以袋式除塵為核心的大氣污染協同控制技術

陶 暉（寶鋼工程技術集團有限公司，上海 201999）

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以袋式除塵為核心的大氣污染協同控制技術

陶 暉
（寶鋼工程技術集團有限公司，上海 201999）

摘 要：我國創新發展的新思路推動大氣污染治理模式從單項治理向協同控制轉變。論述了近十年來我國在冶金燒結爐、垃圾焚燒爐、燃煤鍋爐等多個領域開展協同控制所取得成績和已形成的技術路線。技術經濟分析比較表明：袋式除塵以其穩定高效的除塵功能和對多污染物的協控能力，是所有協同控制技術路線中應用廣泛、有效的主流技術。

關鍵詞：大氣污染治理；協同控制；技術路線；袋式除塵；主流技術

1 概述

回顧全球大氣污染治理，共經歷4個發展階段：1）煙塵治理；2）SO2、NOx等單項治理；3）煙氣多污染物協同治理；4）循環經濟可持續發展。當前發達國家正從煙氣多污染物協同治理走向循環經濟可持續發展階段，我國稍有滯后，正從SO2、NOx等單項治理走向煙氣多污染物協同治理階段。

單項治理有很多弊病。如：SCR使SO2/SO3的轉化率從1%提高到3%，氨逃逸（≥3ppm）生成黏性硫酸氫銨（ABS），影響脫硫除塵效果；因ESP除塵效率不穩定等問題，引起WFGD噴嘴、塔壁及除霧器積垢堵塞，影響脫硫效應和石膏副產品的品質，產生PM2.5二次塵，煙囪排放“石膏雨”或藍煙；業主多次重復立項投資，場地擁擠，建設費、運行能耗、維護檢修費大幅度增加等。協同控制可以有效克服這些弊端，提高技術經濟性價比，獲取良好的環境經濟綜合效益。

2010年5月11日，國務院辦公廳轉發環境保護部等九部門《關于推進大氣污染聯防聯控工作改善區域空氣質量指導意見》，首次提出二氧化硫、氮氧化物、顆粒物和揮發性有機物等多污染物協同控制要求，以解決空氣污染治理“頭痛醫頭、腳痛醫腳”的問題。《國家環境保護“十二五”規劃》（國發〔2011〕42號）明確提出：“開展多種污染物協同控制，實施區域大氣污染物特別排放限值”“深化顆粒物污染控制，推進燃煤電廠、水泥廠除塵設施改造，鋼鐵行業現役燒結（球團）設備要全部采用高效除塵器”。

多污染協同控制是個大課題。不同行業工藝過程相異，排放源成分不同，應采用不同的組合方式。地區經濟、能源條件不同也需要采用不一樣的主流技術。近十年來，我國已在燒結爐、水泥窯、垃圾焚燒爐、燃煤鍋爐等多個領域開展了多污染物協同控制的試點，并取得一定成績，逐步形成多種流派的協同控制技術路線。不同技術路線之間的差異在于基本理念和所采用的核心技術，袋式除塵器（包括電-袋復合除塵器）是干式除塵設備，具有穩定高效的除塵功能和對多種污染物的協同控制能力，以“袋式除塵為核心的多污染物協同控制技術路線”專注的是過程各環節的有效控制和相互匹配，而不是寄希望于“末端控制”，達到總體技術經濟性能優良。

2 燒結機機頭煙氣協同治理島技術

煉鐵燒結機（包括球團）機頭煙氣含有SO2、NOx、HCl、HF等酸性氣體，鉛、鋅、汞、鉻等重金屬以及顆粒物、二英等多種污染物，全國現役燒結機有1250余臺，是鋼鐵工業的一大污染源。我國多用進口礦，品種多，料層燃燒工況復雜，煙氣成分及溫濕度波動大，原采用電除塵器難以滿足多污染物治理要求。近10年來，為滿足新排放標準，逐步推出電除塵器與濕法脫硫相結合，以及電除塵器、循環流化床脫硫與袋式除塵器相結合的協同控制組合工藝，尤以流化床脫硫與袋式除塵為核心的LJS干法多污染物協同治理島技術路線顯示了其綜合優勢，而獲得廣泛的推廣應用。

（1）協同治理組合

前置電除塵器（原有ESP）+ 循環流化床反應塔（CFB）+ 袋式除塵器（BF），治理島工藝流程如圖1。

圖1 除塵脫氣協同治理島工藝流程

（2）核心技術及特點

CFB + BF是該協同治理島的核心技術。CFB流化床造就劇烈脈動的高倍率顆粒湍流層，實現高效吸收反應和凝并吸附，分別脫除SOx、NOx、HCl、HF、二英及重金屬。最終由高效袋式除塵器脫除一次塵及反應生成物（二次塵），確保多種污染物達標排放。

