煤电烟气污染控制技术与装备发展

易 斌，路光杰，刘 媛，王洪亮，彭 溶

(中国环境保护产业协会，北 京 100037)

0 引言

燃煤是大气污染物产生的主要来源之一，我国是煤炭消费大国，2015年煤炭消费量达39.7亿t[1]，其中燃煤电站的消费约占52%。煤电污染物排放以烟气中的颗粒物、二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)为主。过去煤电行业一直是大气污染控制的重点行业，但随着污染物减排技术和装备的发展应用，尤其是超低排放的全面实施，目前已经扭转了煤电等于污染的局面。从2005年到2016年，我国电煤消耗量增加约5.5亿t，但烟气污染物排放量却大幅度下降，SO2、NOx、颗粒物排放量分别下降了86.9%、79.1%和90.3%。

1 煤电烟气污染控制行业概况

1.1 市场规模

煤电消耗了我国50%以上的煤炭，是实施烟气污染治理最早、规模最大、要求最高的行业。据中国环境保护产业协会不完全统计，从事煤电烟气脱硫、脱硝、除尘服务的企业达上百家，2016年煤电烟气污染控制市场规模约490亿元，占国内燃煤烟气污染控制市场的70%～80%[2]。

近6年来，煤电烟气污染控制市场高速增长，除2014年受新建机组下降影响，脱硫脱硝规模出现下滑以外，煤电烟气污染控制市场保持平均每年26%的增速(详见图1)。

图1 煤电烟气污染控制市场规模

1.2 市场结构

按服务类别划分，煤电烟气污染控制市场以工程建设为主， 2016年脱硫、脱硝和除尘的新建和改造工程市场规模约367亿元，占比75%。随着特许经营政策的实施和污染第三方治理的推动，特许和运维分别从2012年和2014年开始迅速增长，2016年特许和运维规模约123亿元(见图2)。

按照专业领域划分，煤电烟气污染控制市场以脱硫为主，2016年脱硫(包括新建、改造、特许、运维)市场约313亿元，占比64%；脱硝(包括新建、改造、特许、运维)约95.6亿元，占比19%；除尘约82亿元，占比17%，如图3所示。

图2 煤电污染控制工程、特许经营和运维市场规模

图3 2016年煤电烟气污染控制市场比例

1.3 行业特征

我国煤电烟气污染控制技术要求高，污染治理工程建设和运行系统复杂，行业呈现出集中度高、以大型企业和上市企业为主的特点。

根据中电联2016年的产业登记数据，以脱硫为例(见图4)，2016年底累计投运的火电厂烟气脱硫工程机组容量前11位的公司的业绩之和基本占据了所有累计投运容量[3]。图中：1-北京国电龙源环保；2-北京博奇电力；3-国家电投集团远达；4-福建龙净环保；5-武汉凯迪电力环保；6-中国华电科工集团；7-浙江天地环保科技；8-大唐环境产业集团；9-北京清新环境技术；10-浙江蓝天求是环保；11-江苏新世纪江南；12-中钢集团天澄环保;13-江苏科行环保科技；14-上海电气电站环保；15-山东泰开环保科技；16-北京国能中电节能环保。这前11家公司里，有6家是电力集团的下属公司，3家是上市公司，国有大型企业和上市公司比例达到82%。

结合2016年底累计投运的火电厂烟气脱硝工程机组容量统计可以发现(见图5)，脱硫前11位的公司和脱硝前11位的公司中有7家重合，且龙头公司均开展脱硫、脱硝、除尘、催化剂等系列烟气污染控制业务。图中：1-北京国电龙源环保；2-大唐环境产业集团；3-浙江天地环保科技；4-江苏科技环保科技；5-西安西热锅炉环保工程；6-上海电气电站环保工程；7-浙江蓝天求是环保；8-北京北科欧远科技；9-武汉凯迪电力环保；10-山西同煤电力环保科技；11-山东泰开环保科技。

图4 2016年底累计投运的火电厂烟气脱硫工程机组容量

图5 2016年底累计投运的火电厂烟气脱硝工程机组容量

2 排放标准加严驱动煤电烟气污染控制技术与装备迅速发展

从2000年到2016年，我国煤电装机容量从2.4亿kW增加到10.54亿kW。煤电迅猛发展，同时环境问题日益凸显，迫使国家对《燃煤电厂大气污染物排放标准》进行了多次修订，NOx、SO2、烟尘排放标准不断趋严。目前，我国执行的GB13223-2011标准规定的新建机组排放限值全面超过了其他国家和地区2016年12月之前制定的同类标准，为全世界最严标准。

