干貨 燃煤電廠超低排放技術(shù)路線與協(xié)同脫除

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:文中首先綜述了高效煙氣脫硝、脫硫和顆粒物脫除技術(shù)的發(fā)展?？紤]到各個(gè)煙氣凈化單元設(shè)備彼此之間的相互影響，在超低排放路線的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要兼顧考慮各個(gè)污染物裝置的協(xié)同機(jī)制。在此基礎(chǔ)上總結(jié)了3種現(xiàn)行的超低排放路線，分別是以低低溫電除塵器、濕式電除塵器和電袋除塵器為核心可達(dá)到“超低排放”的技術(shù)路線，已有結(jié)果表明在合理配置污染物控制設(shè)備的條件下超低排放切實(shí)可行。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠；PM2.5；超低排放；協(xié)同脫除；低低溫電除塵器；濕式電除塵器；電袋除塵器

考慮到我國(guó)貧油少氣富煤的化石能源結(jié)構(gòu)，以煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)在我國(guó)仍將維持很長(zhǎng)一段時(shí)間的主導(dǎo)地位，其中煤炭的消費(fèi)主要集中在電力、鋼鐵、水泥等行業(yè)。伴隨著大量煤炭的消耗，同時(shí)帶來(lái)了氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)以及細(xì)顆粒物(PM2.5)等大氣污染物的大量排放。

其中二氧化硫和氮氧化物不僅會(huì)造成酸雨等危害，同時(shí)也是PM2.5的重要前體物，在大氣中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成二次顆粒物，與直接排放的一次顆粒物一同成為大氣中PM2.5的最主要來(lái)源[1]。PM2.5在大氣環(huán)境中的持續(xù)高濃度存在已經(jīng)在我國(guó)引發(fā)大范圍的霧霾天氣，對(duì)人民生產(chǎn)生活與身心健康都造成了不容忽視的傷害[2]。

因此，嚴(yán)格控制二氧化硫、氮氧化物和粉塵等大氣污染物排放勢(shì)在必行。具體而言，2014年，全國(guó)工業(yè)廢氣排放量694190億立方米(標(biāo)態(tài))，二氧化硫排放量1974.4萬(wàn)噸，氮氧化物排放量2078.0萬(wàn)噸，全國(guó)煙(粉)塵排放量1740.8萬(wàn)噸，這其中31.4%的二氧化硫排放、34.3%的二氧化氮排放和15.6%的煙(粉)塵排放來(lái)自電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)[3]。

考慮到煤電又是我國(guó)發(fā)電的最主要形式，截止到2014年底，全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量13.6億千瓦，其中煤電裝機(jī)容量8.25億千瓦，占總裝機(jī)容量的60.7%，耗煤量28.12億噸，占全國(guó)能源消耗總量的66%，可見(jiàn)燃煤電廠的污染物排放控制對(duì)我國(guó)大氣環(huán)境的治理和改善具有關(guān)鍵性作用。

為此，在環(huán)保排放要求日益嚴(yán)格的壓力下，針對(duì)燃煤電廠的污染物排放，“超低排放”的技術(shù)理念被提出并取得了一定的業(yè)內(nèi)共識(shí)。關(guān)于煙氣污染物超低排放(亦被稱作“近零排放”“趨零排放”“超凈排放”“低于燃機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)排放”等)的具體標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)》(發(fā)改能源[2014]2093號(hào)文)的要求，對(duì)于東部地區(qū)的新建燃煤發(fā)電機(jī)組煙氣污染物排放基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)排放限值，即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于10、35、50mg/m3的稱為超低排放。

我國(guó)燃煤電廠當(dāng)下所采用的污染物脫除設(shè)備，由于歷史原因大多是在不同時(shí)期逐漸改造或加裝實(shí)施的，也因此造成了每項(xiàng)污染物脫除設(shè)備功能單一，各單元設(shè)備之間簡(jiǎn)單串聯(lián)使用，缺乏整體協(xié)同的觀念，單個(gè)設(shè)備對(duì)不同種污染物的影響規(guī)律并不明晰，甚至導(dǎo)致不同設(shè)備上下游之間的不利影響，造成了不必要的損失和浪費(fèi)。

