燃煤电厂超低排放技术路线选择探讨

夏力伟，张学锁，曾峥，鲍科峰

(皖能马鞍山发电有限公司，安徽马鞍山 243000)

燃煤电厂超低排放技术路线选择探讨

夏力伟，张学锁，曾峥，鲍科峰

(皖能马鞍山发电有限公司，安徽马鞍山 243000)

随着大气污染越来越受到大家的广泛关注以及重视，近年来国家颁布了一系列严苛的大气污染物排放标准，超低排放已成为未来电厂环保的新趋势。分析了脱硝、除尘和脱硫三个方面的超低排放技术方案，并在此基础之上，对已经投运的超低排放组合技术路线进行了探讨。

超低排放;脱硝;除尘;脱硫

0 引言

2015-07-16，环保部下发了《关于编制“十三五”燃煤电厂超低排放改造方案的通知》，要求各大发电集团实施“提速扩围”，加快推进燃煤电厂超低排放改造工作，力争打造世界最清洁高效的煤电体系。“超低排放”已成为未来电厂环境保护的新趋势，社会对实现“超低排放”技术的关注度也越来越高［1-2］。本文从脱硝、除尘和脱硫三个方面对污染物超低排放技术方案进行分析，在此基础之上，对已经投运的超低排放组合技术路线进行探讨，为燃煤电厂进行相关改造提供参考。

1 NOx控制技术

1.1 低氮燃烧技术

低氮燃烧技术包括低氮燃烧器技术、空气分级技术、燃料再燃技术等，在实际生产过程中，各种低氮燃烧技术常常以组合的方式出现。其中，空气分级技术+低氮燃烧器技术应用最为广泛［3］。

低氮燃烧技术初期一次性投入较大，但后续无运行成本，仅进行必要的维护即可，因此是国内外燃煤锅炉控制NOx排放的优先选用方法。但是必须注意到，NOx减排和安全稳定燃烧恰好构成了一对矛盾，各种低氮燃烧方法对炉内火焰稳定性和燃料的完全燃烧程度都有明显不利的影响，因此选择NOx控制措施时必须兼顾燃烧的经济性和安全性。

1.2 烟气脱硝技术

目前，比较常用的烟气脱硝技术主要包括选择性催化还原(SCR)技术和选择性非催化还原(SNCR)技术。SCR技术是目前应用最广泛的烟气脱硝技术［4］。SNCR技术又被称为热力脱硝，是没有催化剂作用的条件下，利用炉内高温(900～1200℃)驱动来完成还原反应。与SCR技术相比，由于不使用催化剂，运行成本相对较低，但氨的逃逸量较多，脱硝效率也不高。

随着NOx排放标准的不断提高，低氮燃烧+ SNCR+SCR的组合路线开始受到关注。前期的低氮燃烧可以减轻后续系统的脱硝压力，而SNCR和SCR的组合，将SNCR的还原剂直喷炉膛技术同SCR利用逸出氨进行催化反应结合起来，进行两级脱硝，降低成本的同时获得了较高的脱硝效率，减少了氨的逃逸。

2 烟尘控制技术

为达到烟囱入口烟尘浓度小于5mg/m3的排放目标，有多种形式的除尘器改造技术方案可供选择。其中，常规的电除尘器和袋式除尘器技术稳定性好，应用广泛，而低低温电除尘、湿式电除尘器等新兴除尘技术也有一定的应用业绩。

2.1 电除尘高频电源改造

电除尘器高频电源是利用高频开关技术，通过工频交流-直流-高频交流-高频脉动直流的能量转换形式，供给电场一系列的窄电流脉冲。有研究指出，采用高频电源给电除尘器供电，烟尘排放浓度可降低40%～60%，配合电除尘器，除尘效率能达到99.80% ～99.85%［5］。

与普通工频电源相比，高频电源在节能效果、电晕功率、电源适应性和火花控制特性等方面具有很大的优势，而且改造成本低，效果明显，已经成为各电厂在超低排放改造中普遍使用的一种辅助除尘增效改造方式。

2.2 电袋复合除尘

电袋复合式除尘器是有机结合了静电除尘和布袋除尘的特点，通过前级电场的预收尘、荷电作用和后级滤袋区过滤除尘的一种高效除尘器。它充分发挥电除尘器和布袋除尘器各自的除尘优势［7］，以及两者相结合产生新的性能优点，弥补了电除尘器和布袋除尘器的除尘缺点。该复合型除尘器具有效率高，稳定的优点，可实现除尘器出口烟气浓度小于20mg/m3的排放。近期投运的超细纤维滤袋可保证除尘器出口烟气浓度小于10mg/m3［7］。但从已经投产的电袋复合除尘器来看，差压高、布袋寿命短和维护费用高等问题仍然需要尽快解决。

