百萬火電機(jī)組采用“趨零排放”環(huán)保減排技術(shù)的技術(shù)可行性淺析

孫翊博

百萬火電機(jī)組采用“趨零排放”環(huán)保減排技術(shù)的技術(shù)可行性淺析

孫翊博

孫翊博 王 鵬

大唐東營發(fā)電有限公司

2013年，我國京津冀、華北地區(qū)、華東地區(qū)連續(xù)遭遇嚴(yán)重霧霾，各地長期以來盲目進(jìn)行高速粗放型發(fā)展，不注重環(huán)保的惡果開始顯現(xiàn)。2013年9月，國務(wù)院發(fā)布“史上最嚴(yán)厲”的《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，要求到2017年為止，全國地級(jí)以上城市可吸入顆粒物濃度比2012年下降10％以上。

在上述情況下，近年來國內(nèi)電力行業(yè)中出現(xiàn)了“趨零排放”的概念，并陸續(xù)有小型示范項(xiàng)目建成及少數(shù)東南沿海燃煤電廠采用，應(yīng)用業(yè)績較好，值得借鑒。

什么是“趨零排放”

“趨零排放”是2011年以來，我國電力行業(yè)中漸漸興起的燃煤電廠環(huán)保的新概念，即通過應(yīng)用一系列的環(huán)保新技術(shù)、新設(shè)備、新材料，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，大大降低燃煤電廠大氣污染物的排放，達(dá)到或超越燃?xì)鈾C(jī)組的排放標(biāo)準(zhǔn)，使其污染物排放量與其消耗的煤炭總量相比趨近于零。

“趨零排放”的技術(shù)路線

國內(nèi)所謂“趨零排放”的技術(shù)路線目前有兩種：一種就是IGCC，即煤氣化燃燒發(fā)電技術(shù)，此技術(shù)目前仍未成熟，成本高，經(jīng)濟(jì)性、可靠性差，本文不再贅述；另一種就是單塔雙循環(huán)濕法脫硫+濕式電除塵+高效復(fù)合脫硝節(jié)能環(huán)保技術(shù)，但目前國內(nèi)電廠采用該技術(shù)也只是采用其中的一種或兩種。

單塔雙循環(huán)濕法脫硫具體技術(shù)方案

單塔雙循環(huán)濕法脫硫是將脫硫塔五個(gè)噴淋層分成兩部分：一部分是脫硫塔底漿池→兩臺(tái)循環(huán)泵→最下面兩個(gè)噴淋層→脫硫塔底漿池構(gòu)成漿液循環(huán)，此級(jí)循環(huán)的脫硫率一般控制在40％～75％，循環(huán)漿液PH控制在4.5～5.0，該循環(huán)使脫硫形成的亞硫酸鈣氧化徹底和脫硫劑充分溶解；另一部分是脫硫塔外漿池（AFT塔）→三臺(tái)循環(huán)泵→上面三個(gè)噴淋層→漿液收集器（托盤）→漿液引流管→脫硫塔外漿池構(gòu)成漿液循環(huán)。此級(jí)循環(huán)相當(dāng)于煙氣第二次脫硫，循環(huán)漿液PH控制在5.6～6.0，通過第一個(gè)循環(huán)后煙氣干凈，已得到初步凈化，從而通過第二循環(huán)漿液PH控制更加有利于脫硫反應(yīng)，脫硫效率更高。這種方法與典型五個(gè)噴淋層濕法脫硫相比主要增加了一個(gè)脫硫塔外漿池，脫硫塔內(nèi)需要安裝漿液收集器（托盤）和三級(jí)除霧器，占地比典型濕法脫硫大。通過上述工藝實(shí)現(xiàn)了兩級(jí)循環(huán)漿液的性質(zhì)以不同控制和脫硫反應(yīng)條件的分步控制，適用于高含硫量煤、脫硫率要求高等情況。

