燃煤電廠超低排放技術(shù)探討

孫振華 韓蘇強(qiáng) 孫卓

【摘 要】在環(huán)保排放要求日益嚴(yán)格的壓力下，推廣超低排放技術(shù)改造是燃煤電廠生存和發(fā)展必經(jīng)之路。本文首先綜述了燃煤電廠除塵、脫硫、脫硝等污染物超低排放技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上總結(jié)了2種應(yīng)用最廣泛的技術(shù)路線：以低低溫電除塵為核心的技術(shù)路線和以濕式電除塵為核心的技術(shù)路線。這兩種改造路線均能滿足現(xiàn)行污染物排放限值要求。最后本文展望了未來超低排放技術(shù)的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】燃煤電廠；超低排放；PM2.5；協(xié)同脫出

由于我國富煤貧油少氣的化石能源結(jié)構(gòu)，煤炭在很長一段時間內(nèi)仍是主體能源。煤炭的消費(fèi)，同時會產(chǎn)生硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）以及粉塵顆粒物（PM2.5）等污染物的排放。其中硫氧化物和氮氧化物不僅會造成酸雨等危害，同時也是PM2.5的重要前體物，在大氣中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成二次顆粒物，是PM2.5的重要來源[1]。近年來PM2.5持續(xù)高濃度引發(fā)了我國大部分地區(qū)的霧霾天氣，對人民的健康造成了很大的傷害[2]。截止2017年底，煤電裝機(jī)總量約為10.2億千瓦，占發(fā)電機(jī)總量的58%，可見燃煤電廠的污染物排放控制對我國大氣環(huán)境的治理具有關(guān)鍵性作用。

為此，在環(huán)保排放要求日益嚴(yán)格的壓力下，2014年9月，國家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部、國家能源局聯(lián)合制定出臺的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃（2014-2020年）》，對燃煤電廠煙氣中的煙塵、SO2、NOx的排放提出了更嚴(yán)格的要求，即在重點(diǎn)地區(qū)，新建燃煤發(fā)電機(jī)組在基準(zhǔn)氧含量6%的條件下，煙塵、SO2、NOx的排放限值分別不高于10、35、50mg/m3，一些大型現(xiàn)役燃煤機(jī)組改造后也要達(dá)到這一限值。

本文分析了燃煤電廠污染物控制技術(shù)的發(fā)展，總結(jié)了目前燃煤電廠超低排放技術(shù)的現(xiàn)狀，并展望未來超低排放技術(shù)的發(fā)展趨勢。

一、燃煤電廠煙氣污染物控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.除塵技術(shù)的發(fā)展

超低排放機(jī)組常用除塵技術(shù)包括低低溫電除塵技術(shù)、濕式電除塵技術(shù)、電袋復(fù)合除塵技術(shù)以及對原有電除塵的新技術(shù)改造。

低低溫電除塵是指在靜電除塵器之前增設(shè)低溫省煤器或煙氣換熱裝置，使除塵器入口處煙氣降至90～100℃，從而使粉塵比電阻降低，同時煙氣流量減少，除塵效率提高[3]。濕式電除塵采用水膜清灰的方式代替了傳統(tǒng)干式電除塵的振打吹灰，大幅度提高電除塵器內(nèi)放電電流，有效提高除塵效率，同時能脫除煙氣中的酸霧、有毒重金屬等有害物質(zhì)。電袋復(fù)合除塵技術(shù)是充分結(jié)合電除塵和袋除塵的優(yōu)勢，利用電場除去煙氣中大部分的煙塵，然后利用濾袋收集剩余的微細(xì)粉塵，其除塵效率高于靜電除塵器，但會增加煙道阻力，且對煙氣溫度比較敏感，濾袋需定時更換，維護(hù)成本較高。原有電除塵新技術(shù)改造主要路線有：移動電極電除塵、高頻電源技術(shù)改造、電除塵本體增容改造等。

2.脫硫技術(shù)的發(fā)展

我國燃煤電廠應(yīng)用最廣泛的脫硫工藝為石灰石—石膏法，早期的單塔脫硫技術(shù)已經(jīng)不能滿足超低排放的要求。脫硫提效改造主要通過增加噴淋層、增加煙氣停留時間、提高塔內(nèi)煙氣均流性，原塔無法改造時可采用單塔雙循環(huán)及雙塔雙循環(huán)技術(shù)，以上技術(shù)科有效提高噴淋覆蓋率、優(yōu)化漿液PH值、降低煙氣流速、同時促進(jìn)脫硫系統(tǒng)的協(xié)同除塵[4]。

