摘要：通過對淮南洛河發電廠300 MW機組大氣污染源監測，模擬預測和比對石灰石-石膏濕法脫硫設施不設換熱器，對大氣污染物擴散影響。結果表明：不同氣象條件下，脫硫設施不設換熱器對大氣環境影響不甚明顯。

    中圖分類號:X8文獻標識碼:B文章編號:1674－4829（2010）02－0038－04

 引言：燃煤電廠屬大氣污染控制重點企業。筆者以大唐淮南洛河發電廠為例，模擬預測和監測比對其2期工程2×300 MW機組石灰石-石膏濕法脫硫設施不設換熱器對大氣污染物擴散影響與環境經濟效益。結果表明：不同氣象條件下，脫硫設施不設換熱器對區域大氣環境影響不甚明顯。
    1·換熱器作用與影響
    1.1換熱器主要作用
    大型燃煤發電機組石灰石-石膏濕法煙氣脫硫設施（FGD）中氣氣換熱器（GGH）的作用，是將原煙氣熱量傳遞給脫硫后的凈煙氣，即：由引風機120~140℃原煙氣，在GGH原煙氣側，將煙溫降至85~100℃入吸收塔；從吸收塔洗滌脫硫后流出的45~50℃凈煙氣，經GGH凈煙氣側升溫至＞75℃，由凈煙道入煙囪排放，見圖1。

                 

    通過該換熱過程作用有6個方面：減少吸收塔蒸發量，增加濕法脫硫后煙氣浮力與擴散能力，降低煙羽能見度，降低大氣污染物落地濃度，影響煙氣抬升高度與SO2排放速率，減輕濕法脫硫煙囪冒白煙問題。
    1.2換熱器負面影響
    1.2.1增加投資與維修費
    目前，國內燃煤電廠FGD設施80%以上有GGH裝置。據測算，GGH設備與配套安裝費占FGD設施總投資20%。以1×600 MW機組為例，FGD設施不設GGH裝置，可降低2.2%機組總投資和6%的30 a均化成本，增加設備維修費。
    1.2.2降低脫硫效率
    GGH裝置原煙氣側向凈煙氣側泄漏，降低脫硫效率；雖然回轉式GGH裝置泄漏率可控制＜1.0%，然而，這畢竟是無謂的損失。
    1.2.3增加脫硫設施運行故障
    GGH裝置原煙溫由130℃左右降至＜80℃，其吸熱側產生酸液，對換熱元件和殼體腐蝕嚴重并粘附飛灰。穿越除霧器微小液滴在換熱元件表面蒸發結垢而堵塞，增加FGD設施運行故障率。
    1.2.4增加能耗水耗與水處理
    GGH裝置運行中或停機后，需壓縮空氣、蒸汽和高壓水清洗，去除其換熱元件積灰和酸沉積；清洗污水腐蝕性強，須單獨處理后排放，增加能耗、水耗和污水處理設施建設投資與運行費。
    1.2.5腐蝕煙道與煙囪
    實踐證明，洗滌脫硫煙氣經GGH裝置加熱后， 煙溫仍低于酸露點，尾部煙道與煙囪有新的凝結；機組開停、低負荷運行等非正常工況時，GGH裝置達不到運行溫度要求；78~80℃煙溫僅使排煙不凝結，無法避免冒白煙。鑒此，無論有無GGH裝置，煙囪都須防腐，并按濕煙囪設計。
    1.3不設換熱器影響
    石灰石-石膏濕法FGD設施不設GGH裝置正負面影響有以下幾點。
    1.3.1提高脫硫設施可靠性
    減少故障點，提高FGD設施運行可靠性，維護和檢修工作量減少。
    1.3.2降低設備能耗
    尾部煙道縮短，煙氣阻力降低1 200 Pa，漏風、漿液循環量、設備能耗降低，脫硫效率提高。
    1.3.3減少設備占地面積
    可優化爐后場地布置，使煙道和設備布置簡潔合理，安裝與檢修空間增大、方便操作。
    1.3.4降低排煙溫度
    吸收塔凈煙氣直入煙囪，排煙45~50℃，較設置GGH裝置時低30℃，煙氣抬升高度降低。
    1.3.5增加煙囪防腐投資
    以聚脲彈性體涂內壁3~4 mm，700~750元/m2（含施工）計，1根210 m煙囪防腐需192.9萬元。
    2·不設換熱器大氣環境影響
    2.1大氣污染源
    淮南洛河發電廠總裝機容量2 400 MW，其中：1，2期工程4×300 MW亞臨界發電機組配電袋復合式除塵器和低氮燃燒器，3期工程2×600 MW超臨界發電機組安裝靜電除塵器和低氮燃燒器，均配套煙氣脫硫設施。淮南洛河發電廠1，2期工程燃煤鍋爐蒸發量4×1 025 t/h，電袋復合式除塵器設計除塵效率99.8%，設計脫硫效率＞90%，210 m的出口Ф7 m煙囪2根；3期工程燃煤鍋爐蒸發量2×1 900 t/h，靜電除塵器設計除塵效率99.8%，設計脫硫效率95%，1根210 m出口Ф6 m煙囪；FGD設施均為石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，其中1，2期工程FGD設施不設GGH裝置，3期工程FGD設施配備GGH裝置，見表1。

