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为何火电脱硝时间提前

2011年1月14日,《火电厂大气污染物排放标准》(二次征求意见稿)发布,这是环境保护部针对《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003)的又一次修订。这一标准草案曾于2009年公开征求意见,与之相比,这一稿中的火电脱硝时间表明显提前,明确要求以火电行业为重点,开展工业NOx污染防治。同时,对火电厂NOx的排放标准也更为严格,减排力度进一步加大。
本期应知版将为读者解读控制火电氮氧化物排放的相关知识。
解读一火电厂面临哪些环境问题的挑战?
火电厂是烟尘、SO2和NOx等大气污染物排放的主要来源,我国先后4次颁布实施有关火电厂大气污染物的排放标准,现行的标准为《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003)。
目前,我国的环境形势依然严峻,以煤为主的能源结构导致大气污染物排放总量居高不下,潜在的环境问题不断显现。区域性大气污染问题日趋明显,长三角、珠三角和京津冀地区等城市群大气污染呈现明显的区域性特征,氮氧化物(NOx)的污染问题尚未得到有效控制,酸雨的类型已经从硫酸型向硫酸和硝酸复合型转化。
我国能源资源以煤炭为主,在电源结构方面今后相当长的时间内将继续维持燃煤机组的基本格局。按照我国经济发展的速度,要达到中等发达国家的经济水平,全国平均每人最低需要1个千瓦的装机容量。按照目前的排放控制水平,到2020年,我国火电排放的NOx将达到1234万吨以上。由此可见,火电大气污染物的排放对生态环境的影响将越来越严重。GB13223-2003已难以适应新形势下环境保护工作的要求,提高排放控制要求,控制火电NOx排放迫在眉睫。
解读二我国脱硝与国际接轨还有多远?
严格排放限值
GB13223-2003对NOx的排放控制要求与发达国家和地区相比差距较大,GB13223-2003中NOx的浓度限值为450~1100mg/m3,而发达国家和地区的NOx排放限值一般在200mg/m3以下。
2009年7月发布的征求意见稿中规定燃煤锅炉的NOx排放重点地区执行200mg/m3,其他地区执行400mg/m3。此次修改后的版本则规定新建、已建脱硝装置和预留脱硝场地的燃煤电厂NOx的排放限值调整为100mg/m3;2003年12月31日前建成的燃煤电厂,因其未预留脱硝场地及机组运行年限已较长,执行200mg/m3排放限值;重点地区的燃煤电厂执行100mg/m3排放限值。这一限值比欧盟现行的《大型燃烧装置大气污染物排放限制指令》(2001/80/EC)中规定的新建大型燃烧装置排放限值(200mg/m3)和美国2005年规定的新源排放限值(1.0lb/MWh,约折合135mg/m3)都严格。
发展脱硝技术
我国火电厂依靠低氮燃烧技术控制NOx排放已不能满足要求,因此需要实施烟气脱硝。目前已在发达国家得到广泛应用的SCR技术,成为我国火电脱硝的主要方法。日本率先于上世纪70年代对SCR技术实现商业化,20世纪90年代福建后石电厂采用日立技术在600MW火电机组上率先建成了我国第一套SCR烟气脱硝装置。截至目前,我国共有约200台套脱硝装置投入运营。
为适应更严格的排放要求,我国已有许多研究机构对SCR工艺、催化剂和相关技术设备开展了全面研究,并已取得了初步的研究进展,但仍在起步阶段。
解读三新政对行业市场会产生哪些影响?
环境保护部根据测算得出,若对新建和2004年~2011年底期间通过环评审批的现有燃煤火力发电锅炉全部实施烟气脱硝,对2003年底前建成的火电机组部分实施烟气脱硝,则新标准实施后,到2015年,需要新增烟气脱硝容量8.17亿千瓦,共需脱硝投资1950亿元,2015年需运行费用612亿元/年。
