燃煤电厂超低排放存在的几个问题探讨

黄 磊, 马学礼, 党立晨, 谢永平

(1. 陕西省环境工程评估中心, 陕西 西安 710054；2. 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司, 陕西 西安 710075)

燃煤电厂超低排放存在的几个问题探讨

黄 磊1, 马学礼2, 党立晨2, 谢永平2

(1. 陕西省环境工程评估中心, 陕西 西安 710054；2. 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司, 陕西 西安 710075)

燃煤电厂实行超低排放后，烟气污染物排放浓度、落地浓度及排放总量均得到较大程度降低，是否仍需采用高烟囱排放，是否仍采用现有总量管理办法确定主要污染物总量控制指标已引起关注。通过研究表明，实行超低排放限值后，SO2、NO2和PM10的最大落地浓度均显著降低，最大落地浓度受烟囱高度的影响较小，建议在地形平坦、环境不敏感地区或有机场净空要求地区，适当降低超低排放燃煤电厂烟囱设计高度，其余地区在环评阶段采用大气环境影响进一步预测模式预测论证。此外，为切实控制新增污染物排放量，对现行总量管理办法给定的绩效排放总量计算公式按超低排放浓度限值予以修订。

燃煤电厂；超低排放；烟囱；排放总量

0 引言

为推进煤炭清洁化利用、改善大气环境质量，环境保护部、国家发展和改革委员会、国家能源局联合印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的通知[1]、《关于实行燃煤电厂超低排放电价支持政策有关问题的通知》[2]。燃煤电厂超低排放在全国范围内展开，部分区域已率先实现目标，如神华集团2016年5月10日对外宣布京津冀地区所属燃煤电厂已全部实现超低排放[3]。

燃煤电厂实行超低排放，烟尘、SO2、NOx等烟气污染物排放浓度相比《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)规定的标准限值，有较大程度的降低。在此背景下，本文对新建燃煤电厂在烟囱设计高度、主要污染物排放总量控制指标等方面需要关注的问题进行分析，并提出建议。

1 烟囱高度优化问题

燃煤电厂烟气污染物稀释扩散与烟囱高度密切相关，其落地浓度大致与烟囱有效高度(烟囱几何高度与烟气抬升高度之和)的平方成反比，故在大气污染物排放总量不变的前提下，通常采用增加烟囱几何高度的方法来减少污染物落地浓度[4-8]。

近年来，随着火电厂机组容量的不断增大，其烟囱越来越高，国内已建成大批210m、240m高度的烟囱，甚至出现过270m高度的烟囱。火电厂烟囱越高，造价越高，施工难度越大，且当烟囱几何高度超过一定限度后，进一步增加烟囱几何高度对改善地面环境空气质量收效甚微[9-10]。此外，烟囱有效高度增大到一定程度后，在部分区域还可能带来上部逆温、加速形成酸雨等环境问题[11]，因此烟囱几何高度并非越高越好。以西北平原区某电厂为例，采用SCREEN3估算模式对不同排放标准情况下，不同烟囱高度对应污染物的最大落地浓度进行预测，分析烟囱高度优化的可能性。

1.1 工程实例简介

该电厂建设2×660MW超超临界空冷燃煤机组。锅炉采用低氮燃烧技术，控制炉膛出口NOx浓度≤250mg/m3，同步建设SCR脱硝装置，脱硝效率不低于80%，NOx排放浓度不高于50mg/m3；采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术，脱硫效率不小于99.2%，不设GGH及烟气旁路，SO2排放浓度不高于35mg/m3；采用双室五电场低低温静电除尘器，考虑湿法脱硫附带50%的除尘效率，湿法脱硫后，采用除尘效率为70%的湿式静电除尘器，综合除尘效率不低于99.9%，烟尘排放浓度≤10mg/m3。项目区近30年(1984-2013年)年平均气温9.2℃，平均气压89.02kPa。

1.2 SCREEN3估算模式参数

烟气污染物排放以满足超低排放限值为方案一，以满足《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)燃煤锅炉特别排放限值、一般排放限值分别为方案二、方案三进行计算。烟囱高度以符合国家及电力行业颁布的一系列规程、规范为依据，即最低高度高于厂区内邻近最高建筑物高度的2倍[12-15]。电厂烟囱邻近最高建筑物为主厂房，高度约85m，故烟囱高度取170m～270m，计算步长取10m，单管内径取7.5m，计算参数见表1。

