火电厂烟气污染物超净排放技术路线探索

何 曦，陈 岚

(华北电力大学 环境工程系，河北 保定 071003)

火电厂烟气污染物超净排放技术路线探索

何 曦，陈 岚

(华北电力大学 环境工程系，河北 保定 071003)

随着环境污染的加剧，火电厂大气污染的控制越来越受到国家的重视，超低排放政策无疑给燃煤电厂带来了一次巨大的挑战。在实际运行中，常规的烟气污染物脱除工艺已经满足不了国家要求的排放限度。本文较全面的介绍了几种改造后的脱硫、脱硝、除尘技术，并以某电厂实际运行为例，介绍了一种超低排放路线，通过其实际运行数据显示，也证明了超低排放的可操作性和成功性。

燃煤电厂；超低排放；脱硫；脱硝；除尘

节能、环保、经济发展"是本世纪社会发展的三大主题。电力事业的迅速成长一方面促进了我国经济的发展，另一方面大批燃煤电厂的运行给人类赖以生存的环境也产生了严重的影响和损害，特别是大气环境[1]。火力发电仍以80%的比例高于其他发电形式。在火电机组的燃料中，煤炭占95%，这种情况在今后的十几年内不会有太大的变化。由于在已探明的一次能源储蓄中，煤炭依旧是主要能源，这就确定了以煤炭为主要能源的发电模式[2]。

因此，我国的空气污染是煤烟型为主。燃煤电厂主要大气污染排放物是含硫化合物(二氧化硫)、含氮化合物(以一氧化氮、二氧化氮为主)、烟尘等[3]。尽管我国对于烟气治理的研究机理和技术已经相当成熟，但是很多电厂由于实际运行中存在的诸多因素的影响[4]，仍然不能使大气污染物达到国家要求的排放标准。大气污染依然是我国煤电行业面临的一大难题。在实践中运行时烟气污染物脱除效率仍有一定的提高空间。因此，为了满足国家制定的大气污染物超低排放标准，需要集成各种先进的烟气污染物脱除技术， 充分发挥其协同作用。

1 二氧化硫高效控制技术

脱硫工艺在国内发展时间长，技术较为成熟，种类繁多。为了应对国家超低排放的政策，各环保公司由将原有的脱硫技术进行改造升级，又形成了一批新型的脱硫技术[5]。目前改进后的脱硫技术可以分为以下三种。

1.1 双塔串联技术

双塔串联技术主要是指增加一个辅助塔，与原有脱硫塔形成串联，对烟气进行两级处理，该方法可使脱硫效率达到98%。其主要优点是不对原有脱硫系统进行改动，改造期间，原有脱硫系统可以正常运行。双塔串联技术也存在一些问题，比如，由于新增了一座吸收塔和连接烟气通道造成的前期投资过高，占地面积较大；系统内阻力加大，引风机等的运行能耗也增加；为避免连接烟道内大量积浆，两座吸收塔必须同时配备除雾器。双塔串联技术主要适用于以高硫煤为主的电厂[6]。

1.2 托盘塔技术

托盘塔技术是由美国巴韦公司研究发明的，其与传统脱硫方法不同之处在于 ，在脱硫塔内喷淋区域设置了多孔合金托盘。在传统的脱硫塔中，烟气从侧面进入，从而造成了某个截面流速不均，容易形成涡流区域，烟气与脱硫浆液接触面积及时间减少，从而导致脱硫效率的下降。而该技术由于多孔合金托盘的放置，对烟气进行了整流，当烟气通过筛孔向上进入脱硫塔内时，与自上而下的浆液充分接触，同时托盘上留有一定高度的浆液泡沫层，进一步使浆液与烟气接触，使脱硫效率大幅提高。华能某电厂的运行数据表明，经托盘塔技术改造以后脱硫系统脱硫效率达到了98.3%。但是，托盘塔的问题在于，由于在脱硫塔内安置托盘，导致脱硫系统内阻力上升，增加了运行能耗；为了保证脱硫效率，浆液的pH值也有所提高，石膏结晶困难，含水量较大[7]。

