燃煤烟气污染物超低排放技术及经济分析

2017-12-23郭延柱山东省环境保护科学研究设计院

大陆桥视野 2017年18期

关键词：烟尘湿式氮氧化物

郭延柱/山东省环境保护科学研究设计院

燃煤烟气污染物超低排放技术及经济分析

郭延柱/山东省环境保护科学研究设计院

燃煤电厂在满足社会电力需求的同时，释放了大量粉尘和有毒有害气体，严重地生态污染和环境破坏，造成了严重的气候事件等，严重影响着我国社会的健康发展。本文对燃煤烟气污染物超低排放技术及经济分析。

燃煤烟气；污染物；超低排放；经济分析

引言

我国是电力需求大国，当前经济技术水平下，电力供给仍然以传统的火力发电为主，然而，由于技术水平的限制，燃煤烟气处理手段和能力的仍然不足，煤炭在我国能源机构中占有重要的位置，然而当前煤炭发电产生的燃煤烟气对环境造成了严重的影响，严重的威胁着人类赖以生存的生态和环境，因此采用超低排放技术实在必行，然而，超低排放技术的投入使用还需要考虑到社会效益和电厂的自身发展等等，因此超低排放技术在投入运用前需要从技术和经济方面进行分析和判断，以此来实现燃煤电厂烟气污染物的综合防治。

一、燃煤发电的污染物组成及主要污染环节分析

煤炭主要由C、H、O、S、N等成分组成，此外还含有微量的有毒有害元素如砷、汞等，煤炭燃烧会产生废气、烟尘和灰渣等，同时释放SOX、CO2、NOX及多环芳烃等物质，这些物质也是燃煤发电产生的主要污染物。

根据通用的燃煤发电运营工艺流程分析，燃煤发电过程中的主要污染物产生环节包括储煤、运煤、燃煤、发电等部分。储煤、运煤过程中产生的扬尘会影响环境，通过向煤场、输煤栈桥洒水、冲洗可以减少扬尘产生，这一过程产生的输煤废水也会影响环境；燃煤环节是污染物产生的主要环节，燃煤发电时煤炭燃烧产生的污染物均在这个过程中产生，燃煤环节的污染物治理是燃煤电厂环境治理的最主要组成部分；此外，在发电过程中各种机械设备（如水泵、空压机）产生的噪声，冷却塔产生污水及主厂房内的冲洗产生的冲洗废水也会对环境产生影响。综合来看，燃煤电厂产生的污染物主要包括废气、废水、废渣等，在这些污染物中烟尘、SOX、CO2、NOX是燃煤电厂的首要污染物。烟尘、SOX、CO2、NOX也是造成空气环境质量恶化的最重要因素。

二、燃煤烟气污染物超低排放技术发展现状

由于工业发展较晚，我国初期燃煤电厂目前采用的脱硫、脱硝、除尘等烟气净化手段基本上以国外引进为主，由于缺乏本地化设计，使得烟气净化技术功能单一、系统协调性差、烟气处理效果不明显，同时在运行中由于烟气处理系统的整合系统的不兼容造成了烟气处理设备的运行与衔接频繁故障，在加重了设备运行负担的同时，为电厂造成了重大的经济损失。随着燃煤技术水平的不断提高，我国火电行业积极总结、实践，结合我国电厂运行、燃煤烟气及处理技术特点，建立了适用于我国燃煤烟气处理和净化技术系统，实现烟尘、二氧化硫和氮氧化物等多种污染物超低排放的技术工艺数据库。

（一）烟尘的超低排放技术

燃煤烟尘的处理主要采用在脱硫前进行干式除尘和脱硫后进行湿式除尘，通过两种除尘方法的有效衔接，实现燃煤烟气除尘的效果。

1.干式除尘技术。

干式除尘技术通常有静电除尘技术、袋式除尘技术、综合除尘技术三类。其中静电除尘以其处理能力强、处理效果好、设备运行阻力低、适用范围广、技术简单可靠等优点，在我国得到了广泛的应用，实现了烟囱出口燃煤粉尘的有效降低，最大浓度不超过 20mg/m3。

