李博，趙錦洋，呂俊復(fù)

(1.電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京100120;2.教育部熱科學(xué)與動(dòng)力工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，清華大學(xué)熱能工程系，北京100083)

燃煤煙氣超低排放技術(shù)路線選擇建議

李博1，2，趙錦洋1，呂俊復(fù)2

(1.電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京100120;2.教育部熱科學(xué)與動(dòng)力工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，清華大學(xué)熱能工程系，北京100083)

總結(jié)和分析了在實(shí)施超低排放項(xiàng)目中常用的提效單污染物控制技術(shù)以及典型的超低排放技術(shù)路線，并對(duì)每種技術(shù)路線在燃煤電廠的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析。根據(jù)煤質(zhì)因素、工況變化、對(duì)電廠運(yùn)行的影響以及投資運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等四個(gè)方面對(duì)燃煤煙氣超低排放技術(shù)方案的選擇提出了建議。

燃煤電廠;超低排放;技術(shù)路線;對(duì)策建議

0 引言

2012年以來，我國(guó)各地尤其是京津冀地區(qū)和長(zhǎng)三角地區(qū)霧霾頻發(fā)，燃煤電廠作為煤炭消費(fèi)的主要終端，成為了重要的管控對(duì)象。國(guó)家也相繼提高了環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、出臺(tái)了相關(guān)政策加大污染物控制的力度。超低排放技術(shù)，普遍認(rèn)為是在采用傳統(tǒng)的除塵、脫硫和脫硝技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行提效改進(jìn)或增加新技術(shù)，使粉塵、SO2和NOx排放分別達(dá)到5mg/m3或10mg/m3、35mg/m3和50mg/m3。超低排放主要針對(duì)的是常規(guī)大氣污染物，即粉塵、SO2和NOx，而不包括其他污染物和CO2［1－6］。隨著超低排放的政策和地方標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺(tái)，超低排放技術(shù)在我國(guó)火電領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

為了適應(yīng)環(huán)保新形勢(shì)，各種環(huán)保新技術(shù)層出不窮，火電廠污染物控制技術(shù)路線呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展趨勢(shì)。本文對(duì)在超低排放技術(shù)路線中常用的單項(xiàng)提效環(huán)保技術(shù)及典型的超低排放技術(shù)路線進(jìn)行了分析，為未來超低排放技術(shù)路線的選擇提供了參考。

1 適用于超低排放的增效環(huán)保技術(shù)

表1所示為超低排放技術(shù)方案中擬定參考的備選污染物脫除技術(shù)。在超低排放技術(shù)路線選擇過程中，脫硝系統(tǒng)可選擇的技術(shù)設(shè)備類型并不多?，F(xiàn)有成熟的脫硝技術(shù)方案通常是低NOx燃燒技術(shù)+SCR脫硝技術(shù)。低NOx燃燒技術(shù)可將鍋爐出口的NOx濃度控制在300mg/m3以下，當(dāng)煤質(zhì)較好時(shí)甚至可控制在150～200mg/m3。爐后脫硝系統(tǒng)通常選用SCR脫硝技術(shù)，通過采用不同的催化劑層數(shù)和催化劑體積以及不同的流道結(jié)構(gòu)和吹灰方式，可達(dá)到70%～90%的脫硝效率。在燃用優(yōu)質(zhì)煙煤的條件下，可將煙囪出口的NOx濃度降低至20 mg/m3。SNCR脫硝技術(shù)也是爐后脫硝系統(tǒng)的一種，但由于SNCR技術(shù)的脫硝效率一般為20%～40%，難以應(yīng)對(duì)排放要求較高的場(chǎng)合，因此在燃煤電廠的應(yīng)用范圍不及SCR廣泛。

