火電廠煙氣污染物超凈排放技術(shù)路線探索

何 曦，陳 嵐

(華北電力大學(xué) 環(huán)境工程系，河北 保定 071003)

火電廠煙氣污染物超凈排放技術(shù)路線探索

何 曦，陳 嵐

(華北電力大學(xué) 環(huán)境工程系，河北 保定 071003)

隨著環(huán)境污染的加劇，火電廠大氣污染的控制越來(lái)越受到國(guó)家的重視，超低排放政策無(wú)疑給燃煤電廠帶來(lái)了一次巨大的挑戰(zhàn)。在實(shí)際運(yùn)行中，常規(guī)的煙氣污染物脫除工藝已經(jīng)滿足不了國(guó)家要求的排放限度。本文較全面的介紹了幾種改造后的脫硫、脫硝、除塵技術(shù)，并以某電廠實(shí)際運(yùn)行為例，介紹了一種超低排放路線，通過(guò)其實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，也證明了超低排放的可操作性和成功性。

燃煤電廠；超低排放；脫硫；脫硝；除塵

節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)發(fā)展"是本世紀(jì)社會(huì)發(fā)展的三大主題。電力事業(yè)的迅速成長(zhǎng)一方面促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，另一方面大批燃煤電廠的運(yùn)行給人類賴以生存的環(huán)境也產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響和損害，特別是大氣環(huán)境[1]。火力發(fā)電仍以80%的比例高于其他發(fā)電形式。在火電機(jī)組的燃料中，煤炭占95%，這種情況在今后的十幾年內(nèi)不會(huì)有太大的變化。由于在已探明的一次能源儲(chǔ)蓄中，煤炭依舊是主要能源，這就確定了以煤炭為主要能源的發(fā)電模式[2]。

因此，我國(guó)的空氣污染是煤煙型為主。燃煤電廠主要大氣污染排放物是含硫化合物(二氧化硫)、含氮化合物(以一氧化氮、二氧化氮為主)、煙塵等[3]。盡管我國(guó)對(duì)于煙氣治理的研究機(jī)理和技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是很多電廠由于實(shí)際運(yùn)行中存在的諸多因素的影響[4]，仍然不能使大氣污染物達(dá)到國(guó)家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。大氣污染依然是我國(guó)煤電行業(yè)面臨的一大難題。在實(shí)踐中運(yùn)行時(shí)煙氣污染物脫除效率仍有一定的提高空間。因此，為了滿足國(guó)家制定的大氣污染物超低排放標(biāo)準(zhǔn)，需要集成各種先進(jìn)的煙氣污染物脫除技術(shù)， 充分發(fā)揮其協(xié)同作用。

1 二氧化硫高效控制技術(shù)

脫硫工藝在國(guó)內(nèi)發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)，技術(shù)較為成熟，種類繁多。為了應(yīng)對(duì)國(guó)家超低排放的政策，各環(huán)保公司由將原有的脫硫技術(shù)進(jìn)行改造升級(jí)，又形成了一批新型的脫硫技術(shù)[5]。目前改進(jìn)后的脫硫技術(shù)可以分為以下三種。

1.1 雙塔串聯(lián)技術(shù)

雙塔串聯(lián)技術(shù)主要是指增加一個(gè)輔助塔，與原有脫硫塔形成串聯(lián)，對(duì)煙氣進(jìn)行兩級(jí)處理，該方法可使脫硫效率達(dá)到98%。其主要優(yōu)點(diǎn)是不對(duì)原有脫硫系統(tǒng)進(jìn)行改動(dòng)，改造期間，原有脫硫系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。雙塔串聯(lián)技術(shù)也存在一些問(wèn)題，比如，由于新增了一座吸收塔和連接煙氣通道造成的前期投資過(guò)高，占地面積較大；系統(tǒng)內(nèi)阻力加大，引風(fēng)機(jī)等的運(yùn)行能耗也增加；為避免連接煙道內(nèi)大量積漿，兩座吸收塔必須同時(shí)配備除霧器。雙塔串聯(lián)技術(shù)主要適用于以高硫煤為主的電廠[6]。

1.2 托盤(pán)塔技術(shù)