              

    2.2大氣環境影響預測分析
    淮南洛河發電廠2期工程2×300 MW機組210m煙囪屬高架點源，采用HJ 2.2—2008《環境影響評價技術導則·大氣環境》推薦模式，預測分析FGD設施安裝GGH裝置前后各穩定度和風向下邊長20km矩形區域環境空氣中二氧化硫（SO2）、可吸入顆粒物（PM10）污染趨勢。
    2.2.1煙氣抬升高度與距離影響
    大氣不穩定（B類）時，FGD設施有GGH裝置污染物最大落地距離3 444 m，無GGH污染物最大落地距離2 286 m；中性（D類）穩定度下，有GGH污染物最大落地距離5 460 m，無GGH污染物最大落地距離3 847 m；穩定（F類）時，有GGH污染物最大落地距離19771m，無GGH污染物最大落地距離18299 m，見表2，圖2，圖3。

                

                

    近5 a，淮南市D類大氣穩定度出現頻率46.3%；D類穩定度時，FGD設施無GGH的污染物最大落地距離較有GGH少1 613 m。
    2.2.2各類氣象條件影響
    2.2.2.1長期影響
    A類穩定度，FGD有GGH時SO2，PM10最大一次質量濃度0.016，0.017 mg/m3，無GGH貢獻值為有GGH的2.76，2.77倍；D類穩定度，FGD有GGH時SO2，PM10最大一次質量濃度0.004 0，0.004 3 mg/m3，無GGH貢獻值為有GGH的1.9，1.91倍；F類穩定度，FGD有GGH時SO2，PM10最大一次質量濃度0.001 6，0.001 7 mg/m3，無GGH貢獻值為有GGH的1.13，1.18倍，見表3。

                

    2.2.2.2靜風時影響
    靜風條件下，有GGH污染物最大落地距離3105 m，無GGH污染物最大落地距離2 158 m，少947 m；無GGH較有GGH時SO2，PM10最大地面軸線濃度增加6.2‰，6.6‰。各關心點距該廠大氣污染源＞4.1 km，不會產生不利影響。
    2.2.2.3熏煙時影響
    熏煙條件下，有GGH污染物最大落地距離1938 m，無GGH污染物最大落地距離1 629 m，少309 m；無GGH較有GGH時，SO2，PM10最大地面軸線濃度增加9.6‰，1.03%，構成近距離影響。
    2.2.4典型氣象條件影響
    典型日氣象條件下，各關心點大氣污染物濃度分布：無GGH較有GGH日均最大貢獻值在東北偏東（ENE）向8.5 km處上窯鎮，SO2與PM10增加2.2‰，2.4‰；日均最小貢獻值在西南（SW）向10.2km處市政府，SO2和PM10增加1.1‰，1‰。2.2.5中性穩定條件影響D類穩定度下，各季節大氣污染物濃度分布：春季，無GGH較有GGH時，SO2，PM10最大貢獻值均增加0.2‰，夏季增加1.2‰和0.2‰，秋（冬）季均增加0.1‰和0.2‰。大氣污染物濃度時間分布：春季＞夏季＞冬季＞秋季，年內四季煙氣抬升高度：秋季＞冬季＞夏季＞春季。
    2.3環境監測比對分析
    利用2005年2~10月和2008年2~9月，淮南洛河發電廠1，2期工程4×300 MW機組，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫暨電袋復合式除塵器改造評價與驗收監測數據，比對分析其FGD設施不設GGH裝置，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫前后區域環境空氣質量變化趨勢，見表5。

