燃煤電廠大氣污染物治理措施

梁 川，宋淑霞

（1.國電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇 南京 210046；2.阜新發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 阜新 123003）

其它

燃煤電廠大氣污染物治理措施

梁 川1，宋淑霞2

（1.國電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇 南京 210046；2.阜新發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 阜新 123003）

近幾年我國的環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)惡化，對居民的生活質(zhì)量產(chǎn)生了很大的影響，治理大氣污染已刻不容緩。作為大氣污染物排放大戶的燃煤電廠，現(xiàn)階段承擔(dān)著巨大的減排任務(wù)。從燃煤電廠當(dāng)前面臨的環(huán)保形勢出發(fā)，綜述了我國火電行業(yè)大氣污染物的控制現(xiàn)狀，并針對不同污染物的特點(diǎn)分別介紹了幾種技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的治理措施，最后提出了在新形勢下滿足大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保改造技術(shù)路線。

環(huán)保；燃煤電廠；大氣污染物

隨著我國工業(yè)化的不斷發(fā)展，大氣污染逐年加重，環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)惡化，各地霧霾天氣普遍增多，環(huán)境問題日益凸顯。為了應(yīng)對大氣污染，國家和地方政府相繼出臺了相關(guān)的環(huán)保法規(guī)、政策并陸續(xù)實(shí)施，強(qiáng)制與鼓勵(lì)并用，促使企業(yè)對污染物進(jìn)行治理。我國能源、資源的特點(diǎn)決定了以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)將長期存在，《2014年國內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報(bào)告》顯示，我國煤炭消費(fèi)占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到了63.9%。因此，作為主要的煤炭消費(fèi)行業(yè)，火力發(fā)電在安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，要持續(xù)深化清潔生產(chǎn)，通過有效的設(shè)備改造和技術(shù)升級來積極應(yīng)對生態(tài)文明建設(shè)的國家需求［1］。

1 大氣污染物治理形勢

a.2014年4月24日，全國人大常委會通過了《環(huán)保法修訂案》，修訂后的《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》已于2015年1月1日開始施行，新環(huán)保法強(qiáng)化了對大氣污染、特別是霧霾的治理和應(yīng)對，加大了違法行為的處罰力度，規(guī)定了行政拘留的處罰措施和對持續(xù)性的環(huán)境違法行為進(jìn)行按日計(jì)罰無上限的規(guī)則，對燃煤電廠的約束力將會越來越強(qiáng)。

b.新《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》已于2012年1月1日實(shí)施，調(diào)整了大氣污染物排放濃度限值，規(guī)定了現(xiàn)有火電鍋爐達(dá)到更嚴(yán)格排放濃度限值的時(shí)限（2014年7月1日），增設(shè)了燃?xì)忮仩t大氣污染物排放濃度限值和大氣污染物特別排放限值［2］。其中，納入《重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》（國發(fā)［2012］146號）的重點(diǎn)地區(qū)執(zhí)行大氣污染物特別排放限值。

c.《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（國發(fā)［2013］37號）要求，所有燃煤電廠都要安裝脫硫設(shè)施，除循環(huán)流化床鍋爐外的燃煤機(jī)組均安裝脫硝設(shè)施，現(xiàn)有除塵設(shè)施要實(shí)施升級改造；《煤電節(jié)能減排與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014－2020年）》（發(fā)改能源［2014］2093號）提出，到2020年，東部地區(qū)現(xiàn)役300 MW及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組、100 MW及以上自備燃煤發(fā)電機(jī)組以及其他有條件的燃煤發(fā)電機(jī)組，改造后大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值。

d.為貫徹執(zhí)行新環(huán)保法，環(huán)保部發(fā)布了《環(huán)境保護(hù)主管部門實(shí)施按日連續(xù)處罰辦法》、《環(huán)境保護(hù)主管部門實(shí)施查封、扣押辦法》、《環(huán)境保護(hù)主管部門實(shí)施限制生產(chǎn)、停產(chǎn)整治辦法》等規(guī)范性文件，明確了處罰的適用范圍和實(shí)施程序。

e.《關(guān)于調(diào)整排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)問題的通知》（發(fā)改價(jià)格［2014］2008號）要求，2015年6月底前，將廢氣中的二氧化硫和氮氧化物排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整至不低于每污染當(dāng)量1.2元，并鼓勵(lì)污染重點(diǎn)防治區(qū)域及經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，按更高標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整排污費(fèi)。此外，企業(yè)污染物排放濃度值高于國家或地方規(guī)定的污染物排放限值，或者企業(yè)污染物排放量高于規(guī)定的排放總量指標(biāo)的，按照地方政府規(guī)定的征收標(biāo)準(zhǔn)加1倍征收排污費(fèi)；同時(shí)存在上述2種情況的加2倍征收排污費(fèi)。

