神华国华电力煤电机组大气污染物近零排放

本文为《基石》杂志2015年第2期文章

 

王树民 神华国华电力公司董事长

 

截至2014 年底，中国发电装机总容量为13.6 亿千瓦，其中化石能源发电装机容量为9.1 亿千瓦，占总装机容量的比重为66.7％；非化石能源发电装机容量为4.5 亿千瓦，占总装机容量的比重为33.3％。中国一次能源的禀赋是多煤少油贫气，煤炭资源占中国一次能源资源总量的90％左右，这一特点决定了中国以煤炭为主的能源利用格局将长期存在。在煤电为中国经济快速稳定发展提供能源支撑的同时，其排放的烟尘、二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）等也是大气污染物的主要来源之一，因此，煤电的发展面临着越来越大的环境和社会压力。

神华国华电力针对中国燃煤发电的具体特点，按照神华集团建设世界一流清洁能源供应商的发展战略，通过开展关键技术研究和工程实践，验证了燃煤电厂可以在低成本下实现发电机组高效发电和大气污染物近零排放。燃煤发电作为目前技术最成熟、转化效率最高、最经济的规模化能源生产方式，推广应用大气污染物近零排放技术，符合化石能源清洁、高效、低碳、可持续的发展方向。

煤电机组大气污染物近零排放的概念

2011 年，国家环保部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）。

神华国华电力认真贯彻落实《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）及国家《大气污染防治行动计划》的要求，在雾霾严重的环境压力下，认真履行企业的社会责任，在满足煤电机组大气污染物国家排放标准限值的基础上，提出了以神华煤（硫分为0.4％～ 0.8％、灰分为7％～ 16％、热值达到21 ～ 24MJ/kg 的优质动力煤）为燃料，实现煤电机组大气污染物低于燃气机组排放标准限值的大气污染物近零排放概念，即比照《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）、天然气燃气机组标准，在6％氧量下煤电机组实现烟尘、SO2 和NOx 排放浓度分别低于5mg/m3、35mg/m3 和50mg/m3 的目标，努力建设清洁高效、生态文明的环保企业。

煤电机组大气污染物近零排放技术路线与关键技术研究

大气污染物近零排放技术路线研究

根据大气污染物近零排放的目标要求，神华国华电力引用国内外先进的环保理念，通过科技创新，加大环保治理设施资金的投入，制定了大气污染物近零排放技术路线，即燃用低硫分、低灰分的神华煤，采用低温省煤器技术降低烟尘比电阻和烟气体积流量以提高静电除尘器的除尘效率，安装高效湿法脱硫装置（脱硫效率98％～ 99％）、湿式电除尘器（除尘效率70％～ 90％）和低氮燃烧技术+ 全负荷脱硝系统（脱硝效率不低于85％），最大限度地降低烟尘、SO2、NOx 和重金属等的排放浓度，其排放值不仅满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）中重点地区污染物排放限值的要求，而且达到了燃气机组大气污染物的排放限值。

大气污染物近零排放的关键技术研究

协同除尘的关键技术

常规烟尘排放控制一般依靠静电除尘器或布袋除尘器，可实现烟囱出口烟气中的粉尘浓度低于《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011） 中重点地区20mg/m3 的排放限值。为实现烟尘近零排放的要求，必须采用先进的多环节协同除尘方案，将烟尘排放指标控制在5mg/m3 以下，以达到燃气机组的排放标准。

 

多环节协同除尘包括静电除尘器或布袋除尘器、脱硫装置协同除尘和湿式除尘器等三个环节。通过第一环节静电除尘器（配低温省煤器、高效电源等）或布袋除尘器能达到99.8％～ 99.9％的除尘效率, 其出口烟尘浓度可达到20mg/m3 左右；第二环节的脱硫装置对烟尘具有50％左右的协同脱除效果，但同时会携带一定量的固态石膏，可实现出口烟尘浓度降低至10 ～ 15mg/m3；第三环节的湿式除尘器具有70％以上的除尘效率，实现出口烟尘浓度低于5mg/m3 的最终目标；部分脱硫装置配备高效的除雾除尘器，对烟尘具有80％左右的协同脱除效果，在不加装湿式除尘器的条件下，也可实现出口烟尘浓度低于5mg/m3 的最终目标。

高效脱硫技术方案

为了实现SO2 排放浓度低于35mg/m3 的近零排放目标，必须研究高效脱硫技术，使脱硫效率达到98％以上。对于石灰石—石膏湿法脱硫装置，神华国华电力研究了常规喷淋塔技术、托盘技术、双循环吸收塔技术、串联吸收塔技术等不同流派的技术特点，针对常规喷淋塔脱硫装置，在提高脱硫效率方面研发了防止烟气贴壁的专利技术，并增加一个喷淋层，将脱硫效率提高到98％以上，实现SO2 排放浓度低于35mg/m3 的目标。

 

神华国华电力舟山电厂4 号机组海水脱硫装置的脱硫效率达到了99 ％ 以上， 使SO2 排放浓度降低至2.76mg/m3 以下。神华国华电力将继续加大对海水脱硫技术的研发力度，力争在部分沿海电厂实施海水脱硫技术改造。

