火電廠“廠界環(huán)保島”改造與運(yùn)維關(guān)鍵技術(shù)

朱躍

?

火電廠“廠界環(huán)保島”改造與運(yùn)維關(guān)鍵技術(shù)

朱躍

（華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江省 杭州市 310030）

針對(duì)我國(guó)當(dāng)前火電廠環(huán)保治理現(xiàn)狀與面臨形勢(shì)，提出以火電廠廠界為限、涵蓋“氣-水-渣-聲”四大污 染物分類的火電廠“廠界環(huán)保島”理念，對(duì)其中涉及 到的各種污染物產(chǎn)生與控制之間的關(guān)系以及技術(shù)手段進(jìn)行了全面梳理，在此基礎(chǔ)上對(duì)所涉及到的改造與運(yùn)維關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的對(duì)比、分析，并提出相應(yīng)的技術(shù) 路線與技術(shù)觀點(diǎn)，可以為后續(xù)開(kāi)展火電廠環(huán)保工作提供借鑒。

廠界環(huán)保島；脫硝；脫硫；除塵；廢水；固體廢棄物；噪聲

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)能源供需總量和結(jié)構(gòu)性矛盾凸顯，而以煤為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不會(huì)改變，因此，能源消費(fèi)升級(jí)和節(jié)能減排成為能源發(fā)展的重要方向[1-6]?；鹆Πl(fā)電作為我國(guó)電力供應(yīng)的主力軍，各類環(huán)保技術(shù)層出不窮、技術(shù)路線越來(lái)越繁雜。從早期的單項(xiàng)污染物指標(biāo)環(huán)保改造直至當(dāng)前大規(guī)模煙氣超低排放改造[1-4]，乃至近年來(lái)國(guó)家發(fā)布的“水十條”[5]、部分地方政府要求的“廢水零排放”，再到當(dāng)前提出的噪聲控制[6]、煤場(chǎng)封閉[7]、固廢處理[8]、“煙氣消白”[9]等多重政策性要求，體現(xiàn)了火電廠環(huán)保治理在排放端從“氣-水-渣-聲”污染鏈的點(diǎn)源向面源的多維管控拓展，在控制端從濃度控制到總量控制到質(zhì)量控制的技術(shù)縱深轉(zhuǎn)變。

針對(duì)我國(guó)當(dāng)前火電廠環(huán)保治理現(xiàn)狀與面臨形勢(shì)，提出了以火電廠廠界為限，涵蓋“氣-水-渣-聲”四大污染物分類，集成多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的火電廠“廠界環(huán)保島”理念。如圖1所示，通過(guò)以污染物產(chǎn)生與控制裝置為點(diǎn)，以各點(diǎn)之間的關(guān)系為線，可構(gòu)成以煙氣污染物為主線，以廢水、固廢控制為兩翼，以噪聲為邊界的火電廠“廠界環(huán)保島”理念示意圖。由圖1可知，各污染物產(chǎn)生與控制節(jié)點(diǎn)之間呈現(xiàn)出相互串聯(lián)、疊加、融合的多重關(guān)系，同一節(jié)點(diǎn)可能既是一種污染物控制節(jié)點(diǎn)，同時(shí)也是另一種污染物產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)，例如選擇性催化還原法(selective catalytic reduction，SCR)脫硝裝置；抑或同一節(jié)點(diǎn)既是一種污染物控制節(jié)點(diǎn)，同時(shí)也是另一種污染物協(xié)同控制節(jié)點(diǎn)，還是另一種污染物輔助控制節(jié)點(diǎn)，例如低低溫電除塵器；此外不同污染物種類之間也存在產(chǎn)生和控制的交叉融合，例如濕法脫硫產(chǎn)生廢水，而高鹽廢水可通過(guò)煙道進(jìn)行霧化蒸發(fā)處理。因此，火力發(fā)電“廠界環(huán)保島”是以火電廠廠界為限，從全局性的視角系統(tǒng)化看待火電廠生產(chǎn)生活過(guò)程中在“氣-水-渣-聲”污染鏈中所涉及的常規(guī)污染物與新型污染物指標(biāo)，通過(guò)“源頭控制、末端治理、協(xié)同脫除、系統(tǒng)集成、過(guò)程管理”的全方位、全時(shí)空、全流程管控治理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)火電廠“氣-水-渣-聲”污染鏈的全時(shí)空多維管控，從而保障火電廠環(huán)保設(shè)施的安全可靠、環(huán)保節(jié)能、經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。

圖1 火電廠“廠界環(huán)保島”理念示意圖

Fig. 1 Sketch map of the “environmental protection island ” in thermal power plant

1 煙氣污染物控制

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)大氣環(huán)境質(zhì)量持續(xù)變差，區(qū)域性復(fù)合型大氣污染日益突出，空氣重污染現(xiàn)象(主要表現(xiàn)為“霧霾”)大范圍同時(shí)出現(xiàn)的頻次日益增多，大氣環(huán)境形勢(shì)十分嚴(yán)峻[3]。針對(duì)火電廠的排放標(biāo)準(zhǔn)趨嚴(yán)、排放總量考核、工程限期治理等政策性要求陸續(xù)出臺(tái)，與之相對(duì)應(yīng)的是煙氣污染物治理技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并得到了廣泛的工程應(yīng)用。以下針對(duì)其中較為核心的低氮燃燒、煙氣脫硝、脫硫、除塵以及多種污染物協(xié)同控制所涉及的關(guān)鍵技術(shù)與熱點(diǎn)問(wèn)題分別進(jìn)行論述。

1.1 低氮燃燒技術(shù)