2 治理措施及相關(guān)技術(shù)

燃煤電廠排入大氣的污染物主要有煙塵、硫和氮的氧化物、碳的氧化物及碳?xì)溲趸锏?，發(fā)電企業(yè)必須配備相應(yīng)的環(huán)保設(shè)備來滿足相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前燃煤電廠的大氣污染物治理措施主要是先脫硝、再除塵、再脫硫的單元式控制技術(shù)［3］。

2.1 氮氧化物控制技術(shù)

目前國內(nèi)外燃煤電廠控制NOx排放主要分兩階段進(jìn)行：第一階段是降低在燃燒過程中NOx生成量的方法，稱為低氮燃燒技術(shù)；第二階段是脫除煙氣中已生成的NOx，稱為煙氣脫硝技術(shù)［4］。

低氮燃燒技術(shù)成熟，投資和運(yùn)行費(fèi)用低，通過降低燃燒溫度、減少煙氣中氧量等方式減少NO的生成量（約200～400 mg／Nm3），是控制火電廠NOx排放最經(jīng)濟(jì)的手段［5］。但它不利于煤燃燒過程本身，因此低氮燃燒改造應(yīng)以不降低鍋爐效率為前提。煙氣脫硝是降低NOx排放的根本性手段，有工業(yè)業(yè)績的煙氣脫硝技術(shù)主要包括：選擇性催化還原法（SCR）、非選擇性催化還原法（SNCR）、酸吸收法、堿吸收法、吸附法、等離子體活化法等［6］。

根據(jù)各種脫硝技術(shù)的特點(diǎn)，以及國家相關(guān)環(huán)保法規(guī)對NOx排放濃度的要求，我國大型燃煤電廠應(yīng)用最多的脫硝技術(shù)路線是低氮燃燒＋SCR的方式［7］。

2.2 煙塵控制技術(shù)

我國燃煤電廠煙塵控制技術(shù)以成熟可靠的電除塵器為主，為適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)要求，更高性能的除塵改造路線逐步得到應(yīng)用。

a.低低溫省煤器。采用汽機(jī)冷凝水與空預(yù)器后的熱煙氣進(jìn)行熱交換。換熱后汽機(jī)冷凝水得到額外的熱量，可減少其在低加回路系統(tǒng)中消耗的抽汽量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。換熱后的煙氣溫度由通常的低溫狀態(tài)（120～160℃）降至低低溫狀態(tài)（100℃左右，控制在酸露點(diǎn)以上）。產(chǎn)生兩方面變化促進(jìn)除塵效果提升：煙塵比電阻降至108～1010Ω·cm，為電除塵器最佳工作范圍；煙氣的體積流量降低，使電除塵器通道內(nèi)的煙氣流速也得以降低，煙氣停留時(shí)間相應(yīng)增加。此外，該工藝對減少脫硫用水、穩(wěn)定脫硫效率也有明顯的效果。

b.高頻電源。其調(diào)壓的控制方式為調(diào)頻調(diào)壓控制、間歇脈沖控制、調(diào)幅高頻控制，工作頻率可達(dá)到幾十kHz。能克服一般工頻電源輸出電壓脈動(dòng)大、平均電壓低的不足，可在逼近電除塵的擊穿電壓下穩(wěn)定工作，能提高對高、中比電阻飛灰的除塵效率。大量工程實(shí)例表明，基于脈沖工作的高頻電源在提高除塵效率、節(jié)約能耗方面效果顯著。從2002年起，國內(nèi)一些企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)各自開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高頻電源產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了高頻電源的國產(chǎn)化［8］。