（3）工程應用

LJS干法多污染物協同治理島技術廣泛用于煉鐵燒結機，并擴展到玻璃窯、炭黑爐等工業爐窯煙塵治理。2006年以來，寶鋼等十多家鋼廠在燒結機頭采用LJS協同治理島技術（最大為寶鋼股份600m2大型燒結機）。2011年5月，梅鋼4#-400m2燒結機煙氣LJS改造項目的技術鑒定認為：該項技術具有在高效脫除二氧化硫的同時，脫除三氧化硫、氯化氫、氟化氫、重金屬及粉塵等多組分污染物的能力，對燒結工況適應性強，系統性能可靠、操作簡單、無廢水排放、占地面積小等特點，填補了國內外空白，整體技術達到國際領先水平。該技術并被國家有關部門認定為環保重點推廣技術（A類）。2010年11月，巴西CSA鋼鐵公司焦爐煙氣干法脫硫項目LJS裝置順利投運，LJS技術開始走向國外。2012年國家工信部將LJS燒結煙氣多組份污染物協同凈化裝置列為國家“十二五”清潔生產推薦技術，至今已成功推廣應用30余臺（套）。近期，中國最大的玻璃集團——旗濱玻璃公司簽訂了10條玻璃窯爐生產線的LJG型循環流化床干法多污染物協同治理合同，改造原已失效的脫硫裝置。世界最大的炭黑生產企業——美國卡博特上海公司率先在炭黑爐窯采用LJC型循環流化床干法工藝，高效脫硫、除塵、脫汞及PM2.5凈化獲得成功，并在后續工程推廣應用。

3 廢棄物焚燒煙氣協同治理技術

本節定義的廢棄物包括生活垃圾、危險廢物和醫療廢物。目前，我國13億人口日產生生活垃圾80多萬噸，生活垃圾總量大、成分復雜、有毒有害物多、分揀不規范。“焚燒發電”技術是實現垃圾減量化、無害化、資源化的最有效方法，也符合我國國情，近幾年已走入理性發展階段，并逐漸形成并奠定以袋式除塵為主流技術處理垃圾焚燒煙氣的干法和半干法協同控制技術路線。

（1）協控污染物及治理工藝

協控污染物為SO2、HCl、二英、重金屬、顆粒物等。協同治理工藝分為干法和半干法。工藝流程見圖2；核心技術的優缺點及其應用見表1。

（2）工程應用

2015年，全國城鎮生物垃圾焚燒處理能力將達到無害化處理總能力的35%以上。至今，在我國各地正常運行的焚燒爐煙氣協同處理裝置已有140多臺/套。老港固廢綜合利用基地是上海在建的最大垃圾無害化處理及綜合利用項目，按規劃分四期建設，最終建成花園式固廢綜合利用基地、循環經濟示范基地，成為人們生態旅游的一大景觀。基地規劃建設6000t/d垃圾焚燒發電廠，已建一期3000t/d，配置4臺750t/d焚燒爐，按歐盟EU2000/76/EEC的排放標準設計，采用最先進的焚燒工藝和干濕結合的煙氣協同治理技術，末端設濕法脫硫裝置，對各種污染物收斂控制，確保全面達標排放。工程投運至今，各污染物的年均排放值優于設計規定。

圖2 垃圾焚燒爐煙氣協同處理工藝流程

表1 干法和半干法協同處理工藝的對比

4 燃煤鍋爐煙氣協同治理技術

據2014年統計，我國煤電裝機總容量為8.28億kW，耗煤19億t/a；全國燃煤工業鍋爐52萬臺，總蒸發量320萬t/h，耗煤7億t/a。煤電煙囪是高架點污染源，中小鍋爐是低架面污染源，其煙塵、SO2、NOx、汞等污染物的排放量分別占我國排放總量的30%～45%，造成了嚴重的區域性空氣污染。

長期以來，我國電站燃煤鍋爐以電除塵器獨領風騷，中小型鍋爐大都采用濕式除塵器，21世紀才開始使用袋式除塵器，并啟動脫硫脫硝治理。據西安熱工院對55臺燃煤鍋爐的調研，脫硫塔出口的粉塵排放濃度約在30～80mg/Nm3，并在多數煙囪出口形成“石膏雨”。PM2.5細顆粒物和SO2、NOx、VOC等氣態前體物造成霧霾頻發，嚴重影響人們的生活質量和“美麗中國”建設。