低氮燃燒技術(shù)是火電廠燃煤機(jī)組普遍采用的NO控制技術(shù)，其原理是根據(jù)NO的生成機(jī)制，通過(guò)控制爐內(nèi)各區(qū)域火焰溫度、氧濃度及燃燒產(chǎn)物在高溫區(qū)的停留時(shí)間等方式，來(lái)抑制NO的生成。按技術(shù)原理來(lái)分，主流的低氮燃燒技術(shù)主要包括低NO燃燒器、空氣分級(jí)燃燒、燃料再燃、煙氣再循環(huán)等[10-12]，其中低NO燃燒器和空氣分級(jí)燃燒技術(shù)的組合在實(shí)際工程中應(yīng)用最為廣泛，各類低氮燃燒技術(shù)比較見(jiàn)表1。

我國(guó)低氮燃燒技術(shù)研究起步較晚，但發(fā)展勢(shì)頭迅猛。在國(guó)內(nèi)環(huán)保政策的推動(dòng)下，大量高校、科研院所和企業(yè)致力于開(kāi)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低氮燃燒技術(shù)的研發(fā)，并形成了一套具有中國(guó)特色的低氮燃燒技術(shù)體系。

表1 各類低氮燃燒技術(shù)比較

1.2 催化劑全生命周期管理技術(shù)

國(guó)外經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已形成一整套先進(jìn)、成熟的脫硝催化劑全生命周期管理模式，能夠有效延長(zhǎng)催化劑使用壽命、減少SCR脫硝裝置運(yùn)維成本。國(guó)內(nèi)由于前期大規(guī)模脫硝改造工程遺留問(wèn)題逐步顯現(xiàn)，脫硝催化劑市場(chǎng)混亂、產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，發(fā)電企業(yè)脫硝運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)與能力不足，以及催化劑壽命管理技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展緩慢等一系列問(wèn)題[13]，造成當(dāng)前SCR脫硝裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性受到嚴(yán)重制約。

催化劑全生命周期管理不僅應(yīng)確保催化劑采購(gòu)成本的集約化，還應(yīng)包括對(duì)脫硝裝置的高效性能管控，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)脫硝裝置的高效、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。針對(duì)上述國(guó)內(nèi)催化劑應(yīng)用的現(xiàn)狀與特點(diǎn)，華電電科院提出了催化劑全生命周期管理模式，涵蓋了催化劑全生命周期的產(chǎn)品供貨、質(zhì)量管控、高效運(yùn)維、提效優(yōu)化、壽命管理以及報(bào)廢處置[14-15]6個(gè)部分，各部分既相互串聯(lián)、又相互融合，示意圖如圖2所示。催化劑廠商負(fù)責(zé)全生命周期的供貨、提效優(yōu)化及報(bào)廢處置，第三方機(jī)構(gòu)提供質(zhì)量管控與壽命管理技術(shù)服務(wù)，發(fā)電企業(yè)專注于脫硝運(yùn)維，充分發(fā)揮各方面的專業(yè)特長(zhǎng)且操作性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)全生命周期管理效益最大化，保障脫硝裝置穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

圖2 脫硝催化劑全生命周期管理模式示意圖

1.3 寬負(fù)荷脫硝技術(shù)

當(dāng)前國(guó)家層面推行的火電靈活性改造與部分地方政府提出的脫硝電價(jià)、排污費(fèi)繳納要求，使得實(shí)現(xiàn)寬負(fù)荷脫硝的必要性與重要性日趨凸顯。運(yùn)行調(diào)整方面，主要可通過(guò)改變磨煤機(jī)運(yùn)行方式、鍋爐配風(fēng)方式、燃燒器擺角等措施，提高低負(fù)荷工況下省煤器出口煙氣溫度，此外可根據(jù)脫硝催化劑的最低運(yùn)行溫度(minimum operation temperature，MOT)、最低噴氨溫度(minimum ammonia injection temperature，MIT)、硫酸氫銨析出(ammonium bisulfate，ABS)溫度特性，進(jìn)行脫硝運(yùn)行與機(jī)組負(fù)荷調(diào)度方面的適當(dāng)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷工況下的脫硝投運(yùn)。其優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需技術(shù)改造，從而避免改造投資；缺點(diǎn)在于對(duì)運(yùn)行人員技術(shù)水平有一定要求，煙溫調(diào)整幅度較小(一般在20℃以內(nèi))，應(yīng)用范圍有限，且需要犧牲一定的經(jīng)濟(jì)性。工程改造方面，主要思路是減少SCR反應(yīng)器前省煤器內(nèi)介質(zhì)的吸熱量，提高SCR入口煙氣溫度。主要的工程改造方案包括省煤器煙氣旁路、省煤器給水旁路、省煤器分級(jí)改造、抽汽加熱給水、熱水再循環(huán)等，各方案優(yōu)缺點(diǎn)、工期及費(fèi)用分析比較見(jiàn)表2[16-17]。此外寬溫差催化劑也是當(dāng)前寬負(fù)荷脫硝技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，但其技術(shù)可靠性仍有待進(jìn)一步檢驗(yàn)。

1.4 還原劑改造技術(shù)

近年來(lái)由于電力建設(shè)與生產(chǎn)安全事故頻發(fā)，火電廠SCR脫硝裝置采用液氨作為還原劑越來(lái)越受到安全監(jiān)管部門(mén)的關(guān)注?？紤]到尿素具有性狀相對(duì)穩(wěn)定、對(duì)環(huán)境無(wú)直接危害、運(yùn)輸儲(chǔ)存安全方便等特點(diǎn)，已成為火電廠SCR脫硝裝置液氨替代品首選?？傮w而言，當(dāng)前尿素制氨技術(shù)已較為成熟可靠，尿素?zé)峤饧夹g(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較早、業(yè)績(jī)較多，尿素水解技術(shù)國(guó)產(chǎn)化較晚、近年業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)較快，2種技術(shù)投資相近，在當(dāng)前火電機(jī)組普遍面臨節(jié)能降耗壓力的背景下，水解制氨技術(shù)運(yùn)行成本更低、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)，優(yōu)勢(shì)更為明顯，技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比詳見(jiàn)表3[18-19]。考慮到液氨改尿素后，系統(tǒng)運(yùn)行成本會(huì)上升，SCR煙氣脫硝還原劑是否改造需因地制宜，綜合權(quán)衡安全要求、管理成本以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