2.3 低低温电除尘

低低温电除尘是在电除尘前增设低温省煤器，以降低烟气入口温度(低于酸露点温度)，提高除尘效率。有研究指出，随温度降低，粉尘比电阻降低，更易被捕集;同时，烟气体积流量下降，在电除尘通流面积不变的情况下，流速明显降低，在电除尘内部的停留时间增加，因此，除尘系统效率将会明显提高［6］。另外，用低低温电除尘降低吸收塔入口烟温，可减少吸收塔的蒸发量，节水效果明显。虽然低低温电除尘具有明显的优势，但其存在一个较大的隐患，即烟气低温腐蚀问题。一旦将排烟温度降低到100℃以下，管道、电除尘、风机、烟道等可能会比较严重的腐蚀。

2.4 湿式电除尘器

湿式电除尘器是一种处理含微量粉尘和微颗粒烟气的新除尘设备，用于去除湿法脱硫后的粉尘和石膏浆液雾滴等，是大气复合污染物控制系统的最终精处理环节。湿式电除尘器的收尘原理与干式电除尘器相同，靠高压电晕放电使得粉尘荷电，荷电后的粉尘在电场力的作用下到达集尘板/管，然后采用定期冲洗的方式，使粉尘随着冲刷液的流动而清除，避免引起二次扬尘。

在吸收塔出口接湿式电除尘器，可将烟尘排放限值控制在5mg/m3甚至更低水平，消除“石膏雨”现象，同时对一次PM2.5、SO3和Hg的去除率分别在85%、70%和60%左右［5］。

考虑到塔后增加湿式电除尘器达到超低排放标准和利用吸收塔协同除尘来达到超低排放标准两种技术路线的选择，需做好前端除尘器的选型论证，在保证前端的除尘器稳定达到环评和设计指标的同时，充分考虑湿法脱硫部分吸收塔的洗尘和除雾指标，在此基础上按照超低排放要求，考虑是否需要加装湿式电除尘器。

3 SO2控制技术

石灰石-石膏湿法烟气脱硫(WFGD)工艺是目前技术最成熟、应用最广泛的烟气脱硫技术，我国90%左右的电厂烟气脱硫装置都是采用该工艺，因此，本文的脱硫超低排放路线也是基于该工艺进行论证的。

一般来说，在设计原则和基础参数确定的条件下，湿法脱硫系统的差别主要体现在核心设备吸收塔上，这是决定改造工程量、改造投资和改造工期等的关键因素。

3.1 原塔提效方案

为了达到要求的吸收塔脱硫效率，可以通过增加喷淋层数来增大液气比，也可以通过增加合金托盘来增加传质效率，或两种方式一起使用。相应的，原塔的石膏氧化时间需要重新进行核算，若原塔浆池能够满足改造后的石膏氧化时间的要求，原塔浆池可无需改造，若原塔浆池不能满足改造后的需要，则可对浆池加高或采用增设塔外浆液箱的方式来满足石膏氧化时间的要求。

根据国内电厂超低排放改造的效果来看，达到脱硫目标一般都不存在问题，主要是对吸收塔内协同除尘的要求。在吸收塔达到脱硫效率的前提下，如果吸收塔入口粉尘浓度处在合理范围内，则在考虑不增加后续的湿式电除尘器的条件下，通过均布气流、提高喷淋覆盖度及优化除雾器布置等技术是完全能够将出口粉尘降低到5mg/m3以下的。

3.2 增设新塔方案

当原单塔的脱硫效率不能满足排放要求时，可以考虑新建串联或并联吸收塔。

新建串联塔，是目前国内大型火力发电厂针对高硫煤的比较成熟的脱硫技术。烟气通过一级塔后，由烟气出口进入二级塔，进行二次脱硫。两级吸收塔工作的侧重点不同，一级塔低pH值运行，重氧化，二级塔高pH值运行，保证系统脱硫效率。

