燃煤發(fā)電機(jī)組污染物排放控制技術(shù)現(xiàn)狀分析及超凈排放技術(shù)探討

朱賢峰

摘要：隨著國(guó)家對(duì)燃煤發(fā)電機(jī)組的節(jié)能、環(huán)保政策日趨嚴(yán)苛，常規(guī)技術(shù)已無(wú)法達(dá)到污染物的排放要求，超凈排放技術(shù)的研發(fā)和推廣得到了迅速的發(fā)展。本文對(duì)燃煤發(fā)電機(jī)組污染物排放控制技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并就超凈排放技術(shù)加以探討。

關(guān)鍵詞：燃煤發(fā)電；污染物；控制技術(shù)；超凈排放

目前，國(guó)家對(duì)火力發(fā)電企業(yè)的節(jié)能、環(huán)保要求可謂嚴(yán)苛。三部委（國(guó)家發(fā)改委、環(huán)保部及能源局）更是聯(lián)合發(fā)布了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020）》，對(duì)煤電機(jī)組的節(jié)能、環(huán)保提出了明確的更高的要求。其要求東部地區(qū)新建和現(xiàn)役改造后的燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)排放限值超凈排放要求。燃煤機(jī)組超凈排放的總體目標(biāo)較現(xiàn)行的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB13223-2011有較大幅度的提高。憑借常規(guī)的技術(shù)，燃煤機(jī)組無(wú)法達(dá)到超凈排放目標(biāo)。各大電力集團(tuán)、電力設(shè)備供應(yīng)商及科研院所積極響應(yīng)國(guó)家政策，采取各項(xiàng)措施努力推動(dòng)燃煤發(fā)電機(jī)組超潔凈排放技術(shù)的研究和推廣。本文首先對(duì)燃煤發(fā)電機(jī)組污染物排放控制技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，繼而對(duì)超凈排放技術(shù)加以探討。

一、燃煤發(fā)電機(jī)組污染物排放控制技術(shù)現(xiàn)狀

（一）國(guó)內(nèi)外NOx排放控制技術(shù)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

目前在NOx排放控制方面，電廠采取的方法主要為“低氮燃燒+選擇性催化還原技術(shù)（SCR）”。

對(duì)于SCR技術(shù)而言，脫硝效率大部分在80%左右。超凈排放目標(biāo)是NOx最終排放≤50mg/Nm3，對(duì)于大多數(shù)煤種而言，80%的脫硝效率己難以滿足達(dá)到超凈排放要求。雖然僅僅依靠增加催化劑數(shù)量，也可以使NOx最終排放滿足要求，但該方法的缺陷在于將導(dǎo)致運(yùn)行成本明顯增加，同時(shí)使廢棄催化劑帶來的固體廢物形成的二次污染增加，并帶來NH3逃逸率和SO2/SO3轉(zhuǎn)化率升高的風(fēng)險(xiǎn)。另外，研究表明脫硝催化劑在煙氣Hg的協(xié)同脫除中可以發(fā)揮巨大的作用，而目前催化劑生產(chǎn)廠家對(duì)于脫硝催化劑在Hg的脫除效果缺乏專門研究。需研發(fā)一種脫硝效率更高、同時(shí)對(duì)單質(zhì)Hg的氧化性能更高的新型催化劑。

對(duì)于NOx的排放控制，國(guó)外的主要先進(jìn)國(guó)家（如日本）采取的主要方法如下：

（1）燃用NOx生成量低的煤種，如印尼煤和澳洲煤；

（2）采用低氮燃燒技術(shù)，將SCR入口處的NOx濃度控制在300mg/Nm3以內(nèi)；

（3）采用高效的SCR技術(shù)，通過對(duì)流場(chǎng)分布、還原劑和NOx混合、催化劑性能、反應(yīng)溫度等關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化等，獲得更高的SCR脫硝效率。

而在燃用煤粉的低氮燃燒技術(shù)方面，中國(guó)處于世界領(lǐng)先水平，并且還在不斷發(fā)展進(jìn)步。從目前理論研究和試驗(yàn)室研究獲得的最新低氮燃燒技術(shù)看，我們完全具有在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低燃燒后煙氣NOx濃度的能力。在SCR催化劑研究方面，相關(guān)科研院所、企業(yè)已完成了相當(dāng)數(shù)量的基礎(chǔ)研究，具備進(jìn)一步提升催化劑的脫硝性能的條件。

（二）國(guó)內(nèi)外sox排放控制技術(shù)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

濕法脫硫技術(shù)中，石灰石一石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。我國(guó)己掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的石灰石一石膏煙氣脫硫技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展了燃煤煙氣多種污染物協(xié)同脫除技術(shù)。