高效全负荷脱硝技术方案

神华国华电力从2010 年就开始研究并确定了锅炉内低氮燃烧+SCR 脱硝技术路线。锅炉省煤器出口的NOx指标为100 ～ 200mg/m3；利用合作研发的复合式空气分级低氮燃烧技术，对锅炉燃烧系统进行改造，有效控制炉内燃烧过程中NOx 的生成，锅炉NOx 排放浓度降低至100mg/m3 左右；SCR 脱硝装置按80％～ 85％脱硝效率设计。最终，NOx 的排放指标为20 ～ 40mg/m3，优于燃气机组50mg/m3 的排放标准。

烟气脱汞技术方案

神华煤平均汞含量为0.08mg/kg，属于低汞煤。煤电机组现有烟气净化装置具有一定的脱汞能力，使得净化后的烟气汞含量较低。静电除尘器和湿法脱硫装置的脱汞（总汞）效率分别约为25％和50％，整体脱汞效率约为75％。经测算，燃用神华煤的烟气汞平均浓度一般在10μg/m3 以下。经测试，三河电厂汞排放浓度仅为3 ～ 5μg/m3，远低于国家环保部颁布的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）中0.03mg/m3 的限值要求。

煤电机组大气污染物近零排放技术在神华国华电力的创新实践

神华国华电力大气污染物近零排放项目实施情况

 

神华国华电力针对煤电机组大气污染物排放问题，开展了集成创新技术研究，实施了在役机组的“高品质绿色发电计划”和新建机组的“清洁高效近零排放工程”。为此，神华国华电力于2014 年率先建成了舟山电厂4 号机组清洁高效近零排放工程，并对三河电厂1 号机组、绥中电厂2 号机组等在役机组实施了大气污染物近零排放升级改造。截至目前已完成了6 个电厂共计9 台机组的改造，全部达到大气污染物近零排放要求。

典型大气污染物近零排放项目技术方案及排放指标介绍

舟山电厂4 号新建机组

舟山电厂4 号机组于2014 年6 月25 日投产运行，是全国首台新建的大气污染物近零排放燃煤机组，烟尘、SO2、NOx 减排量为96 吨、260 吨、440 吨，污染物排放降低了88％、94％、80％。机组整体技术方案为锅炉低氮燃烧+SCR 脱硝装置；静电除尘器（高频电源、4 个常规电极+1 个旋转电极）+ 湿式电除尘器；海水脱硫装置。

三河电厂1 号在役机组

三河电厂1 号机组改造后于2014 年6 月23 日投产运行，成为国内首个在役燃煤机组改造后排放指标优于燃气污染物排放标准的机组，每年减排烟尘、SO2、NOx 分别为94 吨、255 吨、403 吨，减排75％、82％、65％。机组整体技术方案为锅炉低氮燃烧+SCR脱硝装置；低温电除尘器（4 电场、高频电源）+ 湿式电除尘器；石灰石湿法脱硫装置；烟塔合一排放技术。

煤电机组大气污染物近零排放的成本和环保效益分析

煤电机组必须按规定安装脱硫、脱硝和除尘等环保设施。目前，对于满足环保标准的机组，其电量按照脱硫、脱硝和除尘设施补贴电价分别为1.5 分/ 千瓦时、1 分/ 千瓦时和0.2 分/ 千瓦时，共计补贴2.7 分/ 千瓦时。如果煤电机组进一步实施大气污染物近零排放，还需增加成本0.5 ～ 2 分/ 千瓦时。神华国华电力的煤电机组基本都燃用低灰、低硫、低汞的神华煤，具有优良的环保特性，能以较低的成本实现大气污染物的近零排放。根据对三河电厂1 号机组和定州电厂3 号机组的大气污染物近零排放改造费用进行测算，分别增加电量成本约1 分/ 千瓦时和0.6 分/ 千瓦时。煤电机组实现大气污染物近零排放的成本虽然有所增加，但与燃气机组相比，在污染物浓度同样达到燃气排放限值的条件下，煤电机组的发电成本还是要低得多，以神华国华电力舟山电厂所在的浙江省为例进行测算，天然气联合循环机组发电的燃料成本为57.7 分/（kW·h），国华舟山电厂4 号机组发电燃料成本为19.3 分/（kW·h），仅为联合循环机组燃料成本的1/3，每kW·h 降低38.4 分。因此煤电机组具有明显的成本优势。

中国煤电用煤量占全社会用煤总量的一半以上，煤电机组大气污染物减排将大大减轻煤电对环境的污染。神华国华电力煤电机组大气污染物近零排放的技术研究与实践证明，技术路线可行，环境效益显著，起到了标杆示范作用，开创了中国煤炭清洁高效利用的新路径。2013 年，中国燃煤机组烟尘、SO2 和NOx 排放量分别为142 万吨、820 万吨、834 万吨，占全国全口径煤炭燃烧污染物排放量的17％、40％、37.4％。若从2015 年开始燃煤机组全部实现近零排放，5 年内烟尘、SO2 和NOx 年均减少排放量分别为27 万吨、155 万吨、154 万吨，年均减排率分别为19％、18.9％、18.5％ 。

结语

神华国华电力在国内率先开展煤电机组大气污染物近零排放的技术研究工作并进行工程应用实践，目前已有9 台煤电机组实现了大气污染物近零排放，并计划利用5 年时间完成全部煤电机组的节能和环保升级改造。神华国华电力的实践证明：燃煤发电污染物近零排放技术经济可行，减排效益显著。通过技术创新可以使煤电机组达到比燃气机组更低的排放水平，对煤炭的清洁高效利用和减轻环境污染具有重要的示范意义。