表2 寬負(fù)荷脫硝改造技術(shù)措施比較

表3 2×600MW機(jī)組尿素制氨技術(shù)對(duì)比

1.5 高效干式除塵技術(shù)

高效干式電除塵提效技術(shù)主要有高效電源技術(shù)、旋轉(zhuǎn)電極除塵技術(shù)和低低溫除塵技術(shù) 等[1-2, 20-23]，而高效電源技術(shù)和低低溫除塵技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)煙塵超低排放改造的一種主流技術(shù)路線。高效電源技術(shù)主要包括高頻電源、三相電源和脈沖電源等，高效電源組合技術(shù)可實(shí)現(xiàn)99.9%的除塵效率，其主要特點(diǎn)見(jiàn)表4。

低低溫除塵技術(shù)[22-23]的核心是在靜電除塵器之前布置一套煙氣換熱器，使得電除塵器的運(yùn)行溫度由130~150℃降低到90~100℃，降低除塵器內(nèi)煙氣流速和粉塵比電阻，從而改善粉塵的荷電能力，有效地提高除塵器的除塵效率，低低溫除塵技術(shù)還具備較高的SO3脫除效率。實(shí)際應(yīng)用表明低低溫除塵技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)除塵器出口煙塵排放濃度小于20mg/m3，且具備80%以上的SO3脫除率。

低低溫除塵器在國(guó)外的應(yīng)用案例最高硫份為1.17%，而國(guó)內(nèi)應(yīng)用案例最高硫份為2.5%。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用與研究分析，當(dāng)灰硫比大于100時(shí)，可有效地控制低溫腐蝕問(wèn)題，當(dāng)排煙溫度高于 130℃，硫份低于2.5%時(shí)，可優(yōu)先考慮低低溫除塵技術(shù)，在提高除塵效率的同時(shí)可有效實(shí)現(xiàn)煙氣余熱綜合利用、節(jié)省電煤消耗。

表4 高效電源的技術(shù)對(duì)比

1.6 超凈袋式除塵技術(shù)

超凈電袋復(fù)合除塵器是在常規(guī)電袋復(fù)合除塵器工作原理的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，通過(guò)濾袋的高精過(guò)濾有效地降低除塵器出口煙塵的排放濃度，并結(jié)合濕法脫硫系統(tǒng)的協(xié)同洗塵效果，實(shí)現(xiàn)煙塵的超低排放[1,23-25]。目前超凈電袋除塵技術(shù)與高效脫硫協(xié)同洗塵已成為實(shí)現(xiàn)煙塵超低排放的一種有效的技術(shù)路線[2]。

濾袋是決定電袋復(fù)合除塵器出口排放值最關(guān)鍵的部件[25]，它的過(guò)濾精度直接關(guān)系到煙塵排放值。聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)覆膜濾料是當(dāng)前精度最高的過(guò)濾濾料，其次為超細(xì)纖維梯度濾料，二者均屬于高精度過(guò)濾濾料，是超凈電袋復(fù)合除塵器濾料的首選，二者的技術(shù)對(duì)比見(jiàn)表5。

1.7 濕式除塵技術(shù)

濕式除塵技術(shù)[26-30]的除塵效率不受粉塵比電阻影響，利用噴水對(duì)集塵極清洗可使放電極和集塵極始終保持清潔，電極上無(wú)粉塵堆積現(xiàn)象，有效消除二次揚(yáng)塵與反電暈現(xiàn)象，且能夠高效地除去煙氣中的粉塵、石膏霧滴、SO3、PM2.5等。由于處理的是濕煙氣且采用水沖洗清灰方式，濕式除塵器的放電極和收塵極需采用特殊材料，并對(duì)噴淋系統(tǒng)的噴嘴排列型式和集塵極板型式進(jìn)行優(yōu)化，來(lái)保證對(duì)極線和極板最佳的清洗效果，濕式除塵器需考慮廢水的處理。

濕式除塵器按材質(zhì)可分為3種：金屬極板、導(dǎo)電玻璃鋼極板和柔性極板，其中柔性極板材質(zhì)僅在個(gè)別機(jī)組上有應(yīng)用，金屬極板和導(dǎo)電玻璃鋼極板2種材質(zhì)應(yīng)用范圍廣泛。濕式除塵器的結(jié)構(gòu)型式主要有2種：立式管式和臥式板式，可布置在吸收塔出口煙道處，也可布置于吸收塔塔頂。 2種主流材質(zhì)濕式除塵器技術(shù)對(duì)比見(jiàn)表6。

1.8 高效脫硫技術(shù)

高效脫硫技術(shù)是基于現(xiàn)有“石灰石-石膏”濕法脫硫技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，使脫硫裝置的脫硫效率由以往的95%左右大幅提升至98%甚至99%以上，實(shí)現(xiàn)SO2的深度脫除。高效脫硫技術(shù)的基本原理均是采用提高石灰石消溶速率、提高漿液pH值、提高流場(chǎng)均勻性、增強(qiáng)氣液紊流效果[31]等技術(shù)措施強(qiáng)化脫硫反應(yīng)傳質(zhì)過(guò)程、降低系統(tǒng)能耗，從而實(shí)現(xiàn)高效脫硫。

目前，技術(shù)成熟、應(yīng)用業(yè)績(jī)較多的高效脫硫技術(shù)包括脫硫添加劑提效技術(shù)、單塔雙區(qū)、單塔雙循環(huán)、雙塔雙循環(huán)、托盤(pán)/雙托盤(pán)塔、旋匯耦合塔、旋流霧化塔、薄膜持液層托盤(pán)塔等技術(shù)[32-36]。不同高效脫硫技術(shù)對(duì)比詳見(jiàn)表7。