托盤(pán)塔技術(shù)是由美國(guó)巴韋公司研究發(fā)明的，其與傳統(tǒng)脫硫方法不同之處在于 ，在脫硫塔內(nèi)噴淋區(qū)域設(shè)置了多孔合金托盤(pán)。在傳統(tǒng)的脫硫塔中，煙氣從側(cè)面進(jìn)入，從而造成了某個(gè)截面流速不均，容易形成渦流區(qū)域，煙氣與脫硫漿液接觸面積及時(shí)間減少，從而導(dǎo)致脫硫效率的下降。而該技術(shù)由于多孔合金托盤(pán)的放置，對(duì)煙氣進(jìn)行了整流，當(dāng)煙氣通過(guò)篩孔向上進(jìn)入脫硫塔內(nèi)時(shí)，與自上而下的漿液充分接觸，同時(shí)托盤(pán)上留有一定高度的漿液泡沫層，進(jìn)一步使?jié){液與煙氣接觸，使脫硫效率大幅提高。華能某電廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，經(jīng)托盤(pán)塔技術(shù)改造以后脫硫系統(tǒng)脫硫效率達(dá)到了98.3%。但是，托盤(pán)塔的問(wèn)題在于，由于在脫硫塔內(nèi)安置托盤(pán)，導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)內(nèi)阻力上升，增加了運(yùn)行能耗；為了保證脫硫效率，漿液的pH值也有所提高，石膏結(jié)晶困難，含水量較大[7]。

1.3 單塔雙循環(huán)技術(shù)

單塔雙循環(huán)技術(shù)是由德國(guó)諾爾公司研究開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)脫硫工藝，是對(duì)雙塔串聯(lián)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化后的產(chǎn)物。該技術(shù)的特點(diǎn)是在一臺(tái)吸收塔里經(jīng)過(guò)兩級(jí)漿液循環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)SO2的兩次吸收;將吸收塔分為pH值控制在4.5～5.3的下循環(huán)段和pH值控制在5.8～6.4的上循環(huán)段。由于pH值較低，下循環(huán)段有利于亞硫酸鈣的氧化和石灰石的充分反應(yīng)，使亞硫酸鈣擁有充足的時(shí)間氧化成石膏；上循環(huán)段由于pH值較較高，石灰石漿液更易吸附SO2。單塔雙循環(huán)技術(shù)的上、下循環(huán)是相對(duì)獨(dú)立的，更易于優(yōu)化調(diào)整。在面對(duì)一些不利狀況，如燃煤含硫量和負(fù)荷的變化都能迅速做出反應(yīng)[8]。浙江某電廠對(duì)脫硫裝置進(jìn)行了單塔雙循環(huán)改造，經(jīng)運(yùn)行中測(cè)試表明，脫硫系統(tǒng)入口煙氣中SO2濃度為1547.2mg/Nm3,出口的SO2濃度為8.4 mg/Nm3，脫硫率高達(dá)99.46%。

2 氮氧化物高效控制技術(shù)

與通常的脫硝方式相比，火電廠超低排放中脫硝體系本質(zhì)上并沒(méi)有差別，主要是改良低氮燃燒和加裝脫硝催化劑的裝填層數(shù)。脫硝方法主要分為燃燒前脫硝，燃燒中脫硝和燃燒后脫硝。由于我國(guó)燃料的特性，燃燒前對(duì)燃料中氮元素的脫除技術(shù)還有待進(jìn)一步研究[9]。所以，目前為止，國(guó)內(nèi)外可以成熟的在實(shí)踐中應(yīng)用的氮氧化物減排技術(shù)主要有低氮燃燒技術(shù)和選擇性催化還原技術(shù)。

2.1 低氮燃燒技術(shù)

低氮燃燒技術(shù)即燃燒中脫硝技術(shù)。低氮燃燒技術(shù)從NOx的產(chǎn)生的角度來(lái)看，的確是有所減少?？梢詫?shí)現(xiàn)以最低的經(jīng)濟(jì)成本促進(jìn)氮氧化物的減排。因此，在控制NOx低排放的初級(jí)階段，低氮燃燒技術(shù)是首選技術(shù)。低氮燃燒技術(shù)主要是基于NOx的產(chǎn)生原理，選用低氧燃燒技術(shù)、空氣分級(jí)燃燒技術(shù)、燃料分級(jí)燃燒技術(shù)、煙氣再循環(huán)技術(shù)及低氮燃燒器等來(lái)減少煤燃燒過(guò)程中NOx的產(chǎn)生[10]。

