魏厚俊 ，謝研 ，孫亞坤 ，韓玉鑫 ，宋民航 ,?

（1.河南理工大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院, 河南 焦作 454003；2.中國科學(xué)院 過程工程研究所 多相復(fù)雜系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100190）

0 引言

近年來，為全面保障能源安全及生態(tài)環(huán)境，各國都在大力發(fā)展新能源，旨在充分利用可再生能源促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)及平穩(wěn)健康發(fā)展[1]。在此背景下，中共中央國務(wù)院在所印發(fā)的《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》中，進(jìn)一步指明了新型電力系統(tǒng)的發(fā)展方向，明確了以消納可再生能源為主的增量配電網(wǎng)、微電網(wǎng)和分布式電源的市場主體地位[2]。隨著國家能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化轉(zhuǎn)型的深入推進(jìn)，以風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電為代表的新能源電力正在實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，然而其顯著的間歇性、隨機(jī)性特點(diǎn)同時(shí)也引發(fā)了突出的能源消納問題。在該技術(shù)背景下，煤電中長期功能定位正在發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，即由過去的提供主體電量任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┛煽侩娏?、調(diào)峰調(diào)頻能力的基礎(chǔ)性電源，其電源側(cè)調(diào)節(jié)能力的全面、有序提升尤為重要[3]。然而目前，火電機(jī)組的整體調(diào)節(jié)能力有限，且難以滿足調(diào)峰過程中的環(huán)保性需求，造成火電機(jī)組主體與市場機(jī)制不能滿足電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)的問題[4]，因此，在兼顧環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行可靠性的條件下，提升火電機(jī)組靈活調(diào)峰性能就顯得愈發(fā)重要。

隨著生態(tài)文明建設(shè)的不斷推進(jìn)，煤炭燃燒過程中污染物的排放受到了廣泛關(guān)注[5]。在燃煤機(jī)組運(yùn)行過程中，煤炭燃燒利用將產(chǎn)生較多的煙氣污染物[6-7]，除氮氧化物 (Nitrogen Oxides, NOx)、硫化物(Sulphur Oxides, SOx)、顆粒物等常規(guī)污染物外，還伴隨有揮發(fā)性有機(jī)污染物(Volatile Organic Compounds,VOCs)、重金屬污染物等[8]。由于機(jī)組調(diào)峰過程中，實(shí)際運(yùn)行參數(shù)大幅偏離滿負(fù)荷下的設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)，將造成煙氣中的污染物生成量增加，影響尾部煙氣處理設(shè)備的正常運(yùn)行，降低了污染物的去除效率，同時(shí)增加了污染物的控制成本。因此，研究燃煤機(jī)組變工況下的污染物生成規(guī)律及其控制方法，對適應(yīng)煤電調(diào)峰需求和煙氣污染物排放高效控制具有重要意義。

基于以上背景需求，本文聚焦于燃煤機(jī)組靈活調(diào)峰過程中的煙氣污染物排放特性及控制策略，對已有研究成果及進(jìn)展進(jìn)行概括和總結(jié)，重點(diǎn)分析了氮氧化物、硫化物、顆粒物、VOCs、重金屬污染物等五種典型污染物的排放規(guī)律，并相應(yīng)分析了當(dāng)下靈活調(diào)峰過程中所采用的控制技術(shù)。具體包括選擇性催化還原脫硝技術(shù)(Selective Catalytic Reduction,SCR)、濕法脫硫技術(shù)(Wet Flue Gas Desulfurization,WFGD)、靜電除塵技術(shù) (Electrostatic Precipitator,ESP)[9]、催化氧化技術(shù)、吸附控制技術(shù)等。最后，得出當(dāng)下靈活調(diào)峰過程中所采用的控制技術(shù)及控制策略，并對各類污染物控制技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對比分析，得出靈活調(diào)峰過程中影響污染物排放性能及控制成本的影響因素。