單塔雙循環(huán)濕法脫硫在通常情況下，脫硫效率可達(dá)98％以上，出口SO2將不大于35mg/Nm3。

濕式電除塵具體技術(shù)方案

濕式電除塵器通常簡稱WESP，與干式電除塵器的除塵基本原理相同，要經(jīng)歷荷電、收集和清灰三個(gè)階段。

進(jìn)入濕式電除塵器前的煙氣，一般都要在噴霧塔或入口擴(kuò)散段內(nèi)增濕，并使之飽和。飽和煙氣進(jìn)入電場后，氣流中的塵粒或霧滴很快就帶上電荷，在電場力的作用下移向集塵電極，附著在極板上的霧滴連接成片，形成液膜，液膜連同塵粒在重力的作用下掉入除塵器下部的泥漿槽內(nèi)。

濕法清灰是濕式電除塵器區(qū)別于干式電除塵器的特點(diǎn)之一。由于濕式電除塵器是利用極板上的液膜水流清楚灰塵的，無需振打裝置，因此消除了粉塵的二次飛揚(yáng)，提高了除塵效率。

濕式電除塵具有除塵效率高、壓力損失小、操作簡單、能耗小、無運(yùn)動(dòng)部件、無二次揚(yáng)塵、維護(hù)費(fèi)用低、生產(chǎn)停工期短、可工作于煙氣露點(diǎn)溫度以下、由于結(jié)構(gòu)緊湊而可與其它煙氣治理設(shè)備相互結(jié)合、設(shè)計(jì)形式多樣化等優(yōu)點(diǎn)。

濕式電除塵采用液體沖刷集塵極表面來進(jìn)行清灰，可有效收集微細(xì)顆粒物（PM2.5粉塵、SO3酸霧、氣溶膠）、重金屬（Hg、As、Se、Pb、Cr）、有機(jī)污染物（多環(huán)芳烴、二惡英）等。使用濕式電除塵后，含濕煙氣中的煙塵排放可降到10mg/Nm3甚至5mg/Nm3以下，收塵性能與粉塵特性無關(guān)，適用于含濕煙氣的處理，尤其適用在燃煤電廠濕法脫硫之后含塵煙氣的處理上，后但設(shè)備投資費(fèi)用較高，且需與其他除塵設(shè)備配套使用。

高效復(fù)合脫硝具體技術(shù)方案

高效復(fù)合脫硝指的是高效SNCR和SCR復(fù)合脫硝技術(shù)的組合。

高效SNCR脫硝是在爐膛或煙道合適溫度（800～1100℃）的位置噴入氨基還原劑（或尿素），無需催化劑，利用還原劑釋放出的NH3選擇性地將煙氣中的NOx還原為無害的N2和水，而基本上不與煙氣中的O2發(fā)生作用。在環(huán)境溫度下將氨水或尿素溶液霧化后加溫氣化，再經(jīng)過加壓，噴入脫硝反應(yīng)區(qū)內(nèi)，使其與煙氣充分混合并進(jìn)行反應(yīng)。在反應(yīng)過程中，脫硝溫度應(yīng)為800～1100℃。高溫氣化過程應(yīng)采用分段逐步加熱的方式進(jìn)行，使溫度更為均勻穩(wěn)定，同時(shí)可充分利用鍋爐排出煙氣的熱量對(duì)霧化的氨水或尿素溶液進(jìn)行高溫氣化，節(jié)能效果顯著。霧化的氨水或尿素溶液先與排放的中溫?zé)煔膺M(jìn)行熱交換，然后再與排放的高溫?zé)煔膺M(jìn)行熱交換，可使被加熱的氨氣的溫度更加均勻，脫硝效果更好，更穩(wěn)定。

高效SNCR工藝的溫度控制至關(guān)重要，最佳反應(yīng)溫度為950℃，若溫度過低，NH3的反應(yīng)不完全，容易造成NH3泄漏；而溫度過高，NH3則容易被氧化為NOx，抵消了NH3的脫除效率。溫度過高或過低都會(huì)導(dǎo)致還原劑的損失和NOx脫除率下降。