1.3 单塔双循环技术

单塔双循环技术是由德国诺尔公司研究开发的一项脱硫工艺，是对双塔串联技术进行优化后的产物。该技术的特点是在一台吸收塔里经过两级浆液循环实现对SO2的两次吸收;将吸收塔分为pH值控制在4.5～5.3的下循环段和pH值控制在5.8～6.4的上循环段。由于pH值较低，下循环段有利于亚硫酸钙的氧化和石灰石的充分反应，使亚硫酸钙拥有充足的时间氧化成石膏；上循环段由于pH值较较高，石灰石浆液更易吸附SO2。单塔双循环技术的上、下循环是相对独立的，更易于优化调整。在面对一些不利状况，如燃煤含硫量和负荷的变化都能迅速做出反应[8]。浙江某电厂对脱硫装置进行了单塔双循环改造，经运行中测试表明，脱硫系统入口烟气中SO2浓度为1547.2mg/Nm3,出口的SO2浓度为8.4 mg/Nm3，脱硫率高达99.46%。

2 氮氧化物高效控制技术

与通常的脱硝方式相比，火电厂超低排放中脱硝体系本质上并没有差别，主要是改良低氮燃烧和加装脱硝催化剂的装填层数。脱硝方法主要分为燃烧前脱硝，燃烧中脱硝和燃烧后脱硝。由于我国燃料的特性，燃烧前对燃料中氮元素的脱除技术还有待进一步研究[9]。所以，目前为止，国内外可以成熟的在实践中应用的氮氧化物减排技术主要有低氮燃烧技术和选择性催化还原技术。

2.1 低氮燃烧技术

低氮燃烧技术即燃烧中脱硝技术。低氮燃烧技术从NOx的产生的角度来看，的确是有所减少。可以实现以最低的经济成本促进氮氧化物的减排。因此，在控制NOx低排放的初级阶段，低氮燃烧技术是首选技术。低氮燃烧技术主要是基于NOx的产生原理，选用低氧燃烧技术、空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术、烟气再循环技术及低氮燃烧器等来减少煤燃烧过程中NOx的产生[10]。

2.2 SCR脱硝技术

选择性催化还原法(SCR)是用氨(NH3)作为还原剂，将NOx转变成无污染的N2和水。而选择性是指在催化剂存在的情况下NH3和NO优于与烟气中的氧发生氧化反应而先发生还原反应，从而氨消耗量也有所下降[11]。其反应式为：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

选择性催化还原技术(SCR)的高脱硝效率，使其虽然有高投资、高运行费用等不足，仍是目前应用最为广泛的一种烟气脱硝工艺，是唯一能达到欧、美、日等发达国家排放标准的脱硝工艺。自20世纪80年代以来，这一技术已经成功应用于电厂锅炉、工业锅炉、垃圾焚烧锅炉、炼油厂、钢铁厂、硝酸厂和玻璃制造厂等燃烧各种燃料的烟气治理[12]。

3 烟尘高效控制技术

3.1 湿式静电除尘技术

湿式静电除尘技术，简称WESP,经常被用来从火电厂湿法烟气脱硫后形成的饱和湿烟气中的去除颗粒物质。其运行基理是，由于金属放电线的直流高压作用，烟气被电离，而烟气中的颗粒物由于荷电，趋近至集尘极，最终被喷至极板上的水冲到灰斗中，随水排出[13]。湿式静电除尘技术较干式静电除尘技术而言，具有除尘效率高，无反电晕及二次扬尘问题，能良好的脱除酸雾、细微颗粒物、石膏液滴、汞等重金属,维护费用低等优势。但也存在设备易腐蚀，投资高等缺点[14]。

表1 干式电除尘器与湿式电除尘器的比较

随着湿式电除尘技术研究的开展，其应用的领域也在逐渐的被拓宽。在深入协同治理及净化细微颗粒物、酸雾、汞等雾霾前体污染物上，湿式静电除尘技术也被寄予了更高的期望。

3.2 高频开关电源技术

高频高压电源是利用高频开关技术的一种新型的电除尘器供电电源，是从工频交流到直流再到高频交流，最后形成高频脉动直流的一种供电形式。具有脉宽可调、高度可调和频率可调，可提供从接近纯直流到脉冲波动幅度很大的各种波动范围较宽的电压波形，控制方式简便，能耗较低，能针对不同工况为除尘器提供合适的电压波形等特点[15]。