1 燃煤機(jī)組變負(fù)荷下污染物排放特性

1.1 NOx 的排放特性

NOx一直是燃煤機(jī)組運(yùn)行過程中所關(guān)注的重要污染物，國家和電力行業(yè)也分別出臺(tái)了逐漸嚴(yán)格的燃煤機(jī)組NOx排放限值。在機(jī)組調(diào)峰過程中的NOx排放方面，張雙平等[10]采用可支持熱力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)級仿真的GSE軟件，搭建了某660 MW超臨界機(jī)組模型，對該機(jī)組的穩(wěn)態(tài)變工況特性進(jìn)行了模擬研究，得到SCR脫硝效率隨負(fù)荷變化曲線如圖1(a)所示。在機(jī)組負(fù)荷從50%THA升高至BMRC(Boiler Maximum Continue Rate)工況過程中，由于SCR催化劑活性受溫度影響，機(jī)組在升負(fù)荷過程中的SCR反應(yīng)溫度逐漸升高，使得催化劑的活性增強(qiáng)，對應(yīng)脫硝效率由78.90%升高至86.98%。針對300 MW及600 MW燃煤機(jī)組，董玉亮等[11]基于運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，獲得了兩個(gè)機(jī)組在啟動(dòng)、正常調(diào)峰（50%～100%額定負(fù)荷）和深度調(diào)峰（30%～50%額定負(fù)荷）階段的NOx排放特性，并定義了凈煙氣NOx排放因子EINOx=QsndCNOx/Pel，其中，Qsnd為標(biāo)態(tài)下干煙氣排放量，CNOx為凈煙氣NOx濃度，Pel為機(jī)組電功率。在機(jī)組啟動(dòng)和運(yùn)行調(diào)峰階段，兩臺(tái)機(jī)組的凈煙氣NOx排放因子EINOx隨負(fù)荷的變化關(guān)系分別如圖1(b)和1(c)所示，圖中給出了負(fù)荷變化對NOx排放的影響規(guī)律，并對比了機(jī)組啟動(dòng)與調(diào)峰階段的NOx排放情況。其中，由于機(jī)組自身特性及運(yùn)行參數(shù)存在小幅波動(dòng)，使數(shù)據(jù)分布呈現(xiàn)一定的離散化?？梢?，兩臺(tái)機(jī)組的NOx排放因子隨負(fù)荷變化規(guī)律大體接近。在300 MW和600 MW機(jī)組下，35%負(fù)荷時(shí)的NOx排放因子比100%負(fù)荷時(shí)分別提高了10%和100%附近。并且，兩臺(tái)機(jī)組分別在85%負(fù)荷和65%負(fù)荷時(shí)，NOx排放因子達(dá)到了最低值。此外，根據(jù)圖中擬合曲線可以看出，機(jī)組啟動(dòng)階段的NOx排放因子要遠(yuǎn)大于調(diào)峰運(yùn)行階段。分析原因主要是由于低負(fù)荷運(yùn)行階段下脫硝裝置的工作效率要低于滿負(fù)荷運(yùn)行。

圖1 燃煤機(jī)組變負(fù)荷對脫硝效率的影響Fig.1 Influence of variable load of coal-fired unit on denitrification efficiency

1.2 SOx 的排放特性

在SOx排放方面，SOx主要包括SO2和SO3兩大類。在SO2研究方面，以采用石灰石-石膏法脫硫技術(shù)的亞臨界300 MW和亞臨界600 MW機(jī)組為對象，董玉亮等[11]研究獲得了兩臺(tái)機(jī)組在啟動(dòng)、正常調(diào)峰和深度調(diào)峰階段的SO2排放特性，并定義了凈煙氣SO2排放因子EISO2=QsndCSOx/Pel，其中，Qsnd為標(biāo)態(tài)下干煙氣排放量，CSO2為凈煙氣SO2濃度，Pel為機(jī)組電功率。在機(jī)組啟動(dòng)和運(yùn)行調(diào)峰階段，兩臺(tái)機(jī)組的凈煙氣SO2排放因子EISO2隨負(fù)荷的變化關(guān)系分別如圖2(a)和2(b)所示?？梢钥闯?，隨著機(jī)組負(fù)荷率的降低，SO2排放因子稍有下降，其排放規(guī)律符合SO2排放因子的定義，SO2排放因子與機(jī)組功率呈正相關(guān)，且啟動(dòng)階段的SO2排放因子較調(diào)峰階段略小。

