高硫高灰燃煤電廠超低排放技術(shù)路線研究

田宏亮

（內(nèi)蒙古能源發(fā)電準(zhǔn)大發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 準(zhǔn)格爾旗 010399）

高硫高灰燃煤電廠超低排放技術(shù)路線研究

田宏亮

（內(nèi)蒙古能源發(fā)電準(zhǔn)大發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 準(zhǔn)格爾旗 010399）

本文根據(jù)我國燃煤煙氣高灰、高硫的特性和超大煙氣的現(xiàn)狀，研究煙氣凈化技術(shù)的優(yōu)化改進(jìn)，以此達(dá)到高效率脫除高硫、高灰，并通過煙氣凈化設(shè)備之間的交互影響完成經(jīng)濟(jì)可行的大氣污染的超低排放量。

燃煤電站；單塔雙循環(huán)技術(shù)；超低排放

燃煤電廠大氣污染物“超低排放”尚缺乏一個明確的定義，所謂的“超低、近零、超凈”等排放表述均存在一個共同點(diǎn)，即把燃煤鍋爐排放的煙塵、SO2和NOx的排污濃度和《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）中的有關(guān)排放濃度限值比較，若達(dá)到或低于限值的情況就認(rèn)定為“超低排放”，這三項(xiàng)的濃度限值分別是5mg/m3、 35 mg/ m3、50mg/m3。

1 國內(nèi)燃煤煙氣污染物超低排放技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

1.1 塵超低排放技術(shù)

（1）增效干式除塵技術(shù)。當(dāng)前，我國的靜電除塵技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了較為先進(jìn)的水平，實(shí)現(xiàn)了高效的除塵效果；在設(shè)備方面為低設(shè)備阻力，適應(yīng)煙溫的范圍較寬，操作方便而且可靠。對于增效干式除塵技術(shù)而言，通常會與濕法脫硫技術(shù)一起使用，實(shí)現(xiàn)共同的除塵目的，使得煙塵排放濃度達(dá)到10mg/m3范圍內(nèi)。在低溫靜電除塵技術(shù)應(yīng)用中，會涉及到低溫省煤器或氣換熱器部分的工作，其作用是降低入口煙氣溫度，保證其溫度在90～100℃的低低溫狀態(tài)，從而將除塵器的工作溫度控制在酸露點(diǎn)之下，為高效除塵、協(xié)同脫除等帶來了優(yōu)勢。首先，通過降低煙氣溫度，使得煙塵比電阻得到降低，達(dá)到高效除塵效果；第二，降低煙氣溫度就降低了煙氣量和風(fēng)速，從而方便捕集細(xì)微顆粒物；第三，合理優(yōu)化利用煙氣余熱實(shí)現(xiàn)了煤量的低消耗；第四 ，在冷凝煙氣中含有SO3，將這部分SO3通過粘附粉塵表面，最終協(xié)同脫除掉；第五，最后一部分工作是后續(xù)濕法脫硫系統(tǒng)，該工作通過降低煙溫使得脫硫效率得到提高，也減少了耗水量。我國嚴(yán)峻的“霧霾”和廣泛的煤電能源資源應(yīng)用狀況亟需這樣的除塵技術(shù)的應(yīng)用，將粉塵和SO3的排放和能源應(yīng)用進(jìn)行高效控制。（2）濕式靜電除塵技術(shù)。和電除塵器的振打清灰不同的是，濕式靜電除塵器技術(shù)有集塵極上的連續(xù)的水膜工作部分，能夠讓清灰效果更佳，還不受到粉塵比電阻影響，也就沒有反電暈和二次揚(yáng)塵的問題。同時，電場中高濕環(huán)境下的放電極會帶來大量帶電霧滴，極大地提高了亞微米粒子碰撞帶電的機(jī)率，保證高效除塵。該技術(shù)能夠更好地脫除酸霧、細(xì)微超細(xì)的顆粒和霧滴、汞等重金屬，脫除效果良好。

1907年，世界上首臺濕式靜電除塵器開始運(yùn)用到硫酸霧的去除運(yùn)行中，隨后又?jǐn)U展到了電廠細(xì)微顆粒的普及。我國的濕式靜電除塵技術(shù)與設(shè)備也在冶金、硫酸工業(yè)進(jìn)行了成功運(yùn)行，技術(shù)成熟，并制定出了《電除霧器》（HJ/T 323—2006）微細(xì)霧滴標(biāo)準(zhǔn)。其技術(shù)特征為：在處理單體的煙氣量時，控制量是5萬m3/h的范圍，此時的設(shè)計煙氣流速1m/s，所用的電極材質(zhì)是PV/FRP。

