我国火电厂氮氧化物控制存在的问题与对策

张爱春

（江苏省邳州市环境监测站,江苏 邳州 221300）

我国火电厂氮氧化物控制存在的问题与对策

张爱春

（江苏省邳州市环境监测站,江苏 邳州 221300）

摘要：本文主要对火电厂燃烧产生的氮氧化物的产生条件、环境管理现状及主要存在问题进行了分析，并根据国家氮氧化物治理和排放政策，并结合“十二五”规划，从政策角度对火电行业脱销的必然趋势及应对策略提出了建设性意见。

关键词：火电厂；氮氧化物；控制

氮氧化物（NOX）是造成大气污染的主要污染物之一，包括N2O、NO、NO2、N2O2、N2O4和N2O5，其中污染大气的主要是NO和NO2。大气中NOx的来源主要有两方面，自然界自身产生和人为活动排放，其中由燃料高温燃烧产生的锅炉尾气和汽车尾气约占人为源排放氮氧化物的90％左右。

1　火电厂氮氧化物现行主要控制措施

目前我国火电厂燃煤产生的NOx污染的控制措施主要有燃料脱氮、燃烧脱氮、烟气脱硝等三大类方法。燃料脱氮就是燃前脱氮，燃烧脱氮是燃烧过程中脱氮，也称之为炉内脱氮，烟气脱硝是路后脱氮，前两种方法是主动脱氮，主要是从源头控制，最后一种方法是末端治理，属于被动型治理措施。

（1）燃料脱氮与燃料脱硫一样，主要利用微生物处理、超临界萃取等技术降低燃料中的氮含量，由于技术还没有完全成熟，处理工艺复杂，运行费用高，目前还没有在煤炭、石油等矿物燃料脱氮中推广使用。

（2）与一种脱氮技术难度大，费用高相比，碟中脱氮技术具有明显的优点，因此近年来国内外对燃料脱氮燃烧进行了大量的研究工作，开发了多种可靠、实用的脱氮技术，如烟气循环技术、多段燃烧技术、低温燃烧技术、超低氮燃烧技术等。但根据国家一些政策法规规定，未来一段时间内低NOX燃烧技术仍是控制电力行业氮氧化物排放的主要手段。

（3）烟气脱销是目前NOX控制措施中较为有发展潜力的方法，其优点是氮氧化物脱除效率高，但初次投资高，运行费用昂贵。烟气脱销方法按照工作介质的不同可分为干法（催化法）和湿法（吸收法）两类，按照其作用原理的不同，可分为气相反应法、氧化还原法、液体吸收法、吸附法等。目前工业上多以干法为主，其中目前在国内外得到大量使用的烟气脱硝技术主要是催化转化法，可分为SCR（选择性催化还原法）、SNCR（选择性非催化还原法）、NSCR（非选择性催化还原法）。

2　火电厂氮氧化物排放现状

燃煤电厂烟气中的NOX主要包括NO和NO2，其中NO约占95％，并且主要是热力型NOx和燃料型NOX。近年来我国各地还在不断建设电厂，只是由于审批越来越难，特别是总量政府控制很严，很难得到指标，因此新建火电项目速度明显变缓。但由于我国多年都是以火电为主，水电、核电为辅，造成我国火电装机容量一直在高居不下，煤炭消耗量一直很大，火力发电产生的NOX占排放总量比例逐年增加，年增长率超过8％。

3　火电厂氮氧化物环境管理存在的主要问题

3.1排放总量难以计算

造成NOX排放总量难以计算的原因主要有以下三点：

（1）燃料型NOX的产生量可以通过燃烧计算得到，但热力型NOX的产生量要受多种因素影响，尤其是过剩空气系数、燃烧温度等对热力型NOX的生成量影响很大，很难准确计算出NOX的生成量。

（2）目前我国火电行业多数烟气脱硝系统运行不稳定，脱硝效率变化很大，排放浓度时高时低，因此要准确确定NOX排放量很难。

（3）运行工况、开机时间均不稳定。2014年受用电需求不足的影响，我国多数火电厂只能半负荷运行，也就是开一半机组，这样就很难按总装机容量来准确确定NOX的排放数据。

3.2认识重视程度不够

长期以来的高能源消耗，特别是煤炭消耗，导致我国SO2、NOX排放量持续增加。虽然我国目前酸雨污染仍以硫酸型为主，但是氮氧化物的排放增幅已经超过二氧化硫，其对酸雨的贡献率呈逐年上升的趋势，目前我国二氧化硫控制已经取得初步成效，排放量并没有随装机容量的上升而增加，但氮氧化物控制效果不理想，排放量仍在不断增加，导致我国酸雨污染已由硫酸型向硫酸、硝酸复合型转变，亟需采取有效手段控制氮氧化物的排放。

然而与此相对应的是我国对氮氧化物排放的治理尚处于起步阶段，对氮氧化物的总量控制也刚列入工作日程，没有制定严格的总量控制标准，只是对排放浓度做了一定限制，各地区对其的重视程度也不够，除少数城市外，全国绝大部分地区没有制定相应的地方排放标准。