聚焦于中小型的循環(huán)流化床鍋爐(Circulating Fluidized Bed, CFB)，洪方明[12]通過對3臺(tái)150 t/h CFB鍋爐的運(yùn)行數(shù)據(jù)對比，分析了CFB鍋爐常用的兩種脫硫技術(shù)性能，獲得了不同工況下爐內(nèi)添加石灰石脫硫和石灰石-石膏濕法脫硫兩類技術(shù)的脫硫效率。研究得到爐內(nèi)脫硫效率約在50%～60%，能夠有效降低硫排放，并緩解對低低溫省煤器的腐蝕問題。而在除塵器尾部安裝WFGD情況下，脫硫效率能夠達(dá)到96.5%～99.1%，對應(yīng)SO2排放濃度小于20 mg/m3。圖2(c)對比了不同負(fù)荷下兩種方法的脫硫效率變化趨勢，可見，隨著鍋爐負(fù)荷的升高，兩者脫硫效率均有小幅提升。相比之下，WFGD的整體脫硫效率及提升趨勢更為顯著。

圖2 燃煤機(jī)組變負(fù)荷對脫硫效率的影響Fig.2 Effect of variable load on desulfurization efficiency of coal-fired units

在SO3研究方面，李文華等[13]針對采用低低溫靜電除塵器(Low-low Temperature Electrostatic Precipitator, LLT-ESP)+煙氣脫硫技術(shù)(Flue Gas Desulfurization, FGD)+濕式靜電除塵器(Wet Electrostatic Precipitator, WESP) 超低排放路線的某660 MW燃煤機(jī)組，研究了負(fù)荷變化對SO3濃度的影響，其變化規(guī)律如圖3所示?？梢?，隨著負(fù)荷的升高，不同位置的SO3濃度均呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。這可歸因于增大鍋爐負(fù)荷后煙溫升高，促進(jìn)越來越多的SO2轉(zhuǎn)化為SO3。因此，在機(jī)組升負(fù)荷過程中，應(yīng)尤其注意SO3的生成問題。目前，針對變負(fù)荷下SO3排放特性研究的文獻(xiàn)報(bào)道較少，有待后續(xù)的深入研究。

圖3 SO3濃度隨負(fù)荷變化情況[13]Fig.3 The variation of SO3 concentration with boiler load[13]

1.3 VOCs 的排放特性

電力及化工企業(yè)的煙（廢）氣排放中常含有VOCs揮發(fā)性有機(jī)物，其直接排放將對環(huán)境及人體健康造成較大危害。聚焦于多種典型VOCs排放情況，史曉宏等[14]對某電廠300 MW亞臨界燃煤機(jī)組煙氣中的VOCs進(jìn)行全流程濃度監(jiān)測，研究分析了選擇性催化還原脫硝、靜電除塵和濕法脫硫等污染物治理設(shè)備對VOCs濃度的協(xié)同控制規(guī)律。圖4給出了該機(jī)組典型VOCs的質(zhì)量濃度變化情況。由圖中可見，煙氣流首先經(jīng)過SCR脫硝裝置的協(xié)同處理后，VOCs質(zhì)量濃度產(chǎn)生了明顯下降，而后，剩余的VOCs依次流入ESP和FGD裝置內(nèi)，由于煙氣溫度進(jìn)一步下降導(dǎo)致部分VOCs冷凝或溶于脫硫廢水，使VOCs的總排放量進(jìn)一步降低。同時(shí)可見，在SCR前端，100%負(fù)荷下的VOCs濃度要高于50%負(fù)荷下2～3倍。分析原因是燃煤機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，煙氣流速較低使VOCs在爐內(nèi)滯留時(shí)間延長，參與燃燒反應(yīng)的時(shí)間增加，從而降低了VOCs排放量。

圖4 300 MW燃煤機(jī)組VOCs質(zhì)量濃度變化Fig.4 VOCs mass concentration of a 300 MW coal-fired unit