2014年9月三部委发布《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》，对部分燃煤电厂提出了严于排放标准的超低排放要求，即在基准氧含量6%条件下，NOx、SO2、烟尘排放浓度分别不高于50、35、10mg/m3，基本达到燃气轮机组的排放限值要求。

在环保高压下，我国煤电烟气颗粒物、SO2、NOx控制技术和装备取得了卓有成效的进步，在迅速引进、消化吸收的基础上，结合中国煤电行业特征进行了大量创新，开发了高效电源、电袋复合除尘器、袋式除尘器、复合塔脱硫、pH分区脱硫等完全自主知识产权的技术和工艺，形成了支撑全世界最严排放要求的煤电烟气污染控制技术与装备系统。所有关键设备都实现了国产化，整体技术水平处于国际先进，部分领域达到国际领先。

图6 煤电烟气污染物排放标准变化

3 煤电烟气除尘技术与装备主要进展

最初在没有国家排放标准要求时，火电厂除尘主要采用多管、旋风、文丘里等除尘器；20世纪90年代初，GB13223-91出台后，电除尘器迅速推广，逐渐成为主力除尘设备，当时除尘效率约99%；随着排放标准进一步提高，到1996年电除尘器已经普及。与此同时，能实现除尘效率达到99.7%的布袋除尘设备实验成功；2003年，颗粒物排放要求进一步提高，使得燃煤电站电除尘器占比达到95%，布袋及电袋除尘器份额也开始增加，除尘效率达到99.9%；2011年，史上最严的颗粒物排放要求出台后，电除尘器的应用有所降低，布袋及电袋复合除尘器的应用不断增加，占比约30%左右，除尘效率达到99.94%以上。在排放要求不断严格的高压下，电除尘、布袋除尘和电袋复合除尘领域的技术创新和改进层出不穷。

电除尘在引进传统的技术基础上研发了自主知识产权的低低温电除尘、高频电源、脉冲电源等改进工艺，除尘效率达到99.2%～99.85%，出口颗粒物浓度可实现<20mg/m3，同时还能实现多污染物协同去除和节能降耗。为了达到超低排放要求，安装在常规除尘和湿法脱硫之后进一步去除微细颗粒物的湿式电除尘技术也在中国迅速实现了引进、消化、吸收和再创新，出口颗粒物浓度可达10mg/m3甚至5mg/m3以下[4]。

布袋除尘主要在高性能滤料和设备大型化方面不断取得突破，成功研制了聚苯硫醚PPS、聚酰亚胺P84、芳纶PI、聚四氟乙烯PTFE等滤料原料，单机最大处理烟气量超过300万m3/h，出口烟尘浓度均低于20mg/m3，普遍低于10mg/m3[5]。

电袋复合除尘是我国完全自主创新研制的高性能除尘设备，它结合了电除尘和布袋除尘的优点，出口颗粒物排放浓度长期稳定小于10mg/m3，甚至达到5mg/m3。我国电袋复合除尘器在燃煤电厂应用总装机已经超过2亿kW，总体技术水平和工程业绩国际领先，荣获2014年度国家科技进步奖。

4 煤电烟气脱硫技术与装备主要进展

我国1996年提出了烟气脱硫要求，循环流化床、海水脱硫、炉内喷钙等多种技术开始应用。2003年以后，要求全面实施烟气脱硫，脱硫效率高、运行可靠、操作简单的石灰石-石膏湿法快速发展、普及，在燃煤电站烟气脱硫中的应用比例达到90%以上，其他应用较多的脱硫工艺有海水法、氨法和烟气循环流化床法，但每种工艺的应用比例都不超过3%。2011年修订的GB13223-2011要求SO2排放浓度低于50mg/m3，迫使脱硫技术和运行管理水平进一步提高，各种强化脱硫技术应运而生，脱硫效率提升到98%以上，达到SO2超低排放要求。

我国的石灰石-石膏湿法脱硫以空塔单循环为主，常规脱硫效率约95%～98%，但如果按超低排放限值，高硫煤机组要求脱硫塔效率达到99%以上，常规脱硫塔无法满足要求。因此，在空塔单循环技术基础上又开发了沸腾泡沫、旋流鼓泡、湍流管栅、双托盘等复合塔技术，单塔双循环、双塔双循环等pH分区技术，脱硫除尘一体化技术等，能实现99.5%以上的脱硫效率，同时还兼有70%以上的协同除尘作用[6]。

同时，还发展了海水法、氨法和烟气循环流化床法。海水法仅适用于滨海电厂，氨法仅适用于附近有稳定氨源且没有环境敏感目标的电厂，烟气循环流化床仅适用于燃用中低硫煤的中小规模电厂。但是，这3种工艺应用比例比石灰石-石膏湿法脱硫低很多，据中电联统计，截止到2016年底，全国煤电脱硫机组中石灰石-石膏湿法占92.9%，海水法占2.6%，氨法占1.8%，烟气循环流化床法占 1.8%，其他脱硫工艺占0.9%[7-9]。