c.移動(dòng)電極式靜電除塵器。將末級電場中的陽極板作用在2根上下平行的軸上（用圓環(huán)鏈或板鏈將收塵極板連起來并繞在軸上），以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)這2根軸形成移動(dòng)的機(jī)械移動(dòng)機(jī)構(gòu)，使陽極板轉(zhuǎn)動(dòng)起來形成線性移動(dòng)。在移動(dòng)的極板底端兩側(cè)分別安裝鋼絲滾刷，對陽極板上收集的粉塵進(jìn)行連續(xù)清除。該技術(shù)保持了極板清潔，有效避免末級電場的二次揚(yáng)塵，可達(dá)到較高的收塵效率，且設(shè)備阻力與傳統(tǒng)靜電除塵器阻力相當(dāng)［9］。

d.布袋除塵器。采用纖維編織物制作的袋式過濾元件來捕集含塵氣體中固體顆粒物，過濾作用既由濾布本身產(chǎn)生，也由積聚在濾布上的塵餅產(chǎn)生，可捕集到1 μm左右的細(xì)小塵粒。隨著布袋粘附的塵粒不斷增加，壓力損失也逐漸增大，煙塵開始墜落（此時(shí)要進(jìn)行清灰），但因保留了初次粘附層，所以不會引起效率的降低［10］。

e.電—袋復(fù)合除塵器。為電除塵器與袋式除塵器相結(jié)合的一種新型除塵器，近幾年在國內(nèi)的改造業(yè)績較多。它保留前級1～2個(gè)電場，收集大部分（80%以上）粉塵，剩余小部分粉塵進(jìn)入后面的布袋區(qū)。由于粉塵充分荷電后排列蓬松，延緩了濾袋本身阻力的上升，降低了清灰頻率。電—袋除塵器綜合了電除塵器和袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)，不受煤種的限制，對細(xì)微粒子的捕集效率高。相比于布袋除塵器，又因運(yùn)行阻力和清灰頻率低，可降低能耗及延長濾袋的使用壽命。由于前級電除塵區(qū)已除去大部分粉塵，減小了后級袋式除塵區(qū)的過濾面積，可大幅降低建設(shè)成本和濾袋更換費(fèi)用。

f.濕式靜電除塵器。濕式靜電除塵器安裝在濕法脫硫裝置與煙囪之間，由于處理的是濕法脫硫后的濕煙氣，在擴(kuò)散荷電的作用下，能有效捕集煙氣中的細(xì)顆粒物和容易在大氣中轉(zhuǎn)化為PM2.5的前體污染物（SO2、NH3、O2、NOx）、石膏液滴、酸性氣體（SO3、HCl、HF）、重金屬汞等，實(shí)現(xiàn)煙塵排放濃度≤10 mg／m3及煙氣多污染物的深度凈化，減少石膏雨和白煙現(xiàn)象。

2.3 二氧化硫控制技術(shù)

近些年，石灰石—石膏法煙氣脫硫工藝以其脫硫效率高、煙氣處理能力強(qiáng)、煤質(zhì)適應(yīng)面寬且吸收劑價(jià)廉易得的特點(diǎn)成為國內(nèi)燃煤電廠應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硫技術(shù)［11］。隨著設(shè)計(jì)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，該工藝在脫硫效率、運(yùn)行可靠性、運(yùn)行成本等方面有了很大的提升，對機(jī)組運(yùn)行的影響明顯下降，運(yùn)行、維護(hù)更加成熟。但是，由于排放限值的進(jìn)一步嚴(yán)格，尤其是對新建機(jī)組提出了更高要求，要實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，單靠傳統(tǒng)的濕法脫硫技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)，需采用新技術(shù)，如已得到應(yīng)用的吸收塔擴(kuò)容、單塔雙循環(huán)、雙塔雙循環(huán)技術(shù)等。

a.吸收塔擴(kuò)容的改造內(nèi)容較為簡單，主要是增加1～2層噴淋層和相應(yīng)的公用系統(tǒng)改造，通過加大液氣比，增強(qiáng)煙氣洗滌強(qiáng)度的方式來提高脫硫效率。

b.單塔雙循環(huán)技術(shù)是在單吸收塔上設(shè)2級循環(huán)，2級吸收塔漿池分開設(shè)置，分別控制不同的pH值，有利于石膏的氧化和SO2的吸收。其中高pH值（6.0左右）具有較高脫硫效率，低pH值（4.5左右）保證吸收劑溶解及生成高品質(zhì)石膏，總脫硫效率可達(dá)98%以上。

c.雙塔雙循環(huán)技術(shù)是在原吸收塔基礎(chǔ)上串聯(lián)一座新吸收塔，一般一級塔的漿液控制較低的pH值，有利于石膏的氧化，二級塔的漿液pH值較高，有利于SO2的吸收，總脫硫效率可達(dá)99%。由于串聯(lián)塔改造需新建吸收塔，要求場地空間較大，同時(shí)也需對原有的煙道進(jìn)行改造，加大了工作量。

