“十二五”火電脫硝勢在必行
2011年1月14日，《火電廠大氣污染物排放標準》(二次征求意見稿)發(fā)布，這是環(huán)境保護部針對《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223－2003)的又一次修訂。這一標準草案曾于2009年公開征求意見，與之相比，這一稿中的火電脫硝時間表明顯提前，明確要求以火電行業(yè)為重點，開展工業(yè)NOx污染防治。同時，對火電廠NOx的排放標準也更為嚴格，減排力度進一步加大。
本期應知版將為讀者解讀控制火電氮氧化物排放的相關(guān)知識。
解讀一 火電廠面臨哪些環(huán)境問題的挑戰(zhàn)？
火電廠是煙塵、SO2和NOx等大氣污染物排放的主要來源，我國先后4次頒布實施有關(guān)火電廠大氣污染物的排放標準，現(xiàn)行的標準為《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223－2003)。
目前，我國的環(huán)境形勢依然嚴峻，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)導致大氣污染物排放總量居高不下，潛在的環(huán)境問題不斷顯現(xiàn)。區(qū)域性大氣污染問題日趨明顯，長三角、珠三角和京津冀地區(qū)等城市群大氣污染呈現(xiàn)明顯的區(qū)域性特征，氮氧化物(NOx)的污染問題尚未得到有效控制，酸雨的類型已經(jīng)從硫酸型向硫酸和硝酸復合型轉(zhuǎn)化。
我國能源資源以煤炭為主，在電源結(jié)構(gòu)方面今后相當長的時間內(nèi)將繼續(xù)維持燃煤機組的基本格局。按照我國經(jīng)濟發(fā)展的速度，要達到中等發(fā)達國家的經(jīng)濟水平，全國平均每人最低需要1個千瓦的裝機容量。按照目前的排放控制水平，到2020年，我國火電排放的NOx將達到1234萬噸以上。由此可見，火電大氣污染物的排放對生態(tài)環(huán)境的影響將越來越嚴重。GB13223－2003已難以適應新形勢下環(huán)境保護工作的要求，提高排放控制要求，控制火電NOx排放迫在眉睫。
解讀二 我國脫硝與國際接軌還有多遠？
嚴格排放限值
GB13223－2003對NOx的排放控制要求與發(fā)達國家和地區(qū)相比差距較大，GB13223－2003中NOx的濃度限值為450～1100mg/m3，而發(fā)達國家和地區(qū)的NOx排放限值一般在200mg/m3以下。
2009年7月發(fā)布的征求意見稿中規(guī)定燃煤鍋爐的NOx排放重點地區(qū)執(zhí)行200mg/m3，其他地區(qū)執(zhí)行400mg/m3。此次修改后的版本則規(guī)定新建、已建脫硝裝置和預留脫硝場地的燃煤電廠NOx的排放限值調(diào)整為100mg/m3；2003年12月31日前建成的燃煤電廠，因其未預留脫硝場地及機組運行年限已較長，執(zhí)行200mg/m3排放限值；重點地區(qū)的燃煤電廠執(zhí)行100mg/m3排放限值。這一限值比歐盟現(xiàn)行的《大型燃燒裝置大氣污染物排放限制指令》(2001/80/EC)中規(guī)定的新建大型燃燒裝置排放限值(200mg/m3)和美國2005年規(guī)定的新源排放限值(1.0lb/MWh，約折合135mg/m3)都嚴格。
發(fā)展脫硝技術(shù)
我國火電廠依靠低氮燃燒技術(shù)控制NOx排放已不能滿足要求，因此需要實施煙氣脫硝。目前已在發(fā)達國家得到廣泛應用的SCR技術(shù)，成為我國火電脫硝的主要方法。日本率先于上世紀70年代對SCR技術(shù)實現(xiàn)商業(yè)化，20世紀90年代福建后石電廠采用日立技術(shù)在600MW火電機組上率先建成了我國第一套SCR煙氣脫硝裝置。截至目前，我國共有約200臺套脫硝裝置投入運營。
為適應更嚴格的排放要求，我國已有許多研究機構(gòu)對SCR工藝、催化劑和相關(guān)技術(shù)設備開展了全面研究，并已取得了初步的研究進展，但仍在起步階段。
解讀三 新政對行業(yè)市場會產(chǎn)生哪些影響？
環(huán)境保護部根據(jù)測算得出，若對新建和2004年~2011年底期間通過環(huán)評審批的現(xiàn)有燃煤火力發(fā)電鍋爐全部實施煙氣脫硝，對2003年底前建成的火電機組部分實施煙氣脫硝，則新標準實施后，到2015年，需要新增煙氣脫硝容量8.17億千瓦，共需脫硝投資1950億元，2015年需運行費用612億元/年。