另外，在污染物脫除過(guò)程中產(chǎn)生的新污染物，如SCR中產(chǎn)生的三氧化硫和氨逃逸，脫硫過(guò)程中造成的“石膏雨”現(xiàn)象都對(duì)污染物協(xié)同治理實(shí)現(xiàn)超低排放提出了更嚴(yán)格的要求。

為此，實(shí)現(xiàn)煙塵、SO2和NOx的同時(shí)超低排放，規(guī)劃合理的技術(shù)路線，既要提高脫硫、脫硝、除塵各個(gè)環(huán)節(jié)相應(yīng)的脫除效率，也要在優(yōu)化參數(shù)的同時(shí)保證污染物控制設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，更要考慮煙氣凈化系統(tǒng)之間的協(xié)同作用，在實(shí)現(xiàn)超低排放目標(biāo)的同時(shí)降低能耗、物耗，真正達(dá)到污染物共同去除的目標(biāo)。

1高效污染物控制技術(shù)

1.1燃煤脫硝技術(shù)的發(fā)展

目前燃煤發(fā)電機(jī)組氮氧化物控制技術(shù)主要包括燃燒中的脫硝技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)，其中燃燒中的脫硝技術(shù)是低氮燃燒技術(shù)(LNB)，煙氣脫硝技術(shù)主要是選擇性催化還原技術(shù)(SCR)[4]。低氮燃燒技術(shù)通過(guò)在爐膛中部布置附加燃盡風(fēng)噴嘴，實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒，降低爐內(nèi)溫度，抑制NOx的生成。其優(yōu)點(diǎn)在于成本低廉，適用范圍廣，可操作性強(qiáng)，對(duì)于合適煤種可實(shí)現(xiàn)鍋爐出口NOx排放濃度控制在250mg/m3以下[5-6]。SCR技術(shù)已在電廠中廣泛應(yīng)用。

但由于其價(jià)格高昂，需要定期更換催化劑，并且SCR技術(shù)最主要的問(wèn)題在于低負(fù)荷下省煤器出口煙溫較低，不能滿足催化條件[7]。為解決這一問(wèn)題，可根據(jù)鍋爐實(shí)際情況采用相應(yīng)措施。如：

1）引一路高溫?zé)煔馔ㄈ隨CR進(jìn)口煙道混合，提高SCR進(jìn)口煙氣溫度；2）提高給水溫度，減少省煤器的冷端換熱溫差，以減少省煤器對(duì)流換熱量，使省煤器出口煙氣溫度提高；3）降低通過(guò)省煤器換熱面管內(nèi)的水流量，從而降低省煤器的換熱量，使省煤器出口煙氣溫度提高；4）將部分省煤器受熱面移至脫硝裝置后的煙道中，脫硝裝置前布置比原設(shè)計(jì)相對(duì)較少的省煤器面積，提高進(jìn)入脫硝裝置的煙氣溫度。

以上措施可以使全負(fù)荷下脫硝溫度都在310~400℃的催化溫度范圍內(nèi)[5]。隨著NOx排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，僅僅依靠SCR技術(shù)來(lái)滿足超低排放要求的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性并非最優(yōu)。

因此，更成熟的控制NOx技術(shù)路線是LNB技術(shù)和SCR技術(shù)的聯(lián)合使用，通過(guò)采用爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)，可以使SCR進(jìn)口NOx濃度約為250mg/m3，假定SCR脫硝效率為85%，則SCR出口NOx濃度約為37.5mg/m3，低于50mg/m3，符合超低排放要求。

此外SNCR技術(shù)由于其成本低廉，初期投資約為SCR投資的一半，雖然脫硝率只有30%~50%，但由于改造容易，運(yùn)行費(fèi)用低，在對(duì)老鍋爐進(jìn)行排放改造時(shí)可因地制宜考慮此技術(shù)[6]。

延伸閱讀：

燃煤電廠煙塵超低排放技術(shù)路線比選研究

超低排放技術(shù)路線那么多 到底如何選

燃煤電廠煙氣污染物超低排放技術(shù)路線分析