面對我國日趨嚴重的大氣污染形勢，2012年國家發布修訂的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011），將重點地區NOx、SO2、煙塵的排放限值分別提到100mg/Nm3、50mg/Nm3、20mg/Nm3。2014年9月，國家發改委、環保部、能源局聯合頒布《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014～2020年）》（發改能源〔2014〕2093號），要求東部地區現役機組通過改造基本達到燃氣輪機排放限值，三項指標分別為50mg/Nm3、35mg/Nm3、10mg/Nm3。2015年李克強總理在《政府工作報告》中提出：“深入實施大氣污染防治行動計劃，實施區域聯防聯控，推動燃煤電廠超低排放改造”。為落實這一指示，2015年7月環保部下發《關于編制“十三五”燃煤電廠超低排放改造方案的通知》，要求五大發電公司對燃煤電廠“提速擴圍”，即將東部11省超低排放的限期由2020年提到2017年底完成，將超低排放范圍由東部11省擴大到全國。各有關部門企業聞風而動，組織研討攻關、推出多種“燃煤電廠超低排放協同治理技術路線”，實施示范工程。

4.1 以低低溫電除塵器為核心的超低排放協同治理技術

（1）協同治理組合

前脫硝（SCR）+ 降溫（FGC）+ 低低溫電除塵（LLT-ESP）+ 濕法脫硫（WFGD）+ 濕式電除塵器（WESP）+ 升溫（FGR），是燃煤鍋爐煙氣超低排放協同治理的豪華型配置，工藝流程見圖3。

圖3 低低溫電除塵超低排放協同治理工藝流程

（2）核心技術

該組合的核心技術是低低溫電除塵器和濕式電除塵器（酌情選配）。設兩段式換熱器（MGGH）：前段降溫、調比電阻，作為低低溫電除塵器提效措施；后段升溫，防止煙囪出現“石膏雨”。

該組合的優點是對鍋爐型式、煤種及燃燒工況具有廣泛的適應性，藉助濕電的末端收斂控制，可穩定達到多污染物超低排放要求；缺點是一次投資高、能耗大、占地多、運行費用高，存在磨損、腐蝕、堵塞的風險，維護工作量大。應進行技術經濟比較，慎重決策。

（3）工程應用

低低溫電除塵超低排放協同治理技術適用于燃煤電廠大型機組新建或超低排放改造工程，至今已設計使用30多臺/套，其中1000MW級有6臺/套，半數以上已投運。浙能嘉華公司嘉興電廠三期7#、8#-1000MW機組超低排放改造項目是這一技術路線的典范，2014年6月投運。在滿負荷運行條件下，中國環境監測總站的測試結果：NOx23.67mg/Nm3、SO215.1mg/Nm3、PM3.08mg/Nm3，達到最嚴（50mg/Nm3、35mg/Nm3、5mg/Nm3）的超低排放要求。

4.2 以單塔一體化濕法超凈脫硫除塵為核心的超低排放協同治理技術

（1）協同治理組合

前脫硝（SCR）+ 電除塵（ESP）+ 超凈濕法脫硫（SJ-WFGD），是燃煤鍋爐煙氣超低排放協同治理的實用型配置，特別適用于老系統改造，工藝流程見圖4。

圖4 單塔三區濕法脫硫超低排放協同治理工藝流程

（2）核心技術及特點

該組合的核心技術是單體三區濕法脫硫塔，在常規單體二區（吸收區、氧化區）的基礎上，頂部增設第三區，高效耦合靜電除塵器（電除霧器）或組合式機械除霧器（由設在塔頂的管式除霧器、屋脊式除霧器和設在出口水平管內的板式除霧器聯合組成）。最近研發成功的SPC-3D單塔一體化超凈技術是這一技術路線的另一種組合型式，在一個塔內集旋匯耦合、高效噴淋和管束除塵除霧三項技術于一體，實現了脫硫、除塵協同控制、深度凈化。

利用三區布置濕法超凈脫硫塔或SPC-3D單塔，在高效脫硫的同時，有效除去PM2.5、SO3及二次塵，防止形成“石膏雨”，具有協同控制功效。單塔結構緊湊、占地少、投資省、運行費用低、不增加廢水處理設施，特別適用于提效改造。缺點是：當上游ESP除塵效率不穩定、出口粉塵濃度較高時，會造成脫硫塔積灰堵塞，嚴重影響脫硫效果和正常運行，除霧器負超荷失效。

