何淑仲

(國核電力規(guī)劃設計研究院，北京 100095)

0 引言

生物質能發(fā)電是利用生物質能轉化為電能的技術。利用生物質能發(fā)電可以有效解決生物質資源浪費、焚燒環(huán)境污染等問題，在增加能源數(shù)量、調整能源結構、保障能源安全等方面有更發(fā)揮重要作用。因此，生物質能發(fā)電是一種變廢為寶的技術。目前，我國生物質能發(fā)電只占可再生能源發(fā)電裝機容量的0.5%，遠遠低于世界平均25%的水平［1］。據(jù)測算，我國理論生物質能資源相當于5×1010t 標準煤，可作為能源利用的生物質能約5×109t 標準煤［2］，說明我國在這方面還有很大的發(fā)展空間。國家可再生能源發(fā)展十一五規(guī)劃提出，未來將建設生物質發(fā)電5500 MW 裝機容量［3］;《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》確定，到2020年生物質發(fā)電裝機要達到30000 MW［4］。

由于生物質燃料中硫含量為0.08%～0.25%，僅相當于燃煤硫分的1/10 左右，其燃燒生成的SO2、NOx等污染物比燃煤低，因此生物質能發(fā)電已被公認是一種低硫、低硝、低碳的發(fā)電技術。

但是隨著技術發(fā)展和社會進步，環(huán)境保護在工業(yè)生產中逐漸被提到一個越來越高的位置。2011年7月29日，環(huán)境保護部和國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布了新的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223－2011)［5］，新標準對火電廠大氣污染物排放提出了更為嚴格的要求。因此，應對新標準，如何采取更有效的煙氣治理措施成為生物質電廠環(huán)保設計中一個新的議題。

1 新標準施行前生物質電廠的防治措施

根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223－2003)［6］中對第3 時段綜合利用火力發(fā)電鍋爐排放限值的要求，生物質電廠的排放標準見表1。

表1 GB 13223－2003 中新建生物質電廠排放標準

為滿足排放標準，目前已運行的生物質電廠中采取以下簡單污染物防治措施。

1.1 煙塵治理措施

根據(jù)生物質燃燒后煙塵粒徑小、比電阻大的特點［7］，一般選用布袋除塵器除塵，除塵效率可達到99.6%，煙塵排放濃度能夠滿足200 mg/m3的要求。

1.2 NOx 治理措施

目前，國內運行的生物質電廠鍋爐大多采用低氮燃燒技術，運行時爐內溫度比較低，可以有效地抑制NOx的生成。根據(jù)不同的鍋爐廠家提供的保證值，NOx的排放濃度在200～400 mg/m3之間，均能夠滿足450 mg/m3的限值要求。同時，根據(jù)電廠設計的前瞻性要求，為了滿足將來更高環(huán)保標準的要求，多數(shù)生物質電廠在設計時預留了脫硝裝置空間。

1.3 SO2 防治措施

一般生物質燃料中硫的含量較低，僅相當于煤含硫量的1/10 左右。表2為國內幾個生物質電廠設計燃料的含硫量及計算SO2排放情況?？梢?，新標準施行前，生物質電廠一般不需另外采取脫硫措施，即可滿足800 mg/m3的排放要求。

表2 生物質電廠設計燃料硫分及計算SO2 排放情況

1.4 高煙囪排放

鍋爐煙氣通過高煙囪排放，可以有效增加煙氣的擴散稀釋能力，降低煙塵、NOx和SO2對地面的污染。平原地區(qū)生物質電廠煙囪高度大多為80 m左右，可以降低污染物的地面濃度。

1.5 煙氣監(jiān)測

根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223－2003)及《火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程》(DL 5000－2000)［8］中的有關規(guī)定，生物質電廠應安裝煙氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)，以便對環(huán)境空氣污染物的排放進行在線監(jiān)測。監(jiān)測因子包括煙塵、NOx、SO2等項目。監(jiān)測信號預留輸送至當?shù)丨h(huán)保主管部門和電力調度中心的接口。

