高硫高灰燃煤電廠超低排放技術路線研究

田宏亮

（內蒙古能源發電準大發電有限公司，內蒙古 準格爾旗 010399）

高硫高灰燃煤電廠超低排放技術路線研究

田宏亮

（內蒙古能源發電準大發電有限公司，內蒙古 準格爾旗 010399）

本文根據我國燃煤煙氣高灰、高硫的特性和超大煙氣的現狀，研究煙氣凈化技術的優化改進，以此達到高效率脫除高硫、高灰，并通過煙氣凈化設備之間的交互影響完成經濟可行的大氣污染的超低排放量。

燃煤電站；單塔雙循環技術；超低排放

燃煤電廠大氣污染物“超低排放”尚缺乏一個明確的定義，所謂的“超低、近零、超凈”等排放表述均存在一個共同點，即把燃煤鍋爐排放的煙塵、SO2和NOx的排污濃度和《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223—2011）中的有關排放濃度限值比較，若達到或低于限值的情況就認定為“超低排放”，這三項的濃度限值分別是5mg/m3、 35 mg/ m3、50mg/m3。

1 國內燃煤煙氣污染物超低排放技術發展狀況

1.1 塵超低排放技術

（1）增效干式除塵技術。當前，我國的靜電除塵技術已經達到了較為先進的水平，實現了高效的除塵效果；在設備方面為低設備阻力，適應煙溫的范圍較寬，操作方便而且可靠。對于增效干式除塵技術而言，通常會與濕法脫硫技術一起使用，實現共同的除塵目的，使得煙塵排放濃度達到10mg/m3范圍內。在低溫靜電除塵技術應用中，會涉及到低溫省煤器或氣換熱器部分的工作，其作用是降低入口煙氣溫度，保證其溫度在90～100℃的低低溫狀態，從而將除塵器的工作溫度控制在酸露點之下，為高效除塵、協同脫除等帶來了優勢。首先，通過降低煙氣溫度，使得煙塵比電阻得到降低，達到高效除塵效果；第二，降低煙氣溫度就降低了煙氣量和風速，從而方便捕集細微顆粒物；第三，合理優化利用煙氣余熱實現了煤量的低消耗；第四 ，在冷凝煙氣中含有SO3，將這部分SO3通過粘附粉塵表面，最終協同脫除掉；第五，最后一部分工作是后續濕法脫硫系統，該工作通過降低煙溫使得脫硫效率得到提高，也減少了耗水量。我國嚴峻的“霧霾”和廣泛的煤電能源資源應用狀況亟需這樣的除塵技術的應用，將粉塵和SO3的排放和能源應用進行高效控制。（2）濕式靜電除塵技術。和電除塵器的振打清灰不同的是，濕式靜電除塵器技術有集塵極上的連續的水膜工作部分，能夠讓清灰效果更佳，還不受到粉塵比電阻影響，也就沒有反電暈和二次揚塵的問題。同時，電場中高濕環境下的放電極會帶來大量帶電霧滴，極大地提高了亞微米粒子碰撞帶電的機率，保證高效除塵。該技術能夠更好地脫除酸霧、細微超細的顆粒和霧滴、汞等重金屬，脫除效果良好。

1907年，世界上首臺濕式靜電除塵器開始運用到硫酸霧的去除運行中，隨后又擴展到了電廠細微顆粒的普及。我國的濕式靜電除塵技術與設備也在冶金、硫酸工業進行了成功運行，技術成熟，并制定出了《電除霧器》（HJ/T 323—2006）微細霧滴標準。其技術特征為：在處理單體的煙氣量時，控制量是5萬m3/h的范圍，此時的設計煙氣流速1m/s，所用的電極材質是PV/FRP。