表5 超凈濾袋的技術(shù)對(duì)比

表6 2種主流材質(zhì)濕式除塵技術(shù)對(duì)比表

表7 高效脫硫技術(shù)比較

1.9 高效脫硫協(xié)同除塵技術(shù)

高效脫硫協(xié)同除塵技術(shù)[31-32,37-38]可以大幅提升脫硫系統(tǒng)協(xié)同除塵效率，在脫硫裝置下游不增加新一級(jí)除塵裝置的前提下，直接實(shí)現(xiàn)脫硫塔出口煙塵濃度超低排放。目前，國(guó)內(nèi)外主流技術(shù)路線主要包括“低低溫除塵器+高效除塵脫硫塔”一體化協(xié)同治理技術(shù)和高效除塵除霧裝置技術(shù)2種。

1）“低低溫除塵器+高效除塵脫硫塔”一體化協(xié)同治理技術(shù)。

通過(guò)除塵器前設(shè)置低低溫省煤器對(duì)煙氣降溫，使除塵器出口粉塵粒徑增大、處理煙氣量降低，同時(shí)脫硫塔設(shè)計(jì)時(shí)采用流場(chǎng)優(yōu)化、除霧器優(yōu)化配置、煙氣防短路、噴嘴優(yōu)化等技術(shù)措施，使粉塵易于在脫硫塔中被漿液洗滌捕集，從而提升脫硫塔的協(xié)同洗塵效率，實(shí)現(xiàn)80%以上的協(xié)同洗塵效果。此技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在低低溫除塵器出口煙塵濃度為20~30mg/m3條件下，脫硫塔出口直接實(shí)現(xiàn)煙塵濃度低于5mg/m3。

2）高效除塵除霧裝置技術(shù)。

在不設(shè)置低低溫除塵器的前提下，通過(guò)采用新型高效除塵除霧裝置，配合吸收塔流場(chǎng)優(yōu)化、除霧區(qū)高度抬升、增效裝置設(shè)置、噴淋覆蓋率增加、高效噴嘴設(shè)置等技術(shù)措施，直接實(shí)現(xiàn)脫硫塔出口煙塵超低排放。此技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在脫硫塔煙塵濃度低于30mg/m3條件下，除霧器出口煙氣攜帶液滴濃度低于20mg/m3、脫硫塔出口煙塵濃度低于5mg/m3。

高效除塵除霧裝置包括管束式除塵除霧裝置、冷凝式除塵除霧裝置、聲波式除塵除霧裝置等。其中，管束式除塵除霧裝置主要依靠離心力、慣性力以及重力作用實(shí)現(xiàn)煙氣中霧滴、顆粒物等物質(zhì)的分離。冷凝式除塵除霧裝置是通過(guò)設(shè)置冷凝濕膜層使煙氣冷卻降溫，析出冷凝水汽并以細(xì)微顆粒物和殘余霧滴為凝結(jié)核，長(zhǎng)大的顆粒物和霧滴撞擊在波紋板上被水膜湮滅從而被攔截。聲波式除塵除霧裝置通過(guò)聲波作用實(shí)現(xiàn)超細(xì)顆粒物團(tuán)聚并長(zhǎng)大，最終在除霧器內(nèi)部離心作用下實(shí)現(xiàn)脫除。

1.10 煙氣取水消白

隨著社會(huì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，“白煙現(xiàn)象”越來(lái)越被關(guān)注，特別是城市電廠對(duì)濕煙氣的治理將成為必要的措施。國(guó)內(nèi)部分地區(qū)也通過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)、指導(dǎo)意見(jiàn)等方式出臺(tái)了有關(guān)消除“白色煙羽”的要求。當(dāng)前已有工程應(yīng)用的白煙消除技術(shù)主要可以歸納為煙氣加熱技術(shù)、煙氣冷凝技術(shù)、煙氣冷凝再熱技術(shù)三大類，具體各項(xiàng)技術(shù)對(duì)比見(jiàn)表8。

表8 煙氣消白技術(shù)對(duì)比情況

考慮到煙氣加熱技術(shù)中的直接加熱技術(shù)需要額外提供熱源進(jìn)行加熱[9]，僅作為白色煙羽治理的手段代價(jià)過(guò)大。而煙氣冷凝技術(shù)當(dāng)前更大程度上作為節(jié)能、減排、收水、節(jié)水的目的進(jìn)行使 用[39]，作為消除白煙技術(shù)需將煙氣溫度降低至環(huán)境溫度附近，在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。因此，現(xiàn)階段可行的消除白煙的措施主要為煙氣加熱技術(shù)中的熱媒式換熱器和煙氣冷凝再熱技術(shù)。熱媒式換熱器技術(shù)通過(guò)將排放煙溫提升至75℃以上，可以有效地解決“白煙現(xiàn)象”，但實(shí)際應(yīng)用中對(duì)布置空間有一定要求，金屬換熱材質(zhì)存在磨損和腐蝕問(wèn)題，非金屬換熱材質(zhì)存在價(jià)格昂貴、布置空間需求大的問(wèn)題，均限制了其工業(yè)應(yīng)用。煙氣冷凝再熱技術(shù)綜合了煙氣加熱技術(shù)和煙氣冷凝技術(shù)，是上述2種技術(shù)的延伸。該技術(shù)不僅可以達(dá)到節(jié)水，同步消除多種污染物，還可以利用原有的煙氣余熱，不造成額外的能源消耗，后續(xù)有望得到廣泛的推廣應(yīng)用[40]。

