戴世峰 張堅明

上海電力股份有限公司吳徑熱電廠

排污標準調(diào)整下脫硝運行優(yōu)化和成本控制

戴世峰 張堅明

上海電力股份有限公司吳徑熱電廠

介紹了上海市環(huán)保排污收費標準調(diào)整后，排污收費將增加，對發(fā)電廠而言負擔將增加。結(jié)合機組運行的實際情況，分析了脫硝還原劑費用、排污費以及綜合費用變化。為了降低綜合費用，需要做好幾方面的工作：優(yōu)化脫硝運行方式，控制脫硝入口NOx濃度；脫硝出口NOx濃度目標值合理設(shè)定，使得排放濃度降低到50 mg/m3以下；加強激勵力度。

排污標準；脫硝運行；綜合費用

上海吳徑熱電廠2臺300 MW燃煤機組脫硝系統(tǒng)采用液氨作為脫硝還原劑。為確保煙氣排放氮氧化物符合國家環(huán)保要求，需要連續(xù)氣化液氨形成氨氣，通過催化劑作用將氮氧化物還原成氮氣。脫硝正常運行每年需要消耗大量的液氨，是火力發(fā)電廠不可或缺的一塊生產(chǎn)成本，同時根據(jù)氮氧化物的排放量每年還需要繳納不少排污費。

脫硝還原劑的成本與脫硝系統(tǒng)的運行狀況以及液氨單價有關(guān)，而排污費的多少一方面取決于脫硝運行工況調(diào)整下的氮氧化物排放濃度，另一方面取決于環(huán)保排污費標準的政策變化。

根據(jù)上海市“關(guān)于調(diào)整本市排污費征收標準等有關(guān)問題的通知”（滬發(fā)改價費[2014]5號）內(nèi)容，從2015年至2019年將分階段調(diào)整SO2、NOx的收費標準。以目前的排放水平來衡量，今后的排污費將大大增加，對電廠而言是將增加不小的負擔。

同時，為鼓勵火力發(fā)電廠低濃度排放，環(huán)保局在對排污收費具體實施時執(zhí)行階梯式收費標準政策。排放濃度越低，可以享受較高的排污收費折扣，在超過排放限值的情況下，實施懲罰性質(zhì)的加倍收費標準。

1 環(huán)保排污收費政策變化

2014年10月17日上海市關(guān)于《污染物排污費征收標準調(diào)整要點》，分階段調(diào)整氮氧化物收費標準，2015～2016年執(zhí)行收費標準為4元/kg，2017～2018年為8元/kg，2019年為9元/kg。而2015年前，執(zhí)行的收費標準為1.26元/kg。

同時執(zhí)行環(huán)保局階梯式收費標準政策，在低于排放限值50%以下，按當前收費標準的30%收取。排放濃度越高，可以享受的優(yōu)惠折扣越低。在超過排放限值的情況下，排放濃度越高，將不能享受優(yōu)惠折扣，甚至面臨加倍收費的懲罰。

將以上兩個環(huán)保收費政策結(jié)合，同時考慮當前2臺機組氮氧化物排放限值100 mg/m3，整理了不同排放濃度下的實際排放收費價格，具體見表1。

表1 氮氧化物排污收費價格元·kg-1

通過表1不同階段排污收費價格的變化來看，如果不控制好排放濃度，則排污費會發(fā)生巨大的變化，對電廠的經(jīng)營來說是一個不小的負擔。對于氮氧化物排放濃度超過100 mg/m3的情況，主要集中在機組啟停以及低負荷脫硝不能投運階段，占整個機組運行時間的比例比較小，在此不做考慮。

2 脫硝運行及氮氧化物排放現(xiàn)狀

上海吳徑熱電廠兩臺機組運行負荷相對比較穩(wěn)定，脫硝設(shè)備的投運也比較正常。脫硝效率基本控制在80%左右。統(tǒng)計2014年1月～12月脫硝運行數(shù)據(jù)，脫硝入口氮氧化物平均濃度為300mg/m3，脫硝出口氮氧化物平均濃度為60 mg/m3，排放的污染物氮氧化物總計667 960 kg。