表1詳細(xì)給出了該燃煤機(jī)組變負(fù)荷下的典型VOCs質(zhì)量濃度[14]?？芍?，在50%負(fù)荷條件下，SCR入口端的煙氣中苯、甲苯及苯甲醛濃度分別為127.4 μg/m3、39.2 μg/m3和 22.8 μg/m3。經(jīng)污染物治理設(shè)備的協(xié)同處理后，其脫除效率能夠分別達(dá)到95.9%、95.2%和74.4%。當(dāng)運(yùn)行負(fù)荷升高至100%時(shí)，SCR入口端的煙氣中苯、甲苯及苯甲醛濃度分別升高至 437.3 μg/m3、73.5 μg/m3和 60.4 μg/m3，說明煙氣中的有機(jī)污染物濃度隨著燃煤機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷的增加而大幅升高。相比于50%負(fù)荷運(yùn)行，100%負(fù)荷條件下WFGD后端的苯、甲苯和苯甲醛排放濃度有部分提升。但經(jīng)過已有污染物治理設(shè)備的協(xié)同脫除作用，100%負(fù)荷下對以上三種污染物的脫除效率與50%負(fù)荷條件下接近，并且其余9種VOCs的脫除效率均能夠保持在40%～99%之間，排放濃度均遠(yuǎn)低于我國目前的工業(yè)源廢氣VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)限值[14]。

表1 300 MW燃煤機(jī)組典型VOCs質(zhì)量濃度分布Tab.1 Typical V OCs mass concentration distribution of a 300MW coal-fired unitμg/m3

1.4 重金屬的排放特性

煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的重金屬也是一種主要大氣污染物，重金屬污染物主要包括Hg、Cd、Pb、Cr和As等元素[15]。其中，汞是一種具有劇毒且易揮發(fā)的污染物，對環(huán)境和人體健康危害極大，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定燃煤電廠汞及其化合物的排放濃度應(yīng)控制在30 μg/m3以內(nèi)[16]。目前，重金屬污染物排放的相關(guān)研究，主要以汞的排放特性及控制策略研究為主。研究表明，燃煤煙氣中的汞形態(tài)主要為氣態(tài)氧化汞和氣態(tài)單質(zhì)汞，氣態(tài)氧化汞約占80%，而顆粒態(tài)汞的占比較少。針對采用SCR+WFGD+ESP技術(shù)路線的3臺(tái)典型超低排放燃煤火電機(jī)組，孟磊[17]測試了煙氣污染物中氣態(tài)單質(zhì)汞、氧化汞以及顆粒汞的排放特征，并研究了各類污染物排放控制設(shè)備（SCR脫硝技術(shù)、淋噴空塔+高效除霧器型脫硫塔、靜電除塵器）對各類汞的協(xié)同脫除效果。測試過程中，采用安大略法分別對SCR前后和WFGD前后的煙氣進(jìn)行取樣、恢復(fù)、消解等處理，并使用全自動(dòng)測汞儀(Hydra AA)對消解后煙氣中的汞含量進(jìn)行分析。同時(shí)，針對WFGD中的新鮮漿液、脫硫廢水及脫硫石膏，采用原子熒光分光光度計(jì)檢測液體樣品中的汞含量。測量得到鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量分別在54%、57%和75%，三種工況下汞的脫除效果如圖5(a)所示。根據(jù)孟磊的研究可以得出，各類污染物控制設(shè)備均能夠?qū)拿摮鸬讲煌潭鹊淖饔?，其中，SCR可以協(xié)同氧化煙氣中的單質(zhì)汞，也就是經(jīng)SCR脫硝裝置后，由于催化劑對單質(zhì)汞具有氧化作用，使氣態(tài)氧化汞的占比增加。而ESP能夠?qū)煔庵械念w粒汞進(jìn)行脫除，WFGD能夠很好地脫除煙氣中的氧化汞。并且，隨著機(jī)組負(fù)荷的降低，汞的排放濃度也呈明顯降低的趨勢。

針對某1 000 MW超超臨界燃煤機(jī)組，張翼等[16]同樣使用了安大略取樣分析方法測定了煙氣中的汞含量，并利用全自動(dòng)測汞儀對廢液中的汞含量進(jìn)行分析。經(jīng)測試得到45%負(fù)荷和100%負(fù)荷下的汞脫除效率如圖5(b)所示。100%負(fù)荷下ESP對汞的脫除效率為82.32%，遠(yuǎn)大于45%負(fù)荷下的59.09%，分析原因是100%負(fù)荷下SCR對汞的氧化率要遠(yuǎn)高于45%負(fù)荷下的氧化率。而在ESP后，45%負(fù)荷下的汞脫除效率要整體高于100%負(fù)荷，這主要?dú)w因于二價(jià)汞易溶于水，在經(jīng)過WFGD和WESP后，高濕環(huán)境下促進(jìn)了對二價(jià)汞的脫除。此外，可以看到圖5(b)中出現(xiàn)一處負(fù)值點(diǎn)，這可能是由于高電壓使汞再次釋放到煙氣中或煙氣中汞含量少，使測量存在一定誤差。

