張 荀，柏 源，劉 濤，李忠華

(國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇 南京 210031)

0 引言

“十二五”規(guī)劃將氮氧化物列入主要控制排放污染物，提出五年消減10%的減排目標(biāo)。新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)對(duì)氮氧化物的排放提出了強(qiáng)制性的要求，并于2012年1月1日起正式實(shí)施[1]。更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)促使火電廠加大了煙氣脫硝的力度，火電脫硝已取代脫硫成為減排工作的重中之重。隨著2014年7月氮氧化物達(dá)標(biāo)“大限”的臨近，脫硝電價(jià)補(bǔ)貼政策《關(guān)于擴(kuò)大脫硝電價(jià)政策試點(diǎn)范圍有關(guān)問(wèn)題的通知》和《關(guān)于調(diào)整可再生能源電價(jià)附加標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保電價(jià)有關(guān)事項(xiàng)的通知》相繼出臺(tái)[2-3]，進(jìn)一步刺激脫硝市場(chǎng)的快速發(fā)展，脫硝行業(yè)進(jìn)入黃金發(fā)展時(shí)期。按照2011年電監(jiān)會(huì)《關(guān)于脫硝電價(jià)政策的研究和建議》公布的脫硝裝置成本均價(jià)110元/kW推算，“十二五”期間脫硝工程市場(chǎng)規(guī)模約為1000億元。2012-2014年我國(guó)脫硝市場(chǎng)將持續(xù)爆發(fā)式增長(zhǎng)，到2014年市場(chǎng)的需求總量將出現(xiàn)下滑，2015年以后，電力脫硝市場(chǎng)需求將以新建機(jī)組為主。預(yù)計(jì)到“十三五”期間，脫硝市場(chǎng)需求約275億元[4]。

火電廠大規(guī)模的脫硝工程建設(shè)及其產(chǎn)業(yè)化的實(shí)施，需要綜合考慮脫硝技術(shù)的選擇性、氮氧化物控制排放標(biāo)準(zhǔn)、材料供應(yīng)余力、氨在線監(jiān)測(cè)、廢棄催化劑處置等因素，研究確定適合具體電廠氮氧化物控制技術(shù)選擇的對(duì)策，避免出現(xiàn)“十一五”脫硫產(chǎn)業(yè)化中出現(xiàn)的脫硫市場(chǎng)低價(jià)惡性競(jìng)爭(zhēng)、實(shí)際運(yùn)行工況高于設(shè)計(jì)值、工期不合理等一系列問(wèn)題，對(duì)推動(dòng)我國(guó)脫硝產(chǎn)業(yè)化有序發(fā)展具有重要意義。

1 脫硝產(chǎn)業(yè)化面臨的問(wèn)題[5]

1.1 脫硝經(jīng)濟(jì)政策及技術(shù)方面

(1)脫硝經(jīng)濟(jì)政策。2013年8月27日，國(guó)家發(fā)改委下放了《關(guān)于調(diào)整可再生能源電價(jià)附加標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保電價(jià)有關(guān)事項(xiàng)的通知》(發(fā)改價(jià)格[2013]1651號(hào))，將火電企業(yè)脫硝電價(jià)補(bǔ)償提高。雖然脫硝電價(jià)補(bǔ)貼上調(diào)，600MW及1000MW級(jí)的機(jī)組脫硝基本能彌補(bǔ)虧損，甚至略有盈余，不過(guò)300MW及以下機(jī)組脫硝電價(jià)仍不能覆蓋成本。這部分補(bǔ)貼將通過(guò)電煤價(jià)格下降騰出的電價(jià)空間來(lái)解決資金來(lái)源，這或?qū)⒓涌旎痣娚暇W(wǎng)電價(jià)下調(diào)步伐。

(2)火電廠煙氣脫硝產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作滯后?；痣姀S煙氣脫硝產(chǎn)業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)滯后，缺乏符合我國(guó)國(guó)情的國(guó)家層面統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系；產(chǎn)品檢測(cè)、認(rèn)證、評(píng)估體系不健全，標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)與政策之間難以協(xié)同和統(tǒng)一，不利于脫硝產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

(3)脫硝核心技術(shù)的自主化尚待提高。目前，我國(guó)引進(jìn)的脫硝技術(shù)大多側(cè)重于技術(shù)應(yīng)用層面，技術(shù)主導(dǎo)者依然是外方，對(duì)核心技術(shù)的消化吸收和再創(chuàng)新能力明顯不足，自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)還很缺乏。脫硝引進(jìn)技術(shù)對(duì)我國(guó)火電廠燃煤特點(diǎn)、煤種變化、負(fù)荷變化等復(fù)雜多變工況的適應(yīng)性尚待提高。