（3）工程應用

三區濕法脫硫塔超低排放協同治理技術可在脫硫裝置協同脫除SO2、PM2.5細微顆粒物、石膏漿液、SO3氣溶膠、氨氣溶膠和重金屬等固體顆粒物，實現多種污染物超低排放。在上海某2×65t/h燃煤鍋爐小試的基礎上，已在多家電廠的中小型機組上推廣應用。邢臺國泰發電11#-300MW機組電除塵提效改造項目選用三區脫硫塔高效電除霧協同治理工藝，實測脫硫塔脫硫效率99.32%，靜電除霧器出口粉塵排放濃度3.2mg/Nm3，達到超低排放要求。

至今使用SPC-3D單塔一體化超凈技術對老系統進行提效改造的燃煤機組已有近20多臺。其中神華安慶電廠3#、4#-1000MW機組用SPC-3D技術升級改造，2015年5～6月分別通過168滿負荷試運行，集控中心顯示：NOx排放濃度≤20mg/Nm3、SO2排放濃度≤5mg/Nm3、煙塵排放濃度≤3mg/Nm3。而重慶萬州電廠1#-1000MW機組于2015年2月9日投入168試運行，即刻出現脫硫“煙囪雨”問題，地面泛起漣漪斑痕，有待改進完善。

4.3 以超凈電袋復合除塵為核心的超低排放協同治理技術

（1）協同治理組合

前脫硝（SCR）+降溫（FGC）+超凈電袋復合除塵（ESP+BF）+超凈濕法脫硫（WFGD）+升溫（FGR），是燃煤鍋爐煙氣超低排放協同治理的創新型配置，工藝流程見圖5。

圖5 超凈電袋復合除塵超低排放協同治理工藝流程

（2）核心技術及特點

該組合的核心技術是用超凈電袋復合除塵器代替電除塵器，確保進入下游脫硫塔的煙塵濃度低于10mg/Nm3。同時改進脫硫塔，強化噴淋覆蓋率和均布性，塔頂配置新型除霧器，既確保高效脫硫，又不增加二次塵。管式換熱器兩段布置，是節能增效的輔助措施，可酌情選用。

該組合的基本理念是強調脫硝、除塵、脫硫各盡其職，互不影響，不依賴于末端濕電除塵器。具有理念正確、技術先進、配置合理、運行穩定的特點。投資省、占地少、能耗低、維護方便、不增加廢水處理設施，綜合技術經濟性能優良，適宜用于大中型燃煤鍋爐機組超低排放協同治理工程。

（3）工程應用

2011年遠達公司用電袋復合除塵器取代低溫電除塵器，開發MPC2011型燃煤鍋爐煙氣協同控制技術，首先用于習水二郎2×660WM機組。2014年龍凈公司承接粵電沙角C2#660MW機組超低排放改造項目，用超凈電袋除塵器取代四電場電除塵器，取得良好的綜合效果。2015年7月18日環境保護部環境工程評估中心在現場召開“火電超低排放技術研討會”，評估結論：“沙角C電廠2號機組所采用的超凈電袋技術能夠長期穩定達到超低排放控制要求，且對煤質及工況波動的適應性較強，為火電超低排放控制提供了一條新的具有較強競爭力的技術路線”。之后在中電投河南魯陽電廠2×1030MW機組、開封電廠2×600MW機組、哈電總包土爾其澤塔斯三期2×660MW機組、華能陽邏電廠三期2×600MW機組、華電陜西楊凌熱電一期2×330MW機組推廣應用，大都已投運。

4.4 以循環流化床脫硫與袋式除塵為核心的超低排放全干法協同治理技術

循環流化床（CFB）鍋爐燃料在爐內多次循環，同時采取二次配風、欠氧燃燒、以及噴鈣脫硫等措施，可燃用無煙煤、貧煤、煤矸石，屬于節能環保型鍋爐，大都匹配300MW以下發電機組，在中小型電廠及供熱中心占相當大份額。我國現擁有CFB鍋爐3000余臺，總裝機6300MW。CFB鍋爐尾部煙氣具有顆粒物濃度較高、SO2和NOx含量較低的特點，適宜使用以循環流化床脫硫與袋式除塵為核心的全干法協同治理技術。

（1）協同治理組合

低氮燃燒（LNB）、爐內脫硝（SNCR）+ 電除塵（ESP）+ 循環流化床脫硫（CFB）+袋式除塵（BF），是中小型燃煤鍋爐煙氣超低排放協同治理的全干型配置，工藝流程見圖6。