表1 SCREEN3输入参数

项 目方案一方案二方案三烟囱参数烟囱几何高度/m170,180,…270170,180,…270170,180,…270单管内径/m7.57.57.5等效出口内径/m10.610.610.6污染物排放SO2排放速率/g·s-140.961.4127.9NO2排放速率/g·s-156.8116.7116.7PM10排放速率/g·s-112.625.237.9烟气参数烟囱出口烟气速度/m·s-119.319.319.3烟囱出口烟气温度/k318318318环境条件环境温度/k282.2282.2282.2地形特征平原平原平原城市/乡村乡村乡村乡村

1.3 预测结果及分析

经预测，燃煤电厂执行超低排放限值后，SO2、NO2和PM10的排放浓度及最大落地浓度相对于燃煤锅炉特别排放限值、一般排放限值标准均有较大程度的降低，但污染物最大落地浓度受烟囱高度的影响较小。简单地形条件下，烟囱高度由170m增高至270m时，SO2、NO2和PM10的最大落地浓度占标率分别降低0.4%、1.45%、0.14%。常规600MW级燃煤机组烟囱高度为210m，烟囱从210m降低至170m时，SO2、NO2和PM10的最大落地浓度占标率分别增加0.04%、0.2%、0.02%。

1.4 建议

以上估算结果表明，在地形平坦、环境不敏感地区或有机场净空要求地区，燃煤电厂执行超低排放限值后，其烟囱高度可以适当降低。鉴于烟气污染物稀释扩散除了与烟囱高度有关，还受到当地地形及气候条件影响，对于某一新建燃煤电厂，项目设计单位应协同环评单位，在环境影响评价阶段借助于AERMOD、ADMS、CALPUFF等大气环境影响进一步预测模式，对烟囱高度降低的可行性进行预测论证，已达到项目经济效益与环保效益的统一。

2 排放总量指标问题

2.1 问题分析

为规范建设项目主要污染物排放总量指标审核及管理工作，严格控制新增污染物排放量，环境保护部制定了《建设项目主要污染物排放总量指标审核及管理暂行办法》[16]，该办法规定火电行业建设项目所需替代的SO2、NOx排放总量指标采用绩效方法核定，燃煤机组SO2、NOx排放绩效取值及各绩效值对应的排放浓度限值见表2。表中浓度限值依据《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)取值；高硫煤地区指广西、重庆、四川、贵州四省(市、区)；重点地区为《关于执行大气污染物特别排放限值的公告》(环境保护部公告2013年第14号)中确定的47个地级及以上城市。从表2可以看出，该办法给定的SO2、NOx排放绩效值基于其排放标准满足《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)限值。目前，燃煤电厂全面实施超低排放后，SO2、NOx排放浓度较《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)有很大程度降低，实际排放总量远低于依据该办法计算的绩效总量。

表2 燃煤机组SO2、NOx排放绩效值及排放浓度限值

项目地区机组类型绩效值/g·(kW·h)-1浓度限值/mg·m-3超低排放/mg·m-3SO2高硫煤全部0.7200重点全部0.1755035其他全部0.35100NOx重点全部0.35100其他W型炉0.7020050其他炉0.35100

同样以上述西北地区某电厂2×660MW超超临界空冷燃煤机组为例，SO2、NOx排放绩效值均为0.35g/(kW·h)，该电厂实施超低排放后，SO2、NOx实际排放总量分别仅为绩效排放总量的1/3、1/2，以该绩效总量控制新增污染物排放量作用显著降低，对企业而言，依据该绩效总量在行业内调剂、跨区域调剂或排污权交易获取总量指标，不仅难度大，还会造成部分总量指标闲置，以该总量指标进行排放控制，排放浓度不能满足超低排放限值要求。

2.2 建议

鉴于上述存在问题，建议依据超低排放限值，对现有绩效总量计算方法予以修正，具体如下：

Mi=(CAPi×5500+Di×10-3)×GPSi×

式中：Mi为第i台机组大气污染物总量指标，t/a；CAPi为第i台机组的装机容量，MW；GPSi为第i台机组的排放绩效值，g/(kW·h)；Di为第i台机组供热量折算的等效发电量，(kW·h)；C0、C0'分别为浓度限值、超低排放限值，mg/m3。

