火電廠大氣污染物近“零”排放污染控制技術(shù)的示范應(yīng)用

劉曉威，王冰，鞠鑫，李韻，李薇，劉磊

(華北電力大學(xué)區(qū)域能源系統(tǒng)優(yōu)化教育部重點實驗室，北京102206)

火電廠大氣污染物近“零”排放污染控制技術(shù)的示范應(yīng)用

劉曉威，王冰，鞠鑫，李韻，李薇，劉磊

(華北電力大學(xué)區(qū)域能源系統(tǒng)優(yōu)化教育部重點實驗室，北京102206)

介紹了脫硫系統(tǒng)的脫硫塔雙托盤改造、雙循環(huán)改造等技術(shù)，鍋爐燃燒器低氮燃燒改造、增加SCR脫硝催化劑和還原劑數(shù)量及催化劑布置形式等技術(shù)，以及電除塵系統(tǒng)增加濕式電除塵或進行低低溫除塵改造等一系列超低排放措施。以國華舟山電廠4號機組為例，分析了脫硫脫硝和除塵系統(tǒng)超低排放技術(shù)改造對污染物排放濃度控制的效果，火電廠大氣污染物的超低排放可以實現(xiàn)。

火電廠;大氣污染物;近“零”排放;污染物先進控制技術(shù)

0 引言

電力行業(yè)是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎(chǔ)和支柱產(chǎn)業(yè)，“富煤、少油、缺氣”的能源結(jié)構(gòu)［1］決定了火電廠在電力行業(yè)的重要地位。作為一次能源的主要用戶，2013年我國火電行業(yè)消耗17.1億t標準煤，占原煤產(chǎn)量的46.4%［2］。根據(jù)最新的《火電廠大氣污染物排放標準》，2014－07－01起，新建火力發(fā)電鍋爐執(zhí)行煙塵、SO2、NOx排放限值分別為30mg/m3、100mg/m3、100mg/m3。為了及早適應(yīng)更為嚴格的大氣污染物排放標準，火電行業(yè)提出了燃煤機組大氣污染物排放水平達到“近零排放”的要求。它是指通過對煙氣的綜合治理，使火力發(fā)電廠各項大氣污染物排放指標達到或低于燃氣電站排放限值，即煙塵小于5mg/m3，SO2小于35mg/m3，NOx小于50 mg/m3。同時利用系統(tǒng)的協(xié)同脫除效應(yīng)，大幅減少PM2.5微粒、汞、SO3排放的現(xiàn)象［3］。對燃煤機組來說，煙塵、SO2、NOx排放分別低于5、35、50 mg/m3，就是較高的排放標準，燃煤機組達到燃氣機組其中一項排放限值尚且不易，同時達到三項限值，難度非常大。本文在綜述國內(nèi)外對脫硫脫硝和除塵技術(shù)改進的基礎(chǔ)上，以神華國華舟山電廠4號燃煤機組為例，對火電廠大氣污染物近零排放污染控制技術(shù)進行說明。

1 脫硫脫硝和除塵技術(shù)的改進

近年來，SO2、NOx、PM、Hg等污染物控制技術(shù)取得了重大進步，奠定了建立使燃煤電廠主要污染物排放達到國家燃氣機組排放限值的多種污染物高效減排技術(shù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

1.1 脫硫技術(shù)的改進

SO2控制方面，主要有石灰石－石膏法、海水脫硫法、煙氣循環(huán)流化床法和氨－硫銨法等脫硫技術(shù)，其中石灰石－石膏法脫硫技術(shù)是目前較為成熟的脫硫工藝，在我國已投運燃煤脫硫機組中占90%以上的份額，其脫硫效率一般為90%～95%［4］。目前對石灰石－石膏法脫硫技術(shù)的改進主要有:雙循環(huán)技術(shù)、雙托盤技術(shù)等。

1.1.1 雙循環(huán)技術(shù)