1.11 協(xié)同脫除

隨著燃煤電廠超低排放改造工作的全面推進(jìn)，常規(guī)污染物指標(biāo)已全面實(shí)現(xiàn)深度脫除，而SO3、Hg、PM2.5等新型污染物指標(biāo)日益被關(guān)注。在此背景形勢(shì)下，同時(shí)考慮到工程改造投資、發(fā)電企業(yè)運(yùn)維工作量、現(xiàn)役燃煤電廠改造空間等限制因素，如何充分利用現(xiàn)有污染物脫除裝置實(shí)現(xiàn)新型污染物指標(biāo)的高效協(xié)同脫除成為下一步燃煤電廠環(huán)保專業(yè)的重點(diǎn)研究課題。如表9所示，現(xiàn)有污染物脫除裝置在脫除常規(guī)污染物指標(biāo)的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)輔助脫除與協(xié)同脫除功能，例如SCR脫硝氧化Hg0，低低溫電除塵器出口煙塵粒徑增大等均可提高后續(xù)裝置協(xié)同脫除能力，而低低溫電除塵器、濕法煙氣脫硫(wet flue gas desulfurization，WFGD)、濕式電除塵器等裝置均具有協(xié)同脫除多種污染物的能力[4,22,28,37-38,40-41]。后續(xù)應(yīng)對(duì)新型污染物指標(biāo)控制要求，應(yīng)盡量避免大規(guī)模工程 改造，盡可能通過(guò)現(xiàn)有污染物控制裝置的局部 改造，充分發(fā)揮協(xié)同脫除的組合效應(yīng)，滿足排放要求。

表9 煙氣污染物協(xié)同脫除關(guān)系

2 廢水處理

火電廠廢水種類較多，生活污水、含煤廢水、含油廢水及含氨廢水等處理工藝較為成熟，以循環(huán)水排污水、反滲透濃水、酸堿再生廢水以及脫硫廢水為代表的含鹽廢水的處理成為廢水“零排放”處理的重點(diǎn)和難點(diǎn)[4,42-47]。含鹽廢水的處理可以分為預(yù)處理、濃縮減量處理和末端高鹽廢水處理3部分。

2.1 預(yù)處理技術(shù)

通過(guò)預(yù)處理去除廢水中的硬度離子、膠體和固體懸浮物等，保障后續(xù)膜濃縮處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，包括軟化處理和除濁處理兩部分。軟化處理通常采用“石灰-碳酸鈉”雙堿法，工藝較為成熟；除濁處理常用過(guò)濾-超濾工藝或管式微濾工藝。管式微濾工藝系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，正常運(yùn)行工況下處理出水能夠滿足反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水要求。采用管式微濾系統(tǒng)，軟化處理后的出水無(wú)需經(jīng)沉淀池、多介質(zhì)過(guò)濾、砂濾等處理設(shè)施就可以直接 進(jìn)入管式微濾系統(tǒng)，化學(xué)藥劑費(fèi)用較低，并且占地面積較少。超濾和管式微濾工藝的對(duì)比分析見(jiàn)表10。

表10 管式微濾和超濾工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

2.2 濃縮減量處理技術(shù)

含鹽廢水濃縮減量處理工藝中，高壓反滲透、正滲透以及電滲析技術(shù)在含鹽廢水深度濃縮處理中的應(yīng)用具有較大潛力。

高壓反滲透有碟管式反滲透(disc-tube revsese osmosis，DTRO)和ST反滲透(spacer-tube revsese osmosis，STRO)2種，可以將廢水含鹽量濃縮到100000~120000mg/L。DTRO膜系統(tǒng)和STRO膜系統(tǒng)具有相似的廢水鹽分濃縮效果，目前DT/STRO在火電廠高鹽廢水處理中的應(yīng)用逐漸增多。

正滲透(forward osmosis，F(xiàn)O)處理系統(tǒng)利用正滲透膜兩側(cè)汲取液與廢水間的滲透壓差作為驅(qū)動(dòng)力，使含鹽廢水中的水主動(dòng)進(jìn)入汲取液而實(shí)現(xiàn)含鹽廢水的濃縮。FO系統(tǒng)可以將廢水含鹽量濃縮到200000mg/L左右，相比于DT/STRO系統(tǒng)具有更高的濃縮效果和回收率。

近年來(lái)，電滲析技術(shù)(electrodialysis，ED)在含鹽廢水濃縮處理中的應(yīng)用得到了大量關(guān)注。采用均相離子交換膜的電滲析裝置，可以將廢水的含鹽量濃縮到200000mg/L以上，具有較高的回收率。此外，利用雙極膜可以將含鹽廢水加工成HCL和NaOH溶液進(jìn)行回用，從而實(shí)現(xiàn)含鹽廢水的資源化利用。

以上幾種含鹽廢水濃縮減量處理技術(shù)的對(duì)比見(jiàn)表11。

表11 濃縮減量處理工藝對(duì)比

2.3 末端高鹽廢水零排放技術(shù)

末端高鹽廢水零排放技術(shù)有很多種，其中以煙道霧化蒸發(fā)和旁路煙道蒸發(fā)為代表的煙氣蒸發(fā)處理技術(shù)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、投資運(yùn)行成本低、無(wú)結(jié)晶鹽處理處置的優(yōu)點(diǎn)，具有較強(qiáng)的應(yīng)用潛力。

煙道霧化蒸發(fā)處理技術(shù)和旁路煙道蒸發(fā)處理技術(shù)本質(zhì)上均為利用煙氣熱量將霧化后的廢水進(jìn)行蒸發(fā)，前者的蒸發(fā)過(guò)程位于鍋爐現(xiàn)有煙道內(nèi)，后者的蒸發(fā)過(guò)程位于旁路煙道內(nèi)，前者采用除塵器入口煙氣作為熱源，后者采用脫硝出口高溫?zé)煔庾鳛闊嵩?。廢水蒸發(fā)后以水蒸氣的形式進(jìn)入脫硫吸收塔內(nèi)，冷凝后形成純凈的蒸餾水，進(jìn)入脫硫系統(tǒng)回用。同時(shí)，廢水中的溶解性鹽在廢水蒸發(fā)過(guò)程中結(jié)晶析出，并隨煙氣中的灰一起在除塵器中被捕集。煙道霧化蒸發(fā)和旁路煙道蒸發(fā)處理技術(shù)工藝流程分別如圖3、4所示。