2 應對新標準的新措施

根據(jù)新實施的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223－2011)，生物質電廠應滿足的更嚴格的排放標準其排放限值詳見表3。

表3 GB 13223－2011 中生物質電廠排放標準

為滿足以上排放標準，生物質電廠的環(huán)保設計必須在已有經驗的基礎上探求新的發(fā)展。因此，在除塵、脫硝、脫硫等方面需要采取新的應對措施。

2.1 除塵

提高除塵器的除塵效率，必要時采用旋風分離器+布袋除塵器的方式，除塵效率可達到99.9%，煙塵排放濃度能夠低于30 mg/m3，甚至更低。旋風+布袋除塵方式在實際電廠運行中已較為成熟，此處不再贅述。

2.2 脫硝

生物質燃燒過程中形成的NOx主要有3 種:燃料型、熱力型和快速型。其中快速型NOx所占比例很小，可忽略不計;燃料型NOx生成量與火焰附近的氧濃度有關;熱力型NOx生成量與燃燒溫度和氧濃度有關［9］。目前，電廠鍋爐NOx排放控制主要通過兩種方式來進行:一是采用低氮燃燒技術減少NOx的生成;二是采用煙氣脫硝技術還原已生成的NOx，減少NOx排放量。

經過調研，目前國內運行的低氮燃燒技術仍有一定的提升空間，通過進一步改善燃燒狀況，控制爐內溫度，可以控制NOx的濃度低于200 mg/m3。但是隨著新標準要求的提高，僅依靠低氮燃燒技術已經不能滿足要求，脫硝成為未來生物質電廠必不可少的煙氣治理措施。

常用的煙氣脫硝技術有兩種:選擇性催化還原(SCR)和選擇性非催化還原(SNCR)。這兩種方法都是通過在煙氣中加入氨或尿素溶液等還原劑，在一定溫度下與煙氣中的NOx發(fā)生還原反應，生成無害的氮氣和水。不同之處是前者由于催化劑的參與，降低了反應溫度，提高了反應效率，通常脫硝效率可達80%以上。但同時SCR 技術存在投資大、煙氣阻力大、運行費用高等問題。SNCR 技術脫除NOx的效率取決于反應溫度、尿素溶液濃度、噴口位置、反應時間等，通常設計合理的SNCR 工藝能達到40%～70%的脫硝效率。

為滿足100 mg/m3的NOx排放要求，生物質電廠可采用低氮燃燒技術，控制NOx出口濃度不超過200 mg/m3;同時選擇投資較低、脫硝效率中等的SNCR 脫硝方式，要求脫硝效率不低于50%。這樣，可盡量減少因滿足新標準而增加的投資。

2.3 脫硫

新的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223－2011)中，對SO2的控制分時段區(qū)別對待:自2014-07-01 起，現(xiàn)有火發(fā)電鍋爐需滿足200 mg/m3的限值要求;自2012-01-01 起，新建火力發(fā)電鍋爐需滿足100 mg/m3的鍋爐。因此，生物質電廠在SO2的控制方面也可分為兩種情況。

對于現(xiàn)有電廠，從經濟的角度出發(fā)，可首先考慮選用低硫燃料。由表2可見，部分硫分較低的燃料即使不采取任何措施也可滿足200 mg/m3的限值要求。生物質電廠中普遍采用的燃料包括小麥秸稈、玉米秸稈、稻殼、樹皮等，生物質燃料的硫分不僅跟燃料種類有關，還跟燃料產區(qū)有關，電廠設計時可根據(jù)情況選擇。同時，為了電廠的可持續(xù)發(fā)展，宜在選擇低硫燃料的同時預留脫硫裝置空間。但是，選用低硫燃料具有較大的局限性，并且把硫分較高的秸稈拋向其他環(huán)節(jié)，從環(huán)境保護的角度來說，也是不科學的。因此，對于新建電廠以及部分現(xiàn)有電廠，脫硫措施是必要的。