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)電廠采用濕法脫硫系統(tǒng)的現(xiàn)狀，在超低排放概念提出后，一些適用于濕法脫硫系統(tǒng)的擴(kuò)容增效技術(shù)被廣泛應(yīng)用。除了增加噴淋層、更換噴嘴、提高鈣硫比等常規(guī)方法外，在常規(guī)濕法脫硫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的單塔/雙塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)(或單塔雙區(qū)脫硫技術(shù))、單托盤/雙托盤脫硫技術(shù)以及旋匯耦合脫硫技術(shù)等均可達(dá)到較高的脫硫效率，脫硫效率最高可達(dá)99.50%。在協(xié)同控制方面，濕法脫硫技術(shù)具有協(xié)同除塵效果，考慮不同的脫硫塔內(nèi)煙氣流速、除霧器形式及除霧器級(jí)數(shù)，一般認(rèn)定除塵效率50%～70%，這里認(rèn)定的除塵效率指的是包含了石膏顆粒的總塵除塵效率。若采用高效除霧器，總塵脫除效率可達(dá)75%～90%。

表1 超低排放技術(shù)方案擬定參考的備選污染物脫除技術(shù)

除塵設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，國(guó)內(nèi)大部分電廠采用的是干式電除塵器，在此基礎(chǔ)上采用高頻電源、三相電源、移動(dòng)極板電除塵器可在一定程度上提高除塵效果。2014年上半年，超低排放概念剛提出時(shí)，不同形式的濕式電除塵技術(shù)受到了業(yè)內(nèi)的追捧。隨著實(shí)踐認(rèn)識(shí)的不斷深入，對(duì)濕式電除塵技術(shù)的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)認(rèn)識(shí)更加清晰，部分發(fā)電集團(tuán)提出，通過增設(shè)高效除霧器提高濕法脫硫系統(tǒng)的協(xié)同脫除作用，而不采用濕式靜電除塵器，達(dá)到粉塵超低排放的目標(biāo)。國(guó)電清新提出了高效脫硫除塵一體化裝置，在原旋匯耦合脫硫塔的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在塔內(nèi)增設(shè)除塵除霧一體化裝置代替除霧器。而對(duì)于不適用于干式電除塵器的煤種，龍凈環(huán)保自主研發(fā)了超凈電袋的電袋復(fù)合除塵器，采用先進(jìn)的濾料，增加濾袋的使用壽命，并且進(jìn)一步提高除塵效率。

2 典型超低排放技術(shù)路線

目前，典型的超低排放技術(shù)路線可分為配置濕式電除塵器的技術(shù)路線和不配置濕式電除塵器的技術(shù)路線兩種。

2.1 配置濕式電除塵器的技術(shù)路線

(1)SCR+低低溫電除塵技術(shù)+單塔單循環(huán)脫硫技術(shù)+濕式電除塵技術(shù)。該技術(shù)路線主要強(qiáng)調(diào)粉塵超低排放的達(dá)標(biāo)要求，而在脫硫方面并未做太大提效的改動(dòng)。神華國(guó)華惠州電廠300MW機(jī)組采用該技術(shù)路線。一般來說，該技術(shù)路線的脫硝效率最高可達(dá)90%，脫硫效率最高可達(dá)97.9%，電除塵效率可達(dá)99.91%，濕式電除塵效率可達(dá)80%。

(2)SCR+干式電除塵技術(shù)+雙塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)+濕式電除塵技術(shù)。該技術(shù)路線采用雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)，尤其針對(duì)含硫量較高的工況。華能白楊河電廠300MW機(jī)組采用該技術(shù)路線。一般來說，該技術(shù)路線的脫硝效率最高可達(dá)90%，脫硫效率最高可達(dá)99.50%，電除塵效率可達(dá)99.85%，濕式電除塵效率可達(dá)80%。

(3)SCR+低低溫電除塵技術(shù)+雙托盤脫硫技術(shù)+濕式電除塵技術(shù)。浙能嘉華電廠1000MW機(jī)組采用該技術(shù)路線，一般來說，該技術(shù)路線的脫硝效率最高可達(dá)90%，脫硫效率最高可達(dá)98.80%，電除塵效率可達(dá)99.91%，濕式電除塵效率可達(dá)80%。