3.3法律、标准较松

我国《火电厂大气污染物排放标准》GB13223—2中规定Vdaf＜10％时NOX排放标准为1100mg/m3，10％≤Vdaf ≤20％时NOX排放标准为650mg/m3，Vdaf ＞20％时NOX排放标准为mg/m3。上述排放标准限值太高，导致我国火电行业NOX排放量高居不下，各地每年NOX减排任务很难完成，大气中的酸性气体并没有因为SO2排放量的减少而得到有效控制。究其原因，主要有两点：一是我国NOX排放标准太松，而是我国火电比例太高，燃煤量太大。因此我国必须调整火电行业NOX排放标准，建议将调到150 mg/m3，以下。

3.4关键技术尚未掌握

我国目前对氮氧化物的防治技术路线是将：燃烧脱氮作为燃煤电厂氮氧化物控制的首选技术。当炉型不适合采用燃烧脱氮技术或炉型虽适合，但效果不理想，氮氧化物无法达标排放时，火电厂必须采取烟气脱硝。

众所周知，我国目前烟气脱硝进展缓慢，多数火电厂烟气脱硝运行情况并不很好，根本原因在于我国烟气脱硝尚处于起步阶段。尽管国内目前进行烟气脱硝技术研究的很多，既有工艺研究，也有设备开发，既有新脱硝技术开发研究，也有对国外引进技术的改进研究，但因种种原因，目前我国自主研发的且能够超过或接近欧美和日本烟气脱硝技术的知识产权还很少，其实质就是我国还没有掌握先进的烟气脱硝技术。

我国目前烟气脱硝技术与设备主要依赖进口，周围就带来两个问题，一是投资高，而是运行管理难度加。与国外相比。我国生产的烟气脱硝催化剂活性、抗毒性、寿命、比表面积等关键参数还有较大差距大，这严重影响我国烟气脱硝的发展与应用。

3.5其他方面

（1）部分火电厂虽同步建设了烟气脱硝设施，但运行时偷工减料，主要表现为三个方面，一是催化剂堵塞、中毒、老化，活性很低，但为节省运行费用仍不更换；二是烟气温度达不到，还原反应很难发生，脱硝效果很差；三是运行管理人员水平不够，烟气脱销设施运行状态很差。

（2）氨逃逸率高，形成二次污染。

（3）我国多数火电厂锅炉炉型为煤粉炉和层燃炉，不适合采用低温燃烧脱氮技术，造成热力型NOX产生量增多，为烟气脱硝增加了难度。

（4）催化剂床层设置偏少。目前燃煤电厂SCR脱硝装置大多设置两层催化剂，导致脱硝效果不高，如SCR脱硝装置设为三层催化剂时，就可以明显提高的NOX脱除效率。

4　对策

4.1利用有利政策条件，加大宣传、控制力度

我国于2010年1月27日颁布了《火电厂氮氧化物防治技术政策》，这一技术政策将在颁布之日起执行。该政策必将促进我国火电行业氮氧化物控制的实施。在这样的政策利好条件下，各地方环保部门必将提高对氮氧化物的重视程度，加大氮氧化物的控制力度，对辖区内的火力发电厂和部分工业企业自备电厂的烟尘、二氧化硫和氮氧化物的排放都应该进行更为严格的检测控制。

4.2加大资金投入，提升自主知识产权

（1）开发低温脱销催化剂，使其活化温度在150℃以下，这就大大降低了烟气脱硝难度和运行费用。

（2）开发脱硫脱硝一体化技术，烟气既要脱硫，又必须脱销，分开进行，不仅系统极其复杂，投资大，而且运行管理及费用都很高，所以如能将脱硫脱硝一体化，必将为火电厂大气污染治理开辟了一条前景非常广阔的新路子。

（3）通过对当量比的控制，实现低温燃烧，降低氮氧化物的生成。

4.3优化锅炉结构

（1）改进炉膛结构，使炉膛温度均匀。

（2）改进燃烧器结构，通过再循环罩或射流卷吸，开发外部烟气再循环和内部烟气再循环技术。

（3）研究催化燃烧技术，通过添加催化剂，使燃料分子和氧化剂分子能以较低的活化能在催化剂表面进行反应，这样反应温度相比于同类的燃烧要更低，产生Nox就更少。

4.4限制燃煤发电，发展其它清洁能源

（1）逐渐采用燃气锅炉，减少燃煤锅炉比例

（2）控制火电机组，大力发展水电、风电、核电、太阳能发电，是控制氮氧化物排放的最有效的途径。

参考文献：

[1]郝吉明,马广大.大气污染控制工程（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2]周涛,刘少光等.火电厂氮氧化物排放控制技术[J].环境工程.2008,26（06）：82-85.

[3]刘孜,易斌,高晓晶,井鹏等.我国火电行业氮氧化物排放现状及减排建议[J].环境保护, 2008,8（B）：7-10.