雙循環(huán)技術(shù)是將脫硫吸收反應(yīng)分為兩級循環(huán)，煙氣經(jīng)過一級循環(huán)時，脫硫效率一般為30%～70%，漿液循環(huán)pH控制在4.6～5.0;當煙氣進入二級循環(huán)時，pH達到5.8～6.4，這與傳統(tǒng)噴淋空塔技術(shù)比較，可以降低循環(huán)漿液量［5］。雙循環(huán)技術(shù)的兩級循環(huán)，低pH值的一級循環(huán)，可以保證吸收劑的完全溶解和高品質(zhì)石膏，還可減少煙氣中塵、HCl、HF的含量，有利于二級循環(huán)達到高脫硫效率;高pH值的二級循環(huán)，在較低的液氣比和電耗條件下，可以保證較高的脫硫效率。雙循環(huán)技術(shù)使得脫硫系統(tǒng)裝置的脫硫效率達到98%甚至99%以上［6］。

1.1.2 雙托盤技術(shù)

雙托盤脫硫技術(shù)，就是在傳統(tǒng)的脫硫技術(shù)基礎(chǔ)上，在噴淋空塔的漿液噴嘴下設(shè)1～2層布滿小孔的塔板，吸收漿液在塔板上形成一定厚度的液層，煙氣進入噴淋塔后被托盤分散成小股氣流，在液層中鼓泡進行氣液接觸，完成SO2吸收的過程。雙托盤技術(shù)通過均質(zhì)氣流、提高石灰石的溶解量、增加煙氣在吸收塔中的停留時間等措施來提高脫硫效率［7］。實際運行證明，使用雙托盤設(shè)置的脫硫系統(tǒng)最高脫硫效率可達98%。

1.2 脫硝技術(shù)的改進

NOx控制方面，主要有低氮燃燒技術(shù)、選擇性非催化還原法(SNCR)、選擇性催化還原法(SCR)和SNCR－SCR聯(lián)用脫硝技術(shù)等［8］。其中SCR脫硝技術(shù)是目前較為成熟可靠的脫硝技術(shù)，脫硝效率高、系統(tǒng)安全穩(wěn)定，在我國已投運燃煤脫硝機組中占95%以上的份額，其脫硝效率在60%以上，若適當增加催化劑數(shù)量，還能夠?qū)崿F(xiàn)85%的脫硝效率［4］。

燃煤電廠可采用爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)+SCR脫硝技術(shù)來達到超低排放標準。低氮燃燒技術(shù)可以降低爐內(nèi)NOx的排放;通過提高噴氨量和增加催化劑更換頻次或者說是增加催化劑體積，可以提高SCR脫硝效率。實際運行證明，在鍋爐低氮燃燒+SCR噴氨脫硝的基礎(chǔ)上加大運行過程中的脫硝噴氨量，可將脫硝效率提高5%～7%［9］。而且，通過對噴氨量和噴氨位置的精細調(diào)控，反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計達到煙氣NOx超低排放的要求，同時研發(fā)寬溫催化劑以適應(yīng)機組負荷波動導(dǎo)致的溫度變化，以提高SCR系統(tǒng)高效運行時間。

另外，向煙氣中添加活性組分，使煙氣中未反應(yīng)的NO轉(zhuǎn)化為NO2，在后續(xù)脫硫塔中進一步吸收脫除NOx，使總脫硝效率提高到90%以上，NOx排放濃度可滿足天然氣燃氣輪機組NOx的排放限值。

1.3 除塵技術(shù)的改進

煙塵(PM)控制方面，主要有電除塵、袋式除塵和電袋復(fù)合除塵等除塵技術(shù)。為提高PM2.5的控制效率，近年來國內(nèi)外還研發(fā)了低低溫電除塵、濕式靜電除塵、移動極板電除塵、煙氣調(diào)質(zhì)、高效凝并、高效供電電源等多種高效除塵技術(shù)和設(shè)備。在脫硫系統(tǒng)前一級除塵裝備的基礎(chǔ)上，通過在濕法煙氣脫硫塔后采用新型濕式靜電除塵技術(shù)，形成脫硫塔前除塵、脫硫塔內(nèi)除塵及脫硫塔后除塵的多級PM2.5控制系統(tǒng)，實現(xiàn)PM2.5總捕集效率達到90%以上［10］。煙塵排放濃度可滿足天然氣燃氣輪機組的排放限值。