在氮氧化物排放收費標準政策變化前，對于脫硝入口平均濃度300 mg/m3，出口平均濃度為60 mg/m3而言，已經(jīng)算控制得比較好了，也從來沒有考慮過是否需要通過調(diào)節(jié)氮氧化物排放濃度來降低生產(chǎn)成本的問題。但是，在排放收費標準調(diào)整后，同樣的運行工況，同樣的排放濃度，排放收費會產(chǎn)生巨大的變化，這個問題不得不引起重視。

3 政策變化前后排污收費比較

以2014年數(shù)據(jù)為例，排放的污染物氮氧化物總計667 960 kg，出口平均濃度為60 mg/m3屬于50～75 mg/m3（含）這一檔，按照最新執(zhí)行分階段收費標準的40%進行核算收費，進行后續(xù)幾年排放收費比較，見表2。

表2 同等排放下不同年份的排污收費比較萬元

從表2中橫向數(shù)據(jù)比較來看，同樣排放濃度和排放量的情況下，2015～2016年每年比2014年增加排放收費22.71萬元，2017～2018年每年增加排放收費129.59萬元，2019及以后每年增加排放收費156.31萬元。

從表2中豎向數(shù)據(jù)比較來看，假如排放濃度下降到50 mg/m3以下，與出口平均濃度為60 mg/m3比較，在同樣排放量的情況下，2015～2016年下降26.71萬，2017～2018年下降53.44萬，2019年以以后下降60.12萬。排放濃度下降后，總的排放量也會有所下降，所以排污收費下降量將更大。

通過對表2的排污收費比較分析，可以明顯看到，在排污費征收標準調(diào)整后，如果電廠不采取措施，每年將面臨10～100萬到上百萬不等的增量排污費。

同時，在脫硝設(shè)備運行工況可調(diào)的范圍內(nèi)，可以通過降低排放濃度、享受優(yōu)惠折扣進而減少排放收費。排放濃度降低、排放收費下降需要多投入脫硝劑氨氣（有關(guān)氨氣制備成本增加忽略不計），脫硝還原劑費用將增加。所以，需要綜合考慮排放收費和脫硝還原劑費用這兩個因素，在脫硝設(shè)備可運行的范圍內(nèi)考慮綜合費用優(yōu)化。

4 綜合費用數(shù)據(jù)模型建立

以2016年排放收費標準為例，通過建立脫硝還原劑費用與排放收費的綜合費用數(shù)據(jù)模型，掌握不同運行工況下脫硝還原劑費用和排放收費的綜合變動情況，尋找滿足脫硝設(shè)備運行要求的最優(yōu)經(jīng)濟平衡點。

一般認為，煙氣中的氮氧化物中NO和NO2的比例為95%：5%。也有研究，通過對煙氣中的NO和NO2的濃度進行實際測量，發(fā)現(xiàn)煙氣中氮氧化物的組成中絕大多數(shù)是NO。在本文中認為煙氣中的氮氧化物全部為NO。NO與氨氣NH3在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)生成氮氣N2，NO與NH3的反應(yīng)摩爾比是1：1，由此理論計算脫硝還原劑費用。

脫硝還原劑費用=Q×T×（NO入口-NO出口）×λ×P氨

排放收費=Q×T×NO出口×PNO

綜合費用=Q×T×（（NO入口-NO出口）×λ ×P氨+ NO出口×PNO）

式中：Q-煙氣流量；T-脫硝運行時間，假定脫硝運行時間與機組運行時間相等；NO入口-脫硝入口氧折算后氮氧化物濃度；NO出口-脫硝出口氧折算后氮氧化物濃度；λ-脫硝還原劑摩爾數(shù)與重量轉(zhuǎn)換系數(shù)；P氨-液氨單價；PNO-氮氧化物排放單價。

根據(jù)綜合費用計算公式，測算脫硝入NOx分別為250、300、350 mg/m3時，不同排放濃度的情況下脫硝綜合費用。

測算表格中，灰色底紋表示的是綜合考慮環(huán)保要求、設(shè)備狀況的情況下，脫硝系統(tǒng)可以運行的空間范圍。

從表格中可以看出，在其他條件不變，不同的脫硝入口濃度的情況下，綜合費用隨著脫硝入口濃度的增加而增加，而同時綜合費用的組成中，排污費呈現(xiàn)相同的態(tài)勢，液氨費用同步增加。液氨費用增加主要是由于入口濃度高，需要脫除的氮氧化物數(shù)量增加，相應(yīng)的液氨用量增加。