                

    監測結果：洛河電廠1，2期工程4×300 MW機組煙氣脫硫前與脫硫后，SO2，PM10年日平均值均有所下降，降幅12%和15.9%。
    2．4污染氣象與脫硫除塵關系
    淮南洛河發電廠區域環境空氣質量監測與同步低空探測結果表明：混合層頂上下兩側大氣污染物濃度相差數倍；混合層厚度越小，其差值越大；反之，混合層厚度越大，差值越小。
    一般平原地區熏煙持續0.5~1.0 h，淮南100~150 m高度逆溫持續8.2 h，150~200 m高度逆溫持續4.3 h，洛河電廠熏煙持續時間是平原地區10.9~5.7倍，大氣污染物最大濃度是地面9.1~6.2倍[7]，提高脫硫與除塵效率十分必要。靜風時，洛河電廠FGD無GGH大氣污染物最大地面軸線濃度為有GGH的2倍，有利擴散。淮南洛河發電廠大氣污染物擴散規律：大氣由B類到F類穩定度，SO2，PM10落地濃度漸趨變小，距離由近及遠；氣象條件中性偏穩定，大氣污染物影響范圍3 800~18 500 m，最不利氣象條件影響區域170~230 m。
    3·不設換熱器環境經濟效益
    3.1環境效益
    淮南洛河發電廠1，2期工程4×300 MW機組石灰石-石膏濕法煙氣脫硫和電袋復合式除塵器，脫硫效率94.2%，除塵效率99.9%；SO2、煙塵排放質量濃度下降523，34 527.6 mg/m3；全廠SO2、煙塵排放質量濃度29.2，39.4 mg/m3，下降529.6，34 754.7 mg/m3，為GB 13223—2003《火電廠大氣污染物排放標準》允許排放濃度的2.7%和6.5%，99%和58.6%；SO2、煙塵排放量削減2.88×104，55.01×104 t/a，對于改善區域環境空氣質量具有較大作用[8]。氣象條件中性偏穩定時，全廠經煙氣脫硫與電袋除塵后，近距離空氣中SO2，PM10年日均貢獻值無顯著變化，10 km以外SO2，PM10年日均貢獻值削減97.2%，98.1%；最不利氣象條件，主要影響200 m左右區域，SO2，PM10年日均貢獻值削減95.5%，93.9%，環境效益顯著。
    3.2經濟效益
    3.2.1降低設備投資
    淮南洛河發電廠1，2期工程4×300 MW機組FGD設施靜態投資37 200萬元，不設GGH裝置，可減少固定資產投資4 200萬元，扣除煙囪防腐投資385.8萬元，節省建設投資3 814.2萬元。3.2.2減少設備運行費
    （1）FGD設施減排SO21.6×104 t/a，折93%工業硫酸（H2SO4）成品2.64×104 t/a，按420元/t H2SO4計，扣除成本后凈效益484.41萬元/a。
    （2）FGD設施脫硫廢水30 m3/h，處理后回用，節約用水15.1×104 m3/a。工業用水按1.0元/m3計，正常工況節約水資源費15.09萬元/a。
    （3）1，2期煙氣脫硫工程投運后，實際石膏產生量5.53×104 t/a，脫硫石膏按50元/t計，直接經濟效益276.7萬元/a。
    （4）FGD設施正常工況下，不發生水污染物超標排污費，減免廢水超標排污費13.21萬元/a。
    （5）1，2期煙氣脫硫工程環境經濟總效益305萬元/a（不含工業H2SO4），扣除運行成本，環境保護凈效益115.48萬元，費效比1：0.61。