燃煤电厂大气污染物治理措施

梁 川，宋淑霞

（1.国电科学技术研究院，江苏 南京 210046；2.阜新发电有限责任公司，辽宁 阜新 123003）

其它

燃煤电厂大气污染物治理措施

梁 川1，宋淑霞2

（1.国电科学技术研究院，江苏 南京 210046；2.阜新发电有限责任公司，辽宁 阜新 123003）

近几年我国的环境空气质量持续恶化，对居民的生活质量产生了很大的影响，治理大气污染已刻不容缓。作为大气污染物排放大户的燃煤电厂，现阶段承担着巨大的减排任务。从燃煤电厂当前面临的环保形势出发，综述了我国火电行业大气污染物的控制现状，并针对不同污染物的特点分别介绍了几种技术成熟、应用广泛的治理措施，最后提出了在新形势下满足大气污染物排放标准的环保改造技术路线。

环保；燃煤电厂；大气污染物

随着我国工业化的不断发展，大气污染逐年加重，环境空气质量持续恶化，各地雾霾天气普遍增多，环境问题日益凸显。为了应对大气污染，国家和地方政府相继出台了相关的环保法规、政策并陆续实施，强制与鼓励并用，促使企业对污染物进行治理。我国能源、资源的特点决定了以煤炭为主的能源结构将长期存在，《2014年国内外油气行业发展报告》显示，我国煤炭消费占一次能源消费比重达到了63.9%。因此，作为主要的煤炭消费行业，火力发电在安全、经济发展的同时，要持续深化清洁生产，通过有效的设备改造和技术升级来积极应对生态文明建设的国家需求［1］。

1 大气污染物治理形势

a.2014年4月24日，全国人大常委会通过了《环保法修订案》，修订后的《中华人民共和国环境保护法》已于2015年1月1日开始施行，新环保法强化了对大气污染、特别是雾霾的治理和应对，加大了违法行为的处罚力度，规定了行政拘留的处罚措施和对持续性的环境违法行为进行按日计罚无上限的规则，对燃煤电厂的约束力将会越来越强。

b.新《火电厂大气污染物排放标准》已于2012年1月1日实施，调整了大气污染物排放浓度限值，规定了现有火电锅炉达到更严格排放浓度限值的时限（2014年7月1日），增设了燃气锅炉大气污染物排放浓度限值和大气污染物特别排放限值［2］。其中，纳入《重点区域大气污染防治“十二五”规划》（国发［2012］146号）的重点地区执行大气污染物特别排放限值。

c.《大气污染防治行动计划》（国发［2013］37号）要求，所有燃煤电厂都要安装脱硫设施，除循环流化床锅炉外的燃煤机组均安装脱硝设施，现有除尘设施要实施升级改造；《煤电节能减排与改造行动计划（2014－2020年）》（发改能源［2014］2093号）提出，到2020年，东部地区现役300 MW及以上公用燃煤发电机组、100 MW及以上自备燃煤发电机组以及其他有条件的燃煤发电机组，改造后大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值。

d.为贯彻执行新环保法，环保部发布了《环境保护主管部门实施按日连续处罚办法》、《环境保护主管部门实施查封、扣押办法》、《环境保护主管部门实施限制生产、停产整治办法》等规范性文件，明确了处罚的适用范围和实施程序。

e.《关于调整排污费征收标准等有关问题的通知》（发改价格［2014］2008号）要求，2015年6月底前，将废气中的二氧化硫和氮氧化物排污费征收标准调整至不低于每污染当量1.2元，并鼓励污染重点防治区域及经济发达地区，按更高标准调整排污费。此外，企业污染物排放浓度值高于国家或地方规定的污染物排放限值，或者企业污染物排放量高于规定的排放总量指标的，按照地方政府规定的征收标准加1倍征收排污费；同时存在上述2种情况的加2倍征收排污费。

2 治理措施及相关技术

燃煤电厂排入大气的污染物主要有烟尘、硫和氮的氧化物、碳的氧化物及碳氢氧化物等，发电企业必须配备相应的环保设备来满足相关排放标准。当前燃煤电厂的大气污染物治理措施主要是先脱硝、再除尘、再脱硫的单元式控制技术［3］。

2.1 氮氧化物控制技术

目前国内外燃煤电厂控制NOx排放主要分两阶段进行：第一阶段是降低在燃烧过程中NOx生成量的方法，称为低氮燃烧技术；第二阶段是脱除烟气中已生成的NOx，称为烟气脱硝技术［4］。

低氮燃烧技术成熟，投资和运行费用低，通过降低燃烧温度、减少烟气中氧量等方式减少NO的生成量（约200～400 mg／Nm3），是控制火电厂NOx排放最经济的手段［5］。但它不利于煤燃烧过程本身，因此低氮燃烧改造应以不降低锅炉效率为前提。烟气脱硝是降低NOx排放的根本性手段，有工业业绩的烟气脱硝技术主要包括：选择性催化还原法（SCR）、非选择性催化还原法（SNCR）、酸吸收法、碱吸收法、吸附法、等离子体活化法等［6］。