表3 不同排放濃度的情況下脫硝綜合費用

在相同的脫硝入口氮氧化物濃度的情況下，隨著脫硝效率的增加，排放量隨之下降，排污費也相應(yīng)下降，同時液氨的費用隨之增加。而綜合費用方面，在排放濃度低于50 mg/m3以下時，變化不大，基本保持水平狀態(tài)。而當排放濃度高于50 mg/m3時，綜合費用呈現(xiàn)上升趨勢，在每個政策變化的點位處，綜合費用都有一個大的突越。

所以在不考慮上海市燃煤電廠污染物排放水平排序的情況下，在當前政策情況下，氮氧化物排放只要做到40～50 mg/m3就可以了。

在相同的排放濃度條件下，脫硝入口氮氧化物濃度大小對于液氨的消耗是關(guān)鍵因素。入口濃度控制得低，則綜合費用就低。

為了直觀表示上述描述部分內(nèi)容，測算表格內(nèi)容用趨勢圖（圖1）來表示（以脫硝入口NOx300 mg/m3為例）。

圖1 趨勢圖

3.1 運行優(yōu)化和成本控制

通過上文對脫硝運行還原劑和排污費用的測算可知，脫硝入口NOx濃度是決定綜合費用的關(guān)鍵因素，控制脫硝入口NOx濃度可以降低綜合費用。

在其他條件相同的情況下，排污費與脫硝排放濃度呈現(xiàn)正向相關(guān)，在環(huán)保排污收費政策變化處，排污費有比較大的突越。液氨成本費用與脫硝排放濃度呈現(xiàn)反向關(guān)系，與環(huán)保排污收費政策變化無關(guān)。

在排污費和液氨成本費用的雙重作用下，綜合費用總體上與脫硝排放濃度呈現(xiàn)同向正相關(guān)，但是其趨勢相對比較平緩。在環(huán)保排污收費政策變化處，綜合費用仍然保持比較大的突越。在脫硝排放濃度低于50 mg/m3時，綜合費用保持不變，所以從經(jīng)濟性角度考慮，沒有必要過多提高脫硝效率，降低排放濃度。另外，脫硝效率過份提高，超過脫硝運行的合理區(qū)間，氨逃逸濃度會明顯增大，容易形成硫酸氫氨造成空預(yù)器堵塞而影響機組正常運行。

為了使得脫硝還原劑液氨費用與排污費組成的綜合費用最優(yōu)化，需要同時做好以下幾方面工作。

（1）優(yōu)化脫硝運行方式，控制脫硝入口NOx濃度，盡可能降低入口濃度；

（2）脫硝出口NOx濃度目標值合理設(shè)定，使得排放濃度降低到50 mg/m3以下；

（3）加強激勵力度，制定目標值和獎勵措施。

1）優(yōu)化脫硝運行方式，控制脫硝入口NOx濃度

盡量減少磨煤機運行臺數(shù)，降低一次風量；二次風進行調(diào)節(jié)，控制主燃區(qū)氧量、溫度，保證欠氧燃燒。入口氮氧化物濃度做到300 mg/m3以下，通過運行調(diào)節(jié)盡可能降低。

2）脫硝出口NOx濃度目標值合理設(shè)定

通過試驗，合理設(shè)定脫硝出口氮氧化物濃度目標值，使得運行過程中脫硫出口的氮氧化物濃度控制在40～50 mg/m3。脫硝出口與脫硝出口的氮氧化物濃度還存在一定的區(qū)別。本文中所涉及到的氮氧化物濃度都是指氧折算后的濃度。由于煙道系統(tǒng)存在不同程度的漏風，脫硫出口的氧量大于脫硝出口氧量，經(jīng)過氧折算后，脫硫出口氮氧化物濃度將大于脫硝脫出口。脫硝出口氧量3.6%，脫硫出口氧量7%為例，計算結(jié)果見表4。