2.2 SCR脫硝技術(shù)

選擇性催化還原法(SCR)是用氨(NH3)作為還原劑，將NOx轉(zhuǎn)變成無(wú)污染的N2和水。而選擇性是指在催化劑存在的情況下NH3和NO優(yōu)于與煙氣中的氧發(fā)生氧化反應(yīng)而先發(fā)生還原反應(yīng)，從而氨消耗量也有所下降[11]。其反應(yīng)式為：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

選擇性催化還原技術(shù)(SCR)的高脫硝效率，使其雖然有高投資、高運(yùn)行費(fèi)用等不足，仍是目前應(yīng)用最為廣泛的一種煙氣脫硝工藝，是唯一能達(dá)到歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的脫硝工藝。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，這一技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于電廠鍋爐、工業(yè)鍋爐、垃圾焚燒鍋爐、煉油廠、鋼鐵廠、硝酸廠和玻璃制造廠等燃燒各種燃料的煙氣治理[12]。

3 煙塵高效控制技術(shù)

3.1 濕式靜電除塵技術(shù)

濕式靜電除塵技術(shù)，簡(jiǎn)稱WESP,經(jīng)常被用來(lái)從火電廠濕法煙氣脫硫后形成的飽和濕煙氣中的去除顆粒物質(zhì)。其運(yùn)行基理是，由于金屬放電線的直流高壓作用，煙氣被電離，而煙氣中的顆粒物由于荷電，趨近至集塵極，最終被噴至極板上的水沖到灰斗中，隨水排出[13]。濕式靜電除塵技術(shù)較干式靜電除塵技術(shù)而言，具有除塵效率高，無(wú)反電暈及二次揚(yáng)塵問(wèn)題，能良好的脫除酸霧、細(xì)微顆粒物、石膏液滴、汞等重金屬,維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)。但也存在設(shè)備易腐蝕，投資高等缺點(diǎn)[14]。

表1 干式電除塵器與濕式電除塵器的比較

隨著濕式電除塵技術(shù)研究的開(kāi)展，其應(yīng)用的領(lǐng)域也在逐漸的被拓寬。在深入?yún)f(xié)同治理及凈化細(xì)微顆粒物、酸霧、汞等霧霾前體污染物上，濕式靜電除塵技術(shù)也被寄予了更高的期望。

3.2 高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)

高頻高壓電源是利用高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)的一種新型的電除塵器供電電源，是從工頻交流到直流再到高頻交流，最后形成高頻脈動(dòng)直流的一種供電形式。具有脈寬可調(diào)、高度可調(diào)和頻率可調(diào)，可提供從接近純直流到脈沖波動(dòng)幅度很大的各種波動(dòng)范圍較寬的電壓波形，控制方式簡(jiǎn)便，能耗較低，能針對(duì)不同工況為除塵器提供合適的電壓波形等特點(diǎn)[15]。

3.3 低低溫靜電除塵技術(shù)

低低溫靜電除塵技術(shù)是從電除塵技術(shù)以及濕式脫硫工藝的簡(jiǎn)單除塵和脫硫技術(shù)路線演化而來(lái)的[16]。低低溫靜電除塵的工作原理是：降低電除塵器進(jìn)口的煙溫(低至酸露點(diǎn)以下，大約為85～90℃)，繼而煙塵的比電阻得以降低，除塵器的性能提高，從而提高除塵效率。低低溫靜電除塵技術(shù)可以有效避免反電暈現(xiàn)象，同時(shí)，降低煙氣溫度，煙氣量和煙氣速度隨之減少，在電除塵器內(nèi)，煙氣停留時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)，捕獲煙塵更容易。此外，煙氣溫度低于酸露點(diǎn)時(shí)，SO3是以硫酸霧的形式存在于煙氣中，硫酸霧被煙氣中的粉塵吸附、中和，從而脫除大部分的三氧化硫[17]。低低溫電除塵技術(shù)已應(yīng)用在許多國(guó)家，如日本、美國(guó)等，但在國(guó)內(nèi)仍處于起步階段，有待進(jìn)一步的研究。

