王娜

（青島金海熱電有限公司，山東 青島 266000）

火電廠超低排放改造的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益分析

王娜

（青島金海熱電有限公司，山東 青島 266000）

隨著國家日趨嚴(yán)格的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的頒布，各重點(diǎn)地區(qū)火電企業(yè)興起環(huán)保設(shè)施升級改造熱潮。當(dāng)前，各燃煤企業(yè)的改造路線各有不同，改造后的經(jīng)濟(jì)效益仍需探討和研究。通過對青島某熱電公司2016年超低排放改造工程的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性的分析和測算，與改造前進(jìn)行對比，得出結(jié)論：改造后的鍋爐運(yùn)行費(fèi)用總體呈增加趨勢，當(dāng)鍋爐出口煙塵、SO2、NOx排放濃度為低于5mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3時，鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性最為顯著。

超低排放；技術(shù)方案；經(jīng)濟(jì)性；燃煤鍋爐；升級改造

為落實國務(wù)院《大氣污染防治行動計劃》和山東省環(huán)境保護(hù)廳等5部門《關(guān)于加快推進(jìn)燃煤機(jī)組（鍋爐）超低排放的指導(dǎo)意見》，青島市環(huán)保局、發(fā)改委、城管局等八部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快推進(jìn)燃煤鍋爐超低排放的實施意見》，要求10萬千瓦以下燃煤鍋爐的大氣污染物排放達(dá)到或優(yōu)于《山東省區(qū)域性大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》重點(diǎn)控制區(qū)大氣污染物排放濃度限值（即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不超過10、50、100mg/Nm3）。燃煤鍋爐實施超低排放改造不僅關(guān)系到企業(yè)的未來可持續(xù)發(fā)展，也影響到全社會的環(huán)境效益。

1 技術(shù)方案確定

青島某熱電有限公司2臺75t/h循環(huán)流化床鍋爐于2012年1月投產(chǎn)，環(huán)保設(shè)施基本上都是同步建設(shè)或為后期配套，其工藝標(biāo)準(zhǔn)大都按當(dāng)時環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，對比當(dāng)前更趨嚴(yán)格的排放指標(biāo)已明顯落后，為此，該公司決定對原有環(huán)保設(shè)施進(jìn)行改造，建設(shè)了氧化鎂濕法脫硫系統(tǒng)、低氮燃燒+SNCR脫硝系統(tǒng)，并將原電除塵器改造為電袋復(fù)合除塵器。該公司的2臺75t/h循環(huán)流化床鍋爐自投產(chǎn)以來，環(huán)保裝置整體運(yùn)行狀況良好，鍋爐出口煙塵、SO2、NOx的排放濃度均可控制在設(shè)計值以下，煙塵排放濃度在25mg/Nm3以內(nèi)，SO2排放濃度在150～170mg/Nm3，NOx排放濃度在160～180mg/Nm3。但煙氣污染物排放濃度不能滿足新形勢下超低排放要求，需進(jìn)行超低排放改造。按照青島市《關(guān)于加快推進(jìn)燃煤鍋爐超低排放的實施意見》及《山東省火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB37/664-2013）超低排放第2號修改單對大氣污染物排放指標(biāo)的要求，該廠的2臺75t/h循環(huán)流化床鍋爐出口煙塵、SO2、NOx排放濃度需達(dá)到10mg/Nm3、35mg/Nm3、100mg/Nm3以下，出于對改造項目的前瞻性考慮，最終確定改造后的煙塵、SO2、NOx排放濃度分別低于5mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3。

在技術(shù)改造設(shè)計研究過程中， 根據(jù)環(huán)保設(shè)施運(yùn)行現(xiàn)狀、污染物排放指標(biāo)及燃煤特點(diǎn)，統(tǒng)籌考慮污染物脫除效果、經(jīng)濟(jì)性、安全性、穩(wěn)定性等綜合要素，在與現(xiàn)役機(jī)組環(huán)保裝置污染物排放濃度值進(jìn)行綜合對比分析后，確定超低排放改造路線。通過對擬改造項目的技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性和項目可實施性等進(jìn)行科學(xué)合理、周密的論證，選擇以適用、實用、先進(jìn)為原則的項目改造方案和環(huán)保工藝[1]。