在國(guó)外，日本碧南發(fā)電廠采用優(yōu)化后的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，出口SO2濃度可以達(dá)到30mg/Nm3。日本磯子電廠600MW機(jī)組，采用濕法煙氣脫硫技術(shù)可達(dá)到SO2排放濃度28mg/Nm3。

脫硫裝置一直以脫除SO2為主要功能，對(duì)煙氣顆粒脫除機(jī)理的研究較少。而日本公司在脫硫除塵方面的技術(shù)研究及應(yīng)用則較為完善，脫硫出口顆粒濃度排放指標(biāo)可以做到10mg/Nm3以內(nèi)。

《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）中對(duì)我省燃煤鍋爐煙氣污染物排放提出了SO2≤200mg/Nm3、煙塵濃度≤30mg/Nm3的要求。要達(dá)到超凈排放提出SO2≤30mgNm3、PM≤5mg/Nm3更高目標(biāo)，燃煤電站煙氣脫硫裝置必須具有深度脫硫及協(xié)同高效除塵的技術(shù)特點(diǎn)，因此需對(duì)煙氣脫硫裝置做進(jìn)一步研發(fā)。

（三）國(guó)內(nèi)外PM排放控制技術(shù)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

1.高效除塵技術(shù)

（1）低低溫靜電除塵

低低溫靜電除塵技術(shù)在日本已有近20年的應(yīng)用歷史。三菱重工于1997年開始在大型燃煤火電機(jī)組中推廣應(yīng)用基于煙氣冷卻器使煙氣溫度在90℃左右運(yùn)行的低低溫電除塵技術(shù)，在三菱重工的煙氣處理系統(tǒng)中，低低溫電除塵器出口煙塵濃度均小于30mg/Nm3，SO3濃度大部分低于3.57mg/Nm3。

日本日立已將“DeNOx系統(tǒng)+低低溫靜電除塵器+DeSOx系統(tǒng)十濕式電除塵器”技術(shù)成功應(yīng)用在日本中部電力株式會(huì)社的碧南電廠1000MW燃煤機(jī)組中。運(yùn)行時(shí)，低低溫靜電除塵器出口煙塵濃度小于30mg/Nm3。

在國(guó)內(nèi)，低低溫靜電除塵技術(shù)已有600MW機(jī)組投運(yùn)業(yè)績(jī)。

（2）布袋除塵布袋除塵也具有較長(zhǎng)的應(yīng)用歷史。上世紀(jì)末在燃煤電廠除塵技術(shù)轉(zhuǎn)型過程中，云南昆明等電廠在100MW機(jī)組中嘗試使用了布袋除塵器，但因?yàn)楫?dāng)時(shí)缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)、系統(tǒng)煙氣工況穩(wěn)定性差，且當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的濾料技術(shù)和清灰技術(shù)較為落后，使布袋除塵在當(dāng)時(shí)的應(yīng)用以失敗告終。到本世紀(jì)初，內(nèi)蒙豐泰、河南焦作等電廠多臺(tái)200MW機(jī)組使用布袋除塵器取得了成功。至2008年，國(guó)內(nèi)已有上百臺(tái)布袋除塵器投入運(yùn)行，最大規(guī)格己達(dá)600MW機(jī)組。

（3）電袋復(fù)合除塵

電袋復(fù)合除塵器是國(guó)家863計(jì)劃和十五科級(jí)攻關(guān)計(jì)劃課題之一，是國(guó)家大力倡導(dǎo)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)扶持的高新技術(shù)產(chǎn)品。

2005年開始，國(guó)內(nèi)成功研發(fā)電袋復(fù)合除塵器，并開創(chuàng)了燃煤電廠的應(yīng)用先河。

截至2009年10月，國(guó)內(nèi)已有100多臺(tái)電袋復(fù)合除塵器應(yīng)用于50～660MW機(jī)組。該除塵器適應(yīng)各煤種的高比電阻煙塵條件，出口排放濃度能長(zhǎng)期穩(wěn)定滿足<30mg/Nm3以下要求。大唐許昌龍崗電廠350MM機(jī)組、大唐洛河電廠300MW機(jī)組、北京京能熱電廠200MW機(jī)組等眾多己投運(yùn)項(xiàng)目中，實(shí)測(cè)PM排放均可達(dá)到10～30mg/Nm3。

2.濕式靜電除塵技術(shù)

