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摘要：当下环境污染问题受到越来越多的关注，文章立足我国燃气电厂环保实际情况，分析了当下燃气电厂污染排放的实际情况和遇到的问题，分析了未来燃气电厂的环保趋势，期待为同行提供一个有益的参考。
关键词：燃气；环保；趋势
一、引言
近年来，随着中国经济的发展，环境污染问题受到越来越多的关注，在2015年后，我国燃煤电厂开始使用新的排放标准，新标准对主要的污染物（SO2和NOx）实施了超低排放要求，为了能达到排放要求，部分燃煤电厂加装环保设施，使NOx排放浓度控制在25mg/m3水平以下，作为燃气电厂，由于燃料本身清洁度较高，所以有着更高的排放清洁度，但随着近年来燃煤电厂排放的升级改造，燃气电厂的环保压力越来越大，特别是装机容量扩大后和环保问题日渐突出的当下，所以摸清燃气电厂的环保现状就显得格外重要，本文将根据自己工作的经验，分析了当下中国燃气电厂的环保情况，并预测未来燃气电厂环保趋势的发展，期待为同行提供些有益的参考。
二、燃气电厂的排放现状
1、燃气电厂排放标准
2011年我国发布了燃气电厂排污的国家标准，即《火电厂大气污染物排放标准GB13223—2011》，随着该国家标准的发布，各地区相继出台了自己的地方标准，参考各地方标准发现，多地进一步降低燃气轮机发电机组NOx排放限值，在沿海发达地区，极限值甚至更低，不难发现，环保问题日益突出的当下，各地对燃气排污标准进一步提高，在发达国家，美国和西欧对燃气电厂的排放标准要求最高，参考美国标准，标准要求：大于250MW的燃气发电机组NOx排放浓度应低于30mg/m3。只有满足这个标准才能核发相应的运营证书，美国的燃气电厂一般会安装低氮燃烧+SCR脱硝装置，该装置的安装可以将NOx的排放标准维持在5-10mg/m3的水平，目前，我国只有极少部分的发电厂安装了该装置，因此很难做到发达国家的燃气排放要求。
2、燃气电厂污染物排放情况
根据调查，我国目前的燃气电厂SO2和烟尘的排放限值还需要有进一步下调的空间，燃气电厂主要污染物包括烟尘、硫氧化物、氮氧化物；此外，还有未燃烧尽的碳氢化合物、挥发性有机化合物等物质。烟尘排放与燃烧和烟尘控制技术有关。
燃气电厂排放的主要污染物为氮氧化物，因此环保治理的主要对象是氮氧化物。以上海地区燃气电厂发电机组作为例子可以发现，电厂轮机采取了SCR脱硝技术后，氮氧化物排放可以控制在20mg/m3以下，有些电厂为获得浓度减半后的政策优惠，可将排放浓度控制在15mg/m3排放水平；长三角地区燃气电厂正常情况下氮氧化物排放量要求在30mg/m3以下，目前，长三角地区大部分机组未加装SCR脱硝系统，以浙江省为例：仅有3座电厂加装了SCR脱硝系统;珠三角地区燃气电厂在80%负荷运转时，其主要污染物排放水平可以满足国家标准，同时该地区所调研的燃气电厂也未装设SCR脱硝系统;
3、燃气环保现状
近年来，随着经济的发展，我国燃气装机容量迅速增长，到2018年底，我国燃气发电机组总装机容量已达8544万kW，燃气发电装机容量的递增，使其污染物排放现状不容忽视，我们通过对部分地区燃气发电厂的调研，发现我国燃气发电厂主要污染物平均排放水平大致如下：
参考燃气机组污染物排放水平的国家标准《火电厂大气污染物排放标准GB 13223－2011》可知，当前的厂主要污染物平均排放水平可以达到国标要求，为了研究主要污染物氮氧化物，调研了江苏省在役的13座电厂近30台燃气轮发电机组最近一年的最高氮氧化物小时排放均值，我们发现排放数据的平均值介于50～40mg/m3，是可以符合国家标准的。考虑目前很多在役机组有环保设施而且使用了天然气等清洁能源，无论是粉尘还是硫化物的排放都得到了控制。此外，燃气电厂运行过程中除少量生活污水外排外，基本无生产型废水外排，燃气发电厂的噪声污染可以通过防噪墙进行降噪处理，结果能满足国家环保标准对噪声的要求。燃气发电厂中氮氧化物是主要排放污染物，但目前来说也能达到国标要求，未预留SCＲ脱硝位置，约占总装机容量的60%。因此，在研究脱硝技术路线时，大部分在役机组由于无法加装SCＲ，能采用的脱硝技术明显有别于在建机组。
