國內(nèi)燃煤電廠煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線

廖治敏，姜健華，彭芬芬

（浙江巨化股份有限公司，浙江 衢州324004)

燃煤電廠生產(chǎn)運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量煙氣，對(duì)環(huán)境空氣造成污染，所以開展煙氣協(xié)同治理很有必要，符合環(huán)保理念的首要條件。近幾年國家更加重視環(huán)保，燃煤電廠必須要遵循環(huán)保管理相關(guān)要求，積極開展煙氣協(xié)同治理工作，既要取得良好環(huán)保成效，也要促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)。煙氣中的主要污染物SO2、NOx、煙塵等含量和產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平有很大的關(guān)系，以往由于技術(shù)落后等問題，煙氣協(xié)同治理效果不佳，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比較落后。通過不斷引入新工藝、新技術(shù)，有效解決所面臨的問題，有助于改善煙氣協(xié)同治理效果，最后促進(jìn)燃煤電廠可持續(xù)發(fā)展。如果煙氣問題得不到解決，勢(shì)必會(huì)對(duì)發(fā)展會(huì)產(chǎn)生影響，所以要重視煙氣協(xié)同治理，兼顧經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，保證長遠(yuǎn)發(fā)展。因此燃煤電廠煙氣協(xié)同治理具有重要意義[1]。

1 存在的問題

1.1 沒有考慮到設(shè)備之間協(xié)同效應(yīng)

現(xiàn)階段采用的煙氣治理技術(shù)忽視了設(shè)備間的協(xié)同效應(yīng)，例如濕法脫硫裝置，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，沒有考慮到脫硫塔的除塵效果，所以運(yùn)用效果不是很好。從國內(nèi)整體情況來看，濕法脫硫的除塵效率在50%左右，一般情況下，裝置會(huì)攜帶石膏漿液，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)出口煙塵含量大于入口的情況，與治理要求不相符合。

1.2 成本高

一方面，大部分燃煤電廠已有的煙氣治理技術(shù)路線降低排放煙塵含量，主要采用提高除塵器除塵效率的方式，常規(guī)除塵器應(yīng)用是比較普遍的。但是實(shí)際運(yùn)用時(shí)發(fā)現(xiàn)存在著一系列問題，嚴(yán)重影響到治理效果，還需要改進(jìn)。為了保證達(dá)到出口較低的煙塵含量限值要求，原電除塵器要增加集塵面積和電場(chǎng)數(shù)量，成本投入較高，而且會(huì)占用很大空間，對(duì)空間有限的機(jī)組來說是不小的挑戰(zhàn)。

另外目前國內(nèi)主流的SNCR脫硝技術(shù)，該技術(shù)需要的反應(yīng)溫度較高，一般在900～1 100 ℃，所以溫度成為影響SNCR技術(shù)脫硝效率的一個(gè)重要因素。溫度過高會(huì)導(dǎo)致NH3被氧化成NO，而溫度過低則會(huì)導(dǎo)致氨氣逃逸，這2種情況均會(huì)造成還原劑的損失，降低NOx的還原率，進(jìn)而增加運(yùn)行成本，影響脫硝效果[2]。

再有，目前國內(nèi)主流的煙塵超低排放改造方法為在濕法脫硫系統(tǒng)吸收塔后設(shè)置濕式靜電除塵器，但該改造路線系統(tǒng)復(fù)雜、投資運(yùn)行成本高，且由于濕式靜電除塵器的顆粒物捕集原理與傳統(tǒng)的干濕靜電除塵器相同，對(duì)粒徑0.1～1 μm顆粒物脫除效果較差，即存在穿透窗口。這部分顆粒物粒徑小、比表面積大，更易富集Hg、多環(huán)芳烴（PAHs）等有害物質(zhì)，且在大氣中的停留時(shí)間更長，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重的危害。

1.3 無法達(dá)到“超低排放”要求

常見的常規(guī)電除塵、布袋除塵、電袋復(fù)合除塵技術(shù)、SNCR脫硝技術(shù)等，都無法直接滿足超低排放要求，主要原因是技術(shù)問題及處理統(tǒng)間的協(xié)同問題，限制了作用發(fā)揮。為了解決上述問題，需要從煙氣協(xié)同治理的角度出發(fā)，不斷創(chuàng)新技術(shù)，發(fā)揮出各污染物脫除設(shè)備之間的協(xié)同作用，保證煙氣治理可以達(dá)到規(guī)定要求[3]。