當(dāng)前，濕式靜電除塵技術(shù)已經(jīng)開始拓展到細(xì)顆粒物、超細(xì)霧滴、SO2、NOx、Hg 等霧霾前體污染物的協(xié)調(diào)控制、深度凈化方面，并且會有更加深入的發(fā)展。

1.2 SO2超低排放技術(shù)

（1）托盤塔技術(shù)。該技術(shù)是將穿流孔板托盤加裝在脫硫噴淋塔中，從而使得整個噴淋塔截面能夠均勻分布煙氣，增大氣液接觸界面的泡沫層，完成高效脫硫。美國的托盤塔技術(shù)的脫硫效率高于98%，提供該技術(shù)的主要是巴布科克—威爾科克斯公司。然而其技術(shù)缺陷在于使得脫硫系統(tǒng)的阻力增加，原因在于加裝了托盤，阻力到達(dá)了1kPa，導(dǎo)致高能耗運(yùn)行；此外，高效率的脫硫會增加吸收塔漿液的pH值，導(dǎo)致石膏結(jié)晶難度和含水率的增加。（2）雙塔串聯(lián)技術(shù)（石灰石—石膏濕法）。該技術(shù)通過石灰石—石膏濕法的噴淋空塔串聯(lián)，在煙氣通過一級塔和二級塔時，分別脫掉部分SO2和進(jìn)行2次疊加，實(shí)現(xiàn)98%的高效脫硫。串聯(lián)吸收塔能夠進(jìn)行高出力，有較強(qiáng)的鍋爐負(fù)荷波動的適應(yīng)性，從而完成SO2的超低排放。其優(yōu)勢為：不對原脫硫系統(tǒng)進(jìn)行改革，原系統(tǒng)的運(yùn)行不受影響。而改動的地方只是進(jìn)行雙塔串聯(lián)技術(shù)的改動，位置在320MW機(jī)組的脫硫系統(tǒng)，改動后，燃煤硫含量提高了2.37%以上，為5%，脫硫塔入口的SO2的濃度達(dá)到了12.5g/m3，實(shí)現(xiàn)98.5%的脫硫效率。技術(shù)缺陷：初次投入很高，要比單塔增設(shè)一座吸收塔與連接煙道；增加了脫硫系統(tǒng)的阻力，也就極大地增加了運(yùn)行能耗；必須要對兩級吸收塔配置除霧器，以減少連接煙道的積漿；較大的占地面積；其增加的排石膏漿池加大了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。（3）單塔雙循環(huán)技術(shù)。采用單塔雙循環(huán)技術(shù)，只需要1 臺吸收塔就能對煙氣通過進(jìn)行兩次 SO2脫除和兩次漿液循環(huán)，在一級循環(huán)中能夠充分進(jìn)行硫酸鈣對石灰石充分溶解，使得石膏結(jié)晶有充足的時間，幫助二級循環(huán)過程中的高效脫硫。這是對雙塔串聯(lián)工藝流程優(yōu)化，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了煙氣的分級脫硫，降低能耗；減少一級循環(huán)中煙氣的塵、HCL、HF含量；獨(dú)立控制各循環(huán)，方便快速調(diào)整，對含硫量和負(fù)荷的大幅變化能夠有較強(qiáng)的適應(yīng)；減小事故漿罐的儲存容積；均布煙氣流場，高效除霧，便于漿液捕集顆粒物輔助實(shí)現(xiàn)煙塵的超低排放。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高效脫硫和適應(yīng)工況波動。

1.3 NOx超低排放技術(shù)

我國電廠燃煤鍋爐的NOx減排技術(shù)為低氮燃燒、選擇性催化還原兩種脫硝技術(shù)。

（1）低氮燃燒技術(shù)。應(yīng)用較為廣泛的是雙尺度低氮燃燒技術(shù)，采取爐內(nèi)射流組合，目的是對一些場特性做空間差異化處理，由此達(dá)到低氮、防渣、穩(wěn)燃的特性。（2）SCR脫硝技術(shù)。國內(nèi)已經(jīng)引進(jìn)脫硝技術(shù)的主要有國電龍源、華電工程等單位。SCR脫硝原理為：320～420℃范圍內(nèi)進(jìn)行加入催化劑（核心元件），噴入NH3、NOx后，產(chǎn)生N2與H2O，完成脫硝。我國的脫硝成本高的原因是催化劑生產(chǎn)技術(shù)、原材料要高成本進(jìn)口。