3 技術(shù)路線分析

根據(jù)大氣污染物治理措施的工藝特點(diǎn)和運(yùn)行效果，對照新排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的排放限值，不同地區(qū)現(xiàn)有或新建的燃煤機(jī)組可參考以下技術(shù)路線。

3.1 一般地區(qū)

一般地區(qū)要求的SO2排放限值為100 mg／Nm3或200 mg／Nm3，NOx排放限值為100 mg／Nm3或200 mg／Nm3，煙塵排放限值為30 mg／Nm3，可采用如下3種技術(shù)路線。

a.低氮燃燒＋SCR／SNCR＋電除塵器（加裝高頻電源或低低溫省煤器）／袋式除塵器或電袋除塵器＋單循環(huán)或雙循環(huán)濕法煙氣脫硫。

b.SCR＋電除塵器（加裝高頻電源或低低溫省煤器）／袋式除塵器或電袋除塵器＋單循環(huán)或雙循環(huán)濕法煙氣脫硫。

c.低氮燃燒／不低氮燃燒＋SCR／SNCR＋電除塵器＋單循環(huán)或雙循環(huán)濕法煙氣脫硫＋濕式除塵器。

3.2 重點(diǎn)地區(qū)

重點(diǎn)地區(qū)的火力發(fā)電鍋爐執(zhí)行大氣污染物特別排放限值，即SO2排放限值為50 mg／Nm3，NOx排放限值為100 mg／Nm3，煙塵排放限值為20 mg／Nm3，可選取如下2種技術(shù)路線。

a.低氮燃燒＋SCR＋電除塵器（加裝高頻電源或低低溫省煤器）／袋式除塵器或電袋除塵器＋雙循環(huán)濕法煙氣脫硫。

b.低氮燃燒＋SCR＋電除塵器／袋式除塵器或電袋除塵器＋雙循環(huán)濕法煙氣脫硫＋濕式除塵器。

4 結(jié)束語

面對環(huán)境污染的嚴(yán)峻形勢，燃煤電廠必將按照國家大氣污染防治的行動(dòng)計(jì)劃，長期承擔(dān)大氣污染物的減排重任。隨著《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）和其它法規(guī)的陸續(xù)實(shí)施，燃煤發(fā)電企業(yè)必須進(jìn)行有效設(shè)備改造和技術(shù)升級來滿足環(huán)保排放要求。同樣，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，在發(fā)電利潤降低的大環(huán)境下，長期穩(wěn)定保持大氣污染物達(dá)標(biāo)排放，既能減少環(huán)保處罰和排污費(fèi)的繳納，又可以獲得國家補(bǔ)償?shù)沫h(huán)保電價(jià)，這些都能為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益?？傊凇碍h(huán)境保護(hù)”作為我國基本國策的背景下，要保持發(fā)電企業(yè)可持續(xù)發(fā)展，以科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級實(shí)現(xiàn)“減排”目標(biāo)是必要的環(huán)節(jié)。

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Measures of Air Pollution Control in Coal?fired Power Plants

LIANG Chuan1，SONG Shu?xia2
（1.Guodian Science＆Technology Research Institute，Nanjing，Jiangsu 210046，China；2.Fuxin Power Plant Co.，Ltd.，F(xiàn)uxin，Liaoning 123003，China）

In recent years，China's environmental air quality continues to deteriorate，it greatly influces the quality of life of the resi?dents.It is high time to solve air pollution.As the heavy air polluter，coal?fired power plants are bearing the huge task of reducing e?missions.In view to the current situation of environmental protection in coal?fired power plants，it summarizes the present situation of air pollution control in thermal power industry，and in the light of the characteristics of different pollutants，the article introduces some measures of the pollution treatment which are widely used.It also puts forward the technical routes to cope with different standards. Key words：Environmental protection；Coal?fired power plants；Air pollution

TM621；X51

A

1004－7913（2015）05－0054－03

梁 川（1983—），男，碩士，工程師，主要從事脫硫、脫硝、除塵設(shè)備試驗(yàn)、調(diào)試工作。

2015－02－17）