燃煤电厂超低排放技术探讨

孙振华 韩苏强 孙卓

【摘 要】在环保排放要求日益严格的压力下，推广超低排放技术改造是燃煤电厂生存和发展必经之路。本文首先综述了燃煤电厂除尘、脱硫、脱硝等污染物超低排放技术发展现状。在此基础上总结了2种应用最广泛的技术路线：以低低温电除尘为核心的技术路线和以湿式电除尘为核心的技术路线。这两种改造路线均能满足现行污染物排放限值要求。最后本文展望了未来超低排放技术的发展趋势。

【关键词】燃煤电厂；超低排放；PM2.5；协同脱出

由于我国富煤贫油少气的化石能源结构，煤炭在很长一段时间内仍是主体能源。煤炭的消费，同时会产生硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）以及粉尘颗粒物（PM2.5）等污染物的排放。其中硫氧化物和氮氧化物不仅会造成酸雨等危害，同时也是PM2.5的重要前体物，在大气中发生化学反应生成二次颗粒物，是PM2.5的重要来源[1]。近年来PM2.5持续高浓度引发了我国大部分地区的雾霾天气，对人民的健康造成了很大的伤害[2]。截止2017年底，煤电装机总量约为10.2亿千瓦，占发电机总量的58%，可见燃煤电厂的污染物排放控制对我国大气环境的治理具有关键性作用。

为此，在环保排放要求日益严格的压力下，2014年9月，国家发改委、环境保护部、国家能源局联合制定出台的《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》，对燃煤电厂烟气中的烟尘、SO2、NOx的排放提出了更严格的要求，即在重点地区，新建燃煤发电机组在基准氧含量6%的条件下，烟尘、SO2、NOx的排放限值分别不高于10、35、50mg/m3，一些大型现役燃煤机组改造后也要达到这一限值。

本文分析了燃煤电厂污染物控制技术的发展，总结了目前燃煤电厂超低排放技术的现状，并展望未来超低排放技术的发展趋势。

一、燃煤电厂烟气污染物控制技术发展现状

1.除尘技术的发展

超低排放机组常用除尘技术包括低低温电除尘技术、湿式电除尘技术、电袋复合除尘技术以及对原有电除尘的新技术改造。

低低温电除尘是指在静电除尘器之前增设低温省煤器或烟气换热装置，使除尘器入口处烟气降至90～100℃，从而使粉尘比电阻降低，同时烟气流量减少，除尘效率提高[3]。湿式电除尘采用水膜清灰的方式代替了传统干式电除尘的振打吹灰，大幅度提高电除尘器内放电电流，有效提高除尘效率，同时能脱除烟气中的酸雾、有毒重金属等有害物质。电袋复合除尘技术是充分结合电除尘和袋除尘的优势，利用电场除去烟气中大部分的烟尘，然后利用滤袋收集剩余的微细粉尘，其除尘效率高于静电除尘器，但会增加烟道阻力，且对烟气温度比较敏感，滤袋需定时更换，维护成本较高。原有电除尘新技术改造主要路线有：移动电极电除尘、高频电源技术改造、电除尘本体增容改造等。

2.脱硫技术的发展

我国燃煤电厂应用最广泛的脱硫工艺为石灰石—石膏法，早期的单塔脱硫技术已经不能满足超低排放的要求。脱硫提效改造主要通过增加喷淋层、增加烟气停留时间、提高塔内烟气均流性，原塔无法改造时可采用单塔双循环及双塔双循环技术，以上技术科有效提高喷淋覆盖率、优化浆液PH值、降低烟气流速、同时促进脱硫系统的协同除尘[4]。

3.脱硝技术的发展

燃煤电厂对氮氧化物的脱除主要采用低氮燃烧技术和选择性催化还原技术（SCR）相结合的工艺。对NOx超低排放改造主要是优化低氮燃烧技术并增加SCR脱硝催化剂的层数。常规低氮燃烧器大部分的NOx是在燃烬风区域生成的，改造时，可增加燃烬风的配比，能有效降低NOx的生成；同时近年来兴起的双尺度低氮燃烧改造技术也能同时确保低氮及稳燃。SCR脱硝系统改造主要是将原有的备用层加装催化剂，有效提高脱硝效率，SCR技术还可实现汞的协同脱除。

二、超低排放技术路线探讨

燃煤电厂烟气污染物处理工艺正在逐渐向一体化协同脱除的方向发展，将各污染物脱除装置有机整合，实现对烟尘、SO2、NOx一体化协同脱除。应用最广泛的工艺为：以低低温电除尘为核心的技术路线和以湿式电除尘为核心的技术路线，两种路线均能满足目前烟气污染物排放限值的要求。

1.低低温电除尘技术路线

该工艺路线以低低温电除尘为核心：炉内采用低氮燃烧器，烟气依次经过SCR脱硝装置、低温省煤器、低低温电除尘器、湿法烟气脱硫装置（WFGD），协同脱除NOx、烟尘、SO2等污染物，低温省煤器降低除尘器入口温度，粉尘比电阻降低，提高除尘效率，同时能使SO3酸雾附着在粉尘上，可脱除大部分SO3，减轻了后续设备的脱硫负担。低低温电除尘器出口粉尘粒径明显高于常规电除尘器，可有效提高湿法脱硫塔内除尘效率[5]。

2.湿式电除尘技术路线

该工艺路线以湿式电除尘为核心：炉内采用低氮燃烧器，烟气依次经过SCR脱硝装置、干式电除尘器、湿法脱硫装置，脱除NOx、大部分大颗粒烟尘、SO2等污染物，之后经过相变换热器和湿式电除尘协同脱除剩余微细粉尘以及残余的酸雾和汞等有毒重金属，同时能有效解决脱硫后的“石膏雨”现象[6]。

三、燃煤电厂超低排放技术发展趋势

现有大型燃煤电厂通过不同路线改造后，烟尘、SO2、NOx等的排放限值均能够达到限值要求，但现有改造一次投资成本高，运行稳定性不足，因此低成本超低排放技术研究将是未来的一大重要课题。

脱硝研究重点在新型催化剂的研究，包括：开发温度范围更宽的催化剂、催化剂无毒再生研究、重金属协同脱除催化剂的研究。在运行方面，降低氨逃逸的技术有待进一步提高。

【参考文献】

[1]胡敏，唐倩，彭剑飞，王锷一，王淑兰，柴发合.我国大气颗粒物来源及特征分析[J].环境与可持续发展，2011，36（05）：15-19.

[2]屈成锐，赵长遂，段伦博，李英杰.燃煤超细颗粒物形成机理及其控制的研究进展[J].热能动力工程，2008（05）：447-452+552.

[3]赵永椿，马斯鸣，杨建平，张军营，郑楚光.燃煤电厂污染物超净排放的发展及现状[J].煤炭学报，2015，40（11）：2629-2640.

[4]李庆，姜龙，郭玥，杜磊，刘高军.燃煤电厂超低排放应用现状及关键问题[J].高电压技术，2017，43（08）：2630-2637.

[5]史文峥，杨萌萌，张绪輝，李水清，姚强.燃煤电厂超低排放技术路线与协同脱除[J].中国电机工程学报，2016，36（16）：4308-4318+4513.

[6]张序，李建军.燃煤电厂烟气超低排放技术路线的研究[J].四川化工，2015，18（05）：55-58.