火力發電廠環保設施經濟運行分析研究

馮梅堂 季海 周昊

摘 要 天津華能楊柳青熱電有限責任公司是坐落在天津市西青區的一座熱電聯產火力發電廠，目前有四臺300MW的機組，其中三期兩臺機組引進的德國W型火焰的液態排渣爐，于1998年和1999年投產，四期兩臺機組于2006年和2007年投產。從2006年開始陸續開展了脫硫、脫硝、超低排放改造。經過連續多年多輪次的環保設施改造，鍋爐排放廢氣中的二氧化硫、氮氧化物、煙塵等三項污染物排放已達到超低排放標準（天津市已將超低排放標準修改為地方標準），增加的脫硫、脫硝、除塵環保設施使得全廠的能耗指標升高較多，在節能與環保的雙重壓力下，急需在節能、環保達標排放之間找到一個平衡點，使能耗指標、污染物達標排放、環保稅支出、環保設施藥品消耗之間達到最經濟的運行方式。

關鍵詞 二氧化硫;氮氧化物;經濟運行

前言

我公司目前有4臺300MW機組，2015年至2016年完成了環保設施的超低排放改造，天津市地方標準2018年7月1日起正式實施，執行的是超低排放標準，而2018年1月1日起實施的環保稅法實施，污染物排放濃度與排放標準、稅法兩者的關系導致在實際運行調整中出現脫硫電耗高、藥品消耗高等問題，本文綜合了我廠實際運行的一些數據進行了火力發電廠二氧化硫、氮氧化物的經濟運行研究，一方面為運行調整提供了依據，另一方面也為生產經營提供了方向。

從運行效果看達到了節能與環保雙贏目標。

1經濟運行研究的必要性

火電廠經過除塵、脫硫、脫硝、超低等一系列環保設施改造后，環保指標達標，增加的環保設備造成全廠環保消耗藥品、能耗指標都出現大幅增長，同時環保稅費改革、較嚴格的地方標準出臺，又進一步增加了企業的運行成本。因此，平衡好企業經濟利益、環保、節能指標已迫在眉睫。

根據我廠機組的特性（三期為液態排渣W型火焰爐，入口氮氧化物較高）、燃煤的含硫量、脫硫脫硝等環保設施的配置等情況，機組廢氣中煙塵的變化、設備調整等已不具備經濟運行調整的空間;機組廢氣中二氧化硫排放濃度、脫硫電耗、環保稅三者之間，需找到較合理的控制范圍，從而在環保達標排放的同時降低脫硫電耗，環保稅與脫硫成本也能達到相對的平衡;機組廢氣中氮氧化物排放濃度與液氨耗量、環保稅三者之間，需之找到較合理的控制范圍;因此開展火力發電廠二氧化硫、氮氧化物排放經濟運行分析是非常必要的[1]。

2二氧化硫經濟運行研究

2.1 現狀分析

我廠脫硫系統采用的石灰石石膏濕法脫硫方式，設計煤質含硫量為0.8%，脫硫效率95%，每臺機組設置獨立的脫硫系統，超低改造后每臺機組設置脫硫漿液循環泵四臺。實際運行時，入爐煤含硫量較低時，脫硫系統的二氧化硫排放濃度在啟動兩臺漿液循環泵時會接近2—3mg/m3，脫硫電耗有時高達1.4%及以上。

2018年四臺機組月度排放數據及脫硫電耗見下表：

說明：三期脫硫系統與四期脫硫系統不同，三期脫硫系統設置有增壓風機，為分析研究時數據一致性，上表中剔出了增壓風機的電耗。

2.2研究思路

因二氧化硫排放濃度受煤質含硫量、機組負荷等情況變化較多，開展經濟性研究時需確定如下思路：

（1）石灰石耗量主要決定于燃煤硫份和機組負荷，與總排口濃度關系微弱，優化總排口濃度過程中不予考慮。

（2）環保稅單價決定于機組總排口濃度，總排口濃度變化對環保稅影響是階梯性的。

（3）脫硫電費主要決定于風機耗電和漿液泵耗電，風機耗電決定于機組負荷，不可控，主要分析漿液循環泵耗電與總排口濃度的關系。

（4）脫硫濃度優化最終歸納為漿液泵電費與環保稅的最小值控制[2]。

2.3 結論及建議

根據研究思路，繪制二氧化硫排放濃度與費用圖表如下：

根據圖表的研究得出如下結論與建議：

（1）最經濟運行區間是單泵運行時將總排口SO2月均排放濃度控制在21～24mg/m3。

（2）若受制于環保特殊要求、石膏品質等因素影響，需啟動雙泵運行，則需要將總排口SO2月均排放濃度控制在11～15mg/m3。

（3）因為環保稅單價存在階梯收費方式，臨近月末時當月均值在階梯排放濃度附近時，可通過多啟一臺泵把月均濃度降到下一檔，得失平衡時間是5～7天。（負荷180MW～270MW）