高效SNCR脫硝不需采用昂貴的金屬催化劑，一次投資成本少，占地面積小，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行成本低，對(duì)鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)影響小，阻力小，檢修方便，脫硝效果可達(dá)60％～70％，最高可達(dá)85％。

SCR脫硝是指是在催化劑作用下，還原劑NH3在290～400℃下將NOx還原成N2，而幾乎不發(fā)生NH3的氧化反應(yīng)，從而提高了N2的選擇性，減少了NH3的消耗。SCR系統(tǒng)主要由氨氣供應(yīng)系統(tǒng)、氨氣噴射裝置、催化反應(yīng)器以及控制裝置部分等組成，為降低煙氣加熱時(shí)的能量消耗，通常將SCR反應(yīng)器置于空氣預(yù)熱器前端，省煤器的后部，即在高塵段布置。在空氣預(yù)熱器之前的水平管道上注入氨氣，使之與煙氣混合。

隨后煙氣沿?zé)煹肋M(jìn)入布置著催化劑的SCR反應(yīng)器，煙氣中的NOx在催化劑作用下與NH3發(fā)生催化還原反應(yīng)生成N2。催化劑是整個(gè)SCR脫銷系統(tǒng)的核心，催化劑的選用是由煙氣溫度、濕度、組分來確定的。截至目前，國內(nèi)普遍使用的是商用釩系催化劑，如V2O5/TiO2和V2O5-WO3/TiO2。在形式上主要有板式、蜂窩式和波紋板式三種。該工藝于20 世紀(jì)70年代末首先在日本開發(fā)成功，80 年代以后，歐洲和美國相繼投入工業(yè)應(yīng)用。在NH3/NOx的摩爾比為1時(shí)，NOx的脫除率可達(dá)90％。

在燃煤電廠來，單獨(dú)應(yīng)用上述兩種脫硝技術(shù)的任何一種都存在一定問題：只采用高效SNCR脫硝時(shí)，雖然投資運(yùn)行費(fèi)用低、結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，但60％～70％的實(shí)際脫硝率無法滿足國家對(duì)燃煤電廠NOx排放的要求；只采用SCR脫硝時(shí)，實(shí)際脫硝效率在80％左右，但并不穩(wěn)定，如運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)工況較大時(shí)，脫硝效率難以保證。同時(shí)，SCR脫硝中的催化劑非常昂貴，其置換費(fèi)用約占SCR脫硝系統(tǒng)總價(jià)的60％～70％（國產(chǎn)的稍微便宜一些，但質(zhì)量沒有保證，催化劑的核心技術(shù)目前仍掌握在國外幾家大企業(yè)手中），且存在催化劑中毒導(dǎo)致脫硝效率下降的風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)行成本居高不下。所以單獨(dú)采用高效SNCR和SCR這兩種脫硝方法中的任意一種，都無法有效可靠的保證排放的NOx滿足“趨零排放”的相關(guān)指標(biāo)要求。而這兩種脫硝系統(tǒng)分別應(yīng)用于不同的煙氣段，可聯(lián)合運(yùn)行，大幅提高鍋爐排煙的脫硝效率，最高可達(dá)95％以上。

小結(jié)

作為燃煤火電機(jī)組來說，目前籌建的準(zhǔn)入門檻之一就是必須達(dá)到或接近燃機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)，百萬機(jī)組以其巨大的耗煤量，在項(xiàng)目審批和環(huán)保監(jiān)管上都更加面臨著前所未有的嚴(yán)峻形勢，那么如何有效的降低燃煤火電機(jī)組污染物排放就成了當(dāng)務(wù)之急。本文所述的“趨零排放”環(huán)保減排技術(shù)從各分支技術(shù)來講都是比較成熟的，也有部分應(yīng)用業(yè)績，經(jīng)過合理的整合，將發(fā)揮出前所未有的減排效果。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.022