(4)SCR+電袋復(fù)合除塵技術(shù)+雙塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)+濕式電除塵技術(shù)。山西瑞光電廠300MW機(jī)組采用的是該技術(shù)路線。該技術(shù)路線采用電袋復(fù)合除塵器替代干式電除塵器，一般來說，脫硝效率最高可達(dá)90%，脫硫效率最高可達(dá)99.50%，電袋復(fù)合除塵器出口粉塵濃度在5mg/m3～15mg/m3之間，濕式電除塵效率可達(dá)80%。

2.2 不配置濕式電除塵器的技術(shù)路線

(1)SCR+低低溫電除塵技術(shù)+單托盤/雙托盤脫硫技術(shù)+高效除霧技術(shù)。神華鴛鴦湖電廠采用該技術(shù)路線。該技術(shù)路線主要充分利用脫硫吸收塔的協(xié)同除塵作用以及高效除霧器對(duì)液滴的高脫除率，保證脫硫吸收塔出口處的液滴濃度較低，從而使得霧滴含固量較低。一般來說，該技術(shù)路線的脫硝效率最高可達(dá)90%，脫硫效率最高可達(dá)98.80%，電除塵效率可達(dá)99.91%。脫硫吸收塔的協(xié)同除塵效率最高可達(dá)80%左右。

(2)SCR+干式電除塵技術(shù)+旋匯耦合脫硫技術(shù)+灌輸式除霧技術(shù)。該技術(shù)路線利用管束式除塵除霧一體化裝置代替除霧器，置于脫硫塔頂部，起到協(xié)同除塵除霧的效果。大唐云岡電廠300MW機(jī)組采用該技術(shù)路線。一般來說，該技術(shù)路線的脫硝效率最高可達(dá)90%，脫硫效率最高可達(dá)98.80%，電除塵效率可達(dá)99.85%，管束式除塵除霧一體化裝置的除塵效率可以達(dá)到80%。

3 超低排放技術(shù)路線選擇建議

3.1 煤質(zhì)因素

一般來說，燃用中低灰分、中低硫分和高發(fā)熱量煤種的機(jī)組適宜采用超低排放技術(shù)，技術(shù)路線的選擇范圍較寬。燃用高灰分、高硫分的煤種需充分評(píng)估各技術(shù)路線的運(yùn)行可靠性及經(jīng)濟(jì)性后再做選擇。根據(jù)具體工程的煤質(zhì)和灰成分的差異，除塵可選擇干式電除塵器、低低溫電除塵器或電袋復(fù)合除塵器再配合脫硫吸收塔的協(xié)同洗塵作用;脫硫可根據(jù)煤種含硫量的高低選擇單塔/雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)(單塔雙區(qū)脫硫系統(tǒng))、單托盤/雙托盤脫硫系統(tǒng)、旋匯耦合脫硫系統(tǒng)(管式格柵脫硫系統(tǒng))等。

3.2 工況變化

燃煤機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行和煤質(zhì)變化是影響超低排放技術(shù)路線選擇的又一因素。當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)，煙氣量減少，煙溫降低，可能使進(jìn)入SCR脫硝系統(tǒng)的煙氣溫度低于催化劑溫度窗口，影響脫硝效率。一般來說SCR系統(tǒng)催化劑溫度窗口為280～400℃，當(dāng)負(fù)荷率低于50%左右時(shí)，需注意SCR脫硝系統(tǒng)是否能穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行在低負(fù)荷狀態(tài)，建議選擇全負(fù)荷脫硝方案。全負(fù)荷脫硝方案主要包括省煤器高溫?zé)煔馀月?、省煤器水旁路和分?jí)省煤器，可以根據(jù)具體工程情況選用不同的方案。