圖1 某燃煤機(jī)組煙氣污染物超低排放技術(shù)路線圖

2 燃煤煙氣污染物超低排放技術(shù)路線

要實(shí)現(xiàn)對燃煤煙氣的綜合治理，就需要綜合各技術(shù)的特點(diǎn)，在改進(jìn)燃煤煙氣污染物超低排放技術(shù)中發(fā)揮各技術(shù)的優(yōu)勢，進(jìn)行關(guān)聯(lián)技術(shù)的互通聯(lián)動。

首先需要對應(yīng)用的煙煤條件進(jìn)行控制：低硫、低灰、高揮發(fā)分、高熱值。其次，針對電廠機(jī)組所選的超低排放技術(shù)路線說明進(jìn)行研究，本文就以600MW機(jī)組為例進(jìn)行其中的一個超低排放技術(shù)路線的研究，適當(dāng)根據(jù)煤質(zhì)、燃燒器型號、鍋爐爐型來調(diào)整。具體的技術(shù)路線如圖1。

通過低氮燃燒技術(shù)能夠穩(wěn)定和保證鍋爐效率，從而將出口NOx的濃度進(jìn)行最大限度地降低；SCR脫硝工藝完成了NOx 超低排放，使得燃燒器出口的NOx濃度低于200mg/m3，降低后續(xù)SCR催化劑的用量和噴氨量，此法較為經(jīng)濟(jì)；而爐外的精細(xì)的SCR脫硝工藝能夠精細(xì)調(diào)控噴氨量和噴氨位置，升級氨煙混合系統(tǒng)與渦流混合器，有助于充分混合氨煙實(shí)現(xiàn)NOx超低排放，在引入旁路熱煙氣后，對負(fù)荷波動中的煙溫變化進(jìn)行了更好的適應(yīng)，使得SCR系統(tǒng)能夠在有限的時間內(nèi)高效運(yùn)行；在催化劑的改性作用下，使得汞氧化率(＞70%)提高，脫硫系統(tǒng)到達(dá)了協(xié)同脫除的目的。

選用雙循環(huán)脫硫工藝或托盤塔技術(shù)能夠控制SO2濃度，完成超低排放目的。本文為了高效脫硫，特設(shè)計了單塔雙循環(huán)技術(shù)，設(shè)計對1座吸收塔內(nèi)的脫硫2次，然后通過雙塔串聯(lián)，通過噴淋系統(tǒng)來進(jìn)行煙氣洗滌，協(xié)同脫除粉塵、Hg2+，完成SO2超低排放，降低吸收塔持液量，緩解“石膏雨”現(xiàn)象。

煙塵的超低排放（低于5mg/m3）可選用的技術(shù)有增效干式除塵、單塔雙循環(huán)協(xié)同除塵技術(shù)，也可以增加濕式靜電除塵器。本案例選用的是“低低溫電除塵 + 濕式深度凈化技術(shù)”，低低溫電除塵脫除煙氣的多數(shù)粉塵、部分SO3和顆粒汞，并回收利用煙氣余熱達(dá)到節(jié)煤、降煙溫、減少煙氣量的效果，為后續(xù)的濕法脫硫進(jìn)行節(jié)水和提效，同時也緩解了“石膏雨”；濕式靜電除塵能夠完成煙氣含塵量的超低排放，并協(xié)同凈化SO3、重金屬、NH3，同時作為最后治理單元，能夠靈活地進(jìn)行SO2、NOx的終極調(diào)控，在添加脫硫液或脫硝液的方式下完成深度凈化。

3 結(jié)語

目前對于燃煤電站大氣污染物高效脫除與協(xié)同控制的研究成為了國際能源環(huán)境領(lǐng)域的戰(zhàn)略性研究課題。在國內(nèi)，一般會用到除塵、脫硫、脫硝的煙氣凈化技術(shù)來進(jìn)行燃煤電廠大氣污染物的脫除與控制，但都是引進(jìn)歐美、日本等國家的技術(shù)，導(dǎo)致了燃煤電站煙氣凈化技術(shù)的單一功能和煙氣凈化設(shè)備序列串聯(lián)使用，尚未形成整體系統(tǒng)和優(yōu)化集成，使得設(shè)備配套運(yùn)行低效，電廠運(yùn)行成本被迫增高，這是需要改進(jìn)優(yōu)化的地方。

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