5 煤电NOx控制技术与装备主要进展

我国1996年首次提出NOx排放浓度限值，要求新建1000t/h以上的电厂锅炉采用低氮燃烧器控制NOx排放，但当时绝大多数NOx排放浓度接近650mg/m3，不需要采取NOx控制措施； 2003年NOx排放标准进一步提高，促使低氮燃烧器，SNCR、SCR烟气脱硝技术快速发展，设计脱硝效率可分别达到25%～40%、60%～80%；2011年更严格的标准出台，要求NOx排放浓度低于50mg/m3，新型低氮燃烧技术、脱硝反应器优化设计、脱硝催化剂国产化技术，催化剂再生技术等一批具有自主知识产权的高效脱硝技术产生，最高脱硝效率可达90%以上。NOx控制技术路线也进一步清晰，常规燃煤发电机组(煤粉炉)基本上采用SCR技术，部分CFB锅炉及极少数常规燃煤发电机组采用SNCR技术或者SCR-SNCR技术。

6 煤电烟气污染控制技术与装备发展方向

我国的燃煤发电量居世界第一，燃煤烟气主要污染物排放标准世界最严，促使我国煤电烟气污染物控制整体技术达到国际先进水平，部分技术性能指标达到国际领先。煤电烟气污染控制技术与装备将在低耗、协同、智能、标准、国际五个方面继续优化和提升。

降耗主要从提高污染控制设备效率、降低系统阻力等方面着手，降低能耗、节约物耗；此外，烟气中的硫、发电所产生的粉煤灰、脱硫石膏等也是重要的化工和建材等行业的原材料，可进一步开发从中回收硫酸、化肥、有价金属的技术工艺，提升资源综合利用率。

协同主要考虑烟气中多种污染物的协同脱除和烟气脱硫、脱硝、除尘等各个系统之间的优化运行，实现烟气污染控制系统一体化控制，在保证各种污染物脱除效率的同时，降低运行成本，增加系统的灵活性。

智能是将煤电烟气污染控制技术与大数据互联网充分结合，将系统设计、运行参数、经营数据、市场政策变化信息充分利用，建立智慧煤电烟气污染物控制系统，为系统设计、设备选型、运行故障排除提供优化的解决方案。

标准主要是提升煤电烟气污染控制设备的标准化生产和模块化组装水平，一方面缩短现场施工周期，减少对主机的影响，另一方面，提升我国烟气污染控制装备的国际竞争力。

7 结语

环保产业是典型的政策驱动型产业，火电行业严格的排放要求孕育和培养了我国烟气脱硫脱硝产业，除尘技术装备也在超低排放的严格要求下有了进一步的提升，火电烟气治理技术装备达到世界领先水平。

我国幅员辽阔、煤质和锅炉类型等因素差距较大，解决煤电烟气污染防治问题需要本着因煤制宜、因炉制宜、因地制宜的原则选用系统化的方案，促进烟气除尘脱硫脱硝技术多样化发展。除了颗粒物、SO2和NOx以外，火电烟气治理过程中产生的臭氧、氨逃逸、超细粒子等与环境质量密切相关的污染物也引起了公众和行业的广泛关注，急需开展相关领域的科学研究，开发更为先进的技术和装备，进一步提升煤电污染防治产业能力和水平，实现煤电清洁和绿色发展。

[1]国家统计局.中国统计年鉴2016[M].北京:中国统计出版社,2016.

[2]中国环境保护产业协会脱硫脱硝委员会.脱硫脱硝行业2016年技术发展概述[J].中国环保产业,2017(10):5-15.

[3]中国电力企业联合会.中国电力行业年度发展报告2017[M].北京:中国市场出版社,2017.

[4]朱法华.火电厂污染防治技术手册[M].北京:中国电力出版社,2017.

[5]中国环境保护产业协会袋式除尘委员会.袋式除尘行业2016年发展综述[J].中国环保产业,2017(6):14-21.

[6]HJ2301-2017,火电厂污染防治可行技术指南[S].

[7]陈 焱,许月阳,薛建明.燃煤烟气中SO3成因、影响及其减排对策[J].电力科技与环保,2011,27(3):35-37.

[8]贾海娟.SCR烟气脱硝技术及其在燃煤电厂的应用[J].电力科技与环保,2012,28(6):10-11.

[9]马双忱,藏 斌,逯东丽,等.氨法在燃煤电厂烟气治理中的应用[J].电力科技与环保,2013,29(5):32-35.