圖5 燃煤機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行對汞排放濃度的影響Fig.5 Effect of variable load on mercury emission concentration of coal-fired units

1.5 顆粒物的排放特性

在燃煤顆粒物核化機(jī)制方面，王翔等[18]研究了尾部濕煙氣中顆粒物的核化機(jī)制，得到煙氣中粒徑大于2 μm的顆粒濃度對核化速率影響顯著，為低低溫電除塵器優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一定的理論支撐。在燃煤機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中的顆粒物排放方面，翁衛(wèi)國等[19]對某電廠1 000 MW燃煤機(jī)組的顆粒物排放情況進(jìn)行監(jiān)測，獲得了不同負(fù)荷下靜電除塵器和脫硫塔的除塵效率。該機(jī)組采用了四電場靜電除塵器和雙托盤石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)。顆粒物測試過程中采用煙塵取樣儀測試除塵器入口煙氣中的顆粒物含量，使用PM10撞擊器測試除塵器出口及脫硫塔出口煙氣中的顆粒物分級質(zhì)量濃度。圖6(a)為測量得到的不同負(fù)荷下除塵效率。可見，不同負(fù)荷下靜電除塵器均能實(shí)現(xiàn)較優(yōu)的顆粒捕集效果，但是總除塵效率隨著機(jī)組負(fù)荷的下降略有上升。鍋爐負(fù)荷變化對除塵效率的影響主要體現(xiàn)在由于負(fù)荷下降后，煙氣流量及對應(yīng)流速發(fā)生較大幅度的下降，增加了顆粒物在除塵器內(nèi)的停留時(shí)間，從而提高了對顆粒物的捕集效果。由圖6(a)中脫硫塔的除塵效率曲線可見，機(jī)組負(fù)荷在50%到100%間，脫硫塔能夠達(dá)到42.6%～49.3%的除塵效率，并且在機(jī)組負(fù)荷下降過程中，除塵效率呈明顯增加趨勢。脫硫塔除塵效率的增加原因與靜電除塵器類似，主要是由于變負(fù)荷條件下不同煙氣量所引起的，低負(fù)荷下延長了煙氣在脫硫塔中的停留時(shí)間，進(jìn)而提高了脫硫塔的除塵效率。

李洋等[20]研究了某電廠1 000 MW超超臨界燃煤機(jī)組不同負(fù)荷下的顆粒物排放情況，在使用低壓撞擊器測量顆粒物質(zhì)量濃度的同時(shí)，采用X射線熒光探針對顆粒物的化學(xué)成分進(jìn)行分析。研究得到，盡管負(fù)荷變化對ESP前顆粒物的生成濃度基本沒有影響，但由于負(fù)荷降低使礦物交互作用減弱，導(dǎo)致煤中礦物，包括Na、Ca和S等，向細(xì)顆粒物(PM10)的遷移比例增加，將一定程度上增加電廠除塵的難度。同時(shí)，分析對比了變負(fù)荷下靜電除塵器以及濕法脫硫和濕電系統(tǒng)兩種不同技術(shù)路線的除塵效果。其除塵效率分別如圖6(b)和6(c)所示。由圖6(b)可知，機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行(70%以上)時(shí)，負(fù)荷變化對ESP除塵效率的影響不大，但低負(fù)荷運(yùn)行下的ESP除塵效率大幅降低。該規(guī)律與圖6(a)不同，在負(fù)荷降低至600 MW時(shí)，ESP除塵效率也相應(yīng)降低。根據(jù)文獻(xiàn)分析，該機(jī)組低負(fù)荷下的飛灰未燃盡碳含量大幅降低（由4%降低至0.3%），相應(yīng)提高了飛灰比電阻，導(dǎo)致低負(fù)荷下ESP除塵效率略有降低。如圖6(c)所示，在機(jī)組結(jié)合濕法脫硫和濕電系統(tǒng)情況下，可進(jìn)一步有效脫除煙氣中的顆粒物，同時(shí)機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷降低可延長煙氣在兩者內(nèi)部的停留時(shí)間，減少二次攜帶顆粒物的生成，進(jìn)一步提高整體的除塵效率。