2 技術(shù)路線分析

煙氣協(xié)同治理系統(tǒng)重點(diǎn)在于協(xié)同，進(jìn)一步改善設(shè)備脫除污染物的性能，確保滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。針對(duì)于燃煤電廠而言，協(xié)同治理系統(tǒng)要考慮脫硝系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和脫硫裝置之間的協(xié)同關(guān)系，各設(shè)備對(duì)主要目標(biāo)污染物脫除后，可以協(xié)同其他設(shè)備完成對(duì)其他污染物的脫除，從而達(dá)到協(xié)同治理目的。因此筆者針對(duì)燃煤電廠協(xié)同治理技術(shù)提出方案：催化還原（SCR）脫硝+布袋除塵器+濕法脫硫+相變凝聚除塵。

2.1 脫硝系統(tǒng)

采用SCR 脫硝方式替代傳統(tǒng)的SNCR 脫硝技術(shù)。在SNCR脫硝基礎(chǔ)上增加催化反應(yīng)器，將反應(yīng)溫度從900～1 100 ℃降低到280～400 ℃。解決了溫度過高會(huì)導(dǎo)致NH3被氧化成NO，或者溫度過低導(dǎo)致氨氣逃逸，以降低NOx的還原率的問題；同時(shí)SCR 脫硝過程中由于催化劑作用達(dá)到協(xié)同脫汞效果。雖然SCR 裝置不能直接脫汞，但是可以提高煙氣中Hg2+的比例，能為后續(xù)濕法脫硫裝置脫汞創(chuàng)造有利條件，可以有效提高后續(xù)除塵和脫硫設(shè)備的吸附、吸收脫汞效率[4]。

SCR 脫硝系統(tǒng)主要由SCR 催化劑裝置、氨氣注入系統(tǒng)、煙氣旁路系統(tǒng)、氨的儲(chǔ)存與制備系統(tǒng)等組成。SCR 催化反應(yīng)器的布置方式，目前國內(nèi)一般采用高塵布置方式，即布置在省煤器與空預(yù)器之間的高溫?zé)煹纼?nèi)。在該位置，煙氣溫度能夠達(dá)到反應(yīng)的適宜溫度（280～400 ℃）。在煙氣進(jìn)入催化劑層前設(shè)置氨氣注入系統(tǒng)，煙氣與氨氣進(jìn)行充分混合后進(jìn)入催化劑反應(yīng)器，還原劑（液氨）與煙氣中的NOx反應(yīng)生成無害的氮與水，從而去除煙氣中的NOx。

巨化集團(tuán)有限公司熱電廠現(xiàn)有鍋爐煙氣均采用SCR 脫硝工藝，從其現(xiàn)有鍋爐在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看，脫硝效率在85%以上，脫硝裝置運(yùn)行總體正常，均能夠滿足超低排放要求。

2.2 脫硫系統(tǒng)

采用濕法脫硫法即石灰石-石膏法對(duì)燃煤煙氣有較高的協(xié)同脫汞效率，主要是脫硝催化劑氧化了煙氣中汞；濕法脫硫還對(duì)煙氣中的顆粒物、SO3具有一定的協(xié)同脫除能力，同時(shí)也提高了濕式相變凝聚除塵效率。石灰石-石膏法是目前國內(nèi)絕大部分電廠主流脫硫技術(shù)，脫硫效率可達(dá)≥98%。

濕法脫硫法以石灰石（CaCO3）磨成的細(xì)小粉末與水混合制成石灰石漿液作為SO2的吸收劑，含SO2的煙氣與含CaCO3的漿液在脫硫塔內(nèi)充分接觸。在此過程中，SO2氣體被溶解、吸收，生成亞硫酸鈣。在攪拌器作用下，吸收過程中生成的亞硫酸鈣與鼓入的空氣充分接觸，使其強(qiáng)制氧化為硫酸鈣。該技術(shù)成熟可靠、脫硫效率高、吸收劑原料成本低廉且利用率高[5]。