圖6 中小型燃煤鍋爐煙氣超低排放全干法協同治理工藝流程

（2）核心技術及特點

該組合的核心技術是循環流化床脫硫與袋式除塵，上游LNB、SNCR（酌情增設SCR）、ESP為CFB脫硫提供適宜條件。在CFB入口選擇性加入吸收劑Ca（OH）2、催化氧化劑（KMnO4NaClO）或吸附劑（活性焦），可對某些污染物進行深度處理，最終由袋除塵把關，實現多種污染物協同治理、超低排放。

該組合為全干法工藝，節能節水，物料循環利用。可用CFB鍋爐高鈣灰渣（或烘干電石渣）作CFB脫硫劑，濾袋表面粉塵層參與協同控制，收下塵返回CFB脫硫塔多次循環利用。適用于中小型燃煤鍋爐，尤其是西部缺水地區。系統正常運用的關鍵是穩定建床和物流循環控制，對運行維護管理有較高要求。

協同控制指標：NOx排放＜50mg/Nm3；脫硫效率＞95%，SO2排放＜35mg/Nm3；顆粒物排放＜20mg/Nm3，最低5mg/Nm3，PM2.5脫除率＞90%； 脫汞效率60%～90%，汞排放＜1μg/Nm3。

（3）工程應用

“循環流化床干法脫硫及多組份污染物協同凈化技術”（LJD）是龍凈環保公司承擔的國家“十一五”“863”項目。廈門新陽熱電75t/h鍋爐最早試用，用高鈣灰渣作脫硫劑；陜西北元電廠4×135MW機組用烘干電石渣作脫硫劑；山西同煤大唐擴大到2×330MW機組使用。2001年用于華能邯峰電廠2×660MW機組脫硫，采用一爐二塔配置方案，是LJD技術大型化的嘗試。2002年3月通過國家“863”課題驗收，2013年10月在烏魯木齊召開“中外技術交流會”，重點推介LJD協同治理技術，2013年12月該技術被科技部評為“國家級先進燃煤煙氣凈化技術”。2013～2014年中石化廣州分公司先后對1#、2#的465t/h循環流化床鍋爐進行升級改造，選用LJD-FGD循環流化床脫硫超低排放協同治理技術，并增設了催化氧化裝置COA ，168小時運行檢測結果顯示，各項指標全面達到超低（50mg/Nm3、35mg/Nm3、5mg/Nm3）排放要求。2014年10月中國環保產業協會在廣州石化組織召開《全國燃煤煙氣超凈排放現場研討會》予以總結推廣。至今，我國已有130余臺/套投入正常運行。

4.5 技術經濟比較

燃煤鍋爐煙氣超低排放協同治理技術路線的優缺點及技術經濟綜合比較見表2。

表2 燃煤鍋爐煙氣超低排放協同治理技術路線綜合比較

5 結語

我國大氣污染源多，成因復雜，大氣污染防治需從單項污染物治理向多組份協同控制轉變，從末端治理向全過程控制轉變，從城市單打獨斗向區域協防協控轉變。

相對于污染物單項治理，多組分協同控制是一個全新的課題。近10年來，我國已在燒結爐、水泥窯、垃圾焚燒爐、燃煤鍋爐等多個領域開展了多污染物協同控制的研究開發，取得了一定成績，并逐步形成多種流派的協同控制技術路線。尤其在燃煤鍋爐領域，以“超低排放”為熱點，推出4種協同控制技術路線，各有技術特色和示范工程。

不同技術路線采用不同主流技術，可以達到同樣的治理效果，但是，深究其綜合技術經濟性能，體現的“性價比”是不一樣的。不能否認，袋式除塵（包括電袋復合除塵）是在所述協同控制技術路線中應用越來越廣泛、最有成效的主流技術，這歸功于袋式除塵器是一種干法除塵設備，具有穩定高效除塵功能和對多種污染物的協同控制能力，綜合技術經濟性優良，性價比最高。因此，以袋式除塵為核心的協同控制技術必將成為我國大氣污染治理可持續發展的一條正確技術路線。

中圖分類號：X51

文獻標志碼：A

文章編號：1006-5377（2016）02-0019-06

Co-operative Control Technology of Atmospheric Pollution Based on Core of Bag Dust Removal

TAO Hui
（Baoshan Iron and Steel Engineering Technical Group Co.， Ltd， Shanghai 201999， China）

Abstract:This paper discusses the achievements gained and technical route formed by developing the co-operative control in the field of metallurgy sintering furnace， garbage incinerator， and coal-fired boiler in the recent ten years. The comparison of technical and economic analysis shows that the bag dust removal is the most widely used and the most efficient main-stream technology due to its stable and efficient dust removal function and co-operative control ability in all co-operative control technical route.

Keywords:air pollution control； co-operative control； technical route； bag dust removal； main-stream technology