3.4 旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)

旋轉(zhuǎn)電極除塵技術(shù)屬于靜電除塵技術(shù)的一種，其原理與傳統(tǒng)靜電除塵技術(shù)一樣，依然是利用靜電作用來(lái)收集粉塵。旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)是在電場(chǎng)的陽(yáng)極處采用回轉(zhuǎn)的陽(yáng)極板，用旋轉(zhuǎn)刷清灰方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的振打清灰方式的一種新型技術(shù)[18]。當(dāng)旋轉(zhuǎn)極板運(yùn)行到電場(chǎng)下邊的灰斗時(shí)，附著其上的灰塵就被放置在非收塵區(qū)的清灰刷徹底清除，有效地防止了反電暈現(xiàn)象和二次揚(yáng)塵問(wèn)題的產(chǎn)生，可顯著提高除塵效率。

4 機(jī)組超低排放改造路線

為了達(dá)到超低排放的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：在氧氣含量為6%時(shí)，煙塵濃度低于10毫克/立方米、SO2濃度低于35 mg/m3、NOx濃度低于50 mg/m3。以某電廠2號(hào)機(jī)組(1×600MW)為例，采用低氮燃燒+SCR脫硝+旋轉(zhuǎn)電極除塵+石灰石石膏脫硫(單塔雙循環(huán))+濕式靜電除塵的技術(shù)路線。根據(jù)該機(jī)組煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的記錄，將改造前的煙塵、NOx及SO2平均濃度整理如表2所示。將改造后，由某檢測(cè)中心進(jìn)行的性能檢測(cè)測(cè)試結(jié)果如表3所示。檢測(cè)結(jié)果表明，經(jīng)改造，該機(jī)組煙氣污染物排放濃度低于超低排放標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)合格。

表2 某電廠2號(hào)機(jī)組大氣污染物脫除技術(shù)改造前數(shù)據(jù)

表3 某電廠2號(hào)機(jī)組大氣污染物脫除技術(shù)改造后數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

由于以煤炭為主要燃料的格局短期內(nèi)不會(huì)發(fā)生變化，因此隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，燃煤電廠減排降耗的壓力越來(lái)越大。在火力電廠中，改造現(xiàn)有煙氣污染物控制及凈化工藝，發(fā)揮煙塵、二氧化硫及氮氧化物處理工藝的協(xié)同作用是未來(lái)大氣污染防治的主要發(fā)展方向?？偨Y(jié)了現(xiàn)有火電廠超凈排放的技術(shù)手段，并以某電廠為例，以其實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)證明改造后超低排放的可實(shí)現(xiàn)性及成功性。各電廠可分別根據(jù)各地排放標(biāo)準(zhǔn)、燃煤煤質(zhì)等因素選擇合適的超低排放改造路線，達(dá)到節(jié)能減排的共同目的。

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(本文文獻(xiàn)格式：何 曦，陳 嵐.火電廠煙氣污染物超凈排放技術(shù)路線探索[J].山東化工，2017，46(08)：169-171.)

Study on the Technology of Ultra-clean Emission of Flue Gas from Coal-fired Power Plant

HeXi,ChenLan

(North China Electric Power University,Baoding 071003, China)

With the aggravation of environmental pollution, more and more attention has been paid to the control of air pollution in coal-fired power plants. So ultra-low emission policy will undoubtedly bring a huge challenge to coal-fired power plants. In the actual operation, the conventional flue gas removal technology has been unable to meet the national emission limits. In this paper, several kinds of modified of desulphurization and denitration, dust removal technology are introduced.And then taking an actual operation of a power plant as an example to introduce a kind of ultra low emission route. Through the actual operation data, it is proved that the operation and success of ultra low emission.

coal-fired power plants; ultra-low emission; desulphurization; denitration; dust removal

2017-03-02

何 曦(1993—)，女，河北石家莊人，研究生。

X701

A

1008-021X(2017)08-0169-03