圖6 燃煤機(jī)組變負(fù)荷對顆粒物生產(chǎn)的影響Fig.6 Effect of variable load of coal-fired units on particulate matter production

2 污染物控制技術(shù)對比

靈活調(diào)峰過程中煙氣污染物排放不僅浪費(fèi)了大量資源，而且造成了環(huán)境的嚴(yán)重破壞，直接影響到生態(tài)文明建設(shè)。隨著大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格[21]，對污染物控制技術(shù)水平提出了更高的要求，應(yīng)分層次、系統(tǒng)和全面地考慮相關(guān)污染物的自身性質(zhì)并結(jié)合上下游工藝路線，科學(xué)、合理地設(shè)定相關(guān)污染物排放控制的最佳工藝指標(biāo)[22]。為了便于對幾類污染物處理技術(shù)原理的理解，圖7分別給出了SCR脫銷機(jī)理、WFGD系統(tǒng)反應(yīng)機(jī)理、ESP電除塵器原理及有機(jī)物催化氧化技術(shù)原理的示意圖。

圖7 幾種典型污染物控制技術(shù)的原理Fig.7 Principles of several typical pollutant control technologies

為了詳細(xì)對比各類污染物控制技術(shù)的特點(diǎn)及性能，滿足機(jī)組變負(fù)荷下污染物控制設(shè)備的運(yùn)行需求，表2詳細(xì)分析對比了不同類型污染物及其控制技術(shù)的工作原理、應(yīng)用效果及適用溫度區(qū)間，從表中可以看出，對于氮氧化物排放的控制、硫的脫除、重金屬汞的吸收及顆粒物的脫除，相應(yīng)的控制效率均可達(dá)到90%以上，脫除效果顯著。但對于有機(jī)污染物的排放控制，其凈化技術(shù)的應(yīng)用效果相對來說不盡理想，因此，對于有機(jī)污染物控制技術(shù)的性能優(yōu)化及研究創(chuàng)新，就顯得尤為重要和急迫。

表2 幾類典型污染物控制技術(shù)對比Tab.2 Comparison of some typical pollutant control technologies

另外，由于各類污染物往往不是以單一類型存在于煙氣中的，通常需要結(jié)合多種污染物控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)污染物的全面脫除凈化，因此，對污染物的協(xié)同控制技術(shù)已成為我國燃煤機(jī)組降低排放污染物的主流技術(shù)路線及發(fā)展趨勢。例如，通過SCR及選擇性非催化還原技術(shù)(Selective Non-Catalytic Reduction,SNCR)的協(xié)同耦合，能夠在低成本前提下提高NOx的去除效率，同時(shí)也能夠促進(jìn)對顆粒物、重金屬等的協(xié)同脫除。采用低溫省煤器耦合電除塵器技術(shù)，能夠降低粉塵顆粒物排放濃度至20 mg/m3以下，同時(shí)對SO3的脫除效率達(dá)到70%～95%，實(shí)現(xiàn)細(xì)顆粒物及SO3的協(xié)同高效脫除[36]。以及，通過低低溫電除塵器、SCR、SNCR及WFGD技術(shù)的深度協(xié)同作用，不僅能脫除煙氣中的含氮、含硫顆粒物，還能對含有重金屬和有機(jī)物的顆粒物進(jìn)行脫除，其成本和效益要明顯優(yōu)于單獨(dú)技術(shù)應(yīng)用。

