燃煤電廠超低排放技術路線選擇探討

夏力偉，張學鎖，曾崢，鮑科峰

(皖能馬鞍山發(fā)電有限公司，安徽馬鞍山 243000)

燃煤電廠超低排放技術路線選擇探討

夏力偉，張學鎖，曾崢，鮑科峰

(皖能馬鞍山發(fā)電有限公司，安徽馬鞍山 243000)

隨著大氣污染越來越受到大家的廣泛關注以及重視，近年來國家頒布了一系列嚴苛的大氣污染物排放標準，超低排放已成為未來電廠環(huán)保的新趨勢。分析了脫硝、除塵和脫硫三個方面的超低排放技術方案，并在此基礎之上，對已經(jīng)投運的超低排放組合技術路線進行了探討。

超低排放;脫硝;除塵;脫硫

0 引言

2015-07-16，環(huán)保部下發(fā)了《關于編制“十三五”燃煤電廠超低排放改造方案的通知》，要求各大發(fā)電集團實施“提速擴圍”，加快推進燃煤電廠超低排放改造工作，力爭打造世界最清潔高效的煤電體系?！俺团欧拧币殉蔀槲磥黼姀S環(huán)境保護的新趨勢，社會對實現(xiàn)“超低排放”技術的關注度也越來越高［1-2］。本文從脫硝、除塵和脫硫三個方面對污染物超低排放技術方案進行分析，在此基礎之上，對已經(jīng)投運的超低排放組合技術路線進行探討，為燃煤電廠進行相關改造提供參考。

1 NOx控制技術

1.1 低氮燃燒技術

低氮燃燒技術包括低氮燃燒器技術、空氣分級技術、燃料再燃技術等，在實際生產(chǎn)過程中，各種低氮燃燒技術常常以組合的方式出現(xiàn)。其中，空氣分級技術+低氮燃燒器技術應用最為廣泛［3］。

低氮燃燒技術初期一次性投入較大，但后續(xù)無運行成本，僅進行必要的維護即可，因此是國內(nèi)外燃煤鍋爐控制NOx排放的優(yōu)先選用方法。但是必須注意到，NOx減排和安全穩(wěn)定燃燒恰好構(gòu)成了一對矛盾，各種低氮燃燒方法對爐內(nèi)火焰穩(wěn)定性和燃料的完全燃燒程度都有明顯不利的影響，因此選擇NOx控制措施時必須兼顧燃燒的經(jīng)濟性和安全性。

1.2 煙氣脫硝技術

目前，比較常用的煙氣脫硝技術主要包括選擇性催化還原(SCR)技術和選擇性非催化還原(SNCR)技術。SCR技術是目前應用最廣泛的煙氣脫硝技術［4］。SNCR技術又被稱為熱力脫硝，是沒有催化劑作用的條件下，利用爐內(nèi)高溫(900～1200℃)驅(qū)動來完成還原反應。與SCR技術相比，由于不使用催化劑，運行成本相對較低，但氨的逃逸量較多，脫硝效率也不高。

隨著NOx排放標準的不斷提高，低氮燃燒+ SNCR+SCR的組合路線開始受到關注。前期的低氮燃燒可以減輕后續(xù)系統(tǒng)的脫硝壓力，而SNCR和SCR的組合，將SNCR的還原劑直噴爐膛技術同SCR利用逸出氨進行催化反應結(jié)合起來，進行兩級脫硝，降低成本的同時獲得了較高的脫硝效率，減少了氨的逃逸。

2 煙塵控制技術

為達到煙囪入口煙塵濃度小于5mg/m3的排放目標，有多種形式的除塵器改造技術方案可供選擇。其中，常規(guī)的電除塵器和袋式除塵器技術穩(wěn)定性好，應用廣泛，而低低溫電除塵、濕式電除塵器等新興除塵技術也有一定的應用業(yè)績。

2.1 電除塵高頻電源改造

電除塵器高頻電源是利用高頻開關技術，通過工頻交流-直流-高頻交流-高頻脈動直流的能量轉(zhuǎn)換形式，供給電場一系列的窄電流脈沖。有研究指出，采用高頻電源給電除塵器供電，煙塵排放濃度可降低40%～60%，配合電除塵器，除塵效率能達到99.80% ～99.85%［5］。

與普通工頻電源相比，高頻電源在節(jié)能效果、電暈功率、電源適應性和火花控制特性等方面具有很大的優(yōu)勢，而且改造成本低，效果明顯，已經(jīng)成為各電廠在超低排放改造中普遍使用的一種輔助除塵增效改造方式。

2.2 電袋復合除塵

電袋復合式除塵器是有機結(jié)合了靜電除塵和布袋除塵的特點，通過前級電場的預收塵、荷電作用和后級濾袋區(qū)過濾除塵的一種高效除塵器。它充分發(fā)揮電除塵器和布袋除塵器各自的除塵優(yōu)勢［7］，以及兩者相結(jié)合產(chǎn)生新的性能優(yōu)點，彌補了電除塵器和布袋除塵器的除塵缺點。該復合型除塵器具有效率高，穩(wěn)定的優(yōu)點，可實現(xiàn)除塵器出口煙氣濃度小于20mg/m3的排放。近期投運的超細纖維濾袋可保證除塵器出口煙氣濃度小于10mg/m3［7］。但從已經(jīng)投產(chǎn)的電袋復合除塵器來看，差壓高、布袋壽命短和維護費用高等問題仍然需要盡快解決。