經(jīng)濟效益預測一經(jīng)公布，市場馬上做出了反應，2011年1月電氣設備指數(shù)下跌4.26％，有分析師表示，煙氣脫硝系統(tǒng)復雜、技術(shù)含量高、投資大，核心技術(shù)主要掌握在日本日立等外國公司手里。也有專家表示，截至2010年底，我國催化劑產(chǎn)能達到6萬m3/年，可滿足7500萬千瓦的煙氣脫硝催化劑容量，未來還有巨大的市場空間，國內(nèi)脫硝催化劑生產(chǎn)商將成為最大的受益者之一。
環(huán)境保護部在新標準的實施建議中提出，在對火電行業(yè)NOx排放進行控制的同時，還應同步對機動車和其他工業(yè)行業(yè)進行控制；國家NOx重點控制區(qū)域首先應為長三角、珠三角、京津冀(環(huán)渤海)，在改善這些地區(qū)區(qū)域性大氣污染的同時，積累經(jīng)驗、培育脫硝產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在此基礎上逐步擴大重點控制區(qū)域的范圍。
在2011年全國環(huán)保工作會議上，周生賢部長在報告中提出了“積極完善有利于減排的政策機制”，明確講到了“火電行業(yè)脫硝電價優(yōu)惠政策”。新標準中也涉及到了每度電脫硝運行費用為1.5分人民幣這樣的經(jīng)濟預測。從長遠來看，強制性脫硝必然成為電力行業(yè)又一約束性指標，此次發(fā)布的新標準中NOx的污染控制要求也力求與國家“十二五”NOx污染控制目標相協(xié)調(diào)，政府也在考慮通過相應的經(jīng)濟杠桿繼續(xù)推進電力行業(yè)脫硝。
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氮氧化物污染
氮氧化物主要有氧化亞氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、亞硝酸(HNO2)、硝酸(HNO3)，還有少量三氧化二氮(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在大氣中很不穩(wěn)定，常溫下很易轉(zhuǎn)化成NO和NO2。通常氮氧化物系NO和NO2的總稱，用NOx表示。NOx是主要的大氣污染物之一，直接或間接與大氣環(huán)境問題相關(guān)，如光化學煙霧、酸沉降、平流層臭氧損耗和全球氣候變化。此外，氮沉降量的增加會導致地表水的富營養(yǎng)化和陸地、濕地、地下水系的酸化和毒化，從而對陸地和水生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，最終對人體健康和生態(tài)環(huán)境安全產(chǎn)生不利影響。
N2O是無色的惰性氣體，又稱“笑氣”，是低層大氣中含量較高的氮氧化物，含量約為0.3ppm(1％)。它主要來自天然源，由土壤中硝酸鹽NO3－經(jīng)細菌的反硝化作用或海洋海水的涌升，都會產(chǎn)生大量N2O。人為源有施肥、礦物燃燒和生物質(zhì)的燃燒，其排放量要比前者小一個數(shù)量級。但大氣中N2O濃度的年增長率為1.2％，隨著合成氮肥工業(yè)和農(nóng)業(yè)活動的發(fā)展，人為源的貢獻正在增大，對環(huán)境的影響亦日漸重要。N2O在大氣中可存留150年以上，是溫室氣體之一；傳輸?shù)狡搅鲗雍螅瑫ㄟ^光化學反應轉(zhuǎn)化成NO，進而破壞臭氧層。
無色無味的NO和有刺激性的紅棕色NO2是大氣中主要的氮氧化物。NO2主要是由NO氧化而來。NOx在大氣中的存留時間為1~4天，壽命較短，其污染效應主要為局地性和區(qū)域性的。NOx的天然源主要是生物源，人為源是由各種燃料在高溫下的燃燒以及硝酸、氮肥、炸藥和染料等生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的含NOx廢氣造成的。其中燃料燃燒排出的廢氣造成的污染最為嚴重。燃料燃燒時生成NOx的途徑有兩個:①空氣中的氮在高溫下氧化。溫度越高，燃燒區(qū)氮的濃度越大，NOx的生成量也越大。②燃料中各種含氮化合物經(jīng)燃燒分解氧化而生成。
大氣中的NOx最終轉(zhuǎn)化成硝酸和硝酸鹽顆粒物，經(jīng)濕沉降和干沉降從大氣中消除；但由此也會造成環(huán)境的酸化。NOx對呼吸器官有刺激作用，能侵入呼吸道深部細支氣管和肺泡，引起肺水腫等疾患。氮氧化物污染的防治，主要是對以礦物燃料為能源的一切工業(yè)和生活活動，氮肥生產(chǎn)及使用，以及城市中機動車的排氣等，進行N2O和NOx的控制。
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