2.湿式除尘技术。

湿式除尘技术主要用于将脱硫后烟气的除尘，一般情况下，使用配套湿式静电除尘技术可以实现烟尘5mg/m3以下的超低排放。

（二）二氧化硫的超低排放技术

燃煤烟气的脱硫技术是燃煤烟气处理的重要环节。目前通常采用的脱硫提效手段主要有：托盘塔技术、双塔串脱硫、单塔双循环等技术。

1.托盘塔技术。

通过利用喷淋塔使得烟气在喷淋塔界面上实现与脱硫浆液，在托盘界面形成泡沫层充分混合反应，保证了烟气中的二氧化硫得以充分反应吸收，以此实现高效脱硫，其脱硫效率达到了98%以上。但同时，由于加装托盘导致脱硫阻力上升，增加脱硫功耗。

2.双塔串联技术。

双塔串联技术通过串联两级石灰石-石膏湿液喷淋塔，通过先后两次脱硫，使得综合脱硫效果达到98%以上。同时由于采用设备串联，设备在通用性和维护性上，效率更加高，同时对设备无需进行更新和改动，不会在改造期间影响电厂运行。但同时，串联技术导致电厂在初期投资较高，同时由于增加了两级处理，导致占地面积增大，同时由于风程增加，系统运行阻力上升，最终导致风机等增压设备的功耗的上升。

3.单塔双循环技术。

单塔双循环技术通过采用烟气在同一座吸收塔内进行两次循环处理，实现“双塔串联技术”双处理的效果，经过两次循环，实现高效脱硫。其功耗低，场地面积小，控制简单，对于高硫煤的脱硫有着非常好的效果。

（三）氮氧化物的超低排放技术

燃煤烟气的脱氮技术也是燃煤烟气处理的重要环节。目前通常采用的脱硝提效手段主要有：低氮燃烧技术、选择性催化还原技术等技术。

1.低氮燃烧技术。

通过抑制反应中氮氧化物的生成，实现氮氧化物的自身消耗。该技术投资少、成本低、运行维护简单，因此，在电厂脱氮工作中，被广泛运用。

2.选择性催化还原技术。

通过在一定条件下，利用催化剂实现还原剂与氮氧化物的反映，生成氮气和水，以此实现脱硝的作用，其脱硝能力较高。目前主要采取加装催化剂的方法提高脱硝效率，降低氮氧化物排放浓度，但由于催化剂价格仍然较高，在一定程度上增加了脱硝的成本。

三、燃煤烟气污染物超低排放技术路线

为了实现燃煤烟气的综合将排效果，必须对传统和现有的烟气处理技术进行统筹规划、整合、改善和提升，实现各种技术的有机结合，充分发挥到各项技术的有点，达到对烟气的综合利用和治理，从而实现超低排放的目标。一般采用两种技术路线：

1.低氮燃烧+选择性催化还原+低低温静电除尘器+石灰石/石膏湿法脱硫+烟气深度净化除尘设施（如湿式电除尘器等）；

2.低氮燃烧+选择性催化还原+袋式除尘器或电袋复合除尘器+带高效除尘的湿法脱硫。

四、燃煤烟气污染物超低排放经济分析

（一）投资分析

以某2*600MW机组电厂为例，其采取常规低氮燃烧-SCR脱硝-低低温电除尘-湿法单循环脱硫的方法，综合投资约1.5亿元。如果增加湿式电除尘器，其综合投资将近2亿元。

（二）成本分析

由于不同装机容量，其发电量投资不同，其经济性也不同。一般来说，容量越大投资越低，其经济性也余越显著。以某几个电厂的的实际进行分析。采用300MW机组时，其电价成本增加0.0187元/kW*h；采用600MW机组时，其电价成本增加0.0143元/kW*h；采用1000MW机组时，其电价成本增加0.0096元/kW*h。