新建并联塔，主要通过烟气分流减少进入原吸收塔的烟气量，使得原吸收塔出口烟气达标排放，新建吸收塔则用于处理剩余部分烟气量。

3.3 单塔双循环方案

单塔双循环是结合原塔提效和增设新塔两种方案的优点衍生出的新工艺。单塔双循环的吸收系统与传统的单塔不同，而是分为上层浆液循环和下层浆液循环两个部分，下层循环的浆液经过喷淋吸收后返回到吸收塔浆池，上层循环的浆液通过上层受液盘将上层喷淋的浆液收集，通过重力自流到塔外浆池。从实质上看，单塔双循环和串塔工艺的流程基本相同，只是将串塔中间的联络烟道省略，达到脱硫效率的同时节省成本。但该工艺存在吸收塔高度较高的问题，给吸收塔的设计和加固都带来了不小的影响。

4 超低排放组合技术路线

对于降低NOx和SO2的浓度，都有成熟可靠的技术路线，但对于烟尘的去除，有多种改造思路。根据目前国内各大电厂的改造实施情况，主要有以下几种组合的超低排放改造技术路线:

(1)低氮改造/增加催化剂层+低低温电除尘+脱硫提效协同除尘

对降低NOx的浓度，采用低氮改造或增加催化剂层均能达到超低排放要求;对降低粉尘的浓度，采用在空预器与原电除尘器之间增设低温省煤器，将烟气温度降低，具有较好的节能和提高原电除尘器的除尘效果，同时能协同脱除部分SO3，使除尘器出口烟尘浓度下降到25mg/m3，再经脱硫系统协同除尘达到烟尘超低排放要求。国内已有同类机组稳定达到烟尘排放浓度5mg/m3的运行业绩。

(2)低氮改造/增加催化剂层+电袋复合除尘器+脱硫提效协同除尘

将原电除尘器的后几个电场改造为袋式除尘器，并采用超细纤维滤袋，形成电袋复合除尘器，能较大幅度地提高除尘效率，除尘器出口烟尘浓度≤10mg/m3，再经后续脱硫系统协同除尘达到烟尘超低排放要求。国内已有同类机组稳定达到烟尘排放浓度5mg/m3的运行业绩。

(3)低氮改造/增加催化剂层+脱硫提效协同除尘+湿式电除尘器

即对原电除尘器不作改造，只进行检修并加强运行维护，确保除尘器出口烟尘浓度≤60mg/m3，然后经脱硫系统协同除尘，使吸收塔出口烟尘浓度≤20mg/m3，最后经过湿式电除尘器对粉尘的深度去除，达到烟尘的超低排放要求。国内已有同类机组稳定达到烟尘排放浓度5mg/m3的运行业绩。

5 结语

在当前大气污染物排放控制形势下，选择合适的超低技术路线对整个项目的投资和设备选型至关重要。针对不同的排放标准、锅炉炉型和燃煤煤质，可采用的技术路线并不唯一，燃煤电厂应该综合考虑各种因素，制定出符合自身实际情况的改造方案，实现煤炭的清洁化利用。随着超低排放技术的逐步推广，这将产生十分巨大的环境效益和社会效益。

［1］GB 13223-2011，火电厂大气污染物排放标准［S］.

［2］国家发展改革委，环境保护部，国家能源局.关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》的通知(发改能源［2014］2093号)［EB/OL］.http://bgt.ndrc.gov.cn/zcfb/ 201409/t20140919_626242.html，2014-09-12.

［3］周俊虎，赵玉晓，刘建忠，等.低NOx煤粉燃烧器技术的研究进展与前景展望［J］.热力发电，2005(8):1-7.

［4］高凤，杨嘉谟.燃煤烟气脱硝技术的应用与进展［J］.环境保护科学，2007，33(3):11-13.

［5］王临清，朱法华，赵秀勇.燃煤电厂超低排放的减排潜力及其PM2.5环境效益［J］.中国电力，2014，47(11):150-153.

［6］黄永琛，杨 宋，陈 辰，等.燃煤电厂烟尘超净排放技术路线探讨［J］.能源与节能，2015(3):126-129.

［7］陈奎续.大型燃煤机组配套除尘设备的技术经济性分析［J］.中国环保产业，2011(11):53-57.

Discussion on selection of ultra low emission technical routes in coal-fired power plants

With the more and more attention paying on air pollutants，a series of strict relevant standards are enacted，and ultra low emission has been a kind of trend for coal-fired power plants.The ultra low emission technologies about denitration，dust removal and desulfuration are described.Based on that，the combinatorial technical routes which have been put into operation are discussed.

ultra low emission;denitration;dust removal;desulfuration

X701

:B

:1674-8069(2017)01-031-03

2016-08-19;

:2016-09-07

夏力伟(1971-)，男，安徽合肥人，工程师，研究方向为火电厂热能动力设备。E-mail:1021095854@qq.com