1.1 脫硝工藝的確定

原脫硝系統(tǒng)為低氮燃燒+SNCR脫硝系統(tǒng)，SNCR脫硝系統(tǒng)效率低、氨液消耗量大，且在燃燒過程中，易生成(NH4)2SO4，致使空氣預(yù)熱器堵塞。經(jīng)分析論證，選擇了對原低氮燃燒系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級，通過增加飛灰回燃系統(tǒng)、改造中心筒、風(fēng)帽等措施，提高燃燒效率，從源頭控制氮氧化物的排放濃度。因要求NOx的排放限值為50mg/Nm3，故新建了目前應(yīng)用廣泛、脫硝效率高的SCR脫硝工藝。SCR反應(yīng)器內(nèi)脫硝催化劑按2+1層布置，即初裝2層，預(yù)留1備用層的安裝空間。目前低氮燃燒技術(shù)+SCR已成為我國NOx減排控制的大趨勢[2]。經(jīng)低氮燃燒改造后，SCR入口氮氧化物的濃度由原來400g/Nm3降至150g/Nm3，大大降低了氮氧化物的初始排放濃度，從而降低了后續(xù)SCR脫硝系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，保證系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1.2 脫硫工藝的確定

原氧化鎂濕法脫硫，氧化鎂活性較高，并具有一定的運(yùn)行經(jīng)驗，故沿用原脫離系統(tǒng)采用的氧化鎂濕法脫硫，將原有的脫硫塔拆除，新建兩座脫硫塔，采用一爐一塔控制，可極大改善原有兩爐一塔脫硫效率低、負(fù)荷高的問題，同時對噴淋層重新布局，采用高效噴嘴等手段，進(jìn)一步加強(qiáng)脫除SO2的效率。

1.3 除塵工藝的確定

原電袋復(fù)合除塵運(yùn)行情況良好，但要達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)仍需在現(xiàn)役電袋復(fù)合除塵的基礎(chǔ)上增設(shè)除塵裝置或深度除塵提效改造。濕式電除塵裝置是目前技術(shù)最成熟、最穩(wěn)定可靠、業(yè)績最多的超低排放改造技術(shù)，要達(dá)到“超潔凈排放”限值要求，濕式電除塵器是火電企業(yè)除塵設(shè)施必增項目[3]。增設(shè)濕式電除塵雖一次性投資較高，但改造后設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、安全且除塵效率高。

到目前為止，已順利通過168h試運(yùn)行，2臺75t/h循環(huán)流化床鍋爐超低排放改造完成后，可顯著降低煙塵、SO2、NOx排放量，降低了污染物濃度，經(jīng)第三方煙氣監(jiān)測公司監(jiān)測，結(jié)果顯示，鍋爐出口煙塵、SO2、NOx排放平均濃度為3mg/Nm3、15mg/Nm3、20mg/Nm3，均滿足國家超低排放環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。按照年運(yùn)行200天計算，超低排放改造后各污染物年減排量如表1所示。

表1 污染物年排放量及年減排量情況對比表

從表1可以看出，經(jīng)超低排放改造后，煙塵排放量年減少26.93t，同比下降83.35%，SO2排放量年減少278.25t，同比下降91.18%，NOx排放量年減少287.24t，同比下降88.89%。

2 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

根據(jù)《省財政廳省環(huán)保廳關(guān)于完善排污收費(fèi)政策促進(jìn)治污減排有關(guān)問題的通知》中規(guī)定的“自2017年1月1日起，二氧化硫、氮氧化物收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)由3.0元/污染當(dāng)量調(diào)整為6.0元/污染當(dāng)量，其他污染物排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)仍按1.2元/污染當(dāng)量執(zhí)行”。2017年，該公司擴(kuò)大了經(jīng)營范圍，鍋爐年運(yùn)行時間增加，雖經(jīng)環(huán)保改造后污染物排放濃度有所降低，但同時面臨著排污費(fèi)、化學(xué)品消耗量、電耗增加等問題，故如何在保證正常生產(chǎn)的同時實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，將生產(chǎn)費(fèi)用減到最低，對該公司來說是至關(guān)重要的問題。