3.3 低低温静电除尘技术

低低温静电除尘技术是从电除尘技术以及湿式脱硫工艺的简单除尘和脱硫技术路线演化而来的[16]。低低温静电除尘的工作原理是：降低电除尘器进口的烟温(低至酸露点以下，大约为85～90℃)，继而烟尘的比电阻得以降低，除尘器的性能提高，从而提高除尘效率。低低温静电除尘技术可以有效避免反电晕现象，同时，降低烟气温度，烟气量和烟气速度随之减少，在电除尘器内，烟气停留时间相对延长，捕获烟尘更容易。此外，烟气温度低于酸露点时，SO3是以硫酸雾的形式存在于烟气中，硫酸雾被烟气中的粉尘吸附、中和，从而脱除大部分的三氧化硫[17]。低低温电除尘技术已应用在许多国家，如日本、美国等，但在国内仍处于起步阶段，有待进一步的研究。

3.4 旋转电极技术

旋转电极除尘技术属于静电除尘技术的一种，其原理与传统静电除尘技术一样，依然是利用静电作用来收集粉尘。旋转电极技术是在电场的阳极处采用回转的阳极板，用旋转刷清灰方式代替传统的振打清灰方式的一种新型技术[18]。当旋转极板运行到电场下边的灰斗时，附着其上的灰尘就被放置在非收尘区的清灰刷彻底清除，有效地防止了反电晕现象和二次扬尘问题的产生，可显著提高除尘效率。

4 机组超低排放改造路线

为了达到超低排放的技术标准：在氧气含量为6%时，烟尘浓度低于10毫克/立方米、SO2浓度低于35 mg/m3、NOx浓度低于50 mg/m3。以某电厂2号机组(1×600MW)为例，采用低氮燃烧+SCR脱硝+旋转电极除尘+石灰石石膏脱硫(单塔双循环)+湿式静电除尘的技术路线。根据该机组烟气在线监测系统的记录，将改造前的烟尘、NOx及SO2平均浓度整理如表2所示。将改造后，由某检测中心进行的性能检测测试结果如表3所示。检测结果表明，经改造，该机组烟气污染物排放浓度低于超低排放标准，检测合格。

表2 某电厂2号机组大气污染物脱除技术改造前数据

表3 某电厂2号机组大气污染物脱除技术改造后数据

5 结论

由于以煤炭为主要燃料的格局短期内不会发生变化，因此随着环境污染的日益严重，燃煤电厂减排降耗的压力越来越大。在火力电厂中，改造现有烟气污染物控制及净化工艺，发挥烟尘、二氧化硫及氮氧化物处理工艺的协同作用是未来大气污染防治的主要发展方向。总结了现有火电厂超净排放的技术手段，并以某电厂为例，以其实际运行数据证明改造后超低排放的可实现性及成功性。各电厂可分别根据各地排放标准、燃煤煤质等因素选择合适的超低排放改造路线，达到节能减排的共同目的。

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(本文文献格式：何 曦，陈 岚.火电厂烟气污染物超净排放技术路线探索[J].山东化工，2017，46(08)：169-171.)

Study on the Technology of Ultra-clean Emission of Flue Gas from Coal-fired Power Plant

HeXi,ChenLan

(North China Electric Power University,Baoding 071003, China)

With the aggravation of environmental pollution, more and more attention has been paid to the control of air pollution in coal-fired power plants. So ultra-low emission policy will undoubtedly bring a huge challenge to coal-fired power plants. In the actual operation, the conventional flue gas removal technology has been unable to meet the national emission limits. In this paper, several kinds of modified of desulphurization and denitration, dust removal technology are introduced.And then taking an actual operation of a power plant as an example to introduce a kind of ultra low emission route. Through the actual operation data, it is proved that the operation and success of ultra low emission.

coal-fired power plants; ultra-low emission; desulphurization; denitration; dust removal

2017-03-02

何 曦(1993—)，女，河北石家庄人，研究生。

X701

A

1008-021X(2017)08-0169-03