1.2 材料供應(yīng)余力問(wèn)題

脫硝產(chǎn)業(yè)化原材料供應(yīng)主要是催化劑、鈦白粉、液氨的生產(chǎn)能力。當(dāng)前在催化劑生產(chǎn)、使用存在的問(wèn)題是制約煙氣脫硝工程的主要瓶頸之一。根據(jù)《技術(shù)政策編制說(shuō)明》提示，催化劑價(jià)格昂貴，約4.2～5萬(wàn)元/m3，一臺(tái)600MW的燃煤機(jī)組，需要600m3左右的催化劑，約占整個(gè)脫硝工程造價(jià)的40%左右。此外，催化劑的使用壽命較短，一般3年左右就需要更換，更換后催化劑的再生技術(shù)尚需探索，一臺(tái)600MW機(jī)組每年更換催化劑費(fèi)用600～1000萬(wàn)元。這些SCR/SNCR主要生產(chǎn)技術(shù)和原料若不被我國(guó)自主控制和掌握，在實(shí)施火電廠氮氧化物控制過(guò)程中必將嚴(yán)重阻礙我國(guó)煙氣脫硝產(chǎn)業(yè)的健康穩(wěn)定的發(fā)展。

1.3 技術(shù)吸收及流場(chǎng)數(shù)值模擬

SCR系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能的優(yōu)劣在很大程度上還取決于SCR催化劑供應(yīng)商提供的催化劑和流場(chǎng)公司對(duì)流場(chǎng)的計(jì)算與優(yōu)化。我國(guó)SCR脫硝工程大多采用技術(shù)引進(jìn)或者項(xiàng)目合作的方式，其中項(xiàng)目合作的方式外方對(duì)技術(shù)有所保留，無(wú)法掌握SCR脫硝的關(guān)鍵技術(shù)；技術(shù)引進(jìn)方式則可以相對(duì)較為徹底的轉(zhuǎn)讓SCR脫硝技術(shù)。但是即使是技術(shù)引進(jìn)，引進(jìn)的只是工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。在工程實(shí)施過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)由于脫硝催化劑的選型、設(shè)計(jì)、布置只能由脫硝催化劑廠商提供，如果提供的催化劑存在缺陷會(huì)使得運(yùn)行結(jié)果低于設(shè)計(jì)值，承包商承擔(dān)更大的風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于流場(chǎng)設(shè)計(jì)，如果流場(chǎng)設(shè)計(jì)不合理會(huì)造成到達(dá)催化劑表面的氣流、溫度和氨氮比分布不均，使得系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果低于預(yù)期值，并在某些區(qū)域造成積灰、堵塞，壓降上升。國(guó)內(nèi)SCR工程招標(biāo)中，均要求提供計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)流場(chǎng)模擬和物理流動(dòng)模型的試驗(yàn)結(jié)果和優(yōu)化方案。根據(jù)火電廠環(huán)境保護(hù)評(píng)價(jià)情況來(lái)看，多數(shù)電廠對(duì)流場(chǎng)模擬不夠重視。國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有SCR脫硝流場(chǎng)設(shè)計(jì)公司，同時(shí)SCR的流場(chǎng)計(jì)算軟件和化學(xué)反應(yīng)模擬軟件的核心技術(shù)都還要依靠國(guó)外，SCR的系統(tǒng)布置和關(guān)鍵設(shè)備需要國(guó)外流場(chǎng)模擬公司進(jìn)行支撐，這樣不僅影響SCR脫硝工程的進(jìn)度，而且工程質(zhì)量得不到保證。

1.4 氮氧化物及氨在線監(jiān)測(cè)技術(shù)問(wèn)題

SCR氮氧化物控制技術(shù)相對(duì)成熟，但氮氧化物及氨在線監(jiān)測(cè)技術(shù)尚存在問(wèn)題。

1.4.1 氮氧化物在線監(jiān)測(cè)

現(xiàn)有的在線分析儀表NO/O2，部分電廠采取負(fù)壓抽取稀釋測(cè)量方法，其主要問(wèn)題是：

(1)脫硝原煙氣進(jìn)口取樣管道管線較長(zhǎng)、彎頭多，風(fēng)機(jī)抽取的濕煙氣攜帶飛灰量高，在抽取管道內(nèi)冷卻后易積灰堵塞管道，另外由于管線較長(zhǎng)，管道前端抽氣流速較高，管壁容易磨漏，進(jìn)而漏風(fēng)造成儀表測(cè)量不準(zhǔn)。進(jìn)出口NO/O2不準(zhǔn)不利于根據(jù)脫硝裝置實(shí)際情況控制氨的噴入量。