1.3.1 濕式電除塵器

濕式電除塵將水霧噴向放電極和電暈區(qū)，水霧在電極形成的電暈場內(nèi)荷電后分裂進一步霧化，電場力、荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并，共同對粉塵粒子起捕集作用，最終粉塵粒子在電場力的驅(qū)動下到達集塵極而被捕集，噴霧形成的連續(xù)水膜將捕獲的粉塵沖刷到灰斗中排出，可以避免被捕集粉塵的二次飛揚，達到很好的去除效率，同時也可以消除“石膏雨”現(xiàn)象。從許多電廠運行情況來看，濕式電除塵器可以長期高效穩(wěn)定地除去煙氣中PM2.5等細顆粒物，煙塵排放濃度控制在10mg/m3以下，甚至5mg/m3以下，酸霧去除率超過95%。

1.3.2MGGH(管式換熱器)+低低溫電除塵系統(tǒng)

目前國內(nèi)燃煤電廠機組設(shè)計的排煙溫度一般為120～130℃，煤燃燒時的溫度為140～170℃，且機組實際運行排煙溫度普遍高于設(shè)計值。排煙溫度偏高，造成鍋爐效率下降、電除塵器除塵效率下降、脫硫耗水量增加等［5］。集成煙氣換熱器的低溫電除塵技術(shù)是解決此問題的有效方法之一。煙氣余熱采用兩級煙氣換熱器系統(tǒng)，其煙氣熱量回收裝置分為兩級:第一級布置在除塵器的進口，將煙氣溫度從120℃左右冷卻到95℃左右;第二級布置在濕式除塵器的出口，加熱脫硫凈煙氣，采用閉式循環(huán)水作為媒介，與煙氣進行熱交換，使進入電除塵器的運行溫度由常溫狀態(tài)(120～140℃)下降到低溫狀態(tài)(90～100℃)。由于排煙溫度的降低，進入電除塵器的煙氣量減少，粉塵高比電阻降低。從而實現(xiàn)提高除塵效率和余熱利用的雙重目的。

1.4 汞、三氧化硫等的脫除技術(shù)

目前，我國的大型燃煤電廠安裝的濕法脫硫系統(tǒng)、SCR脫硝裝置、電除塵器和都能對煙氣中不同形態(tài)的汞具有去除作用。電除塵器特別是布袋除塵器可對煙氣中的顆粒狀的汞的化合物有28%～65%的去除效率。SCR脫硝工藝能將單質(zhì)汞氧化成二價汞(Hg2+)，而溶解于水的二價汞可在下面的濕法脫硫吸收塔內(nèi)被洗滌，進入脫硫廢水和脫硫石膏中。而脫硫后的濕式電除塵器在高效脫除PM2.5的同時，還可以協(xié)同脫除煙氣中攜帶的SO3酸霧、細小漿液滴、Hg等多種污染物，脫汞效率可達85%以上，Hg排放濃度小于0.002mg/m3，SO3酸霧去除效率可達80%以上，能有效解決藍煙/黃煙、“石膏雨”以及Hg、霧滴排放等污染新問題［5］。

2 火電廠大氣污染物近零排放技術(shù)案例

浙江國華舟山電廠4號機組和河北三河電廠1號機組、定州熱電廠3號機組和廣東省惠州熱電廠4號機組已經(jīng)正式移交生產(chǎn)，成為國內(nèi)實現(xiàn)大氣污染物“近零排放”的燃煤發(fā)電機組。

神華國華舟山電廠4號燃煤機組按照國華電力“近零排放”的要求，配套建設(shè)了海水脫硫裝置、高效脫硝裝置、高效靜電除塵裝置和濕式電除塵裝置，實現(xiàn)了火電廠大氣污染物的“近零排放”。

在煙氣脫硫方面，采用海水脫硫裝置。海水脫硫后煙氣中的SO2濃度低于35mg/m3。

在煙氣脫硝方面，采用低氮燃燒器+SCR催化還原脫硝技術(shù)。先進的低氮燃燒器可基本實現(xiàn)機組負荷75%～100%時，鍋爐出口煙氣氮氧化物濃度小于160mg/m3;負荷50%～75%時，鍋爐出口煙氣氮氧化物濃度小于200mg/m3。SCR裝置布置在鍋爐省煤器后。SCR選擇性催化還原技術(shù)脫硝效率高，氨逃逸率低，脫硝效率達80%，可以保證機組NOx排放濃度小于50mg/m3。