3氮氧化物經濟運行研究

3.1 現狀分析

我廠的脫硝系統采用SCR+低氮燃燒模式，三期是W型火焰的液態排渣爐，入口氮氧化物偏高，脫硝系統自動調節能力差，為降低氮氧化物，噴氨多，脫硝成本增加，同時也造成空預器堵塞隱患。四期進行了低氮燃燒改造，高負荷時入口氮氧化物控制較好，但在中低負荷時，低氮燃燒效果略差，除了供熱季、夏季高負荷時，機組基本處于低負荷運行，入口氮氧化物高，脫硝投運時間已達5-6年，脫硝催化劑性能也有不同程度的下降，如不控制氮氧化物的排放極有可能造成空預器堵塞、脫硝催化劑失效等嚴重后果[3]。

3.2 研究思路

因氮氧化物排放濃度受機組負荷、入口氮氧化物、噴氨量等情況影響，開展經濟性研究時需確定如下思路：

氮氧化物排放濃度與噴氨量成正比，降低排放濃度必然增加氨量，而氨量成本高，不能忽略。

氮氧化物排放濃度受環保設備的耗電影響較小，不計入經濟分析。

氮氧化物的環保稅也存在階梯性，分界線在35mg/m3。

3.3 結論及建議

根據研究思路，繪制氮氧化物排放濃度與費用表如下：

結論及建議：

（1）經濟運行區間是保證不超標前提下，總排口NOX月均排放濃度越大越好，建議控制區間為41～45mg/m3。

（2）若受制于環保特殊要求等因素影響，需降低排放濃度值，四期機組可適當下調5mg/m3;三期機組空預器容易因氨逃逸量過大引發堵塞，考慮到機組安全，不建議下調[4]。

4經濟性效果評價

4.1 二氧化硫經濟運行效果評價

因二氧化硫排放受發電量、煤質含硫量等因素影響變化較大，現用8月份執行“藍天使命”的要求二氧化硫減排至40%（即14 mg/m3）以下為例，當月脫硫系統耗電率完成1.04%，同比升高0.31個百分點，增加電費支出約41萬元，8月份環保稅支出節約5萬元，明顯看出經濟運行的效果。

2019年全年的脫硫電耗累計同比降低0.08%，節約電費支出約130萬元，環保稅同比增加 32萬元，二氧化硫經濟運行預計全年收益98萬元。

4.2 氮氧化物經濟運行效果評價

氮氧化物排放受發電量、入口氮氧化物影響，且運行部未嚴格執行氮氧化物排放標準等因素影響，截至12月全年的氨耗量同比減少用量411噸（單價按2800元），節約費用115.9萬元，環保稅支出同比增加4萬元，同比減少開支約122萬元[5]。

5結束語

以上研究結果是指導性建議，實際運行調整中會遇有特殊情況，應及時采取相應的措施，首先必須保證污染物的達標排放，其次要保證環保設施的安全運行要求。

本研究結論是基于我廠的機組、經營等特殊情況，如借鑒請認真研究本單位的實際情況。

參考文獻

[1] 火電廠石灰石/石灰-石膏濕法 煙氣脫硫系統運行導則：DL/T 1149-2010[S].北京：中國標準出版社，2010.

[2] 火電廠煙氣脫硝（SCR）系統運行技術規范：DL/T 335-2010[S].北京：中國標準出版社，2010.

[3] 燃煤電廠超低排放煙氣治理工程技術規范：HJ 2053-2018[S].北京：中國標準出版社，2018.

[4] 火力發電廠脫硫裝置技術監督導則：DL/T 1477-2015[S].北京：中國標準出版社，2015.

[5] 火電廠煙氣脫硝裝置技術監督導則：DL/T 1655-2016[S].北京：中國標準出版社，2016.