楊青山，毛玲玲，趙湖濱，曹偉，何紹全，龐曉坤

（1.佛山市順德五沙熱電有限公司，廣東順德 528000；2.佛山市禪城區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，廣東佛山 528000）

火電廠“超潔凈排放”改造策略研究

楊青山1，毛玲玲2，趙湖濱1，曹偉1，何紹全1，龐曉坤1

（1.佛山市順德五沙熱電有限公司，廣東順德 528000；2.佛山市禪城區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，廣東佛山 528000）

隨著環(huán)保減排政策的不斷收緊，火電企業(yè)進(jìn)行“超潔凈排放”改造勢在必行。介紹了實現(xiàn)“超潔凈排放”改造的可行性技術(shù)措施，包括脫硝方面的低氮燃燒技術(shù)和低負(fù)荷投運改造方案、脫硫方面的增容改造方案和單塔雙循環(huán)技術(shù)、除塵方面的濕式電除塵技術(shù)和高頻電源技術(shù)。最后，對火電企業(yè)今后面臨的熱點問題進(jìn)行了展望。

火電廠；超潔凈排放；脫硝；脫硫；除塵

0 引言

近年來，環(huán)境污染帶來的不良影響已經(jīng)越來越明顯，國家不斷出臺新環(huán)保減排政策和措施來加強污染物排放管理和減量控制。GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》從2014年7月1日開始全面執(zhí)行，重點地區(qū)燃煤電廠氮氧化物、二氧化硫和煙塵排放質(zhì)量濃度限值分別降低至100，50，20 mg／m3［1］。2014年年初，廣東地區(qū)提出了“超潔凈排放”改造實施方案，該方案要求燃煤機組達(dá)到燃?xì)廨啓C排放標(biāo)準(zhǔn)，即氮氧化物、二氧化硫和煙塵排放質(zhì)量濃度限值分別降低至50，35，5mg／m3；同期，國家下發(fā)《燃煤發(fā)電機組環(huán)保電價及環(huán)保設(shè)施運行監(jiān)督辦法》，污染物排放質(zhì)量濃度考核方式變更為按單項污染物排放質(zhì)量濃度小時均值進(jìn)行考核，企業(yè)環(huán)保運行壓力進(jìn)一步加大。

在各項環(huán)保政策的持續(xù)施壓下，常規(guī)環(huán)保減排設(shè)施已無法滿足現(xiàn)行環(huán)保政策的要求，各發(fā)電集團(tuán)及各火電企業(yè)在確保經(jīng)濟指標(biāo)的同時，必須加強環(huán)保工作投入，對現(xiàn)有減排設(shè)施進(jìn)行提效改造，確保在新環(huán)保形勢下各類污染物的達(dá)標(biāo)排放。本文通過對燃煤電廠常規(guī)減排設(shè)施（脫硫裝置、脫硝裝置和除塵裝置）的減排能力進(jìn)行分析，探討了實現(xiàn)“超潔凈排放”改造技術(shù)的特點及注意事項，希望對即將進(jìn)行“超潔凈排放”改造的燃煤電廠提供指導(dǎo)。

1 脫硝改造技術(shù)

燃煤電廠普遍采用的氮氧化物脫除技術(shù)包括：低氮燃燒技術(shù)、選擇性催化還原（SCR）技術(shù)和非選擇性催化還原（SNCR）技術(shù)，但單獨采用SNCR技術(shù)已無法滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保排放限值要求，因此，欲使氮氧化物排放值達(dá)到“超潔凈排放”要求，從現(xiàn)有技術(shù)上看，選擇低氮燃燒與SCR相結(jié)合的技術(shù)路線更可取。

