要表現(xiàn)為三個方面，一是催化劑堵塞、中毒、老化，活性很低，但為節(jié)省運行費用仍不更換；二是煙氣溫度達(dá)不到，還原反應(yīng)很難發(fā)生，脫硝效果很差；三是運行管理人員水平不夠，煙氣脫銷設(shè)施運行狀態(tài)很差。

（2）氨逃逸率高，形成二次污染。

（3）我國多數(shù)火電廠鍋爐爐型為煤粉爐和層燃爐，不適合采用低溫燃燒脫氮技術(shù)，造成熱力型NOX產(chǎn)生量增多，為煙氣脫硝增加了難度。

（4）催化劑床層設(shè)置偏少。目前燃煤電廠SCR脫硝裝置大多設(shè)置兩層催化劑，導(dǎo)致脫硝效果不高，如SCR脫硝裝置設(shè)為三層催化劑時，就可以明顯提高的NOX脫除效率。

4　對策

4.1利用有利政策條件，加大宣傳、控制力度

我國于2010年1月27日頒布了《火電廠氮氧化物防治技術(shù)政策》，這一技術(shù)政策將在頒布之日起執(zhí)行。該政策必將促進(jìn)我國火電行業(yè)氮氧化物控制的實施。在這樣的政策利好條件下，各地方環(huán)保部門必將提高對氮氧化物的重視程度，加大氮氧化物的控制力度，對轄區(qū)內(nèi)的火力發(fā)電廠和部分工業(yè)企業(yè)自備電廠的煙塵、二氧化硫和氮氧化物的排放都應(yīng)該進(jìn)行更為嚴(yán)格的檢測控制。

4.2加大資金投入，提升自主知識產(chǎn)權(quán)

（1）開發(fā)低溫脫銷催化劑，使其活化溫度在150℃以下，這就大大降低了煙氣脫硝難度和運行費用。

（2）開發(fā)脫硫脫硝一體化技術(shù)，煙氣既要脫硫，又必須脫銷，分開進(jìn)行，不僅系統(tǒng)極其復(fù)雜，投資大，而且運行管理及費用都很高，所以如能將脫硫脫硝一體化，必將為火電廠大氣污染治理開辟了一條前景非常廣闊的新路子。

（3）通過對當(dāng)量比的控制，實現(xiàn)低溫燃燒，降低氮氧化物的生成。

4.3優(yōu)化鍋爐結(jié)構(gòu)

（1）改進(jìn)爐膛結(jié)構(gòu)，使?fàn)t膛溫度均勻。

（2）改進(jìn)燃燒器結(jié)構(gòu)，通過再循環(huán)罩或射流卷吸，開發(fā)外部煙氣再循環(huán)和內(nèi)部煙氣再循環(huán)技術(shù)。

（3）研究催化燃燒技術(shù)，通過添加催化劑，使燃料分子和氧化劑分子能以較低的活化能在催化劑表面進(jìn)行反應(yīng)，這樣反應(yīng)溫度相比于同類的燃燒要更低，產(chǎn)生Nox就更少。

4.4限制燃煤發(fā)電，發(fā)展其它清潔能源

（1）逐漸采用燃?xì)忮仩t，減少燃煤鍋爐比例

（2）控制火電機(jī)組，大力發(fā)展水電、風(fēng)電、核電、太陽能發(fā)電，是控制氮氧化物排放的最有效的途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]郝吉明,馬廣大.大氣污染控制工程（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2]周濤,劉少光等.火電廠氮氧化物排放控制技術(shù)[J].環(huán)境工程.2008,26（06）：82-85.

[3]劉孜,易斌,高曉晶,井鵬等.我國火電行業(yè)氮氧化物排放現(xiàn)狀及減排建議[J].環(huán)境保護(hù), 2008,8（B）：7-10.