（湖北省工程咨詢股份有限公司，武漢 430071）

由于我國(guó)“富煤、貧油、少氣”的資源狀況，燃煤發(fā)電的主體地位在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)將不會(huì)發(fā)生變化。同時(shí)，傳統(tǒng)能源利用方式效率低下，對(duì)污染物排放不夠重視，已對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成不可估量的影響。《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》（2093號(hào)文）明確指出：“到2020年，東部地區(qū)現(xiàn)役30萬(wàn)千瓦及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組、10萬(wàn)千瓦及以上自備燃煤發(fā)電機(jī)組以及其他有條件的燃煤發(fā)電機(jī)組，改造后大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值。”其中，關(guān)于燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值定義為：“在基準(zhǔn)含氧量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于5、35、50 mg/m3”。新的排放標(biāo)準(zhǔn)和行動(dòng)計(jì)劃出臺(tái)后，各火電廠結(jié)合自身現(xiàn)狀，投入了大量資金進(jìn)行技術(shù)改造。本文擬對(duì)工作中遇到的超低排放改造方案做一個(gè)總結(jié)，并對(duì)各方案的造價(jià)和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行全面分析。

1 超低排放改造方案

1.1 脫硝改造方案

1.1.1 低NOx燃燒器改造方案

低NOx燃燒器是從源頭上減少NOx的生成，其工作原理主要在于通過調(diào)整風(fēng)煤比例、分級(jí)燃燒等，盡可能地降低著火氧濃度和著火區(qū)溫度，從而達(dá)到最大限度抑制NOx生成的目的。對(duì)于改造工程，需按照盡可能考慮現(xiàn)有設(shè)備及其布置的實(shí)際情況，減少現(xiàn)有設(shè)備、系統(tǒng)的更換和改造的原則，改造方案涉及的主要項(xiàng)目有：更換煤粉噴口、噴管、彎頭；更換部分二次風(fēng)噴口，更改二次風(fēng)噴口偏轉(zhuǎn)角度，優(yōu)化爐內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)；部分二次風(fēng)噴口加裝熱電偶，監(jiān)測(cè)燃燒器壁溫；更換主燃區(qū)二次風(fēng)門擋板，實(shí)現(xiàn)各噴口精確配風(fēng)[1]。

1.1.2 SCR改造方案

SCR（選擇性催化還原）是在NOx已經(jīng)生成的條件下，利用尿素或液氨在催化劑作用下發(fā)生還原反應(yīng)降低NOx的濃度。SCR改造方案主要是加裝催化劑層及相應(yīng)吹灰系統(tǒng)。若改造后還原劑消耗量大于原供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)量，還需要對(duì)原供應(yīng)系統(tǒng)做配套擴(kuò)容改造。同時(shí)，還需要核算改造爐后載荷，考慮是否對(duì)支架進(jìn)行加固。與低NOx燃燒器改造方案相比，SCR改造方案的運(yùn)行成本相對(duì)較大，主要體現(xiàn)在還原劑的消耗以及煙風(fēng)阻力增加上。

1.1.3 全負(fù)荷脫硝改造

由于鍋爐燃燒和SCR催化反應(yīng)中都會(huì)產(chǎn)生SO3，當(dāng)SCR溫度較低時(shí)，煙氣中的SO3會(huì)與NH3反應(yīng)造成催化劑表面銨鹽沉積問題，覆蓋催化劑有效活性面積，使系統(tǒng)性能受到影響。如果長(zhǎng)時(shí)間停留在低溫區(qū)或在短期內(nèi)頻繁地陷入低溫區(qū)運(yùn)行，即使再回到高溫區(qū)，性能也難以恢復(fù)，結(jié)果會(huì)使催化劑壽命縮短。隨著大氣環(huán)境污染問題日漸突出，人們對(duì)于環(huán)境保護(hù)的要求也愈來愈高。國(guó)內(nèi)有若干規(guī)定都要求機(jī)組需要滿足全負(fù)荷脫硝運(yùn)行要求。提高低負(fù)荷工況下脫硝裝置入口的煙氣溫度主要有以下四種方式：增設(shè)0#高加提高給水溫度；省煤器分級(jí)布置；設(shè)置省煤器水側(cè)旁路；設(shè)置煙氣側(cè)調(diào)溫旁路。

1.2 除塵改造方案

常規(guī)可供選擇的除塵設(shè)備主要有三種：靜電除塵器、布袋除塵器及電袋組合式除塵器。從總體運(yùn)行情況來看，布袋、電袋除塵器的投資、運(yùn)行綜合成本高于靜電除塵器，尤其是阻力較大。目前，在運(yùn)電廠大多采用靜電除塵技術(shù)，基于成本考慮，超低排放改造原則上仍采用原靜電除塵器，僅考慮對(duì)現(xiàn)有靜電除塵器采取提效措施。目前主要的高效除塵技術(shù)有：低低溫電除塵技術(shù)、旋轉(zhuǎn)電極、增加電場(chǎng)、更改電源等技術(shù)。下文將僅針對(duì)工程中用到較多的低低溫電除塵技術(shù)、高頻電源技術(shù)以及濕式電除塵技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1.2.1 靜電除塵器改造