低氮燃燒技術(shù)作為一種燃燒中的脫硝技術(shù)，能夠從源頭上大幅降低鍋爐出口NOx含量，現(xiàn)已投運的低氮燃燒設(shè)備可使鍋爐出口NOx質(zhì)量濃度降低200mg／m3以下，減少了后續(xù)脫硝裝置的還原劑用量，起到了節(jié)能減排作用，但該技術(shù)控制過程中存在的最大問題是對鍋爐效率及對煙氣中一氧化碳含量的影響。鍋爐效率影響著機組運行的經(jīng)濟性，而一氧化碳含量的多少又涉及污染物的排放，雖然目前國家及地方標(biāo)準(zhǔn)尚未規(guī)定燃煤鍋爐一氧化碳的排放指標(biāo)，但隨著對其關(guān)注度的增加，火電企業(yè)的一氧化碳排放指標(biāo)也將榜上有名。為了降低后續(xù)脫硝系統(tǒng)的運行壓力，一套優(yōu)異的低氮燃燒設(shè)備至關(guān)重要，不同的燃煤鍋爐應(yīng)根據(jù)自身實際情況進(jìn)行合理設(shè)計，避免盲目追求鍋爐出口NOx質(zhì)量濃度低，防止出現(xiàn)鍋爐效率損失及一氧化碳排放量增加。

SCR脫硝技術(shù)較為成熟且具有較高的脫硝效率（可達(dá)90%以上），在我國得到了越來越多的應(yīng)用［2］，其存在的主要問題是低溫?zé)o法投運和催化劑中毒失活。針對低溫?zé)o法投運的問題，國內(nèi)采用省煤器旁路式鍋爐及SCR脫硝裝置（如圖1所示），雖然能夠解決低負(fù)荷不能投運SCR脫硝裝置的難題，但是以犧牲省煤器內(nèi)給水換熱量和鍋爐效率為代價的；如果采用省煤器限流以及在脫硝裝置和空氣預(yù)熱器間加裝換熱器的方式（如圖2所示），既不影響鍋爐效率，又可以改善鍋爐排煙溫度［3］。在鍋爐燃用重金屬和堿金屬等有毒性物質(zhì)含量較低煤種的情況下，催化劑失活原因主要為孔道堵塞和比表面積損失，而隨著國內(nèi)裝機容量的不斷增大和非燃煤機組發(fā)電份額的增加，燃煤機組在低負(fù)荷下運行時間勢必增加，脫硝裝置長期處于煙氣流速較低的狀態(tài)下運行，嚴(yán)重增加了脫硝裝置積灰的可能，特別是吹灰裝置吹灰效果較差或只裝有聲波吹灰器的脫硝裝置，脫硝裝置內(nèi)的積灰程度會明顯增加，繼而影響催化劑壽命、脫硝效率以及氨逃逸率等。

圖1 省煤器旁路式鍋爐及SCR脫硝裝置

圖2 限流式鍋爐及SCR脫硝裝置

2 脫硫改造技術(shù)

石灰石-石膏濕法脫硫工藝因技術(shù)成熟、運行可靠、煤質(zhì)適應(yīng)范圍廣、脫硫效率高等原因在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用［4］。隨著環(huán)保要求的不斷提高，濕法脫硫技術(shù)的優(yōu)勢也更加凸顯，并在此基礎(chǔ)上不斷涌現(xiàn)出新工藝。對于需要通過改造來滿足“超潔凈排放”要求的脫硫系統(tǒng)而言，能夠采取的改造措施主要包括增加液氣比、增加托盤、單塔雙循環(huán)［5］等，個別系統(tǒng)還采用更換其他脫硫劑（如白泥［6］、氧化鎂）的方式。