在煙氣除塵方面，除塵器采用高頻電源、旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)，大幅提高電除塵器供電效率、節(jié)約電能，并提高除塵效率。旋轉(zhuǎn)電極式電除塵技術(shù)，改傳統(tǒng)的振打清灰為清灰刷清灰，可清除高比電阻粉塵和粘性粉塵，在克服電除塵器“反電暈”和“二次揚塵”兩個技術(shù)瓶頸的同時也提高了除塵效率，減少了PM2.5的排放。在此基礎(chǔ)上還使用了濕式電除塵器，在相同條件下可達到更低的排放濃度。濕式電除塵器除塵效率大于或等于70%，PM2.5去除率大于或等于70%，霧滴去除率大于或等于70%，達到了煙塵排放濃度小于5mg/m3的限值。

經(jīng)浙江省環(huán)境監(jiān)測中心測試，該機組SO2、NOx和煙塵排放限值分別為2.8、19.8和2.5mg/m3，均優(yōu)于燃氣機組大氣污染物排放限值［11］。

3 結(jié)語

通過對石灰石－石膏法進行改進，如雙托盤技術(shù)和雙循環(huán)技術(shù)，脫硫效率能達到98%以上;在低氮燃燒條件下使用SCR脫硝技術(shù)，增加噴氨量和催化劑數(shù)量，脫硝效率達到85%甚至90%以上;濕式電除塵、MGGH+低低溫電除塵系統(tǒng)的組合除塵方案等，除塵效率在99%以上。上述脫硫脫硝和除塵方案可以使燃煤機組的煙氣排放達到天然氣機組的水平(SO2排放濃度≤35mg/m3，NOx排放濃度≤50mg/m3，煙塵排放濃度≤5mg/m3)，實現(xiàn)了火電廠大氣污染物的超低排放。

［1］張帆.電廠大煙囪超低排放［N］.浙江:浙江日報，2014－07－20 (001).

［2］馬繼軍.火電廠大氣環(huán)境污染防治措施進展情況報告［C］.環(huán)境保護部環(huán)境工程評估中心.2014年中國環(huán)境影響評價研討會大會報告集.環(huán)境保護部環(huán)境工程評估中心:2014.

［3］蘇偉.“近零排放”意味著什么［N］.北京:中國電力報，2014－06－30(005).

［4］高翔，張涌新，孟煒胡，等.建設(shè)超低排放的清潔燃煤電廠［N］.浙江:浙江經(jīng)濟，2013－08－10.

［5］方寶龍.燃煤電廠煙氣近“零”排放技術(shù)方案淺析［J］.科技與創(chuàng)新，2014(10):146－150.

［6］中國環(huán)境保護產(chǎn)生協(xié)會脫硫脫硝委員會。我國脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2014(8):18－21.

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［10］姜雨澤.提高燃煤電廠電除塵效率技術(shù)改造方案探討［C］.中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會.2011中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集(第二卷).中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會:2011.

［11］潘海亮.環(huán)保加壓下看燃煤電廠如何“自我凈化”［N］.北京:中國煤炭報，2014－09－29(003).

Model applied of air pollutants near"zero"emissions pollution control in coal－fired power plant

Introduced a series reform of ultra－low emissions，such as the double trays and double cycle for flue gas desulfurization absorption tower，a low－NOxburner，increase the quantity of catalyst and reducing agent and catalyst decorate form for SCR，as well as using wet electric precipitator and low－low temperature electric precipitator of the electric dust removal system.Take Guohua zhoushan power plant unit 4 as an example，analyzed the desulfurization denitration and dust removal system ultra－low emissions effect，ultra－low emission of air pollutants in coal－fired power plants can be achieved.

coal－fired power plant;air pollutants;near“zero”emissions;advanced pollutant control technology

X701

B

1674－8069(2015)06－025－03

2015-06-12;

:2015-09-16

劉曉威(1990-)，女，河北保定人，碩士研究生，主要研究方向為火電廠煙氣污染物治理。E－mail:xiaoweiliu@ncepu.edu.cn