我國火電行業(yè)大氣污染控制現(xiàn)狀、趨勢(shì)及其技術(shù)路線

電力工業(yè)在“十一五”大氣污染物控制取得巨大成就，煙塵、二氧化硫控制達(dá)世界先進(jìn)水平，超額完成國家節(jié)能減排任務(wù)的基礎(chǔ)上，面對(duì)世界上最嚴(yán)排放標(biāo)準(zhǔn)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)，該標(biāo)準(zhǔn)與美國、歐盟和日本相比，無論是現(xiàn)役機(jī)組還是新建機(jī)組，煙塵、SO2和NOx排放限值全面超過了發(fā)達(dá)國家水平。“十二五”前2年電力工業(yè)在大氣污染控制方面邁出新步伐，取得新成就：

(1)除塵：99%以上的火電機(jī)組建設(shè)了高效除塵器，其中電除塵約占90%，布袋除塵和電袋除塵約占10%。煙塵排放總量和排放績(jī)效分別由2010年的160萬噸和0.50g/kWh，下降到151萬噸和0.39g/kWh。

(2)脫硫：脫硫裝機(jī)容量達(dá)6.8億kW，約占煤電容量90%(比2011年的美國高約30個(gè)百分點(diǎn))，其中石灰石-石膏濕法占92%(含電石渣法等)、海水占3%、煙氣循環(huán)流化床占2%、氨法占2%。SO2排放總量和排放績(jī)效分別由2010年的926萬噸和2.70g/kWh，下降到883萬噸和2.26g/kWh(低于美國2011年的2.8克/kWh)。

(3)脫硝：約90%的機(jī)組建設(shè)或進(jìn)行了低氮燃燒改造，脫硝裝機(jī)容量達(dá)2.3億kW，約占煤電容量28.1%，規(guī)劃和在建的脫硝裝機(jī)容量超過5億千瓦，其中SCR法占99%以上。NOx排放總量和排放績(jī)效分別由2010年的1055萬噸和2.6g/kWh，下降到948萬噸和2.4g/kWh(高于美國2010年的249萬噸、0.95克/kWh)。

1、控制技術(shù)路線及相關(guān)技術(shù)

為有效應(yīng)對(duì)史上最嚴(yán)厲的環(huán)保法規(guī)，實(shí)現(xiàn)煙塵20~30mg/m3、二氧化硫50mg/m3和氮氧化物100mg/m3的排放限值，火電行業(yè)已在現(xiàn)役先進(jìn)的除塵、脫硫和脫硝技術(shù)的基礎(chǔ)上，積極研發(fā)、示范、推廣可行的新技術(shù)、新工藝和創(chuàng)新技術(shù)，并有機(jī)結(jié)合技術(shù)和管理等因素，“建設(shè)好、運(yùn)行好”煙氣治理設(shè)施，持續(xù)提高火電大氣污染物的達(dá)標(biāo)能力。

1.氮氧化物控制技術(shù)火電行業(yè)形成了以低氮燃燒和煙氣脫硝相結(jié)合的技術(shù)路線。

(1)低氮燃燒：技術(shù)成熟、投資和運(yùn)行費(fèi)用低，是控制NOX最經(jīng)濟(jì)的手段。主要是通過降低燃燒溫度、減少煙氣中氧量等方式減少NOX的生成量(約200~400mg/m3)，但它不利于煤燃燒過程本身，因此低氮燃燒改造應(yīng)以不降低鍋爐效率為前提。

(2)SCR：技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硝技術(shù)，是控制氮氧化物最根本的措施。其原理是在催化劑存在的情況下，通過向反應(yīng)器內(nèi)噴入脫硝還原劑氨，將NOx還原為N2。此工藝反應(yīng)溫度在300~450度之間，脫硝效率通過調(diào)整催化劑層數(shù)能穩(wěn)定達(dá)到60~90%。與低氮燃燒相結(jié)合可實(shí)現(xiàn)100mg/m3及更低的排放要求。其存在的主要問題是空預(yù)器堵塞、氨逃逸等。

(3)SNCR：在高溫條件下(900~1100度)，由尿素氨作為還原劑，將NOx還原成N2和水，脫硝效率為25%至50%。氨逃逸率較高，且隨著鍋爐容量的增大，其脫硝效率呈下降趨勢(shì)。