增加液氣比是最直接的增容改造方式，可以分為提高漿液循環(huán)泵漿液循環(huán)量和增加噴淋層2種，配合使用噴淋層邊界強化裝置，能夠有效提高吸收塔脫硫效率，但會增加系統(tǒng)電耗，且脫硫效率達(dá)到一定程度后較難進(jìn)一步提高；吸收塔內(nèi)增設(shè)托盤既能夠起到均布塔內(nèi)煙氣、強化傳質(zhì)的作用，又可以增加漿液停留時間，促進(jìn)漿液反應(yīng)程度，缺點是系統(tǒng)阻力增加較多；單塔雙循環(huán)技術(shù)（如圖3所示）將反應(yīng)區(qū)與結(jié)晶區(qū)漿液分開布置，可以在一定程度上克服常規(guī)吸收塔脫硫效率無法進(jìn)一步提高的缺點，大大提高脫硫效率，對于改造場地充足的系統(tǒng)，采用此工藝較適合，該工藝的主要特點如下：

圖3 單塔雙循環(huán)技術(shù)示意

（1）適用于燃煤含硫量較高或脫硫效率要求較高的煙氣脫硫（FGD）系統(tǒng)；

（2）一級循環(huán)pH值控制在4.5～5.3，有利于石灰石的溶解、亞硫酸鈣的氧化和石膏的結(jié)晶，能夠得到品質(zhì)很高的石膏；

（3）二級循環(huán)pH值控制在5.8～6.4，能夠得到較高的脫硫效率，降低液氣比和能耗；

（4）煙氣在一級循環(huán)經(jīng)過預(yù)處理，降低了灰塵，HCl，HF的含量，有利于二級循環(huán)達(dá)到高脫硫效率；

（5）每個循環(huán)獨立控制，易于優(yōu)化和快速調(diào)整，能適應(yīng)含硫量和負(fù)荷的大幅變化；

（6）獨立的一級循環(huán)漿液池和二級循環(huán)漿液池能夠減小事故漿罐的儲存容積。

3 除塵改造技術(shù)

作為火電企業(yè)重點監(jiān)控指標(biāo)之一的煙塵，國內(nèi)“超潔凈排放”限值要求已經(jīng)達(dá)到了世界上最嚴(yán)水平。目前，火電企業(yè)普遍采用的除塵方式有靜電除塵法、布袋除塵法和電-袋復(fù)合除塵法，這幾種除塵方式均用于脫硝系統(tǒng)后、脫硫系統(tǒng)前。借助脫硫塔的除塵性能，降低脫硫系統(tǒng)入口煙塵含量有利于脫硫系統(tǒng)出口凈煙氣中煙塵含量降低，但實際證明，脫硫系統(tǒng)出口煙塵中，另外兩個主要成分是未參與脫硫反應(yīng)的石灰石顆粒和脫硫副產(chǎn)物石膏，而且脫硫系統(tǒng)出口煙塵含量又與煙氣流速、噴淋層噴淋漿液細(xì)度、除霧效果等相關(guān)，脫硫塔及其除霧設(shè)施很難去除PM2.5類的微小顆粒物，因此，脫硫系統(tǒng)凈煙氣中煙塵含量在降到一定水平后較難進(jìn)一步降低。

為達(dá)到“超潔凈排放”限值要求，濕式電除塵器已成為火電企業(yè)除塵設(shè)施的必增項目，它作為除塵系統(tǒng)的末級設(shè)備，布置在脫硫系統(tǒng)后（含煙氣換熱器（GGH）系統(tǒng)的位于脫硫系統(tǒng)和GGH升溫段之間），可以彌補設(shè)置于脫硫系統(tǒng)前的除塵器和脫硫系統(tǒng)不能進(jìn)一步降低凈煙氣煙塵排放質(zhì)量濃度的缺點，大大提高系統(tǒng)除塵效率。濕式電除塵的優(yōu)點主要表現(xiàn)在：以霧化水作為電極沖洗介質(zhì)，可以防止二次揚塵；避免黏性較強的粉塵在電極上黏掛；受粉塵顆粒度影響較小，對PM2.5控制明顯；可以同步進(jìn)行氮氧化物、硫化物、重金屬的脫除；減少GGH堵塞和腐蝕等。

