王林剛，陳小衛(wèi)

（江蘇科行環(huán)?？萍加邢薰荆K 鹽城 224051）

煙氣多種污染物協(xié)同超低排放技術(shù)剖析

王林剛，陳小衛(wèi)

（江蘇科行環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 鹽城 224051）

對協(xié)同超低排放的概念進(jìn)行了闡述，并結(jié)合國內(nèi)外超低排放技術(shù)路線及相關(guān)技術(shù)，提出了超低排放改造的合理化建議。

煙氣；多種污染物；協(xié)同控制技術(shù)；超低排放

隨著大氣環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，國家對燃煤電廠的煙塵排放要求也日趨嚴(yán)格。自《煤電節(jié)能減排升級與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014～2020年）》（以下簡稱《行動(dòng)計(jì)劃》）發(fā)布后，國家相繼出臺(tái)了一系列環(huán)保文件、措施和鼓勵(lì)性政策，以支持火電廠實(shí)施超低排放改造項(xiàng)目，并已在部分火電廠進(jìn)行試點(diǎn)，逐漸顯現(xiàn)出一系列的煙氣超低排放技術(shù)路線理論，在實(shí)際工程中得到了不斷升級與完善。

1 當(dāng)前煙氣超低排放要求及協(xié)同控制概念

超低排放是指通過多污染物高效協(xié)同控制技術(shù)，使燃煤機(jī)組的大氣主要污染物排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到天然氣燃?xì)鈾C(jī)組的排放標(biāo)準(zhǔn)[1]。之前，對于超低排放的標(biāo)準(zhǔn)一直模糊不清，自《行動(dòng)計(jì)劃》發(fā)布后，國家政策性文件相繼給出了明確的界限。即在基準(zhǔn)含氧量體積分?jǐn)?shù)6%的前提下，煙氣粉塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于10、35、50mg/m3。一些省市如江蘇、浙江、廣東、山東、山西等，甚至提出了更高的執(zhí)行要求，將煙塵排放濃度限值定為5mg/m3[2]。當(dāng)前，在電力行業(yè)內(nèi)，普遍將煙塵排放濃度低于10mg/m3或低于5mg/m3的目標(biāo)稱為超低排放。

過去對燃煤火電廠排放的要求不高，燃煤主機(jī)直接產(chǎn)生的煙氣粉塵、SO2、NOx排放檢測值基本滿足要求或單一排放不合格，大部分燃煤電廠采用湊合過關(guān)，或采取環(huán)保技術(shù)基本達(dá)標(biāo)的改造。在環(huán)保技術(shù)上，總體采取國外引進(jìn)，亦或直接應(yīng)用，亦或技術(shù)模仿，在煙氣治理上處在單一治理的觀念及行動(dòng)上。當(dāng)前多種污染物排放要求如此嚴(yán)格，“協(xié)同控制”觀念隨之產(chǎn)生。所謂“協(xié)同控制”技術(shù)就是在處理煙氣的每一個(gè)單系統(tǒng)中在脫除主污染物的同時(shí)，協(xié)同脫除其他污染物，或?yàn)橄乱粋€(gè)單系統(tǒng)煙氣處理系統(tǒng)更好地發(fā)揮功能創(chuàng)造條件。在當(dāng)前嚴(yán)苛的超低排放形勢下，為現(xiàn)階段可行的燃煤電廠煙氣治理技術(shù)提供了必要的技術(shù)條件。

2 國外協(xié)同控制超低排放技術(shù)路線

2.1 美國高效煙氣治理技術(shù)

在美國，由于燃煤機(jī)組的煤質(zhì)硫含量變化大，在技術(shù)路線選擇與實(shí)施過程中，一般是以煤質(zhì)含硫量1.5%為界限，工藝路線如下：

1）當(dāng)燃煤硫分≤1.5%時(shí)，采用低NOx燃燒器+SCR脫硝工藝+活性炭脫汞技術(shù)+旋轉(zhuǎn)噴霧半干法煙氣脫硫技術(shù)+布袋除塵技術(shù)的技術(shù)路線。其中旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫硫技術(shù)具有投資運(yùn)行省，節(jié)能降耗等特點(diǎn)；2）當(dāng)燃煤硫分＞1.5%時(shí)，采用低NOx燃燒器+SCR脫硝工藝+電除塵/布袋除塵技術(shù)+煙氣濕法脫硫技術(shù)+濕式電除塵工藝的技術(shù)路線。3）對老機(jī)組的改造而言，其中也有示范性的技術(shù)路線，主要采用低NOx燃燒器+SCR/SNCR脫硝工藝+循環(huán)流化床半干法脫硫技術(shù)+活性炭脫汞技術(shù)+布袋除塵技術(shù)的技術(shù)路線。