（1）低低溫電除塵改造。煙氣溫度的降低會(huì)引起煙塵比電阻下降、氣體的黏度下降和煙氣體積減少等變化，這些都是有利于電除塵器收塵的變化，低低溫除塵器就是利用這個(gè)原理來提高除塵效率。同時(shí)，由于煙氣溫度降低，除塵區(qū)域?qū)⒂锌赡馨l(fā)生低溫酸腐蝕以及除塵器灰斗粉塵堵塞。低低溫靜電除塵改造內(nèi)容主要有：新增前置低溫省煤器（一般與管式GGH配套）；除塵器內(nèi)煙氣滯留區(qū)防腐蝕改造；絕緣室熱風(fēng)吹掃及灰斗蒸汽加熱改造等。

（2）高頻電源改造。高頻電源是最早起源于國(guó)外的一種電源技術(shù)，它主要通過工頻整流、高頻逆變、升壓整流，輸出電壓比較平穩(wěn)或靈活可變的直流電壓。由于其工作頻率比較高，在電除塵器本體電容濾波的作用下，其輸出電壓更加平穩(wěn)，因此如果電除塵器入口濃度較高，其可以顯著改善除塵效果，減少粉塵污染物排放。高頻電源改造主要內(nèi)容為：新增整流裝置、逆變器、升壓變壓器及配套設(shè)施等。

1.2.2 增設(shè)濕式除塵器

濕式靜電除塵器的主要工作原理與干式除塵器基本相同，即煙氣中的粉塵顆粒吸附負(fù)離子而帶電，通過電場(chǎng)力的作用，被吸附到集塵極上。與干式電除塵器通過振打?qū)O板上的灰振落至灰斗不同的是，濕式電除塵器將水噴至極板上使粉塵沖刷到灰斗中隨水排出。改造內(nèi)容為：新增濕式除塵器及配套水系統(tǒng)等。

1.3 脫硫改造方案

1.3.1 脫硫塔改造

根據(jù)煤質(zhì)特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)情況的不同，脫硫塔改造方案較多，主要有：增加托盤方案；旋匯耦合方案；增加噴淋層方案；單塔雙循環(huán)方案。具體情況如表1所示。

1.3.2 管式GGH改造

傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)式GGH換熱效率高，但存在運(yùn)行能耗高、漏風(fēng)率高、低溫腐蝕嚴(yán)重、易堵灰黏結(jié)等較多的問題。由于回轉(zhuǎn)式GGH漏風(fēng)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，影響了煙囪脫硫排放濃度，因此一般將回轉(zhuǎn)式GGH更換為無(wú)泄漏管式GGH。管式GGH具有無(wú)泄漏，不易堵，沖洗方便的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，可以與靜電除塵器配套進(jìn)行低低溫靜電除塵改造，節(jié)省投資。主要改造內(nèi)容為：高、低溫側(cè)煙氣換熱器、水泵及配套管道等。管式GGH系統(tǒng)流程如圖1所示。

表1 脫硫塔改造方案

圖1 管式GGH系統(tǒng)流程

2 改造方案造價(jià)分析

由于不同電廠使用煤種及現(xiàn)場(chǎng)布置情況的不同，超低排放改造過程中可能采用不同的改造方案，結(jié)合最近工程情況，整理了幾種不同容量等級(jí)和地區(qū)的電廠超低排放改造投資情況如表2和表3所示。表中各個(gè)模塊的改造費(fèi)用均包括設(shè)備費(fèi)、建安工程費(fèi)和其他費(fèi)用[2]。

表2 600 MW機(jī)組等級(jí)改造方案造價(jià)匯總

表3 1 000 MW機(jī)組等級(jí)改造方案造價(jià)匯總

由表2和表3可知，各電廠的現(xiàn)有布置和地理?xiàng)l件不同，即使采用相同的改造方案，造價(jià)也會(huì)不同；有的電廠可能前期已經(jīng)進(jìn)行過某些單項(xiàng)改造，而有的電廠可能改造的范圍更大，所以各個(gè)電廠總的改造項(xiàng)目和總投資會(huì)有不同。大體上，管式GGH改造和低低溫靜電除塵器改造合計(jì)投資約為100元/kW；濕式除塵器改造投資各廠投資差異較大；全負(fù)荷脫硝方案中分級(jí)省煤器方案投資最大，增設(shè)0#高加方案次之，其次分別為煙氣旁路方案和省煤器水側(cè)旁路方案；低氮燃燒器改造投資約為2 000萬(wàn)元，SCR改造成本與增加的催化劑數(shù)量有關(guān)。對(duì)于600 MW等級(jí)機(jī)組，如果既有排放情況較好，改造范圍則較小，投資約為17 000萬(wàn)元；如果需要進(jìn)行大范圍改造，則投資約為34 000萬(wàn)元。而對(duì)于1 000 MW等級(jí)機(jī)組，如果既有排放情況較好，改造投資約為16 000萬(wàn)元；如果需要進(jìn)行大范圍改造，則投資約為44 000萬(wàn)元。