2.1 排污費(fèi)核算

2016年，該公司75t/h鍋爐運(yùn)行約200天，燃用標(biāo)煤約6.06萬噸，上繳排污費(fèi)約為40.65萬元（包含減免排污費(fèi)9.254萬元），噸標(biāo)煤排污費(fèi)用為6.71元。

2017年擬計劃運(yùn)行240天，燃用標(biāo)煤9萬噸，以此來計算不同污染物排放濃度運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，表2列舉了6種污染物排放濃度值，按照山東省財政廳、環(huán)保廳《關(guān)于完善排污收費(fèi)政策促進(jìn)治污減排有關(guān)問題的通知》中規(guī)定的差別化排污收費(fèi)政策，計算排污費(fèi)金額并與2016年排污費(fèi)進(jìn)行對比，其中煙塵、SO2、NOx排放濃度分別為10mg/Nm3、35mg/Nm3、100mg/Nm3時為本次超低排放改造的驗收標(biāo)準(zhǔn)；煙塵、SO2、NOx排放濃度分別為5mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3為超低排放標(biāo)準(zhǔn)；第3項和第4項分別為按照超低排放驗收標(biāo)準(zhǔn)的75%、50%污染物排放濃度；由于氧化鎂消耗量較大，設(shè)定第5項為煙塵和NOx按照超低排放驗收標(biāo)準(zhǔn)的50%濃度排放，SO2按照超低排放驗收標(biāo)準(zhǔn)的75%濃度排放；第6項為煙塵和NOx按照超低排放驗收標(biāo)準(zhǔn)的75%濃度排放，SO2按照超低排放驗收標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的濃度排放。

表2 不同污染物排放排污費(fèi)對比

根據(jù)表2可看出，污染物排放濃度越低，排污費(fèi)越低，與2016年排污費(fèi)對比，盡管耗煤增加3萬噸，按照煙塵、SO2、NOx排放濃度為5mg/Nm3、17mg/Nm3、50mg/Nm3運(yùn)行，排污費(fèi)為29.28萬元，噸標(biāo)煤排污費(fèi)為3.25元；當(dāng)鍋爐出口煙塵、SO2、NOx排放濃度分別為為5mg/Nm3、26mg/Nm3、50mg/Nm3時，排污費(fèi)（38.84萬元）與2016年相近，但噸標(biāo)煤排污費(fèi)用比2016年減少2.4元；按照鍋爐出口煙塵、SO2、NOx排放濃度為5mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3和7.5mg/Nm3、26mg/Nm3、75mg/Nm3進(jìn)行排放，噸標(biāo)煤排污費(fèi)用與2016年噸標(biāo)煤排污費(fèi)用接近，分別為5.81元和7.36元，由于耗煤量增加，故排污費(fèi)較2016年分別增加11.64萬元和25.56萬元；若鍋爐出口煙塵、SO2、NOx排放濃度為10mg/Nm3、35mg/Nm3、100mg/Nm3，排污費(fèi)用最高，排污費(fèi)較2016年增加77.34萬元，噸標(biāo)煤排污費(fèi)較2016年增加6.4元。

2.2 運(yùn)行費(fèi)用

2016年鍋爐出口煙塵、SO2、NOx的排放標(biāo)準(zhǔn)分別為30mg/Nm3、200mg/Nm3、200mg/Nm3，運(yùn)行時間195天，氨水耗量為511噸，氧化鎂耗量為955.5噸，耗電量為52.65萬kW·h，總計金額為122.82萬元，噸標(biāo)煤化學(xué)品費(fèi)用為13.65元。