2.2 德國高效煙氣治理技術(shù)

目前，歐盟已將煙氣排放的有害物質(zhì)控制列入歐盟法律，在德國也有更加嚴(yán)格的環(huán)保法律，粉塵、NOx和SO2排放控制濃度的要求分別為20mg/Nm3、200mg/Nm3和200mg/Nm3（SO2+SO3）[3]。目前主要的煙氣治理目標(biāo)為粉塵控制，包括高效電除塵技術(shù)、布袋除塵技術(shù)及脫硫協(xié)同除塵的濕法脫硫和旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫硫技術(shù)。在煙氣排放技術(shù)路線方面，以著名的黑泵電廠（2×800MW機(jī)組）、Boxberg電廠（2×800MW機(jī)組）和Niederaussem電廠（1×1027MW機(jī)組）為例，采用低NOx燃燒器+SCR煙氣脫硝+高效電除塵器+濕法煙氣脫硫+煙塔合一技術(shù)。

2.3 日本高效煙氣治理技術(shù)

日本在2000年以前大容量機(jī)組主要采用常規(guī)靜電除塵設(shè)備。2000年以后，隨著燃煤機(jī)組環(huán)保治理措施技術(shù)的迅速發(fā)展和對環(huán)保的高度重視，到2002年就將脫硫、脫硝、除塵的三個(gè)規(guī)范合并成一個(gè)規(guī)范，并形成《排煙處理設(shè)備指南》以明確適用范圍和排放要求。

根據(jù)燃料的不同，日本電廠選擇對應(yīng)的環(huán)境對策裝置以及要對應(yīng)的環(huán)境規(guī)制值，即“一爐一策”。采用高效除塵、脫硫、脫硝、脫汞等一系列煙氣處理技術(shù)，技術(shù)路線包括：低氮燃燒技術(shù)+SCR脫硝工藝+低低溫除塵技術(shù)+石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)；低氮燃燒技術(shù)+SCR脫硝工藝+移動(dòng)極板電除塵+石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)；低氮燃燒技術(shù)+SCR脫硝工藝+電除塵+活性焦干法脫硫技術(shù)、脫汞技術(shù)+濕式電除塵技術(shù)。

3 國內(nèi)協(xié)同控制超低排放技術(shù)路線

3.1 以低低溫電除塵技術(shù)為主的超低排放技術(shù)路線

低氮燃燒技術(shù)+SCR脫硝工藝+低低溫除塵技術(shù)+高效濕法脫硫技術(shù)（+濕式電除塵技術(shù)），如圖1所示。

圖1 以低低溫電除塵技術(shù)為主的超低排放技術(shù)路線

目前，燃煤電廠采用的除塵技術(shù)大多數(shù)為電除塵，可滿足的粉塵排放值在30mg/Nm3左右，經(jīng)過低低溫電除塵技術(shù)改造后，能使除塵器出口濃度控制在15～20mg/Nm3。由于濕法脫硫具有協(xié)同脫除粉塵50%左右的作用，再經(jīng)過濕法脫硫時(shí)，可將粉塵排放濃度降至10mg/Nm3以下，如下表所示。如果要求粉塵排放濃度低于5mg/Nm3，可通過高效除霧器、預(yù)留濕式電除塵等技術(shù)措施進(jìn)一步凈化，完全能滿足要求。

部分電廠低低溫電除塵技術(shù)排放數(shù)據(jù)表

該技術(shù)路線可在協(xié)同高效脫硫、脫硝、除塵的同時(shí)，脫除SO3、Hg等重金屬等污染物。從經(jīng)濟(jì)適用性上，適合大中型燃煤機(jī)組，適用于灰硫比＞100，煤種特性為中低硫煤。一般設(shè)計(jì)時(shí)，低低溫電除塵出口濃度小于15mg/Nm3時(shí)，電場數(shù)量設(shè)計(jì)一般不低于5個(gè)。