根据各种脱硝技术的特点，以及国家相关环保法规对NOx排放浓度的要求，我国大型燃煤电厂应用最多的脱硝技术路线是低氮燃烧＋SCR的方式［7］。

2.2 烟尘控制技术

我国燃煤电厂烟尘控制技术以成熟可靠的电除尘器为主，为适应新标准要求，更高性能的除尘改造路线逐步得到应用。

a.低低温省煤器。采用汽机冷凝水与空预器后的热烟气进行热交换。换热后汽机冷凝水得到额外的热量，可减少其在低加回路系统中消耗的抽汽量，实现节能效果。换热后的烟气温度由通常的低温状态（120～160℃）降至低低温状态（100℃左右，控制在酸露点以上）。产生两方面变化促进除尘效果提升：烟尘比电阻降至108～1010Ω·cm，为电除尘器最佳工作范围；烟气的体积流量降低，使电除尘器通道内的烟气流速也得以降低，烟气停留时间相应增加。此外，该工艺对减少脱硫用水、稳定脱硫效率也有明显的效果。

b.高频电源。其调压的控制方式为调频调压控制、间歇脉冲控制、调幅高频控制，工作频率可达到几十kHz。能克服一般工频电源输出电压脉动大、平均电压低的不足，可在逼近电除尘的击穿电压下稳定工作，能提高对高、中比电阻飞灰的除尘效率。大量工程实例表明，基于脉冲工作的高频电源在提高除尘效率、节约能耗方面效果显著。从2002年起，国内一些企业及研究机构各自开发出具有自主知识产权的高频电源产品，实现了高频电源的国产化［8］。

c.移动电极式静电除尘器。将末级电场中的阳极板作用在2根上下平行的轴上（用圆环链或板链将收尘极板连起来并绕在轴上），以电动机驱动这2根轴形成移动的机械移动机构，使阳极板转动起来形成线性移动。在移动的极板底端两侧分别安装钢丝滚刷，对阳极板上收集的粉尘进行连续清除。该技术保持了极板清洁，有效避免末级电场的二次扬尘，可达到较高的收尘效率，且设备阻力与传统静电除尘器阻力相当［9］。

d.布袋除尘器。采用纤维编织物制作的袋式过滤元件来捕集含尘气体中固体颗粒物，过滤作用既由滤布本身产生，也由积聚在滤布上的尘饼产生，可捕集到1 μm左右的细小尘粒。随着布袋粘附的尘粒不断增加，压力损失也逐渐增大，烟尘开始坠落（此时要进行清灰），但因保留了初次粘附层，所以不会引起效率的降低［10］。

e.电—袋复合除尘器。为电除尘器与袋式除尘器相结合的一种新型除尘器，近几年在国内的改造业绩较多。它保留前级1～2个电场，收集大部分（80%以上）粉尘，剩余小部分粉尘进入后面的布袋区。由于粉尘充分荷电后排列蓬松，延缓了滤袋本身阻力的上升，降低了清灰频率。电—袋除尘器综合了电除尘器和袋式除尘器的优点，不受煤种的限制，对细微粒子的捕集效率高。相比于布袋除尘器，又因运行阻力和清灰频率低，可降低能耗及延长滤袋的使用寿命。由于前级电除尘区已除去大部分粉尘，减小了后级袋式除尘区的过滤面积，可大幅降低建设成本和滤袋更换费用。

f.湿式静电除尘器。湿式静电除尘器安装在湿法脱硫装置与烟囱之间，由于处理的是湿法脱硫后的湿烟气，在扩散荷电的作用下，能有效捕集烟气中的细颗粒物和容易在大气中转化为PM2.5的前体污染物（SO2、NH3、O2、NOx）、石膏液滴、酸性气体（SO3、HCl、HF）、重金属汞等，实现烟尘排放浓度≤10 mg／m3及烟气多污染物的深度净化，减少石膏雨和白烟现象。

2.3 二氧化硫控制技术

近些年，石灰石—石膏法烟气脱硫工艺以其脱硫效率高、烟气处理能力强、煤质适应面宽且吸收剂价廉易得的特点成为国内燃煤电厂应用最广泛的烟气脱硫技术［11］。随着设计、运行经验的积累，该工艺在脱硫效率、运行可靠性、运行成本等方面有了很大的提升，对机组运行的影响明显下降，运行、维护更加成熟。但是，由于排放限值的进一步严格，尤其是对新建机组提出了更高要求，要实现达标排放，单靠传统的湿法脱硫技术难以实现，需采用新技术，如已得到应用的吸收塔扩容、单塔双循环、双塔双循环技术等。

a.吸收塔扩容的改造内容较为简单，主要是增加1～2层喷淋层和相应的公用系统改造，通过加大液气比，增强烟气洗涤强度的方式来提高脱硫效率。

b.单塔双循环技术是在单吸收塔上设2级循环，2级吸收塔浆池分开设置，分别控制不同的pH值，有利于石膏的氧化和SO2的吸收。其中高pH值（6.0左右）具有较高脱硫效率，低pH值（4.5左右）保证吸收剂溶解及生成高品质石膏，总脱硫效率可达98%以上。

c.双塔双循环技术是在原吸收塔基础上串联一座新吸收塔，一般一级塔的浆液控制较低的pH值，有利于石膏的氧化，二级塔的浆液pH值较高，有利于SO2的吸收，总脱硫效率可达99%。由于串联塔改造需新建吸收塔，要求场地空间较大，同时也需对原有的烟道进行改造，加大了工作量。