(2)煙氣取樣系統(tǒng)雖有濾網(wǎng)，但由于煙氣含塵量高積灰難以避免，鍋爐短時(shí)正壓會(huì)造成飛灰進(jìn)入稀釋風(fēng)管道，由于各稀釋風(fēng)支管進(jìn)入煙道時(shí)為垂直向上管道，稀釋風(fēng)風(fēng)速不足以攜帶飛灰返回?zé)煹?，長(zhǎng)時(shí)間積累后形成積灰。

1.4.2 氨氣在線監(jiān)測(cè)

目前為止市場(chǎng)上還沒(méi)有一種現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定、價(jià)格適宜的在線氨氣檢測(cè)儀的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)部分工程項(xiàng)目氨逃逸濃度采用比色法測(cè)量，效果不理想。國(guó)外均采用化學(xué)取樣吸收，再分析吸收溶液反算煙氣中的氨濃度。如果氨在飛灰中的沉積是由于積累的長(zhǎng)期的低濃度的氨逃逸引起，監(jiān)視飛灰中的銨離子濃度比較穩(wěn)妥，但系統(tǒng)的啟停多、氨逃逸濃度變化大，則需要使用實(shí)時(shí)的氨氣檢測(cè)。氨氣不能快速有效的在線監(jiān)測(cè)對(duì)火電廠的安全生產(chǎn)和精細(xì)化管理都造成一定的影響。

此外氮氧化物的監(jiān)管也存在尚待解決的問(wèn)題，如NOx的生成與鍋爐爐型，燃煤煤種揮發(fā)份、燃燒過(guò)程中溫度和氧量諸多因素相關(guān)。環(huán)保部門(mén)在進(jìn)行總量監(jiān)管時(shí)就必須靠在線監(jiān)測(cè)來(lái)統(tǒng)計(jì)排放量，而按照物料衡算法將會(huì)產(chǎn)生不小的偏差。

1.5 廢棄催化劑處置問(wèn)題

根據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，一般在催化劑在初裝6年后，需要將其中一層催化劑更換，再隔3年后需要將另一層更換。在此之后，催化劑需要每隔3年更換其中的一層。從容量分析，在“十二五”末開(kāi)始每年需要處理的廢催化劑的能力將達(dá)到4～6萬(wàn)m3。由于二氧化鈦有一定毒性，且催化劑中含有重金屬，所以這些廢棄催化劑如何有效處置也是值得關(guān)注的問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)尚未出臺(tái)專(zhuān)門(mén)的催化劑管理辦法，只能參照《固體廢棄物處理辦法》處理。按照固體廢棄物管理，含有重金屬的催化劑屬于有毒固體廢棄物，其處置難度較大。如果掩埋，填埋場(chǎng)必須采用防滲漏、防重金屬遷移的技術(shù)處理。在未出臺(tái)專(zhuān)項(xiàng)催化劑管理辦法時(shí)，只能靠設(shè)立一定數(shù)量的失效催化劑處置場(chǎng)所，避免因處置不當(dāng)造成對(duì)環(huán)境的二次污染。

2 火電廠氮氧化物控制對(duì)策

根據(jù)脫硝技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和火電廠工程運(yùn)用的實(shí)際情況，要實(shí)現(xiàn)新的氮氧化物排放要求，就需要將現(xiàn)有的成熟低氮燃燒、SCR、SNCR控制技術(shù)融合，并加以推廣，同時(shí)盡快研發(fā)出有潛力有前景的脫硫脫硝脫汞多污染物協(xié)同控制技術(shù)、低溫SCR技術(shù)并盡早開(kāi)展工程示范，取得成熟經(jīng)驗(yàn)后加以推廣。

煙氣脫硝技術(shù)路線的選擇與確定，是煙氣脫硝產(chǎn)業(yè)化健康發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。不同機(jī)組應(yīng)因地制宜選取最優(yōu)工藝，控制對(duì)策如下[6-7]：

(1)應(yīng)優(yōu)先采用低氮燃燒技術(shù)，最大限度地減少鍋爐燃燒過(guò)程中氮氧化物的生成。新建機(jī)組需同步采用低NOx燃燒技術(shù)；現(xiàn)役機(jī)組進(jìn)行低NOx燃燒技術(shù)改造。