目前，全世界脫硫工藝共有100 多種，按其燃燒的過程可分為:燃燒前脫硫、燃燒中脫硫、燃燒后脫硫(煙氣脫硫)。煙氣脫硫(Flue Gas Desulfurization，F(xiàn)GD)技術，是目前世界上唯一大規(guī)模商業(yè)化應用的脫硫技術，被認為是SO2污染控制最為行之有效的途徑。典型的煙氣脫硫工藝包括:石灰石—石膏濕法脫硫工藝、氨法脫硫工藝和循環(huán)流化床干法脫硫工藝等。考慮到生物質電廠通常規(guī)模不大，總投資不高，而石灰石—石膏濕法脫硫工藝和氨法脫硫工藝造價較高，經濟性較差，因此建議生物質電廠脫硫首選循環(huán)流化床干法脫硫工藝。同時考慮到生物質電廠煙氣含硫量較低，實際操作時可根據(jù)工程情況對循環(huán)流化床工藝適當簡化。

循環(huán)流化床法脫硫副產物為脫硫灰及灰和亞硫酸鈣、少量硫酸鈣混合物，目前脫硫灰的利用途徑很廣泛，在不少領域如水泥、建材行業(yè)、建筑以及農業(yè)等都能夠應用，可進一步增加生物質電廠的環(huán)境效益和經濟效益。

3 結語

以上應對新標準的措施大多是根據(jù)燃煤電廠的經驗而采取的，對于生物質電廠的適用性，還需要根據(jù)具體工程具體研究。同時，更多的適用于生物質電廠的低成本控制措施還有待開發(fā)。

另外，新標準中首次提到了對汞及其化合物的控制，此項要求于2015年實施。雖然目前對于電廠煙氣脫汞的研究較多，但多處于機理探索或技術研發(fā)階段，國內對于電廠煙氣中汞的控制的實戰(zhàn)經驗幾乎為零，所以，對于汞及其化合物的控制技術的開發(fā)也迫在眉睫。

［1］2010年中國生物質發(fā)電技術研討會召開［J］.中國資源綜合利用，2010，(5):7.

［2］譚宗云.生物質能分布式發(fā)電技術及意義［J］.農村電氣化，2010(7):52－53.

［3］國家發(fā)展和改革委員會.關于印發(fā)可再生能源發(fā)展十一五規(guī)劃的通知(發(fā)改能源［2008］610號文件)［EB/OL］.http://www.sdpc.gov.cn/zcfb/zcfbtz/2008tongzhi/t20080318_198262.htm，2008-03-03.

［4］國家發(fā)展和改革委員會.關于印發(fā)可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃的通知(發(fā)改能源［2007］2174號文件)［EB/OL］.http://www.sdpc.gov.cn/zcfb/zcfbtz/2007tongzhi/t20070904 _ 157352.htm，2007-08-31.

［5］GB 3223－2011，火電廠大氣污染物排放標準［S］.

［6］王翠蘋，王鳳印，楊啟榮，等.生物質能源轉換技術的經濟性比較［J］.電力環(huán)境保護，2007，23(增刊):98－100.

［7］王少權，趙少明，王 輝.秸桿發(fā)電煙氣處理技術探討［J］.電力科技與環(huán)保，2011，27(1):58－60.

［8］DL 5000－2000，火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程［S］.

［9］楊宏民，段景衛(wèi)，蘭增林.低氮燃燒加SNCR 脫硝技術在超臨界鍋爐上的應用［J］.電站系統(tǒng)工程，2011，(27):30－35.

［10］武文江.石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術［M］.北京:中國水利水電出版社，2006.

［11］薛建明，劉 濤，許月陽，等.燃煤電廠應對新標準的煙塵控制對策研究［J］.電力科技與環(huán)保，2011，27(2):25－29.