3.2 以干式電除塵技術(shù)為主的超低排放技術(shù)路線

低氮燃燒技術(shù)+SCR脫硝工藝+電/袋除塵+干式脫硫技術(shù)+袋除塵技術(shù)（+濕式電除塵技術(shù)），如圖2所示。

圖2 以干式脫硫技術(shù)為主的超低排放技術(shù)路線

在脫硫技術(shù)方面，包括煙氣循環(huán)流化床、爐內(nèi)噴鈣爐外活化增濕、噴霧干燥等（半）干法煙氣脫硫工藝，結(jié)合袋除塵進(jìn)行吸收劑物料循環(huán)，達(dá)到高效脫硫的目的。在除塵技術(shù)方面，袋除塵的核心技術(shù)是濾袋，而目前市場上濾袋品種繁多。研究表明，選擇過濾精度最高的PTFE和超細(xì)纖維梯度濾料作為脫硫后的布袋除塵器濾袋材質(zhì)，能夠使袋除塵出口粉塵濃度低于10mg/Nm3。該方案中，濕電部分可作為預(yù)留，以備后續(xù)超低排放升級要求。

該技術(shù)路線與濕法脫硫技術(shù)路線相比，干式脫硫技術(shù)主要通過顆粒密度來調(diào)節(jié)脫硫效率，即通過加入吸收劑，就能調(diào)節(jié)脫硫效率，適應(yīng)煤種變化，通過布袋除塵技術(shù)解決粉塵排放問題。同時(shí)，這一工藝能通過物料循環(huán)高效協(xié)同脫除SO3，避免硫酸霧排放直接形成二次PM2.5，進(jìn)而抵消SO2減排的成效。

4 煙氣協(xié)調(diào)超低排放技術(shù)各環(huán)節(jié)分析

4.1 低氮燃燒器

燃煤電廠煙氣污染的根源是鍋爐燃燒不當(dāng)引起的，主要表現(xiàn)在選用了灰分、硫分高的燃煤，鍋爐燃燒效率低下，因此改造或新建鍋爐首要的是燃燒的改造或選擇。在燃燒器運(yùn)行過程中，火焰溫度降低和低氧燃燒均可降低NOx，卻帶來燃燒不完全，灰分中炭含量增加約2%，燃燒效率不高，同時(shí)運(yùn)行中的磨損等也會(huì)導(dǎo)致NOx增加。減少NOx的形成和排放通常運(yùn)用的具體改造方法為：分級燃燒、再燃燒法、低氧燃燒、濃淡偏差燃燒和煙氣再循環(huán)等[4]。

4.2 SCR脫硝技術(shù)

目前，脫硝技術(shù)常首選先進(jìn)的低氮燃燒技術(shù)，在不降低鍋爐能效與安全的條件下，盡可能降低鍋爐出口煙氣的NOx濃度。然后采用SCR煙氣脫硝技術(shù)，可確保超低排放要求的NOx濃度在50mg/Nm3以下。超低排放機(jī)組脫硝系統(tǒng)與傳統(tǒng)的SCR脫硝相比，主要是在SCR催化劑的填裝層數(shù)和催化劑的體積上的變化，大多數(shù)改造工程常將原有的“2+1”層催化劑預(yù)留層，直接更改為3層全部填裝，有些電廠采用“3+1”層SCR催化劑。改造后，系統(tǒng)脫硝效率可達(dá)到85%左右。

在實(shí)際運(yùn)行中，灰和煙氣的一些組分會(huì)使催化劑磨損、堵塞、失活失效，同時(shí)煙氣的中SO3也會(huì)使硫酸氫銨黏附在催化劑孔隙中，導(dǎo)致催化劑中毒失效。為了達(dá)到超低排放目標(biāo)，可選擇合理的溫度窗口，增大催化劑面積，設(shè)計(jì)合理的吹掃裝置等。隨著SCR技術(shù)的深入應(yīng)用，催化劑的更換與處置成為新的課題。當(dāng)前釩鈦體系有毒催化劑已被納入?；饭芾?，過去電廠自行填埋或由無資質(zhì)危廢處置廠家回收的方式已不再允許，選擇無毒或再生催化劑已成為市場的需要。目前，提升脫硝催化劑再生技術(shù)，使再生的催化劑性能能夠盡量地接近新催化劑，保證電廠脫硝系統(tǒng)的正常運(yùn)行等，已成為新的研究點(diǎn)。國內(nèi)研制新型高效無毒催化劑只是剛剛起步，選擇合理無毒的稀土材料催化劑替代材料，優(yōu)化組分，以獲得較高的催化脫硝效率是一個(gè)重要的方向。