3.脫硝技術(shù)的發(fā)展

燃煤電廠對氮氧化物的脫除主要采用低氮燃燒技術(shù)和選擇性催化還原技術(shù)（SCR）相結(jié)合的工藝。對NOx超低排放改造主要是優(yōu)化低氮燃燒技術(shù)并增加SCR脫硝催化劑的層數(shù)。常規(guī)低氮燃燒器大部分的NOx是在燃燼風(fēng)區(qū)域生成的，改造時，可增加燃燼風(fēng)的配比，能有效降低NOx的生成；同時近年來興起的雙尺度低氮燃燒改造技術(shù)也能同時確保低氮及穩(wěn)燃。SCR脫硝系統(tǒng)改造主要是將原有的備用層加裝催化劑，有效提高脫硝效率，SCR技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)汞的協(xié)同脫除。

二、超低排放技術(shù)路線探討

燃煤電廠煙氣污染物處理工藝正在逐漸向一體化協(xié)同脫除的方向發(fā)展，將各污染物脫除裝置有機(jī)整合，實(shí)現(xiàn)對煙塵、SO2、NOx一體化協(xié)同脫除。應(yīng)用最廣泛的工藝為：以低低溫電除塵為核心的技術(shù)路線和以濕式電除塵為核心的技術(shù)路線，兩種路線均能滿足目前煙氣污染物排放限值的要求。

1.低低溫電除塵技術(shù)路線

該工藝路線以低低溫電除塵為核心：爐內(nèi)采用低氮燃燒器，煙氣依次經(jīng)過SCR脫硝裝置、低溫省煤器、低低溫電除塵器、濕法煙氣脫硫裝置（WFGD），協(xié)同脫除NOx、煙塵、SO2等污染物，低溫省煤器降低除塵器入口溫度，粉塵比電阻降低，提高除塵效率，同時能使SO3酸霧附著在粉塵上，可脫除大部分SO3，減輕了后續(xù)設(shè)備的脫硫負(fù)擔(dān)。低低溫電除塵器出口粉塵粒徑明顯高于常規(guī)電除塵器，可有效提高濕法脫硫塔內(nèi)除塵效率[5]。

2.濕式電除塵技術(shù)路線

該工藝路線以濕式電除塵為核心：爐內(nèi)采用低氮燃燒器，煙氣依次經(jīng)過SCR脫硝裝置、干式電除塵器、濕法脫硫裝置，脫除NOx、大部分大顆粒煙塵、SO2等污染物，之后經(jīng)過相變換熱器和濕式電除塵協(xié)同脫除剩余微細(xì)粉塵以及殘余的酸霧和汞等有毒重金屬，同時能有效解決脫硫后的“石膏雨”現(xiàn)象[6]。

三、燃煤電廠超低排放技術(shù)發(fā)展趨勢

現(xiàn)有大型燃煤電廠通過不同路線改造后，煙塵、SO2、NOx等的排放限值均能夠達(dá)到限值要求，但現(xiàn)有改造一次投資成本高，運(yùn)行穩(wěn)定性不足，因此低成本超低排放技術(shù)研究將是未來的一大重要課題。

脫硝研究重點(diǎn)在新型催化劑的研究，包括：開發(fā)溫度范圍更寬的催化劑、催化劑無毒再生研究、重金屬協(xié)同脫除催化劑的研究。在運(yùn)行方面，降低氨逃逸的技術(shù)有待進(jìn)一步提高。

【參考文獻(xiàn)】

[1]胡敏，唐倩，彭劍飛，王鍔一，王淑蘭，柴發(fā)合.我國大氣顆粒物來源及特征分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2011，36（05）：15-19.

[2]屈成銳，趙長遂，段倫博，李英杰.燃煤超細(xì)顆粒物形成機(jī)理及其控制的研究進(jìn)展[J].熱能動力工程，2008（05）：447-452+552.

[3]趙永椿，馬斯鳴，楊建平，張軍營，鄭楚光.燃煤電廠污染物超凈排放的發(fā)展及現(xiàn)狀[J].煤炭學(xué)報(bào)，2015，40（11）：2629-2640.

[4]李慶，姜龍，郭玥，杜磊，劉高軍.燃煤電廠超低排放應(yīng)用現(xiàn)狀及關(guān)鍵問題[J].高電壓技術(shù)，2017，43（08）：2630-2637.

[5]史文崢，楊萌萌，張緒輝，李水清，姚強(qiáng).燃煤電廠超低排放技術(shù)路線與協(xié)同脫除[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016，36（16）：4308-4318+4513.

[6]張序，李建軍.燃煤電廠煙氣超低排放技術(shù)路線的研究[J].四川化工，2015，18（05）：55-58.