(4)正在研發(fā)的新技術(shù)。

脫硫脫硝一體化技術(shù)：針對(duì)我國90%以上燃煤電廠采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝的特征，國電科學(xué)技術(shù)研究院開展了“大型燃煤電站鍋爐濕法脫硫脫硝一體化技術(shù)與示范”研究，旨在石灰石石膏濕法工藝的基礎(chǔ)上，耦合研究開發(fā)的脫硝液、抑制劑、穩(wěn)定劑等，在不影響脫硫效率的前提下，實(shí)現(xiàn)氮氧化物的聯(lián)合控制。

低溫SCR技術(shù)：其原理與傳統(tǒng)的SCR工藝基本相同，兩者的最大區(qū)別是SCR法布置在省煤器和空氣預(yù)熱器之間高溫(300~450度)、高塵(20~50g/m3)，而低溫SCR法布置在鍋爐尾部除塵器后或引風(fēng)機(jī)后、FGD前的低溫(100~200度)、低塵(約200mg/m3)端，可大大減小反應(yīng)器的體積，改善催化劑運(yùn)行環(huán)境，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，是具有與傳統(tǒng)SCR競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)，是現(xiàn)役機(jī)組的脫硝改造性價(jià)比更高的技術(shù)。目前，國電科學(xué)技術(shù)研究院已完成該技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究，正在開展熱態(tài)中間放大試驗(yàn)。

炭基催化劑(活性焦)吸附技術(shù)：炭基催化劑(活性焦)具有比表面積大、孔結(jié)構(gòu)好、表面基團(tuán)豐富、原位脫氧能力高，且具有負(fù)載性能和還原性能等特點(diǎn)，既可作載體制得高分散的催化體系，又可作還原劑參與反應(yīng)。在NH3存在的條件下，用炭基催化劑(活性焦)材料做載體催化還原劑可將NOx還原為N2。

電力工業(yè)在“十一五”大氣污染物控制取得巨大成就，煙塵、二氧化硫控制達(dá)世界先進(jìn)水平，超額完成國家節(jié)能減排任務(wù)的基礎(chǔ)上，面對(duì)世界上最嚴(yán)排放標(biāo)準(zhǔn)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)，該標(biāo)準(zhǔn)與美國、歐盟和日本相比，無論是現(xiàn)役機(jī)組還是新建機(jī)組，煙塵、SO2和NOx排放限值全面超過了發(fā)達(dá)國家水平。“十二五”前2年電力工業(yè)在大氣污染控制方面邁出新步伐，取得新成就：

(1)除塵：99%以上的火電機(jī)組建設(shè)了高效除塵器，其中電除塵約占90%，布袋除塵和電袋除塵約占10%。煙塵排放總量和排放績(jī)效分別由2010年的160萬噸和0.50g/kWh，下降到151萬噸和0.39g/kWh。

(2)脫硫：脫硫裝機(jī)容量達(dá)6.8億kW，約占煤電容量90%(比2011年的美國高約30個(gè)百分點(diǎn))，其中石灰石-石膏濕法占92%(含電石渣法等)、海水占3%、煙氣循環(huán)流化床占2%、氨法占2%。SO2排放總量和排放績(jī)效分別由2010年的926萬噸和2.70g/kWh，下降到883萬噸和2.26g/kWh(低于美國2011年的2.8克/kWh)。

(3)脫硝：約90%的機(jī)組建設(shè)或進(jìn)行了低氮燃燒改造，脫硝裝機(jī)容量達(dá)2.3億kW，約占煤電容量28.1%，規(guī)劃和在建的脫硝裝機(jī)容量超過5億千瓦，其中SCR法占99%以上。NOx排放總量和排放績(jī)效分別由2010年的1055萬噸和2.6g/kWh，下降到948萬噸和2.4g/kWh(高于美國2010年的249萬噸、0.95克/kWh)。

1、控制技術(shù)路線及相關(guān)技術(shù)

為有效應(yīng)對(duì)史上最嚴(yán)厲的環(huán)保法規(guī)，實(shí)現(xiàn)煙塵20~30mg/m3、二氧化硫50mg/m3和氮氧化物100mg/m3的排放限值，火電行業(yè)已在現(xiàn)役先進(jìn)的除塵、脫硫和脫硝技術(shù)的基礎(chǔ)上，積極研發(fā)、示范、推廣可行的新技術(shù)、新工藝和創(chuàng)新技術(shù)，并有機(jī)結(jié)合技術(shù)和管理等因素，“建設(shè)好、運(yùn)行好”煙氣治理設(shè)施，持續(xù)提高火電大氣污染物的達(dá)標(biāo)能力。