火電廠廢水“零排放”處理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，全廠用水優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)全廠廢水“零排放”處理的基礎(chǔ)。當(dāng)前廢水處理技術(shù)發(fā)展較快，新技術(shù)層出不窮，傳統(tǒng)技術(shù)亦不斷改進(jìn)優(yōu)化。在項(xiàng)目實(shí)施中，應(yīng)根據(jù)電廠實(shí)際情況，深入論證，多方案比較，確定最佳改造方案。

圖3 末端廢水煙道霧化蒸發(fā)工藝流程圖

圖4 末端廢水旁路煙道霧化蒸發(fā)系統(tǒng)流程圖

3 固體廢棄物處理

火電廠產(chǎn)生的工業(yè)固體廢物主要分為常規(guī)廢物和危險(xiǎn)廢物，常規(guī)廢物一般包括粉煤灰、廢舊濾袋、脫硫石膏和其他廢物(如廢油渣、污泥、石膏漿液等)，危險(xiǎn)廢物主要指廢棄脫硝催化劑，上述固體廢物的主要處理處置方法見(jiàn)表12[8, 48-50]。

表12 火電廠固體廢物處理處置方法對(duì)比

燃煤電站產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物因其自身特殊性，在其他行業(yè)可直接作為原材料，然而傳統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)水平比較低。在環(huán)保形勢(shì)嚴(yán)峻的當(dāng)下，開(kāi)發(fā)新型固體廢物利用技術(shù)才是最佳出路。近年來(lái)，針對(duì)上述固體廢物的處理處置技術(shù)逐漸被報(bào)道[51-55]，為下一步固體廢物的深度資源化利用提供了理論指導(dǎo)和技術(shù)研究方向。

4 廠界噪聲治理

火電廠內(nèi)的噪聲主要由設(shè)備產(chǎn)生的機(jī)械噪聲、氣流在管路中流動(dòng)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力性噪聲以及發(fā)電機(jī)、變壓器產(chǎn)生的電磁噪聲組成。噪聲治理手段一般分為3類：聲源控制、傳播途徑控制、接收點(diǎn)控制，技術(shù)路線如圖5所示。噪聲治理技術(shù)選用應(yīng)遵從優(yōu)先從聲源本身進(jìn)行控制，其次從傳播途徑進(jìn)行控制，最后從接收點(diǎn)進(jìn)行控制的順序進(jìn)行治理。

圖5 噪聲治理技術(shù)路線圖

由于聲源控制一般會(huì)對(duì)設(shè)備本身造成影響或更換費(fèi)用較高，接收點(diǎn)控制沒(méi)有從根本上降低實(shí)際噪聲，因此現(xiàn)有噪聲治理絕大多數(shù)是圍繞著傳播途徑控制進(jìn)行治理的。噪聲傳播途徑治理技術(shù)主要有隔聲降噪、消聲降噪、吸聲降噪、阻尼減振等四大類，技術(shù)對(duì)比見(jiàn)表13[6,56-57]，在實(shí)際工程應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)噪聲源特性與控制要求綜合確定選用控制手段。

5 結(jié)語(yǔ)

火電廠“廠界環(huán)保島”以火電廠廠界為限，涵蓋“氣-水-渣-聲”四大污染物分類。

煙氣污染物控制方面，常規(guī)污染物控制以由粗放式工程減排過(guò)渡至精細(xì)化運(yùn)維減排階段，其中涉及到的脫硝催化劑全生命周期管理、除塵脫硫高效協(xié)同脫除與經(jīng)濟(jì)化運(yùn)行等將是后續(xù)火電廠環(huán)保工作的重要方向，在此基礎(chǔ)上如何充分發(fā)揮現(xiàn)有污染物控制設(shè)施的協(xié)同脫除效應(yīng)，應(yīng)對(duì)SO3、Hg、PM2.5等新型污染物指標(biāo)控制要求，將是后續(xù)的重點(diǎn)研究課題。

廢水控制方面，全廠水資源統(tǒng)籌優(yōu)化利用，做好廠內(nèi)廢水的分級(jí)利用、梯級(jí)利用，實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)高鹽廢水的減量化，是實(shí)現(xiàn)全廠廢水“零排放”處理的基礎(chǔ)。當(dāng)前廢水處理技術(shù)發(fā)展較快，新技術(shù)層出不窮，傳統(tǒng)技術(shù)亦不斷改進(jìn)優(yōu)化。對(duì)于需要實(shí)施廢水“零排放”改造的項(xiàng)目，應(yīng)根據(jù)電廠實(shí)際情況，以“一廠一策”的原則，確定最佳改造方案。

表13 廠界噪聲治理技術(shù)對(duì)比

固體廢棄物控制方面，粉煤灰、脫硫石膏、除塵濾袋等常規(guī)固廢處理雖然已有多年工業(yè)應(yīng)用，但仍普遍存在區(qū)域利用不平衡、處理成本高、利用率低等問(wèn)題，新型高效、經(jīng)濟(jì)的處理技術(shù)仍有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，廢棄脫硝催化劑作為危險(xiǎn)廢棄物，目前對(duì)于其危害性與處置風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)仍有限，后續(xù)應(yīng)引起足夠的重視。

噪聲控制技術(shù)相對(duì)較為成熟，后續(xù)應(yīng)根據(jù)不斷提升的控制要求，綜合考慮各類控制技術(shù)的適用范圍與邊界條件，綜合應(yīng)用以降低工程造價(jià)與運(yùn)維成本。

總體而言，火電廠“廠界環(huán)保島”不僅是現(xiàn)有“氣-水-渣-聲”污染物控制設(shè)施的疊加，更是一個(gè)有機(jī)融合的整體，通過(guò)對(duì)“廠界”內(nèi)的環(huán)保設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)籌考慮與綜合管理，充分發(fā)揮各類環(huán)保設(shè)施的協(xié)同效益，從而有效提升火電廠生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的環(huán)保效益與經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 杜振，柴磊，魏宏鴿，等．燃煤機(jī)組煙氣超低排放改造投資和運(yùn)行成本分析[J]．環(huán)境污染與防治，2016，38(9)：93-98．