4.3 脫硫技術(shù)

目前，脫硫技術(shù)包括濕法脫硫和半干法脫硫技術(shù)，在傳統(tǒng)的濕法脫硫技術(shù)中，協(xié)同超低排放技術(shù)的實(shí)用部件成為重點(diǎn)。為了達(dá)到脫硫超低排放要求，大多數(shù)企業(yè)采取的是增加噴淋層或改變噴淋的方式，提高液氣比，或采用單塔雙循環(huán)，雙塔串聯(lián)或并聯(lián)等方案；控制吸收塔阻力，防止“石膏雨”，在設(shè)計(jì)改造時(shí)通常增大吸收塔徑，煙氣流速控制在3.2～3.5m/s。為了協(xié)同粉塵脫除效果，通過優(yōu)化氣流分布，選擇合適的煙氣流速，增加托盤、旋流撞擊層、高效除霧器等。根據(jù)煙氣特性，甚至可達(dá)到無需新建濕式電除塵器就滿足粉塵排放濃度＜5mg/Nm3。雖然隨之帶來的損耗就是增加吸收塔煙氣阻力（約增加800Pa），但相比濕電而言，優(yōu)勢是造價(jià)低、運(yùn)行費(fèi)用低，且不會(huì)產(chǎn)生大量廢水。

半干法脫硫技術(shù)[5]以干態(tài)消石灰粉為吸收劑，通過多次再循環(huán)，在脫硫塔內(nèi)延長吸收劑與煙氣的接觸時(shí)間，以達(dá)到高效脫硫的目的。該技術(shù)可協(xié)同脫除煙氣中的SO2、SO3、HF與HCl等酸性氣體，特點(diǎn)是與自由流動(dòng)的干粉反應(yīng)，無廢水及二次污染，同時(shí)還可進(jìn)一步綜合利用。相較于濕法脫硫而言，雖然受鍋爐運(yùn)行及煙氣特性影響較大，不利于大負(fù)荷鍋爐配套，但用于中小燃煤鍋爐（蒸發(fā)量75～1025t/h的鍋爐）較經(jīng)濟(jì)實(shí)用，可優(yōu)先考慮。

4.4 低低溫及濕式電除塵技術(shù)

低低溫電除塵技術(shù)是將煙氣溫度降到酸露點(diǎn)以下進(jìn)行電除塵除塵作用，在提高除塵效率的同時(shí)，協(xié)同脫除SO3，這會(huì)產(chǎn)生一些與常規(guī)電除塵不同的問題：1）應(yīng)注意煤種的變化和高硫煤的影響[6]。煤質(zhì)含硫量越高，則酸露點(diǎn)越高，會(huì)增加腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，如圖3所示。研究表明，需要特別注意高于2%硫含量的煤質(zhì)對除塵器的影響。一般，當(dāng)灰硫比＞1000或≤100時(shí)，則不利于低低溫電除塵的使用[7]。2）應(yīng)注意二次揚(yáng)塵問題。二次揚(yáng)塵對于在線振打式電除塵而言，一直難以解決，因此對于低低溫電除塵技術(shù)，建議采用移動(dòng)極板電除塵技術(shù)或離線振打技術(shù)。前者采用轉(zhuǎn)動(dòng)刷塵，后者采用末端氣流阻斷后清灰方式，均能避免二次揚(yáng)塵問題。3）應(yīng)注意防堵灰問題。由于SO3黏附在粉塵上，會(huì)被堿性物質(zhì)（如K2O、CaO）吸收致使灰流動(dòng)性變差，這對換熱器本身和煙氣下游設(shè)備會(huì)產(chǎn)生堵塞和腐蝕問題，故灰斗改造、防腐、增加加熱裝置工作必不可少。