2.3 低低溫電除塵

低低溫電除塵是在電除塵前增設低溫省煤器，以降低煙氣入口溫度(低于酸露點溫度)，提高除塵效率。有研究指出，隨溫度降低，粉塵比電阻降低，更易被捕集;同時，煙氣體積流量下降，在電除塵通流面積不變的情況下，流速明顯降低，在電除塵內(nèi)部的停留時間增加，因此，除塵系統(tǒng)效率將會明顯提高［6］。另外，用低低溫電除塵降低吸收塔入口煙溫，可減少吸收塔的蒸發(fā)量，節(jié)水效果明顯。雖然低低溫電除塵具有明顯的優(yōu)勢，但其存在一個較大的隱患，即煙氣低溫腐蝕問題。一旦將排煙溫度降低到100℃以下，管道、電除塵、風機、煙道等可能會比較嚴重的腐蝕。

2.4 濕式電除塵器

濕式電除塵器是一種處理含微量粉塵和微顆粒煙氣的新除塵設備，用于去除濕法脫硫后的粉塵和石膏漿液霧滴等，是大氣復合污染物控制系統(tǒng)的最終精處理環(huán)節(jié)。濕式電除塵器的收塵原理與干式電除塵器相同，靠高壓電暈放電使得粉塵荷電，荷電后的粉塵在電場力的作用下到達集塵板/管，然后采用定期沖洗的方式，使粉塵隨著沖刷液的流動而清除，避免引起二次揚塵。

在吸收塔出口接濕式電除塵器，可將煙塵排放限值控制在5mg/m3甚至更低水平，消除“石膏雨”現(xiàn)象，同時對一次PM2.5、SO3和Hg的去除率分別在85%、70%和60%左右［5］。

考慮到塔后增加濕式電除塵器達到超低排放標準和利用吸收塔協(xié)同除塵來達到超低排放標準兩種技術路線的選擇，需做好前端除塵器的選型論證，在保證前端的除塵器穩(wěn)定達到環(huán)評和設計指標的同時，充分考慮濕法脫硫部分吸收塔的洗塵和除霧指標，在此基礎上按照超低排放要求，考慮是否需要加裝濕式電除塵器。

3 SO2控制技術

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫(WFGD)工藝是目前技術最成熟、應用最廣泛的煙氣脫硫技術，我國90%左右的電廠煙氣脫硫裝置都是采用該工藝，因此，本文的脫硫超低排放路線也是基于該工藝進行論證的。

一般來說，在設計原則和基礎參數(shù)確定的條件下，濕法脫硫系統(tǒng)的差別主要體現(xiàn)在核心設備吸收塔上，這是決定改造工程量、改造投資和改造工期等的關鍵因素。

3.1 原塔提效方案

為了達到要求的吸收塔脫硫效率，可以通過增加噴淋層數(shù)來增大液氣比，也可以通過增加合金托盤來增加傳質(zhì)效率，或兩種方式一起使用。相應的，原塔的石膏氧化時間需要重新進行核算，若原塔漿池能夠滿足改造后的石膏氧化時間的要求，原塔漿池可無需改造，若原塔漿池不能滿足改造后的需要，則可對漿池加高或采用增設塔外漿液箱的方式來滿足石膏氧化時間的要求。

根據(jù)國內(nèi)電廠超低排放改造的效果來看，達到脫硫目標一般都不存在問題，主要是對吸收塔內(nèi)協(xié)同除塵的要求。在吸收塔達到脫硫效率的前提下，如果吸收塔入口粉塵濃度處在合理范圍內(nèi)，則在考慮不增加后續(xù)的濕式電除塵器的條件下，通過均布氣流、提高噴淋覆蓋度及優(yōu)化除霧器布置等技術是完全能夠?qū)⒊隹诜蹓m降低到5mg/m3以下的。

3.2 增設新塔方案

當原單塔的脫硫效率不能滿足排放要求時，可以考慮新建串聯(lián)或并聯(lián)吸收塔。

新建串聯(lián)塔，是目前國內(nèi)大型火力發(fā)電廠針對高硫煤的比較成熟的脫硫技術。煙氣通過一級塔后，由煙氣出口進入二級塔，進行二次脫硫。兩級吸收塔工作的側(cè)重點不同，一級塔低pH值運行，重氧化，二級塔高pH值運行，保證系統(tǒng)脫硫效率。