[2] 杜振，王玉敬，魏宏鴿，等．適用于燃煤機(jī)組煙塵超低排放技術(shù)路線分析[J]．能源工程，2017(3)：61-65．

[3] 江建平．細(xì)顆粒物脈沖荷電機(jī)理及凝并脫除方法研究[D]．杭州：浙江大學(xué)，2015．

[4] 史文崢，楊萌萌，張緒輝，等．燃煤電廠超低排放技術(shù)路線與協(xié)同脫除[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016，36(16)：4308-4318．

[5] 李強(qiáng)．火電廠廢水零排放[D]．北京：華北電力大學(xué)，2003．

[6] 周兆駒．噪聲環(huán)境影響評(píng)價(jià)與噪聲控制實(shí)用技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016：90-210．

[7] 宗強(qiáng)．廣西貴港電廠輸煤系統(tǒng)粉塵綜合治理研究[D]．北京：華北電力大學(xué)，2015．

[8] 葉強(qiáng)，俞華棟，陸連法．燃煤電廠固體廢棄物資源化開(kāi)發(fā)利用的對(duì)策機(jī)制[J]．能源工程，2013(3)：66-68．

[9] 陳蓮芳，徐夕仁，馬春元，等．濕式煙氣脫硫過(guò)程中白煙的產(chǎn)生及防治[J]．發(fā)電設(shè)備，2005，19(5)：326-328．

[10] 劉志江．低氮燃燒器改造及其存在問(wèn)題處理[J]．熱力發(fā)電，2013，42(3)：77-81．

[11] 賈宏祿．350MW機(jī)組鍋爐低氮燃燒改造分析[J]．中國(guó)電力，2006，39(11)：1-5．

[12] 潘棟，王春昌，丹慧杰，等．W火焰鍋爐低氮燃燒改造策略分析[J]．熱力發(fā)電，2013，42(12)：137-140．

[13] 張楊，楊用龍，馮前偉，等．燃煤電廠SCR煙氣脫硝改造工程關(guān)鍵技術(shù)[J]．中國(guó)電力，2015，48(4)：32-35．

[14] 杜振，楊立強(qiáng)，晏敏，等．火電廠煙氣脫硝SCR催化劑全過(guò)程管理模式的構(gòu)建實(shí)施方法[J]．中國(guó)電力，2016，49(4)：12-16．

[15] 朱躍，杜振，晏敏，等．SCR脫硝催化劑全過(guò)程管理模式的構(gòu)建與實(shí)施：CN 105354350 A [P]．2016-2-24．

[16] 肖志前，吉碩．低負(fù)荷下給水溫度對(duì)SCR 及鍋爐熱效率的影響[J]．廣東電力，2015，28(9)：22-27．

[17] 羅江勇，呂新樂(lè)．鍋爐低負(fù)荷工況下脫硝系統(tǒng)投運(yùn)率提高的改造技木[J]．中國(guó)電力，2015，48(11)：138-141．

[18] 孟磊．火電廠煙氣SCR脫硝尿素催化水解制氨技術(shù)研究[J]．中國(guó)電力，2016，49(1)：157-159．

[19] 喻小偉，李宇春，蔣婭，等．尿素?zé)峤庋芯考捌湓诿撓踔械膽?yīng)用[J]．熱力發(fā)電，2012，41(1)：1-5．

[20] 李卓函．高效電除塵器高壓電源設(shè)計(jì)及節(jié)能優(yōu)化控制[D]．大連：大連理工大學(xué)，2014．

[21] 欒立海，李穎，洪剛．旋轉(zhuǎn)電極電除塵技術(shù)在660MW火電機(jī)組的應(yīng)用[J]．鍋爐技術(shù)，2015，46(s1)：59-61．

[22] 杜振，楊立強(qiáng)，魏宏鴿，等．低低溫電除塵器對(duì)粉塵特性和SO3脫除效果影響分析[J]．中國(guó)電力，2017，50(9)：125-128．

[23] 王建峰，李艷，張楊，等．300MW燃煤機(jī)組低低溫除塵與電袋復(fù)合除塵技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析[J]．中國(guó)電力，2015，48(8)：17-19．

[24] 尤良洲，王建峰，李壯，等．300MW燃煤機(jī)組立式和臥式電袋復(fù)合除塵器技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析[J]．中國(guó)電力，2016，49(10)：181-184．

[25] 杜振，錢(qián)徐悅，魏宏鴿，等．袋式除塵器運(yùn)行情況分析及延長(zhǎng)濾袋壽命的運(yùn)行措施[J]．熱力發(fā)電，2013，42(3)：74-76．

[26] 朱躍，楊用龍，王豐吉，等．煙道內(nèi)嵌式濕式電除塵器及其電除塵方法：ZL 201410130322.8[P]．2016- 1-20．

[27] 朱躍，楊用龍，王豐吉，等．用于濕式電除塵除霧器的水力超聲除垢裝置及除垢工藝：ZL 201510006436.6[P]．2017-2-22．

[28] 朱躍，杜振，魏宏鴿，等．濕式靜電增強(qiáng)型PM2.5，SO2和Hg同時(shí)脫除的裝置：ZL 201320803705.8 [P]．2014-6-25．

[29] 展茂源，王猛，鄧徐幀，等．濕式靜電除塵器在燃煤電廠超低排放工程中的應(yīng)用[J]．電力科技與環(huán)保，2017，33(2)：30-33．

[30] 金定強(qiáng)，舒喜，申智勇，等．濕式靜電除塵器在火電廠大型機(jī)組中的應(yīng)用[J]．環(huán)境工程，2015，33(3)：65-68．

[31] 周至祥，段建中，薛建明．火電廠濕法煙氣脫硫技術(shù)手冊(cè)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2006：26-33．