當前，濕式靜電除塵技術已經開始拓展到細顆粒物、超細霧滴、SO2、NOx、Hg 等霧霾前體污染物的協調控制、深度凈化方面，并且會有更加深入的發展。

1.2 SO2超低排放技術

（1）托盤塔技術。該技術是將穿流孔板托盤加裝在脫硫噴淋塔中，從而使得整個噴淋塔截面能夠均勻分布煙氣，增大氣液接觸界面的泡沫層，完成高效脫硫。美國的托盤塔技術的脫硫效率高于98%，提供該技術的主要是巴布科克—威爾科克斯公司。然而其技術缺陷在于使得脫硫系統的阻力增加，原因在于加裝了托盤，阻力到達了1kPa，導致高能耗運行；此外，高效率的脫硫會增加吸收塔漿液的pH值，導致石膏結晶難度和含水率的增加。（2）雙塔串聯技術（石灰石—石膏濕法）。該技術通過石灰石—石膏濕法的噴淋空塔串聯，在煙氣通過一級塔和二級塔時，分別脫掉部分SO2和進行2次疊加，實現98%的高效脫硫。串聯吸收塔能夠進行高出力，有較強的鍋爐負荷波動的適應性，從而完成SO2的超低排放。其優勢為：不對原脫硫系統進行改革，原系統的運行不受影響。而改動的地方只是進行雙塔串聯技術的改動，位置在320MW機組的脫硫系統，改動后，燃煤硫含量提高了2.37%以上，為5%，脫硫塔入口的SO2的濃度達到了12.5g/m3，實現98.5%的脫硫效率。技術缺陷：初次投入很高，要比單塔增設一座吸收塔與連接煙道；增加了脫硫系統的阻力，也就極大地增加了運行能耗；必須要對兩級吸收塔配置除霧器，以減少連接煙道的積漿；較大的占地面積；其增加的排石膏漿池加大了系統的復雜程度。（3）單塔雙循環技術。采用單塔雙循環技術，只需要1 臺吸收塔就能對煙氣通過進行兩次 SO2脫除和兩次漿液循環，在一級循環中能夠充分進行硫酸鈣對石灰石充分溶解，使得石膏結晶有充足的時間，幫助二級循環過程中的高效脫硫。這是對雙塔串聯工藝流程優化，其特點是實現了煙氣的分級脫硫，降低能耗；減少一級循環中煙氣的塵、HCL、HF含量；獨立控制各循環，方便快速調整，對含硫量和負荷的大幅變化能夠有較強的適應；減小事故漿罐的儲存容積；均布煙氣流場，高效除霧，便于漿液捕集顆粒物輔助實現煙塵的超低排放。該技術能夠實現高效脫硫和適應工況波動。

1.3 NOx超低排放技術

我國電廠燃煤鍋爐的NOx減排技術為低氮燃燒、選擇性催化還原兩種脫硝技術。

（1）低氮燃燒技術。應用較為廣泛的是雙尺度低氮燃燒技術，采取爐內射流組合，目的是對一些場特性做空間差異化處理，由此達到低氮、防渣、穩燃的特性。（2）SCR脫硝技術。國內已經引進脫硝技術的主要有國電龍源、華電工程等單位。SCR脫硝原理為：320～420℃范圍內進行加入催化劑（核心元件），噴入NH3、NOx后，產生N2與H2O，完成脫硝。我國的脫硝成本高的原因是催化劑生產技術、原材料要高成本進口。

圖1 某燃煤機組煙氣污染物超低排放技術路線圖

2 燃煤煙氣污染物超低排放技術路線

要實現對燃煤煙氣的綜合治理，就需要綜合各技術的特點，在改進燃煤煙氣污染物超低排放技術中發揮各技術的優勢，進行關聯技術的互通聯動。

首先需要對應用的煙煤條件進行控制：低硫、低灰、高揮發分、高熱值。其次，針對電廠機組所選的超低排放技術路線說明進行研究，本文就以600MW機組為例進行其中的一個超低排放技術路線的研究，適當根據煤質、燃燒器型號、鍋爐爐型來調整。具體的技術路線如圖1。

通過低氮燃燒技術能夠穩定和保證鍋爐效率，從而將出口NOx的濃度進行最大限度地降低；SCR脫硝工藝完成了NOx 超低排放，使得燃燒器出口的NOx濃度低于200mg/m3，降低后續SCR催化劑的用量和噴氨量，此法較為經濟；而爐外的精細的SCR脫硝工藝能夠精細調控噴氨量和噴氨位置，升級氨煙混合系統與渦流混合器，有助于充分混合氨煙實現NOx超低排放，在引入旁路熱煙氣后，對負荷波動中的煙溫變化進行了更好的適應，使得SCR系統能夠在有限的時間內高效運行；在催化劑的改性作用下，使得汞氧化率(＞70%)提高，脫硫系統到達了協同脫除的目的。

選用雙循環脫硫工藝或托盤塔技術能夠控制SO2濃度，完成超低排放目的。本文為了高效脫硫，特設計了單塔雙循環技術，設計對1座吸收塔內的脫硫2次，然后通過雙塔串聯，通過噴淋系統來進行煙氣洗滌，協同脫除粉塵、Hg2+，完成SO2超低排放，降低吸收塔持液量，緩解“石膏雨”現象。

煙塵的超低排放（低于5mg/m3）可選用的技術有增效干式除塵、單塔雙循環協同除塵技術，也可以增加濕式靜電除塵器。本案例選用的是“低低溫電除塵 + 濕式深度凈化技術”，低低溫電除塵脫除煙氣的多數粉塵、部分SO3和顆粒汞，并回收利用煙氣余熱達到節煤、降煙溫、減少煙氣量的效果，為后續的濕法脫硫進行節水和提效，同時也緩解了“石膏雨”；濕式靜電除塵能夠完成煙氣含塵量的超低排放，并協同凈化SO3、重金屬、NH3，同時作為最后治理單元，能夠靈活地進行SO2、NOx的終極調控，在添加脫硫液或脫硝液的方式下完成深度凈化。

3 結語

目前對于燃煤電站大氣污染物高效脫除與協同控制的研究成為了國際能源環境領域的戰略性研究課題。在國內，一般會用到除塵、脫硫、脫硝的煙氣凈化技術來進行燃煤電廠大氣污染物的脫除與控制，但都是引進歐美、日本等國家的技術，導致了燃煤電站煙氣凈化技術的單一功能和煙氣凈化設備序列串聯使用，尚未形成整體系統和優化集成，使得設備配套運行低效，電廠運行成本被迫增高，這是需要改進優化的地方。

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