從浙江省電廠運(yùn)行結(jié)果來看，采用石灰石-石膏法脫硫公司可以達(dá)到超低排放要求。巨化集團(tuán)有限公司熱電廠現(xiàn)有機(jī)組也是采用該脫硫工藝，運(yùn)行總體正常，脫硫除率可以達(dá)到99.5%以上，能夠滿足超低排放要求。

2.3 除塵系統(tǒng)

采用布袋除塵器+相變凝聚除塵的方法，在脫硝系統(tǒng)后設(shè)置布袋除塵器，先進(jìn)行除塵處理，避免煙塵對(duì)后續(xù)的濕法脫硫石灰石漿液進(jìn)行污染，影響脫硫效果。再在脫硫處理后增設(shè)相變凝聚除塵裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)粒徑0.1～1 μm 顆粒物、SO3和痕量元素協(xié)同高效控制，最終實(shí)現(xiàn)超低排放的目標(biāo)。

1)布袋除塵。經(jīng)脫硝處置后的煙氣進(jìn)入布袋除塵器，顆粒大、密度大的粉塵，由于重力的作用而沉降下來，落入灰斗，含有較細(xì)小粉塵的氣體在通過濾料時(shí)，粉塵被阻留，使氣體得到凈化。袋式除塵器技術(shù)適應(yīng)性較強(qiáng)、占地面積小、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單等特點(diǎn),除塵效率基本不受燃燒煤種、煙塵比電阻和煙氣工況變化等的影響，但不適用于高溫、高濕氣體。

2)濕式相變凝聚除塵。利用濕法煙氣脫硫后煙氣處于或接近飽和狀態(tài)的特點(diǎn)，通過控制煙氣適度降溫，實(shí)現(xiàn)煙氣中水蒸氣的冷凝，在此過程中，通過布朗擴(kuò)散、熱泳、擴(kuò)散泳和雨室洗滌等作用，結(jié)合密布錯(cuò)列管排擾流，可有效促進(jìn)顆粒物長大、團(tuán)聚，最后在重力作用下，隨著流動(dòng)的液膜被收集。顆粒物脫除過程中通過控制裝置內(nèi)部冷凝管壁面的溫度，進(jìn)一步控制飽和濕煙氣的相變程度，結(jié)合了濕式相變冷凝、凝聚、慣性等多重除塵機(jī)制，實(shí)現(xiàn)SO3和痕量元素協(xié)同高效控制，并回收大量煙氣含水和汽化潛熱。

該技術(shù)已在內(nèi)蒙上都電廠600 MW 機(jī)組、京能（赤峰）能源發(fā)展有限公司2×480 t/h 超高壓再熱循環(huán)流化床鍋爐、沂源縣源能熱電有限公司4×130 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐、巨化集團(tuán)熱電廠現(xiàn)有工程8號(hào)鍋爐也采用了相變凝聚除塵技術(shù)。

根據(jù)巨化熱電鍋爐煙囪排放口在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，除塵設(shè)施達(dá)標(biāo)率可以達(dá)到99.5%以上，排放煙塵的質(zhì)量濃度可穩(wěn)定在5 mg/m3以下，均能夠滿足超低排放要求。

3 結(jié)束語

本文闡述的煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線具有很強(qiáng)可行性，優(yōu)勢(shì)非常明顯，具有較高使用價(jià)值。該路線不同模塊間協(xié)同性能較高，根據(jù)排放要求實(shí)現(xiàn)有效組合，不同模塊在實(shí)際中運(yùn)用過程中均取得良好成效；該路線適應(yīng)性較強(qiáng)，可用于新建或者改造機(jī)組，可以在原有設(shè)備基礎(chǔ)上根據(jù)原有路線的特點(diǎn)對(duì)其中部分模塊進(jìn)行改造，成本投入比較低，具有良好經(jīng)濟(jì)效益。

目前燃煤電廠煙氣協(xié)同治理技術(shù)還處于發(fā)展階段，在很多方面還不是很完善，所以要加強(qiáng)研究力度，提升技術(shù)應(yīng)用水平，改善煙氣治理效果，為燃煤廠發(fā)展提供保障。