依据该公式对以上述2×660MW超超临界空冷燃煤机组绩效排放总量重新计算，结果超低绩效排放总量略大于实际排放总量，以该指标对污染物总量进行控制，可以与超低排放浓度限值一起达到控制新增污染物排放的目的。

3 结论及建议

(1)烟气污染物稀释扩散与烟囱高度密切相关，同一排放标准限值条件下，污染物最大落地浓度因烟囱高度的增加而减小。烟气污染物实行超低排放后，其最大落地浓度受烟囱高度的影响较小，通过增加烟囱高度降低污染物落地浓度的效益不显著。在地形平坦、环境不敏感地区或有机场净空要求地区实行超低排放限值后，烟囱高度可适当降低。其余区域能否降低烟囱高度，需要在环评阶段采用大气环境影响进一步预测模式，充分预测论证。

(2)燃煤电厂实行超低排放后，主要大气污染物实际排放总量远低于现行总量管理办法计算得出的绩效排放总量，为切实控制新增污染物排放量，充分发挥总量指标在经济发展中的作用，应对现行绩效总量计算办法按照超低排放浓度限值修订。

[1]环境保护部. 关于印发全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案的通知[EB/OL]. http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201512/t20151215_319170.htm,201512-11.

[2]中华人民共和国国家发展和改革委员会. 关于实行燃煤电厂超低排放电价支持政策有关问题的通知[EB/OL]. http://www.sdpc.gov.cn/zcfb/zcfbtz/201512/t20151209_761936.html.2015-12-02.

[3]神华集团. 神华京津冀燃煤电厂全部实现超低排放[EB/OL].http://www.shenhuagroup.com.cn/shjtww/1382682123408/2016 05/e1169d196ee247469aa966fb70e5731a.shtml.2016-05-11.

[4]李爱贞. 大气环境影响评价导论[M]. 北京:海洋出版社, 1997.

[5]杨佳财,王继民,孙白妮. 电厂烟囱高度确定的技术方法[J]. 环境科学与管理, 2007, 32(1): 176-180.

[6]鄂培须. 计算烟囱高度的一个实例[J]. 环境污染与防治, 1989, 11(2): 45-46.

[7]张仁锋,魏 瑶,雷 洋.火电厂烟塔合一和烟囱排放大气环境影响比较[J]. 电力科技与环保,2012,28(2):1-3.

[8]王向东,董秀明.多烟囱排放大气环境影响评价工作等级探讨[J]. 电力科技与环保,2012,28(4):5-7.

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[11]陈建平,兰 石,田 犀. 排气筒高度与大气污染物最大落地浓度关系的研究[J]. 工业安全与环保,2008,34(10): 54-56.

[12]GB50660-2011,大中型火力发电厂设计规范[S].

[13]DL5022-2012,火力发电厂土建结构设计技术规程[S].

[14]DLGJ102-91,火力发电厂环境保护设计规定[S].

[15]DL/T5240-2010,火电厂燃烧系统设计计算技术规定[S].

[16]中华人民共和国环境保护部. 关于印发建设项目主要污染物排放总量指标审核及管理暂行办法的通知[EB/OL]. http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201501/t20150106_293856.htm.2014-12-31.

Discussion on several problems existing in coal-fired power plants under ultra-low emission

After the implementation of ultra-low emission in coal-fired power plant, the emission concentration, the ground concentration and the total emission of gas pollutants was greatly reduced. Whether it is still necessary to use a high chimney emissions, use the existing total management approach to determine the total amount of major pollutants control indicators have aroused widespread concern. The research showed that the implementation of ultra-low emission limits, the maximum ground concentration of SO2, NO2and PM10were decreased significantly. The maximum ground concentration was affected by the height of the chimney in small. In addition, in order to control the emissions of gas pollutants effectively, the current total amount management method needs to be revised according to the limit value of the ultra-low emission concentration.

coal-fired power plant; ultra-low emission; chimney; total emission

X511

B

1674-8069(2017)01-003-03

2016-12-21；

2017-02-03

黄 磊(1982-)，陕西西安人，工程师，主要从事环境影响评价、环境保护竣工验收调查、环境保护研究等工作。E-mail:1364015001@qq.com