新建并聯(lián)塔，主要通過煙氣分流減少進入原吸收塔的煙氣量，使得原吸收塔出口煙氣達標排放，新建吸收塔則用于處理剩余部分煙氣量。

3.3 單塔雙循環(huán)方案

單塔雙循環(huán)是結(jié)合原塔提效和增設新塔兩種方案的優(yōu)點衍生出的新工藝。單塔雙循環(huán)的吸收系統(tǒng)與傳統(tǒng)的單塔不同，而是分為上層漿液循環(huán)和下層漿液循環(huán)兩個部分，下層循環(huán)的漿液經(jīng)過噴淋吸收后返回到吸收塔漿池，上層循環(huán)的漿液通過上層受液盤將上層噴淋的漿液收集，通過重力自流到塔外漿池。從實質(zhì)上看，單塔雙循環(huán)和串塔工藝的流程基本相同，只是將串塔中間的聯(lián)絡煙道省略，達到脫硫效率的同時節(jié)省成本。但該工藝存在吸收塔高度較高的問題，給吸收塔的設計和加固都帶來了不小的影響。

4 超低排放組合技術路線

對于降低NOx和SO2的濃度，都有成熟可靠的技術路線，但對于煙塵的去除，有多種改造思路。根據(jù)目前國內(nèi)各大電廠的改造實施情況，主要有以下幾種組合的超低排放改造技術路線:

(1)低氮改造/增加催化劑層+低低溫電除塵+脫硫提效協(xié)同除塵

對降低NOx的濃度，采用低氮改造或增加催化劑層均能達到超低排放要求;對降低粉塵的濃度，采用在空預器與原電除塵器之間增設低溫省煤器，將煙氣溫度降低，具有較好的節(jié)能和提高原電除塵器的除塵效果，同時能協(xié)同脫除部分SO3，使除塵器出口煙塵濃度下降到25mg/m3，再經(jīng)脫硫系統(tǒng)協(xié)同除塵達到煙塵超低排放要求。國內(nèi)已有同類機組穩(wěn)定達到煙塵排放濃度5mg/m3的運行業(yè)績。

(2)低氮改造/增加催化劑層+電袋復合除塵器+脫硫提效協(xié)同除塵

將原電除塵器的后幾個電場改造為袋式除塵器，并采用超細纖維濾袋，形成電袋復合除塵器，能較大幅度地提高除塵效率，除塵器出口煙塵濃度≤10mg/m3，再經(jīng)后續(xù)脫硫系統(tǒng)協(xié)同除塵達到煙塵超低排放要求。國內(nèi)已有同類機組穩(wěn)定達到煙塵排放濃度5mg/m3的運行業(yè)績。

(3)低氮改造/增加催化劑層+脫硫提效協(xié)同除塵+濕式電除塵器

即對原電除塵器不作改造，只進行檢修并加強運行維護，確保除塵器出口煙塵濃度≤60mg/m3，然后經(jīng)脫硫系統(tǒng)協(xié)同除塵，使吸收塔出口煙塵濃度≤20mg/m3，最后經(jīng)過濕式電除塵器對粉塵的深度去除，達到煙塵的超低排放要求。國內(nèi)已有同類機組穩(wěn)定達到煙塵排放濃度5mg/m3的運行業(yè)績。

5 結(jié)語

在當前大氣污染物排放控制形勢下，選擇合適的超低技術路線對整個項目的投資和設備選型至關重要。針對不同的排放標準、鍋爐爐型和燃煤煤質(zhì)，可采用的技術路線并不唯一，燃煤電廠應該綜合考慮各種因素，制定出符合自身實際情況的改造方案，實現(xiàn)煤炭的清潔化利用。隨著超低排放技術的逐步推廣，這將產(chǎn)生十分巨大的環(huán)境效益和社會效益。

［1］GB 13223-2011，火電廠大氣污染物排放標準［S］.

［2］國家發(fā)展改革委，環(huán)境保護部，國家能源局.關于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》的通知(發(fā)改能源［2014］2093號)［EB/OL］.http://bgt.ndrc.gov.cn/zcfb/ 201409/t20140919_626242.html，2014-09-12.

［3］周俊虎，趙玉曉，劉建忠，等.低NOx煤粉燃燒器技術的研究進展與前景展望［J］.熱力發(fā)電，2005(8):1-7.

［4］高鳳，楊嘉謨.燃煤煙氣脫硝技術的應用與進展［J］.環(huán)境保護科學，2007，33(3):11-13.

［5］王臨清，朱法華，趙秀勇.燃煤電廠超低排放的減排潛力及其PM2.5環(huán)境效益［J］.中國電力，2014，47(11):150-153.

［6］黃永琛，楊 宋，陳 辰，等.燃煤電廠煙塵超凈排放技術路線探討［J］.能源與節(jié)能，2015(3):126-129.

［7］陳奎續(xù).大型燃煤機組配套除塵設備的技術經(jīng)濟性分析［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2011(11):53-57.

Discussion on selection of ultra low emission technical routes in coal-fired power plants

With the more and more attention paying on air pollutants，a series of strict relevant standards are enacted，and ultra low emission has been a kind of trend for coal-fired power plants.The ultra low emission technologies about denitration，dust removal and desulfuration are described.Based on that，the combinatorial technical routes which have been put into operation are discussed.

ultra low emission;denitration;dust removal;desulfuration

X701

:B

:1674-8069(2017)01-031-03

2016-08-19;

:2016-09-07

夏力偉(1971-)，男，安徽合肥人，工程師，研究方向為火電廠熱能動力設備。E-mail:1021095854@qq.com