1.氮氧化物控制技術(shù)火電行業(yè)形成了以低氮燃燒和煙氣脫硝相結(jié)合的技術(shù)路線。

(1)低氮燃燒：技術(shù)成熟、投資和運(yùn)行費(fèi)用低，是控制NOX最經(jīng)濟(jì)的手段。主要是通過降低燃燒溫度、減少煙氣中氧量等方式減少NOX的生成量(約200~400mg/m3)，但它不利于煤燃燒過程本身，因此低氮燃燒改造應(yīng)以不降低鍋爐效率為前提。

(2)SCR：技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硝技術(shù)，是控制氮氧化物最根本的措施。其原理是在催化劑存在的情況下，通過向反應(yīng)器內(nèi)噴入脫硝還原劑氨，將NOx還原為N2。此工藝反應(yīng)溫度在300~450度之間，脫硝效率通過調(diào)整催化劑層數(shù)能穩(wěn)定達(dá)到60~90%。與低氮燃燒相結(jié)合可實(shí)現(xiàn)100mg/m3及更低的排放要求。其存在的主要問題是空預(yù)器堵塞、氨逃逸等。

(3)SNCR：在高溫條件下(900~1100度)，由尿素氨作為還原劑，將NOx還原成N2和水，脫硝效率為25%至50%。氨逃逸率較高，且隨著鍋爐容量的增大，其脫硝效率呈下降趨勢(shì)。

(4)正在研發(fā)的新技術(shù)。

脫硫脫硝一體化技術(shù)：針對(duì)我國90%以上燃煤電廠采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝的特征，國電科學(xué)技術(shù)研究院開展了“大型燃煤電站鍋爐濕法脫硫脫硝一體化技術(shù)與示范”研究，旨在石灰石石膏濕法工藝的基礎(chǔ)上，耦合研究開發(fā)的脫硝液、抑制劑、穩(wěn)定劑等，在不影響脫硫效率的前提下，實(shí)現(xiàn)氮氧化物的聯(lián)合控制。

低溫SCR技術(shù)：其原理與傳統(tǒng)的SCR工藝基本相同，兩者的最大區(qū)別是SCR法布置在省煤器和空氣預(yù)熱器之間高溫(300~450度)、高塵(20~50g/m3)，而低溫SCR法布置在鍋爐尾部除塵器后或引風(fēng)機(jī)后、FGD前的低溫(100~200度)、低塵(約200mg/m3)端，可大大減小反應(yīng)器的體積，改善催化劑運(yùn)行環(huán)境，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，是具有與傳統(tǒng)SCR競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)，是現(xiàn)役機(jī)組的脫硝改造性價(jià)比更高的技術(shù)。目前，國電科學(xué)技術(shù)研究院已完成該技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究，正在開展熱態(tài)中間放大試驗(yàn)。

炭基催化劑(活性焦)吸附技術(shù)：炭基催化劑(活性焦)具有比表面積大、孔結(jié)構(gòu)好、表面基團(tuán)豐富、原位脫氧能力高，且具有負(fù)載性能和還原性能等特點(diǎn)，既可作載體制得高分散的催化體系，又可作還原劑參與反應(yīng)。在NH3存在的條件下，用炭基催化劑(活性焦)材料做載體催化還原劑可將NOx還原為N2。

2. 煙塵控制技術(shù)

火電行業(yè)形成了以技術(shù)成熟可靠的電除塵器為主(90%)，日趨成熟的袋式除塵器和電袋復(fù)合除塵器為輔的格局。為適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)要求，更高性能的除塵技術(shù)的正處于研發(fā)、示范、推廣階段。

(1)電除塵技術(shù)：應(yīng)用廣，國際先進(jìn)，同時(shí)涌現(xiàn)了一些改進(jìn)技術(shù)，如高頻電源、極配方式的改進(jìn)、煙塵凝聚技術(shù)、煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)、低低溫電除塵技術(shù)、移動(dòng)電極電除塵技術(shù)等。

(2)袋式和電袋復(fù)合除塵技術(shù)：近5年快速發(fā)展起來的除塵技術(shù)，正處于總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)、規(guī)范發(fā)展的階段。

(3)濕式電除塵技術(shù)：其工作原理與傳統(tǒng)干式電除塵相似，依靠的都是靜電力，所不同的是工作環(huán)境為一“濕”一“干”，其裝置通常布置在濕法脫硫設(shè)施的尾部。由于其處理的是濕法脫硫后的濕煙氣，在擴(kuò)散荷電的作用下，能有效捕集煙氣中的細(xì)顆粒物及易在大氣中轉(zhuǎn)化為PM2.5的前體污染物(SO3、NH3、SO2、NOX)、石膏液滴、酸性氣體(SO3、HCL、HF)、重金屬汞等，實(shí)現(xiàn)煙塵臆10mg/m3及煙氣多污染物的深度凈化。目前，國電科學(xué)技術(shù)研究院已開發(fā)了該技術(shù)，并建立了300MW、600MW的示范工程。