同时，燃气电厂环保装置存在较大优化空间。我国很多燃气轮机电厂燃烧器大多引进的低氮燃烧器，而且基于燃气轮机燃烧特性发现，一旦燃气电厂出现NOx超标的问题，会使燃气电厂启动阶段出现冒出黄烟。通过笔者在工作中对当前燃气电厂环保问题的调查发现，在环保装置方面还有一些需要改进的地方：现有的脱销系统的燃气电厂SCR运行效率不高，基本在50%左右，改进空间比较大；燃气电厂中Nox含量的检测手段需要加强，而且在检测工作中存在侥幸心理，未进行NO2的检测；还有一些燃气电厂中CEMS检测中采用的是红外法，有明显缺点，如检测量程偏大情况存在。
4、燃气电厂降氮技术现状
针对燃气电厂降氮技术的研究，笔者对燃气电厂进行了调研并分析了NOX等超标排放的影响因素：首先，受到不同主机生产厂家排放的差异影响。通过调查发现F级和E级机组且处于正常负荷下，不同主机厂家在氮氧化物排放水平设计上没有明显差异。但是比较知名的西门子机组主要采用了用环型或筒型燃烧室，而其他生产厂家则以环筒型燃烧室为主，相对来说西门子机组在正常负荷下低氮排放难度有所增加。同时，我国大多数燃气电厂的排放都已经达标，因此并未考虑对燃气轮机本体进行升级改造，整体技术水平没有较大差异。其次，燃气电厂降氮还受到大气温湿度变化的影响，这一点我们可以从理论角度进行分析。由于大气温湿度发生变化，会影响机组的燃烧温度，一般情况下，环境温湿度升高，会使NOX的排放量降低。针对这一问题笔者也通过比较西门子、GE以及三棱机组得出当大气湿度越大的情况下，氮氧化物排放浓度会降低，而大气温度升高的情况下，氮氧化物排放浓度也会升高。但目前，外界环境因素的控制难度还比较大，燃气电厂的燃气轮机只能被动应对，而且利用大气湿度降低氮氧化物排放浓度有一定限制，仍然需要采用合适的为辅助降氮措施。
我国现有降氮技术主要为燃气轮机本体改造和加装SCＲ，加装SCＲ影响机组的效率，虽然在烟气温度达反应要求时即可实现脱硝，但存在脱硝效率低、脱硝催化剂尚昂贵等问题。燃气轮机本体改造成本较高，一般由国外公司垄断，改造后也很难实现全负荷低氮排放，因此，我国的燃气电厂降氮技术路线还不成熟，与发达国家还有较大差距，为此，针对未预留SCＲ安装位置的燃气电厂，锅炉侧加装直喷氨脱硝系统或在燃气轮机侧升级低氮燃烧器。针对预留空间不足的燃气电厂，建议在锅炉侧优化烟气流场的基础上加装SCＲ脱硝系统，在燃气轮机电厂投产较早、低氮燃烧器等级较低的情况下，可考虑升级低氮燃烧器。针对预留空间充足的燃气电厂，建议综合考虑SCＲ脱硝和燃气轮机改造的技术潜力和经济成本来选择降氮措施。
5.SCR脱销技术分析
目前，SCR脱销技术在我国燃气电厂中的应用比较普遍，对燃气电厂环保目标的实现起到了重要作用。SCR脱销技术即利用物理和化学反应将烟气中的NOX还原为氮气和其它物质，或者还有一种方法是将NOX中NO氧化成为易溶于水的NO2，并使用碱吸收剂将其吸收（也可以用溶液将其吸收）。可以根据不同作用原理将上述过程分为催化、还原、吸附三种类型。这一过程中无论采取哪一种方法其目的都是为了减少NOX超标对环保产生的影响，并且取得了较好成效。