根據(jù)超低排放改造后，不同污染物排放濃度情況的化學(xué)品用量，得出2017年不同排放濃度下化學(xué)品日消耗對比表，如表3所示。

根據(jù)表3可看出：第一，超低排放改造后氨水日耗量明顯減少，可能的原因有：1）經(jīng)低氮燃燒改造后進(jìn)入煙道初始氮氧化物濃度明顯降低；2）SCR脫硝系統(tǒng)屬于高效脫硝系統(tǒng)，進(jìn)入其中的氮氧化物在催化劑作用下與氨水反應(yīng)高效，致氨水的利用率更高。氧化鎂在脫硫利用率更高的情況下，較2016年略有增加。電耗增加較為明顯，主要為新增設(shè)備耗電增加，如新增濕式電除塵器每小時電耗增加約240kW·h，引風(fēng)機(jī)功率增加360kW，脫硝系統(tǒng)加熱器功率增加75kW·h等。第二，污染物排放濃度越低，化學(xué)品消耗費(fèi)用越高，當(dāng)煙塵、SO2、NOx按照驗收標(biāo)準(zhǔn)排放時，化學(xué)品消耗費(fèi)用最低，但仍比2016年增加17.25萬元，噸標(biāo)煤化學(xué)品消耗相比2016年增加1.91元；當(dāng)煙塵、SO2、NOx排放濃度為5mg/Nm3、26mg/Nm3、50mg/Nm3時，化學(xué)品消耗費(fèi)用最高，比2016年增加79.11萬元，噸標(biāo)煤化學(xué)品消耗增加9.12元。

綜上所述，污染物排放濃度越低，排污費(fèi)越低，而污染物排放濃度越低，化學(xué)品消耗費(fèi)用越高，將排污費(fèi)與化學(xué)品消耗費(fèi)用匯總后可得到不同污染物排放濃度與費(fèi)用之間的關(guān)系，如表4所示。

表3 化學(xué)品等消耗對比表

表4 不同污染物排放濃度綜合費(fèi)用對比

從表4可看出，當(dāng)鍋爐出口煙塵、SO2、NOx排放濃度為5mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3時，運(yùn)行總費(fèi)用最低（206.51萬元），經(jīng)濟(jì)性最為顯著，但仍比2016年增加43.04萬元，噸標(biāo)煤消耗費(fèi)用較2016年增加2.58元。

3 結(jié)論

（1）青島某熱電有限公司超低排放改造從技術(shù)層面上看是可行的，并且經(jīng)過一段時間的運(yùn)行，污染物處理效果完全能夠達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，為達(dá)標(biāo)排放提供了更大的裕度，可保證在煤質(zhì)波動、負(fù)荷波動、部分環(huán)保設(shè)備故障等條件下更好地實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

（2）作為技改類項目，在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計、改造，在保證環(huán)保指標(biāo)達(dá)標(biāo)的同時，要兼顧經(jīng)濟(jì)效益。綜合來看，經(jīng)超低排放改造后的運(yùn)行成本總體增加，當(dāng)鍋爐出口煙塵、SO2、NOx排放濃度分別為5mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3時，總費(fèi)用相對較低。

（3）國家即將出臺關(guān)于CO、Hg等污染物排放控制政策，要求企業(yè)提前做好應(yīng)對準(zhǔn)備，在改造的同時實現(xiàn)一定的前瞻性改造目標(biāo)。

[1] 周小川.哈平南熱電廠煙氣超低排放項目改造方案設(shè)計[D].吉林：吉林大學(xué)，2016：1-6.

[2] 張東輝，莊燁，朱潤儒，等.燃煤煙氣污染物超低排放技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析[J].2015，36（5）：125-130.

[3] 劉媛，閆駿，井鵬，等.濕式靜電除塵技術(shù)研究及應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2014，37（6）： 83-88．

Analysis on Technical and Economic Benefit of Ultra-low Emissions Transformation of Thermal Power Enterprise

WANG Na
(Qingdao Jinhai Thermal Power Co., Ltd, Qingdao Shandong 266000, China)

Based on the analysis and calculation of the technical and economic characteristics of the ultra-low emissions reconstruction project in a thermal power enterprise from Qingdao in 2016, and by comparison with the pre-reformation, the paper gives a conclusion: after ultra-low emissions reconstruction, the boiler operation costs have an increasing trend in general.The boiler operation economy shows the most prominence when the emission concentrations of smoke dust, SO2、NOxare under 5mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3in the boiler outlet.

ultra-low emissions; technical program; economics; coal- fired boiler; upgrade and transformation

X701

A

1006-5377（2017）11-0054-04