在國(guó)外，發(fā)達(dá)國(guó)家在濕式電除塵器的研制及發(fā)展工作方面起步早、發(fā)展快。濕式靜電除塵器主要作為大氣復(fù)合污染物控制系統(tǒng)的最終精處理技術(shù)裝備，用于去除濕法煙氣脫硫裝置無(wú)法收集的酸霧、控制 PM2.5微細(xì)顆粒物及解決煙氣排放濁度問題。國(guó)外電廠測(cè)試報(bào)告表明，WESP對(duì)PM2.5的去除效率均高于90%，顆粒排放濃度低于5mg/Nm3，酸霧的去除率超過95%，煙氣濁度降低到10%，甚至達(dá)到接近零濁度排放。

在我國(guó)，在濕式電除塵器方面的研究工作起步較晚，但近幾年因PM2.5污染治理急需，該方面技術(shù)發(fā)展較快。

（四）國(guó)內(nèi)外日9排放控制研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

汞及其化合物是環(huán)境毒性很強(qiáng)的重金屬元素之一，它具有持久性、長(zhǎng)距離遷移性和生物富集性。目前國(guó)際上已經(jīng)開始進(jìn)行脫汞檢測(cè)與研究工作，我國(guó)在GB13223-2011標(biāo)準(zhǔn)中制定了排放指標(biāo)為0.03mg/Nm3。燃煤電站煙氣脫汞技術(shù)包括活性炭脫汞、飛灰脫汞、鈣基吸收劑脫汞、利用現(xiàn)有污染控制設(shè)備協(xié)同作用聯(lián)合脫汞等。

在利用現(xiàn)有煙氣污染控制設(shè)備協(xié)同脫汞技術(shù)研究方面，選擇性催化還原（SCR）脫硝工藝可催化氧化元素態(tài)Hg，常規(guī)除塵設(shè)備可脫除顆粒態(tài)汞，濕法煙氣脫硫裝置可吸收煙氣中的氧化態(tài)Hg2+。華北電力大學(xué)研究表明，聯(lián)合脫硫、脫硝、除塵及吸附劑吸附技術(shù)后，Hg綜合脫除效率75～90%。同時(shí)，華北電力大學(xué)前期在300MW機(jī)組的研究結(jié)果表明濕式電除塵對(duì)Hg脫除也有明顯的效果，濕式電除塵內(nèi)脫 Hg效率能夠達(dá)到37%。

二、燃煤發(fā)電機(jī)組超凈排放技術(shù)

煤粉爐（PC爐）與循環(huán)流化床鍋爐（CFB）在煤粉燃燒方面的區(qū)別，針對(duì)這兩種爐型所采取的超潔凈排放技術(shù)也有所不同。

（一）PC爐超凈排放技術(shù)

目前，PC爐較為流行的超凈排放技術(shù)路線，主要包括爐內(nèi)超低氮燃燒技術(shù)（SLNB）+選擇性催化還原脫硝（SCR）+煙氣冷卻器（FGC）+電除塵（ESP）+濕法脫硫（FGD）+濕式電除塵（WESP）+煙氣再熱器（FGR）。超凈排放技術(shù)除了要確保每一項(xiàng)技術(shù)措施都要對(duì)污染物的排放有一個(gè)合理的控制范圍（如圖1所示），還強(qiáng)調(diào)協(xié)同控制的理念（如表1所示）。

（二）CFB鍋爐超凈排放技術(shù)

CFB鍋爐自身就可做到部分爐內(nèi)脫硫，所以對(duì)于鍋爐以后的脫硫設(shè)備的要求相對(duì)較低，其它方面與PC爐差別不大。當(dāng)然CFB鍋爐超凈排放的技術(shù)路線也可以PC爐相同，如圖2a所示；出于成本方面的考慮，CFB鍋爐推薦采用如圖2b所示的超凈排放技術(shù)路線。 CFB鍋爐對(duì)鍋爐以后的煙氣脫硫設(shè)備的要求較低，就可以采用成本較低的半干法脫硫。CFB鍋爐煙氣協(xié)同控制超凈排放領(lǐng)域技術(shù)裝備及目標(biāo)值，如圖3所示。

三、結(jié)語(yǔ)

環(huán)境污染對(duì)人類生存條件帶來的影響己逐漸顯現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)天更藍(lán)、水更清的目標(biāo)，各行業(yè)都應(yīng)采取措施節(jié)能、減排。作為占煤炭消耗50%以上的電力行業(yè)，也是義不容辭。目前，國(guó)家政策已經(jīng)明確要求，燃煤發(fā)電機(jī)組的污染物排放應(yīng)達(dá)到或接近超凈排放標(biāo)準(zhǔn)。然而就國(guó)內(nèi)應(yīng)用的常規(guī)技術(shù)要達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，還有一定困難。故而，需要一整套超凈排放技術(shù)的研發(fā)和推廣。