3 經(jīng)濟(jì)性分析

除了上述內(nèi)容所關(guān)注的污染物脫除技術(shù)自身性能外，各類污染物控制技術(shù)的投資成本、運(yùn)行費(fèi)用及回收效益等技術(shù)經(jīng)濟(jì)性問題，也是影響并制約技術(shù)推廣應(yīng)用的重要因素。而經(jīng)濟(jì)性則是通過對設(shè)備的購置、安裝費(fèi)用和項(xiàng)目建設(shè)費(fèi)用等的靜態(tài)費(fèi)用，以及設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用和回收費(fèi)用等的動(dòng)態(tài)費(fèi)用來進(jìn)行分析。通過對污染物控制技術(shù)的靜態(tài)總投資和動(dòng)態(tài)總投資分析，表3給出了5種常用污染物脫除技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性分析，詳細(xì)對比了低低溫靜電除塵器、選擇性催化還原脫硝裝置、選擇性非催化還原脫硝技術(shù)、石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置等的設(shè)備投資及運(yùn)行成本。

由表3可見，600 MW機(jī)組安裝LLT-ESP時(shí)，除塵器出口粉塵濃度低于15 mg/m3情況下，其總費(fèi)用大概為8 114萬元，年運(yùn)行費(fèi)用為514萬元，與該設(shè)備配套的煙氣冷卻器設(shè)備約為3 000萬元，年運(yùn)行費(fèi)用大概為420萬元[37]。對于660 MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組單獨(dú)采用SCR技術(shù)時(shí)，其靜態(tài)投資費(fèi)用大致為7 522萬元，動(dòng)態(tài)投資費(fèi)用為7 568萬元[38]。對于660 MW燃煤機(jī)組單獨(dú)采用SNCR技術(shù)時(shí)，其靜態(tài)投資費(fèi)用約為7 000萬元，動(dòng)態(tài)總投資則需要根據(jù)實(shí)際情況而定[39]。在WFGD方面，以某330 MW燃煤機(jī)組為例，其脫硫設(shè)備大概在20 901萬元，其中不包含折舊費(fèi)用1 324萬元，該設(shè)備年運(yùn)行費(fèi)用在7 730萬元左右，該技術(shù)靜態(tài)總投資在22 363萬元，其動(dòng)態(tài)總投資在15 886萬元上下[40]。通過以上的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對比，能夠?yàn)楦黝惣夹g(shù)的實(shí)際工程應(yīng)用及選擇提供一定參考。

表3 部分污染物脫除技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性對比Tab.3 Economic comparison of some pollutant removal technologies

4 結(jié)論

本文聚焦于機(jī)組調(diào)峰過程中的典型污染物排放規(guī)律分析及相應(yīng)排放控制策略，對氮氧化物、硫化物、VOCs、重金屬、顆粒物等排放特性的已有研究成果及進(jìn)展進(jìn)行分析總結(jié)，具體包括SCR脫硝技術(shù)、濕法脫硫技術(shù)、靜電除塵技術(shù)、催化氧化技術(shù)、吸附控制技術(shù)等。在此基礎(chǔ)上，得出當(dāng)下靈活調(diào)峰過程中所采用的控制技術(shù)及控制策略，并對各類污染物控制技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了對比分析，得出靈活調(diào)峰過程中影響污染物排放控制性能及成本的影響因素。

在靈活調(diào)峰需求下，針對不同類型的燃煤機(jī)組，應(yīng)結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，基于機(jī)組煙氣量、排煙溫度、污染物類型及含量等的差異性，綜合考慮各類污染物停留時(shí)間、工作溫區(qū)、流動(dòng)及反應(yīng)過程，耦合多種污染物治理技術(shù)，開發(fā)適用于多污染物脫除的高效、低成本、適應(yīng)性強(qiáng)的污染物協(xié)同脫除技術(shù)及工藝。通過本文內(nèi)容，重點(diǎn)分析總結(jié)了燃煤機(jī)組變負(fù)荷下，各類污染物的排放特性及相應(yīng)控制技術(shù)，期望為火電機(jī)組靈活調(diào)峰過程中的污染物排放控制措施及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性提供一定指導(dǎo)。后續(xù)工作可進(jìn)一步針對不同類型燃煤機(jī)組，聚焦于常規(guī)調(diào)峰和深度調(diào)峰運(yùn)行情況，在滿足較低負(fù)荷下鍋爐和汽水系統(tǒng)安全性的前提下，開展針對性的多污染物協(xié)同治理技術(shù)路線及方案研究，并給出更加具體的污染物排放控制策略。