选择性催化还原法是目前实用范围比较广泛且效率高的脱销方法，据实践研究发现，该方法对于NOX的脱除率可以达到80%，效果明显，也被推广到日本、欧美等国家中，成为目前氮氧化物的主要控制技术，在市场中占据了重要地位。在具体应用过程中，该方法需要借助催化剂的作用，然后向废气中喷入氨（或尿素），在催化剂的催化下废气中的NOx还原成N2和水。在这一过程中，催化剂除了催化作用以外，还起到降温的作用，保证还原反应处于280—420℃的稳定环境中，而且利用催化剂可以使还原剂选择性地NOX反应，提高了反应效率，避免被O2氧化。
近年来，SCR脱销技术已经在国内得到较成熟的应用。随着燃气电厂引进“超低排放”以后，有效控制了燃气发电产生的污染物排放限制，尤其针对NOx浓度的控制取得的效果更佳明显，对于单位发电量下的NOx排放质量，采用“超低排放”技术的燃煤机组明显低于燃气机组。但是燃气电厂如果仅仅依赖燃机干式低氮燃烧技术是很难适应未来环保发展形势，也远达不到越来越严格的燃机环保标准，也是对燃气电厂的发展带来负面影响。在这种情况下，大力推广SCR脱销系统，充分利用SCR脱销技术的优势显然已经势在必行。
三、燃气电厂环保趋势分析
1、结论
根据国家标准，燃气电厂与超低排放后的燃煤电厂具有同样的排放浓度限值。实际上，因为燃气电厂与燃煤电厂基本含氧量不同，若按电能排放绩效值进行测算，燃气电厂氮氧化物排放绩效是超低排放改造后的燃煤电厂的1.45倍左右。因此，燃气电厂的排放标准亟待提高。
目前，欧美发达国家早已对燃气发电的污染物排放水平实施严格控制，以美国加州为例，通过低氮燃烧+SCR脱硝技术（与国内主流技术相同），燃气轮机出口可达到30mg/m3的排放水平，脱硝效率高至80%，最终实现烟囱出口氮氧化物的超低排放水平，这说明燃气电厂进一步降低NOx在技术上可行。所以，针对当前燃气电厂环保现状，我们得出以下几点结论：
（1）与已实现“超低排放”的燃煤电厂相比，燃气电厂在SO2和粉尘排放方面仍具有明显的环保优势，但NOx排放优势已受到挑战。
（2）燃气轮机低氮改造需平衡安全、效率、排放等多方面因素，在现有排放基础上，通过燃气轮机本体改造降低NOx排放潜力有限，较难实现全负荷脱硝，性价比没有优势。
（3）燃气电厂加装SCR脱硝系统，将成为进一步降低NOx的有效措施。但在设计和实施过程中，应充分考虑燃气机组烟气特性，不能简单照搬照抄燃煤机组设计思路和方案。
（4）当前燃气电厂中针对降低NOx排放量的外部影响因素的控制方法有待改进，导致NOx排放量的降低幅度有限，需要改进。
（5）随着国家对环保整治的力度加大，必然会对燃气电厂的NOx排放标准提出更严格的要求，这也是大势所趋。燃气电厂尤其要实时关注注机组启停阶段产生的黄烟及全负荷NOx减排情况，发现问题及时整改，切实做好降低氮氧化物排放的技术准备工作。
2、建议
在燃气机组进一步降低NOx排放的大趋势下，为了更好地开展燃气电厂超低排放改造，符合国家氮氧化物排放标准，笔者根据上述的实践研究提出以下建议：
（1）燃气电厂应密切跟踪国家及地方环保政策的变化趋势，新建电站应提前预留SCR脱硝系统的合理安装位置。
（2）燃机行业内相关科研机构、主机厂商等单位应加强产学研力度，进一步优化SCR脱硝技术，降低初投资成本，特别是加快国产催化剂研发进度，促进产业化应用。
（3）各级环保部门应合理借鉴国外燃气电厂NOx排放标准和先进管理经验，充分调研国内燃气电厂环保现状，合理调整新的环保标准。
（4）国家或地方应对排放水平优于国家标准的燃气电厂给予一定的电价补贴或利用小时奖励，以调动燃气电厂减排积极性。
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论文作者:陆俊
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
标签：电厂论文; 燃气论文; 燃气轮机论文; 机组论文; 技术论文; 氧化物论文; 污染物论文; 《电力设备》2019年第4期论文;