3.3 對(duì)電廠運(yùn)行的影響

超低排放技術(shù)的采用在一定程度上提高了廠用電率，從而降低了電廠能量轉(zhuǎn)化效率，進(jìn)而提高了電廠的運(yùn)行成本。進(jìn)行超低排放項(xiàng)目改造后，不同項(xiàng)目的廠用電率均有所提高。如果采用濕式電除塵器的話，應(yīng)該考慮濕式電除塵器的水系統(tǒng)平衡以及廢水排放問題，建議優(yōu)先考慮耗水量少的導(dǎo)電玻璃鋼式濕式電除塵器。由于除霧器沖洗水是考慮在脫硫系統(tǒng)水系統(tǒng)內(nèi)的，因此，采用三級(jí)高效除霧器時(shí)，需考慮除霧器沖洗水量的增加是否影響脫硫系統(tǒng)水平衡，當(dāng)除霧器沖洗水量過大時(shí)可能會(huì)影響脫硫系統(tǒng)的水平衡，而除霧器沖洗水量不足時(shí)，容易造成除霧器的結(jié)垢，影響除霧器的除霧效果。

3.4 投資成本和運(yùn)行成本

超低排放技術(shù)的投資和運(yùn)行成本一直是業(yè)內(nèi)關(guān)心的問題。在技術(shù)路線選擇時(shí)，在保證超低排放技術(shù)長(zhǎng)期可靠穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，需要綜合考慮不同技術(shù)路線的投資和運(yùn)行成本。當(dāng)燃用優(yōu)質(zhì)煤種時(shí)，可選技術(shù)路線的范圍較多，通過充分論證技術(shù)路線的經(jīng)濟(jì)性，選擇經(jīng)濟(jì)性好的技術(shù)路線。當(dāng)煤質(zhì)灰分較低，根據(jù)粉塵排放濃度小于10mg/m3或5mg/m3的要求，可不考慮采用濕式電除塵器，節(jié)約投資成本和運(yùn)行成本;當(dāng)煤質(zhì)硫分較低時(shí)，可以不考慮采用雙循環(huán)脫硫技術(shù)，當(dāng)煤質(zhì)硫分更低(硫分＜0.6%)時(shí)，甚至可以不考慮采用托盤脫硫技術(shù)或旋匯耦合技術(shù)，僅通過更換噴嘴或增加噴淋層的方式即可達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。需要指出的是，濕式電除塵器對(duì)PM2.5、SO3和汞具有一定的協(xié)同脫除作用，因此，當(dāng)考慮PM2.5、SO3和汞的脫除時(shí)，可以根據(jù)具體情況選擇配置濕式電除塵器。

4 結(jié)語

在適用于超低排放的單污染物控制技術(shù)中，脫硝技術(shù)常選擇爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)+SCR脫硝技術(shù);脫硫技術(shù)可以選擇單塔/雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)(單塔雙區(qū)脫硫系統(tǒng))、單托盤/雙托盤脫硫系統(tǒng)、旋匯耦合脫硫系統(tǒng)(管式格柵脫硫系統(tǒng))等;除塵技術(shù)可以選擇干式電除塵技術(shù)、低低溫電除塵技術(shù)或電袋復(fù)合除塵技術(shù)，同時(shí)結(jié)合需要可選擇高效電源技術(shù)。

進(jìn)行超低排放技術(shù)路線的選擇時(shí)，需要結(jié)合具體工程實(shí)際情況，從運(yùn)行的長(zhǎng)期可靠穩(wěn)定性和投資運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性兩方面進(jìn)行考慮。影響設(shè)備長(zhǎng)期可靠穩(wěn)定運(yùn)行的因素主要有煤質(zhì)因素和工況變化情況以及超低排放技術(shù)對(duì)電廠運(yùn)行的影響。影響投資運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的主要是投資成本和運(yùn)行成本。

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Suggestions on the ultra－low emission technical routes of coal－fired flue gas

It summarized and analyzed the high efficiency environmental protection technologies，typical ultralow emission technical routes and their applications.According to the coal property，variation of operation condition，the effect on the operation of power plant and investment and economic，it provides suggestions on the ultra－low emission technical routes of coal－fired flue gas.

coal－fired power plant;ultra－low emission;technical route;countermeasures

X701.7

B

1674－8069(2016)05－013－03

2016-01-17;

2016-02-26

李博(1987-)，女，河北廊坊人，工程師，主要從事火電廠污染物控制技術(shù)研究工作。E－mail:boli@eppei.com