通過計算可知，在脫硝出口氧量3.6%、脫硫出口氧量7%的情況下，脫硫出口氧折算后的氮氧化物濃度比脫硝出口氧折算后的濃度提高24%，也就是對于電廠而言需要增加24%的排污費。如果脫硫出口氧折算后的氮氧化物濃度正好突破了政策變換點，排污費將還會上漲形成突越。所以需要針對每一臺機組的實際情況，測算氧量影響的排放濃度。通過倒算來確定每一臺機組脫硝運行的排放濃度。

表4 脫硫出口氧折算

漏風的影響將對排污費產(chǎn)生比較大的，所以機組檢修工作中有必要對煙道系統(tǒng)進行捉漏堵漏，減少漏風對排放濃度的影響。

為掌控機組氮氧化物的排放水平，需要每周對本月累計的脫硫出口氮氧化物平均排放濃度進行統(tǒng)計，估算當月后續(xù)時間內(nèi)的排放濃度，保證當月脫硫出口氮氧化物平均排放濃度在40～50mg/m3。

3）加強激勵力度，制定目標值和獎勵措施

為確保環(huán)保設(shè)備達到優(yōu)化運行的目的，需要制定相應(yīng)的激勵機制。明確運行人員以及管理人員的工作職責，明確管理目標。對機組脫硝排放濃度制定月度目標，由運行人員實際實施，積極進行調(diào)節(jié)。由管理人員跟蹤排放數(shù)據(jù)，根據(jù)機組實際運行情況來測算后續(xù)運行控制目標，并指揮運行進行調(diào)節(jié)。

4 結(jié)語

在污染物排污費征收標準調(diào)整以及環(huán)保部門實施階梯收費的提前下，對脫硝運行的數(shù)據(jù)進行詳細測算，掌握不同情況下的脫硝還原劑費用和排污費數(shù)據(jù)。

通過分析，發(fā)現(xiàn)在脫硝還原劑費用和排污費的綜合作用下，綜合費用呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，且當排放濃度在50 mg/m3以下時，綜合費用保持不變。所以在一定的出口入口氮氧化物濃度的情況下，排放目標值確定在40～50 mg/m3。為保證該目標，需要分析機組實際運行情況，掌握氧量對排放濃度的影響，以此指導(dǎo)脫硝實際運行。需要加強過程管理，通過跟蹤排放平均濃度來估算當月后續(xù)運行控制目標，確保排放濃度40～50 mg/m3的實現(xiàn)。同時也需要在激勵方面加大力度，提高運行人員和管理人員的積極性，保證排放目標的完成，以此降低綜合費用。

綜合費用的優(yōu)化，很大程度上取決于脫硝入口的氮氧化物濃度控制，需要運行部門優(yōu)化脫硝運行方式。

2016年開始將實施超潔凈排放改造，后續(xù)的環(huán)保排放標準可能會有所變化，影響整個方案的測算。及時進行調(diào)整測算，對脫硝設(shè)備的運行進行進一步優(yōu)化調(diào)整。

Denitrification Operation Optimization and Cost Control to Meet Pollution Discharge Standard Adjustment

Dai Shifeng, Zhang Jianming
Shanghai Electrical Power Limited Company Wujing Thermal Power Plant

∶The article introduces pollution discharge fee will increase and so will cost for power plant when Shanghai environment protection pollution discharge fee adjusts. Combined with practical unit operation condition, the author analyzes changes of denitrification reducing agent cost, pollution discharge fee and comprehensive cost. In order to reduce comprehensive cost, we should take care of following tasks, such as optimizing denitrification operation method, controlling denitrification inlet NOxconcentration. Regulating reasonable denitrification inlet NOxtarget concentration setup to make discharge concentration decrease under 50 mg/m3. We shall strengthen motivation.

Pollution Discharge Standard, Denitrification Operation, Comprehensive Cost

戴世峰：（1981-），男，工程師，本科，從事電廠化學、環(huán)保技術(shù)管理工作。

張堅明：（1972-），男，工程師，本科，從事電廠管理工作。

DOI∶10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.02.003