圖3 燃料中含硫量與煙氣酸露點(diǎn)的關(guān)系

雖然濕電對酸霧、有毒重金屬以及PM10，尤其是PM2.5微細(xì)粉塵有良好的脫除效果，在燃煤電廠已有應(yīng)用，但尚處于短期運(yùn)行階段，實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生的問題和故障在所難免，主要有：1）WESP設(shè)計(jì)時(shí)，需按照入口粉塵濃度、煙氣量等參數(shù)進(jìn)行合理選型，才能確保超低排放要求。當(dāng)超低排放要求粉塵排放限值＜5mg/Nm3時(shí)，需要考慮濕電入口的粉塵濃度≤20mg/Nm3。2）濕電沖洗水設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用閉式循環(huán)，水中的含塵量隨時(shí)間增加[8]，如圖4所示。因此需外補(bǔ)給清水，這就會(huì)引起廢水量增加。在設(shè)計(jì)時(shí)，外排水一般進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，如果外排水不能或只能部分進(jìn)入脫硫塔，那就要考慮廢水處理問題。3）除塵器的工作環(huán)境是高濕、含酸的高腐蝕環(huán)境，因此在濕電的施工過程中，防腐是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需選擇合適的防腐材料，盡量避免結(jié)構(gòu)死角，選擇工程經(jīng)驗(yàn)豐富的施工隊(duì)伍，確保防腐質(zhì)量。4）濕電能有效處理“石膏雨”、氣溶膠問題，但噴淋效果會(huì)帶出部分噴淋液，可在煙道或喇叭口增加除霧裝置。

圖4 濕電沖洗水含固量隨時(shí)間的變化曲線

5 結(jié)語

本文對當(dāng)前超低排放形勢及國內(nèi)外協(xié)同超低排放技術(shù)路徑和相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了分析與總結(jié)。在我國，煙氣協(xié)同治理技術(shù)處于起步階段，相關(guān)技術(shù)仍需在工程應(yīng)用中逐步優(yōu)化與完善。以低低溫電除塵技術(shù)為主的超低排放技術(shù)路線，適合于灰硫比＞100，煤種特性為中低硫煤的大、中型燃煤機(jī)組；以干式電除塵技術(shù)為主的超低排放技術(shù)路線，在中小燃煤鍋爐（蒸發(fā)量在75～1025t/h的鍋爐）超低排放環(huán)保工程設(shè)計(jì)選擇時(shí)，可優(yōu)先考慮。

超低排放勢在必行，為達(dá)到超低排放要求，必須從排放源頭著手，從超低排放環(huán)保設(shè)備上優(yōu)化技術(shù)與協(xié)同創(chuàng)新。在盡可能節(jié)約建設(shè)用地、降低成本的前提下，大力推廣協(xié)同超低排放技術(shù)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用，既節(jié)能環(huán)保又不浪費(fèi)資源，保證社會(huì)良性化發(fā)展。

[1] 桂本，王輝，王為，等.燃煤電站煙氣污染物協(xié)同治理技術(shù)[J].中國電業(yè)（技術(shù)版），2014（10）：4-10.

[2] 酈建國. 燃煤電廠煙氣超低排放技術(shù)[M].中國電力出版社，2015，10.

[3] 盛青，武雪芳，李曉倩，等.中美歐燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的比較[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)，2011，11.

[4] 張圣偉，陳繼學(xué)，洪民，等.低氮燃燒器改造及應(yīng)注意的問題[J].發(fā)電設(shè)備，2013（11）.

[5] 徐寶東.煙氣脫硫工藝手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[6] 王學(xué)軍.鍋爐空氣預(yù)熱器低溫腐蝕機(jī)理及預(yù)防措施[J].山東冶金，2002（2）.

[7] 趙海寶.低低溫電除塵關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用[J].中國電力，2014（10）.

[8] 張林，屈曉凡，熊學(xué)云，等.蜂窩管式濕式電除塵器初步實(shí)驗(yàn)研究[C].中國機(jī)電工程學(xué)會(huì)年會(huì)，2013.

Analysis on Synergistic Ultra-low Emission Technology of Flue Gas Multi-pollutants

WANG Lin-gang, CHEN Xiao-wei

(Jiangsu Cohen Environmental Technologies Co., Ltd, Jiangsu Yancheng 224051, China)

The paper expounds the concept of the synergistic ultra-low emission. In combination with ultra-low emission technical path and relevant technology at home and abroad, the paper puts forward some rationalization proposals for ultra-low emission transformation.

flue gas; multi-pollutants; synergistic control technology; ultra-low emission

X701

A

1006-5377（2017）03-0040-04