3 技术路线分析

根据大气污染物治理措施的工艺特点和运行效果，对照新排放标准中规定的排放限值，不同地区现有或新建的燃煤机组可参考以下技术路线。

3.1 一般地区

一般地区要求的SO2排放限值为100 mg／Nm3或200 mg／Nm3，NOx排放限值为100 mg／Nm3或200 mg／Nm3，烟尘排放限值为30 mg／Nm3，可采用如下3种技术路线。

a.低氮燃烧＋SCR／SNCR＋电除尘器（加装高频电源或低低温省煤器）／袋式除尘器或电袋除尘器＋单循环或双循环湿法烟气脱硫。

b.SCR＋电除尘器（加装高频电源或低低温省煤器）／袋式除尘器或电袋除尘器＋单循环或双循环湿法烟气脱硫。

c.低氮燃烧／不低氮燃烧＋SCR／SNCR＋电除尘器＋单循环或双循环湿法烟气脱硫＋湿式除尘器。

3.2 重点地区

重点地区的火力发电锅炉执行大气污染物特别排放限值，即SO2排放限值为50 mg／Nm3，NOx排放限值为100 mg／Nm3，烟尘排放限值为20 mg／Nm3，可选取如下2种技术路线。

a.低氮燃烧＋SCR＋电除尘器（加装高频电源或低低温省煤器）／袋式除尘器或电袋除尘器＋双循环湿法烟气脱硫。

b.低氮燃烧＋SCR＋电除尘器／袋式除尘器或电袋除尘器＋双循环湿法烟气脱硫＋湿式除尘器。

4 结束语

面对环境污染的严峻形势，燃煤电厂必将按照国家大气污染防治的行动计划，长期承担大气污染物的减排重任。随着《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223—2011）和其它法规的陆续实施，燃煤发电企业必须进行有效设备改造和技术升级来满足环保排放要求。同样，机遇与挑战并存，在发电利润降低的大环境下，长期稳定保持大气污染物达标排放，既能减少环保处罚和排污费的缴纳，又可以获得国家补偿的环保电价，这些都能为企业带来可观的经济效益。总之，在“环境保护”作为我国基本国策的背景下，要保持发电企业可持续发展，以科技进步和产业升级实现“减排”目标是必要的环节。

［1］ 薛建明，柏 源，陈 焱.火电行业大气污染控制现状、趋势及对策［J］.电力科技与环保，2014，30（2）：9－12.

［2］ 朱宝山，周 艳，刘海峰，等.燃煤锅炉大气污染物净化技术手册［M］.北京：中国电力出版社，2006.

［3］ 马风哪，程伟琴.国内火电厂氮氧化物排放现状及控制技术探讨［J］.广州化工，2011，39（15）：57－59.

［4］ 岑可法，姚 强，骆仲泱.燃烧理论与污染控制［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［5］ 刘建民，薛建明，王小明，等.火电厂氮氧化物控制技术［M］.北京：中国电力出版社，2012.

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［9］ 杨 阳.电极式电除尘器技术研究、应用及效益分析［J］.安徽电子信息职业技术学院学报，2012，11（5）：5－8.

［10］ 陈 秋.袋除尘器在火电厂应用的技术分析［J］.河北电力技术，2008，27（6）：29－31.

［11］ GB 13223—2011，火电厂大气污染物排放标准［S］.

Measures of Air Pollution Control in Coal⁃fired Power Plants

LIANG Chuan1，SONG Shu⁃xia2
（1.Guodian Science＆Technology Research Institute，Nanjing，Jiangsu 210046，China；2.Fuxin Power Plant Co.，Ltd.，Fuxin，Liaoning 123003，China）

In recent years，China's environmental air quality continues to deteriorate，it greatly influces the quality of life of the resi⁃dents.It is high time to solve air pollution.As the heavy air polluter，coal⁃fired power plants are bearing the huge task of reducing e⁃missions.In view to the current situation of environmental protection in coal⁃fired power plants，it summarizes the present situation of air pollution control in thermal power industry，and in the light of the characteristics of different pollutants，the article introduces some measures of the pollution treatment which are widely used.It also puts forward the technical routes to cope with different standards. Key words：Environmental protection；Coal⁃fired power plants；Air pollution

TM621；X51

A

1004－7913（2015）05－0054－03

梁 川（1983—），男，硕士，工程师，主要从事脱硫、脱硝、除尘设备试验、调试工作。

2015－02－17）