3. 二氧化硫控制技術(shù)

火電行業(yè)形成了以石灰石石膏濕法脫硫?yàn)橹?92%)的技術(shù)路線。通過近10年來對(duì)脫硫工藝化學(xué)反應(yīng)過程和工程實(shí)踐的進(jìn)一步理解以及設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累和改善，在脫硫效率、運(yùn)行可靠性、運(yùn)行成本等方面有很大的提升，對(duì)電廠運(yùn)行的影響明顯下降，運(yùn)行、維護(hù)更為方便。目前，正處于高效率、高可靠性、高經(jīng)濟(jì)性、資源化、協(xié)同控制新技術(shù)的研發(fā)、示范、推廣階段。

對(duì)新建的“增量”機(jī)組，新標(biāo)準(zhǔn)要求SO2排放限值為100mg/m3、重點(diǎn)地區(qū)為50mg/m3。要實(shí)現(xiàn)該限值，單靠傳統(tǒng)的濕法脫硫技術(shù)難于實(shí)現(xiàn)，需采用新技術(shù)，如已得到應(yīng)用的單塔雙循環(huán)、雙塔雙循環(huán)技術(shù)，正在開發(fā)的活性焦脫硫技術(shù)等。

對(duì)現(xiàn)役的“存量”機(jī)組，要求的排放限值為50~200mg/m3、高硫煤地區(qū)為400mg/m3，且于2014年7月1日開始實(shí)施。由于脫硫設(shè)施“十一五”期間非常規(guī)的井噴式發(fā)展，無論是技術(shù)本身，還是工程建設(shè)、安裝調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)等均需要適合國情的調(diào)整、改進(jìn)和優(yōu)化過程。如核心技術(shù)的消化、復(fù)雜多變工況的適應(yīng)能力;因建設(shè)工期緊造成設(shè)計(jì)投入力度低，缺乏對(duì)個(gè)案分析，簡(jiǎn)單套用成功案例;受低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)影響，大多按400mg/m3設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)裕度小，關(guān)鍵設(shè)備、材料的質(zhì)量達(dá)不到工藝要求;系統(tǒng)調(diào)試不充分，缺乏優(yōu)化經(jīng)驗(yàn);運(yùn)行管理水平還達(dá)不到主機(jī)水平;電煤質(zhì)量不可控，硫份大多高于設(shè)計(jì)值等。因此，超過90%按照2003年版標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的現(xiàn)役脫硫設(shè)施，要滿足新標(biāo)準(zhǔn)要求，需要優(yōu)化調(diào)整、技術(shù)改造、甚至推倒重建。

4.PM2.5 控制技術(shù)

火電行業(yè)對(duì)PM2.5的控制主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：

(1)利用ESP、BP和電袋等高效除塵設(shè)施，最大限度地減少PM2.5一次顆粒物的排放;

(2)利用高效脫硫設(shè)施和脫硝設(shè)施，最大限度地減少易在大氣中形成PM2.5的前體污染物(如SO2、NOX、SO3、NH3等);

(3)在濕法脫硫設(shè)施后建設(shè)煙氣深度凈化設(shè)施(如濕式電除塵器等)，對(duì)燃煤煙氣排放的煙塵、SO2、NOX、SO3等多污染物進(jìn)行末端協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)煙塵排放小于10mg/m3、SO2小于50mg/m3、NOX小于100mg/m3。

電力工業(yè)是重要的基礎(chǔ)性行業(yè)，面對(duì)資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴(yán)重、生態(tài)退化的嚴(yán)峻形勢(shì)，必將按照國家大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃，長(zhǎng)期承擔(dān)大氣污染物控制的減排重任，為此，火電行業(yè)本著創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)和推廣應(yīng)用并重的方針，以科技創(chuàng)新為動(dòng)力，以先進(jìn)環(huán)保技術(shù)為依托，以削減大氣污染物排放量為根本，遵循“高效清潔燃燒-污染物協(xié)同控制-廢物資源化”為一體的控制路線，持續(xù)研發(fā)、應(yīng)用低能耗、低物耗、低污染、低排放，資源利用率高、安全性高、經(jīng)濟(jì)性高、環(huán)境性高的先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展和低碳發(fā)展。