经济效益预测一经公布,市场马上做出了反应,2011年1月电气设备指数下跌4.26%,有分析师表示,烟气脱硝系统复杂、技术含量高、投资大,核心技术主要掌握在日本日立等外国公司手里。也有专家表示,截至2010年底,我国催化剂产能达到6万m3/年,可满足7500万千瓦的烟气脱硝催化剂容量,未来还有巨大的市场空间,国内脱硝催化剂生产商将成为最大的受益者之一。
环境保护部在新标准的实施建议中提出,在对火电行业NOx排放进行控制的同时,还应同步对机动车和其他工业行业进行控制;国家NOx重点控制区域首先应为长三角、珠三角、京津冀(环渤海),在改善这些地区区域性大气污染的同时,积累经验、培育脱硝产业发展,在此基础上逐步扩大重点控制区域的范围。
在2011年全国环保工作会议上,周生贤部长在报告中提出了“积极完善有利于减排的政策机制”,明确讲到了“火电行业脱硝电价优惠政策”。新标准中也涉及到了每度电脱硝运行费用为1.5分人民币这样的经济预测。从长远来看,强制性脱硝必然成为电力行业又一约束性指标,此次发布的新标准中NOx的污染控制要求也力求与国家“十二五”NOx污染控制目标相协调,政府也在考虑通过相应的经济杠杆继续推进电力行业脱硝。
名词速递
氮氧化物污染
氮氧化物主要有氧化亚氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、亚硝酸(HNO2)、硝酸(HNO3),还有少量三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)、三氧化氮(NO3)和五氧化二氮(N2O5)等。但N2O3、N2O4、NO3、N2O5和HNO2在大气中很不稳定,常温下很易转化成NO和NO2。通常氮氧化物系NO和NO2的总称,用NOx表示。NOx是主要的大气污染物之一,直接或间接与大气环境问题相关,如光化学烟雾、酸沉降、平流层臭氧损耗和全球气候变化。此外,氮沉降量的增加会导致地表水的富营养化和陆地、湿地、地下水系的酸化和毒化,从而对陆地和水生态系统造成破坏,最终对人体健康和生态环境安全产生不利影响。
N2O是无色的惰性气体,又称“笑气”,是低层大气中含量较高的氮氧化物,含量约为0.3ppm(1%)。它主要来自天然源,由土壤中硝酸盐NO3-经细菌的反硝化作用或海洋海水的涌升,都会产生大量N2O。人为源有施肥、矿物燃烧和生物质的燃烧,其排放量要比前者小一个数量级。但大气中N2O浓度的年增长率为1.2%,随着合成氮肥工业和农业活动的发展,人为源的贡献正在增大,对环境的影响亦日渐重要。N2O在大气中可存留150年以上,是温室气体之一;传输到平流层后,会通过光化学反应转化成NO,进而破坏臭氧层。
无色无味的NO和有刺激性的红棕色NO2是大气中主要的氮氧化物。NO2主要是由NO氧化而来。NOx在大气中的存留时间为1~4天,寿命较短,其污染效应主要为局地性和区域性的。NOx的天然源主要是生物源,人为源是由各种燃料在高温下的燃烧以及硝酸、氮肥、炸药和染料等生产过程中所产生的含NOx废气造成的。其中燃料燃烧排出的废气造成的污染最为严重。燃料燃烧时生成NOx的途径有两个:①空气中的氮在高温下氧化。温度越高,燃烧区氮的浓度越大,NOx的生成量也越大。②燃料中各种含氮化合物经燃烧分解氧化而生成。
大气中的NOx最终转化成硝酸和硝酸盐颗粒物,经湿沉降和干沉降从大气中消除;但由此也会造成环境的酸化。NOx对呼吸器官有刺激作用,能侵入呼吸道深部细支气管和肺泡,引起肺水肿等疾患。氮氧化物污染的防治,主要是对以矿物燃料为能源的一切工业和生活活动,氮肥生产及使用,以及城市中机动车的排气等,进行N2O和NOx的控制。

 
 
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