燃煤電廠超低排放技術探討

孫振華 韓蘇強 孫卓

【摘 要】在環保排放要求日益嚴格的壓力下，推廣超低排放技術改造是燃煤電廠生存和發展必經之路。本文首先綜述了燃煤電廠除塵、脫硫、脫硝等污染物超低排放技術發展現狀。在此基礎上總結了2種應用最廣泛的技術路線：以低低溫電除塵為核心的技術路線和以濕式電除塵為核心的技術路線。這兩種改造路線均能滿足現行污染物排放限值要求。最后本文展望了未來超低排放技術的發展趨勢。

【關鍵詞】燃煤電廠；超低排放；PM2.5；協同脫出

由于我國富煤貧油少氣的化石能源結構，煤炭在很長一段時間內仍是主體能源。煤炭的消費，同時會產生硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）以及粉塵顆粒物（PM2.5）等污染物的排放。其中硫氧化物和氮氧化物不僅會造成酸雨等危害，同時也是PM2.5的重要前體物，在大氣中發生化學反應生成二次顆粒物，是PM2.5的重要來源[1]。近年來PM2.5持續高濃度引發了我國大部分地區的霧霾天氣，對人民的健康造成了很大的傷害[2]。截止2017年底，煤電裝機總量約為10.2億千瓦，占發電機總量的58%，可見燃煤電廠的污染物排放控制對我國大氣環境的治理具有關鍵性作用。

為此，在環保排放要求日益嚴格的壓力下，2014年9月，國家發改委、環境保護部、國家能源局聯合制定出臺的《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》，對燃煤電廠煙氣中的煙塵、SO2、NOx的排放提出了更嚴格的要求，即在重點地區，新建燃煤發電機組在基準氧含量6%的條件下，煙塵、SO2、NOx的排放限值分別不高于10、35、50mg/m3，一些大型現役燃煤機組改造后也要達到這一限值。

本文分析了燃煤電廠污染物控制技術的發展，總結了目前燃煤電廠超低排放技術的現狀，并展望未來超低排放技術的發展趨勢。

一、燃煤電廠煙氣污染物控制技術發展現狀

1.除塵技術的發展

超低排放機組常用除塵技術包括低低溫電除塵技術、濕式電除塵技術、電袋復合除塵技術以及對原有電除塵的新技術改造。

低低溫電除塵是指在靜電除塵器之前增設低溫省煤器或煙氣換熱裝置，使除塵器入口處煙氣降至90～100℃，從而使粉塵比電阻降低，同時煙氣流量減少，除塵效率提高[3]。濕式電除塵采用水膜清灰的方式代替了傳統干式電除塵的振打吹灰，大幅度提高電除塵器內放電電流，有效提高除塵效率，同時能脫除煙氣中的酸霧、有毒重金屬等有害物質。電袋復合除塵技術是充分結合電除塵和袋除塵的優勢，利用電場除去煙氣中大部分的煙塵，然后利用濾袋收集剩余的微細粉塵，其除塵效率高于靜電除塵器，但會增加煙道阻力，且對煙氣溫度比較敏感，濾袋需定時更換，維護成本較高。原有電除塵新技術改造主要路線有：移動電極電除塵、高頻電源技術改造、電除塵本體增容改造等。

2.脫硫技術的發展

我國燃煤電廠應用最廣泛的脫硫工藝為石灰石—石膏法，早期的單塔脫硫技術已經不能滿足超低排放的要求。脫硫提效改造主要通過增加噴淋層、增加煙氣停留時間、提高塔內煙氣均流性，原塔無法改造時可采用單塔雙循環及雙塔雙循環技術，以上技術科有效提高噴淋覆蓋率、優化漿液PH值、降低煙氣流速、同時促進脫硫系統的協同除塵[4]。

3.脫硝技術的發展

燃煤電廠對氮氧化物的脫除主要采用低氮燃燒技術和選擇性催化還原技術（SCR）相結合的工藝。對NOx超低排放改造主要是優化低氮燃燒技術并增加SCR脫硝催化劑的層數。常規低氮燃燒器大部分的NOx是在燃燼風區域生成的，改造時，可增加燃燼風的配比，能有效降低NOx的生成；同時近年來興起的雙尺度低氮燃燒改造技術也能同時確保低氮及穩燃。SCR脫硝系統改造主要是將原有的備用層加裝催化劑，有效提高脫硝效率，SCR技術還可實現汞的協同脫除。

二、超低排放技術路線探討

燃煤電廠煙氣污染物處理工藝正在逐漸向一體化協同脫除的方向發展，將各污染物脫除裝置有機整合，實現對煙塵、SO2、NOx一體化協同脫除。應用最廣泛的工藝為：以低低溫電除塵為核心的技術路線和以濕式電除塵為核心的技術路線，兩種路線均能滿足目前煙氣污染物排放限值的要求。

1.低低溫電除塵技術路線

該工藝路線以低低溫電除塵為核心：爐內采用低氮燃燒器，煙氣依次經過SCR脫硝裝置、低溫省煤器、低低溫電除塵器、濕法煙氣脫硫裝置（WFGD），協同脫除NOx、煙塵、SO2等污染物，低溫省煤器降低除塵器入口溫度，粉塵比電阻降低，提高除塵效率，同時能使SO3酸霧附著在粉塵上，可脫除大部分SO3，減輕了后續設備的脫硫負擔。低低溫電除塵器出口粉塵粒徑明顯高于常規電除塵器，可有效提高濕法脫硫塔內除塵效率[5]。

2.濕式電除塵技術路線

該工藝路線以濕式電除塵為核心：爐內采用低氮燃燒器，煙氣依次經過SCR脫硝裝置、干式電除塵器、濕法脫硫裝置，脫除NOx、大部分大顆粒煙塵、SO2等污染物，之后經過相變換熱器和濕式電除塵協同脫除剩余微細粉塵以及殘余的酸霧和汞等有毒重金屬，同時能有效解決脫硫后的“石膏雨”現象[6]。

三、燃煤電廠超低排放技術發展趨勢

現有大型燃煤電廠通過不同路線改造后，煙塵、SO2、NOx等的排放限值均能夠達到限值要求，但現有改造一次投資成本高，運行穩定性不足，因此低成本超低排放技術研究將是未來的一大重要課題。

脫硝研究重點在新型催化劑的研究，包括：開發溫度范圍更寬的催化劑、催化劑無毒再生研究、重金屬協同脫除催化劑的研究。在運行方面，降低氨逃逸的技術有待進一步提高。

【參考文獻】

[1]胡敏，唐倩，彭劍飛，王鍔一，王淑蘭，柴發合.我國大氣顆粒物來源及特征分析[J].環境與可持續發展，2011，36（05）：15-19.

[2]屈成銳，趙長遂，段倫博，李英杰.燃煤超細顆粒物形成機理及其控制的研究進展[J].熱能動力工程，2008（05）：447-452+552.

[3]趙永椿，馬斯鳴，楊建平，張軍營，鄭楚光.燃煤電廠污染物超凈排放的發展及現狀[J].煤炭學報，2015，40（11）：2629-2640.

[4]李慶，姜龍，郭玥，杜磊，劉高軍.燃煤電廠超低排放應用現狀及關鍵問題[J].高電壓技術，2017，43（08）：2630-2637.

[5]史文崢，楊萌萌，張緒輝，李水清，姚強.燃煤電廠超低排放技術路線與協同脫除[J].中國電機工程學報，2016，36（16）：4308-4318+4513.

[6]張序，李建軍.燃煤電廠煙氣超低排放技術路線的研究[J].四川化工，2015，18（05）：55-58.