3 改造方案經(jīng)濟(jì)性分析

隨著環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，電廠進(jìn)行超低排放改造勢(shì)在必行，整個(gè)改造工程的經(jīng)濟(jì)性究竟如何也是投資方較為關(guān)注的問題。本文選擇兩個(gè)容量等級(jí)的機(jī)組，從超低排放改造的初始投資和運(yùn)行成本進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。超低排放改造運(yùn)行成本主要為改造后機(jī)組廠用電增加成本以及脫硝劑、脫硫劑、水等材料品的消耗成本。經(jīng)濟(jì)性分析的主要目的是分析投資與運(yùn)行成本的增加對(duì)機(jī)組上網(wǎng)電價(jià)的影響。下文經(jīng)濟(jì)效益分析均按照以下原則：執(zhí)行《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》（第三版）和《火力發(fā)電工程經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（DL/T 5435—2009）有關(guān)規(guī)定；采用中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)公司組織編制的《火電項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)軟件》；改造資金均按自有資金考慮。

3.1 某600 MW機(jī)組改造工程經(jīng)濟(jì)性分析

改造目標(biāo)為：煙塵排放濃度為5 mg/Nm3，NOx排放濃度下降到50 mg/Nm3，SO2排放濃度降到35 mg/Nm3。改造主要內(nèi)容如表4所示，改造投資如表5所示，年運(yùn)行成本增加情況如表6所示。

表4 D廠超低排放改造內(nèi)容

表5 D廠超低排放改造總投資

表6 D廠超低排放改造年運(yùn)行成本

按照項(xiàng)目資本金內(nèi)部收益率10%，修理費(fèi)2%，機(jī)組壽命期11年（原機(jī)組2006年投產(chǎn)）考慮，經(jīng)濟(jì)效益分析結(jié)論如表7所示。

3.2 某900 MW機(jī)組改造工程經(jīng)濟(jì)性分析

改造目標(biāo)為：煙塵排放濃度為3.6 mg/Nm3，NOx排放濃度下降到30 mg/Nm3，SO2排放濃度降到35 mg/Nm3。主要改造內(nèi)容如表8所示，工程投資如表9所示。

超低排放改造后，除固定成本增加外，系統(tǒng)廠用電、用汽以及尿素和石灰石等消耗材料也會(huì)有一定程度的增加。同時(shí)，由于管式GGH運(yùn)行后，煙氣溫度將會(huì)降低，脫硫系統(tǒng)耗水量將會(huì)減少。具體運(yùn)行成本變化量（兩臺(tái)機(jī)）如表10所示。

表7 D廠超低排放改造經(jīng)濟(jì)效益

表8 J廠超低排放改造內(nèi)容

表9 J廠超低排放改造投資

表10 J廠超低排放改造年運(yùn)行成本

按照項(xiàng)目資本金內(nèi)部收益率10%，修理費(fèi)2%，機(jī)組壽命期9年（原機(jī)組2004年投產(chǎn)）考慮；經(jīng)濟(jì)效益分析結(jié)論如表11所示。

從表11可知，在年利用小時(shí)數(shù)為5 500 h、滿足投資方內(nèi)部收益率8%的情況下，上網(wǎng)電價(jià)增加7.41元/（MW·h）（含稅）。

從表7和表11可知，超低排放改造將會(huì)使上網(wǎng)電價(jià)增加7.41～9.52元/（MW·h）（含稅）；大容量機(jī)組增加得少，小容量機(jī)組增加較多。與此同時(shí)，不同省份針對(duì)能達(dá)到超低排放效果的機(jī)組實(shí)施了不同的補(bǔ)貼或獎(jiǎng)勵(lì)政策。比如，安徽省對(duì)能達(dá)標(biāo)的機(jī)組有50～100 h的年利用小時(shí)數(shù)獎(jiǎng)勵(lì)；江蘇省則對(duì)達(dá)標(biāo)的機(jī)組補(bǔ)貼10元/（MW·h）的上網(wǎng)電價(jià)。另外，機(jī)組實(shí)施超低排放改造后，電廠的排污費(fèi)用也將會(huì)減少?？梢?，超低排放改造雖然會(huì)使發(fā)電成本增加，但是考慮到政府的補(bǔ)貼或獎(jiǎng)勵(lì)政策，仍有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

表11 J廠超低排放改造經(jīng)濟(jì)效益

4 結(jié)論

通過分析燃煤機(jī)組超低改造方案，本文得到以下結(jié)論。超低排放改造的方案較多，技術(shù)成熟，各電廠可結(jié)合自身狀況靈活選擇。由于不同電廠現(xiàn)有設(shè)備布置情況不同，改造內(nèi)容不盡相同，因此不同項(xiàng)目改造投資存在較大的差異。600 MW等級(jí)機(jī)組改造投資為17 000萬(wàn)～34 000萬(wàn)元，1 000 MW等級(jí)機(jī)組改造投資為16 000萬(wàn)～44 000萬(wàn)元。超低排放改造后，上網(wǎng)電價(jià)增加7.41～9.52元/（MW·h）（含稅）。