(2)對(duì)于采用低NOx燃燒技術(shù)后仍不能達(dá)標(biāo)排放的燃無(wú)煙煤、貧煤(揮發(fā)分較低)的發(fā)電機(jī)組(包括新建和現(xiàn)役發(fā)電機(jī)組)，宜采用選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)；不具備安裝SCR裝置條件的，應(yīng)考慮選擇性非催化還原法(SNCR)工藝或SCR/SNCR聯(lián)合脫硝工藝。

(3)對(duì)于采用低NOx燃燒技術(shù)后仍不能達(dá)標(biāo)排放或位于敏感地區(qū)的燃煙煤、褐煤的發(fā)電機(jī)組，如需安裝煙氣脫硝裝置，宜首選SCR工藝。

(4)新建燃煤電廠，根據(jù)環(huán)境影響報(bào)告書(shū)批復(fù)要求建設(shè)煙氣脫硝裝置，應(yīng)首選SCR工藝。

(5)應(yīng)鼓勵(lì)和推進(jìn)火電廠脫硫、脫硝、除塵多污染物系統(tǒng)控制技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)和工程示范工作。

(6)加大脫硝催化劑的國(guó)產(chǎn)化研究，重視催化劑再生和廢棄催化劑處置工作，預(yù)防二次污染。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)遵循“系統(tǒng)性、開(kāi)放性、一致性、協(xié)調(diào)性”原則，建立和完善適合我國(guó)國(guó)情的火電廠脫硝標(biāo)準(zhǔn)體系，建立健全檢測(cè)、認(rèn)證和評(píng)估體系，推動(dòng)脫硝技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

(2)按照依法節(jié)能減排和科學(xué)節(jié)能減排的要求，合理規(guī)劃火電廠煙氣脫硝產(chǎn)業(yè)化發(fā)展；加快脫硝國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，包括脫硝技術(shù)開(kāi)發(fā)、催化劑生產(chǎn)和流場(chǎng)研究的國(guó)產(chǎn)化；進(jìn)一步規(guī)范和整頓脫硝市場(chǎng)，建立市場(chǎng)準(zhǔn)入制度、建議建立國(guó)家鼓勵(lì)的脫硝工藝設(shè)備名錄制度，引導(dǎo)脫硝產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的良性發(fā)展。

(3)新的脫硝、除塵電價(jià)補(bǔ)貼政策出臺(tái)后，火電環(huán)保電價(jià)體系已經(jīng)基本成型，國(guó)家將出臺(tái)更加嚴(yán)格的環(huán)保電價(jià)考核管理辦法。脫硝、除塵設(shè)施改造后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行環(huán)保驗(yàn)收，確保已經(jīng)建成投運(yùn)的裝置能夠享受電價(jià)補(bǔ)貼；盡早出臺(tái)合理、高效的脫硝和除塵考核辦法。

(4)盡快開(kāi)展脫硝工程后評(píng)估工作。對(duì)已投運(yùn)的煙氣脫硝工程進(jìn)行技術(shù)后評(píng)估，開(kāi)展脫硝系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備綜合研究和評(píng)級(jí)工作，對(duì)脫硝系統(tǒng)投資和運(yùn)行成本等關(guān)鍵經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)后評(píng)估，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)以對(duì)今后建設(shè)的煙氣脫硝工程起到借鑒和指導(dǎo)作用。

[1]GB13223-2011,火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]國(guó)家發(fā)展改革委.國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于擴(kuò)大脫硝電價(jià)政策試點(diǎn)范圍有關(guān)問(wèn)題的通知[EB/OL].http://www.sdpc.gov.cn/zcfb/zcfbtz/2012tz/t20130110_522704.htm.

[3]國(guó)家發(fā)展改革委.國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于調(diào)整可再生能源電價(jià)附加標(biāo)準(zhǔn)與環(huán)保電價(jià)有關(guān)事項(xiàng)的通知[EB/OL].http://www.sdpc.gov.cn/zcfb/zcfbtz/2013tz/t20130830_556008.htm.

[4]中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)脫硫脫硝委員會(huì).我國(guó)脫硫脫硝行業(yè)2012年發(fā)展綜述[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè),2013,(7):8-20.

[5]劉建民,薛建明,王小明,等.火電廠氮氧化物控制技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2012.

[6]王志軒.我國(guó)燃煤電廠煙氣脫硝產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的思考[J].中國(guó)電力,2009,42(1):1-5.

[7]沈魯鋒,薛建明,劉 濤,等.燃煤電廠應(yīng)對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)的氮氧化物控制策略研究[J].電力科技與環(huán)保,2012,28(1):15-18.