[32] 呂志超，徐勤云，方蕓．高效脫硫技術(shù)綜述[J]．資源節(jié)約與環(huán)保，2015(8)：11-15．

[33] 魏宏鴿，徐明華，柴磊，等．雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀分析與優(yōu)化措施探討[J]．中國(guó)電力，2016，49(10)：132-135．

[34] 王仁雷，蔡傳鈺，張楊，等．不同漿液循環(huán)泵運(yùn)行方式下串聯(lián)吸收塔脫硫效果評(píng)價(jià)及優(yōu)化[J]．電站系統(tǒng)工程，2016(2)：19-21．

[35] 何永勝，高繼賢，陳澤民，等．單塔雙區(qū)濕法高效脫硫技術(shù)應(yīng)用[J]．環(huán)境影響評(píng)價(jià)，2015，5(37)：52-56．

[36] 孟令媛，朱法華，張文杰，等．基于SPC-3D技術(shù)的煙氣超低排放工程性能評(píng)估[J]．電力科技與環(huán)保，2016，1(32)：13-16．

[37] 魏宏鴿，葉偉平，柴磊，等．濕法脫硫系統(tǒng)除塵效果分析與提效措施[J]．中國(guó)電力，2015，48(8)：33-36．

[38] 尤良洲，杜振，江建平，等．管束式除塵除霧器在脫硫串塔系統(tǒng)中的應(yīng)用及性能評(píng)價(jià)[J]．中國(guó)電力，2017，50(12)：153-157．

[39] 熊英瑩，譚厚章，許偉剛，等．火電廠煙氣潛熱和凝結(jié)水回收的試驗(yàn)研究[J]．熱力發(fā)電，2015，44(6)：77-81．

[40] 朱躍，杜振，張楊，等．深度余熱回收協(xié)同脫除煙氣中污染物的裝置及方法：ZL 201510267191.2 [P]．2017-11-3．

[41] 朱躍，李東政，李亞軍，等．聯(lián)合脫硫、脫硝和脫除重金屬離子的裝置：ZL201220212258.4[P]．2013-1-23．

[42] 張貴祥，董建國(guó)，李志民，等．火電廠廢水“零排放”設(shè)計(jì)研究與應(yīng)用[J]．電力建設(shè)，2004，25(2)：52-54，69．

[43] 潘娟琴，李建華，胡將軍．火力發(fā)電廠煙氣脫硫廢水處理[J]．工業(yè)水處理，2005，25(9)：5-7．

[44] 晉銀佳，王帥，姬海宏．深度過(guò)濾-煙道蒸發(fā)處理脫硫廢水的數(shù)值模擬[J]．中國(guó)電力，2016，49(12)：174-179．

[45] 朱躍，楊用龍，杜振，等．一種脫硫廢水零排放的裝置及處理方法：ZL 201410397989.4[P]．2016-4-20．

[46] 朱躍，晉銀佳，王豐吉，等．一種脫硫廢水處理裝置：ZL 201520286973.6[P]．2015-11-11．

[47] 韓飛超，陳光，衡世權(quán)，等．一種大水量電廠廢水零排放處理裝置：ZL 201520829731.7[P]．2016-4-20．

[48] 曾瑞．淺談SCR廢催化劑的回收再利用[J]．中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013(2)：39-42．

[49] 汪波．淺談袋式除塵器廢舊濾袋的處置[J]．中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2011(6)：63-66．

[50] 毛樹(shù)標(biāo)．煙氣脫硫石膏綜合利用分析[D]．杭州：浙江大學(xué)，2005．

[51] 朱躍，何勝，張楊．從廢煙氣脫硝催化劑中回收金屬氧化物的方法：ZL201010254247.8[P]．2014-5-28．

[52] 朱躍，楊用龍，王豐吉，等．脫硝催化劑清洗再生廢水廢渣的處理裝置及處理工藝：ZL201510006468.6[P]．中國(guó)專利，2016-12-7．

[53] 朱躍，杜振，何勝，等．新型袋式除塵器的廢棄濾袋的回收利用裝置：ZL201220690345.0[P]．2013-6-5．

[54] 張固山．廢舊聚四氟乙烯濾袋的清洗回收研究[D]．杭州：浙江理工大學(xué)，2015．

[55] 戴楓．燃煤發(fā)電固體排放物銷售項(xiàng)目?jī)?yōu)化決策模型研究[D]．北京：華北電力大學(xué)，2017．

[56] 智乃剛，蕭濱詩(shī)．風(fēng)機(jī)噪聲控制技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002：40-95．

[57] 馬大猷．噪聲與振動(dòng)控制工程手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002：255-710．

(責(zé)任編輯 楊陽(yáng))

Key Technical Issues of Environmental Protection Island of Thermal Power Plant

ZHU Yue

(Huadian Electric Power Research Institute Co., LTD., Hangzhou 310030, Zhejiang Province, China)

The concept of “environmental protection island” was proposed in view of the current situation of environmental protection of thermal power plants. The “environmental protection island” of thermal power plants includes the environmental protection of “gas-water- solid-noise” four pollutant groups happened in the field of thermal power plants. It was thoroughly combed the relationship between the production and control of various pollutants and technical means, thus, an in-depth comparison of the key technologies were made which involved in the transformation and operation. Several corresponding technical routes and technical viewpoint was put forward, and the concept of “environmental protection island” for thermal power plants was formed. It is a good reference for the environmental protection work of thermal power plant.

environmental protection island; denitration; desulphurization; dust removal; waste water; solid waste; noise

2017-11-25。

朱躍(1962)，男，碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事鍋爐清潔燃燒與燃煤煙氣污染治理方面的技術(shù)研發(fā)和工程化應(yīng)用設(shè)計(jì)工作，yue-zhu@chder.com。

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFC0203701-05)。

Project Supported by National Key Research & Development Plan of China(2016YFC0203701-05).

10.12096/j.2096-4528.pgt.2018.001