濕式電除塵裝置可采用的優(yōu)化設(shè)計模式如下。

（1）噴淋水采用含堿工藝水，使用后的排水經(jīng)沉降、過濾等處理后可循環(huán)使用，也可直接用于石灰石漿液制備或直接排入吸收塔。

（2）噴嘴按煙氣流動方向分段布置，前段采用循環(huán)水，后段采用較潔凈的水質(zhì)，利于節(jié)能。

（3）放電極和集塵極按煙氣流動方向橫向或縱向分段布置，滿足調(diào)整煙氣量或除塵效率的需要。

此外，高頻電源在電除塵器上的應(yīng)用，作為火電企業(yè)節(jié)能改造的一項重要措施也得到了較快推廣。與傳統(tǒng)電除塵器相比，采用高頻電源后，可以大幅增加煙塵荷電量，減少電能損耗和“反電暈”現(xiàn)象的發(fā)生，提高除塵效率［7］。

4 結(jié)論與展望

（1）在火電企業(yè)減排技術(shù)不斷完善的背景下，全面實現(xiàn)“超潔凈排放”限值要求必將成為不爭的趨勢，脫硝技術(shù)中的低氮燃燒技術(shù)和SCR技術(shù)、脫硫技術(shù)中的增容改造技術(shù)和單塔雙循環(huán)技術(shù)、除塵技術(shù)中的高頻電源技術(shù)和濕式電除塵技術(shù)也將成為今后的改造熱點。

（2）實現(xiàn)“超潔凈排放”改造后，污染物在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測儀表精度能否提高，也成為眾企業(yè)關(guān)注的焦點，它直接反映并影響著企業(yè)環(huán)保設(shè)施的運行狀態(tài)和減排能力評估；同時，環(huán)保監(jiān)管部門的手工監(jiān)測比對標(biāo)準(zhǔn)和方法亦應(yīng)隨之完善。

（3）長期低負(fù)荷運行對火力發(fā)電機組影響較大，主要表現(xiàn)在隨著負(fù)荷降低，鍋爐及脫硝系統(tǒng)效率降低、煙道積灰增加。鍋爐效率降低導(dǎo)致相對節(jié)能量降低，脫硝系統(tǒng)效率降低導(dǎo)致相對氨耗量增加和脫硝催化劑中毒概率增加；而煙道積灰增加會導(dǎo)致鍋爐換熱效率降低（鍋爐效率降低）、系統(tǒng)堵塞、煙氣流速和溫度偏差加大、吹灰器吹灰效率降低等一系列問題。因此，如何避免機組長時間低負(fù)荷運行將成為今后火力發(fā)電企業(yè)和電力調(diào)度部門共同探討的問題。

（4）相關(guān)單位可以開展燃煤機組燃燒狀態(tài)和煙氣流速與煙塵沉降的關(guān)系、GGH超低漏風(fēng)率（或無泄漏GGH）以及低負(fù)荷下單側(cè)煙道運行可行性研究等課題，進(jìn)一步解決火力發(fā)電企業(yè)今后生產(chǎn)過程中遇到的難題。

［1］GB 13223—2011火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］廖永進(jìn)，徐程宏，余岳溪，等.火電廠SCR煙氣脫硝裝置的運行優(yōu)化研究［J］.鍋爐技術(shù)，2008，39（5）：60-63.

［3］楊青山，廖永進(jìn).降低SCR脫硝裝置最低投運負(fù)荷的策略研究［J］.中國電力，2014，47（9）：230-232.

［4］李玉蘭，曹建保.石灰石-石膏濕法脫硫中結(jié)垢堵塞等問題的探討［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2009（28）：1-6.

［5］王國強，黃成群.單塔雙循環(huán)技術(shù)在300MW燃煤鍋爐中的應(yīng)用［J］.重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2013，18（5）：51-54.

［6］楊青山，廖永進(jìn).堿廠鈣基廢棄物在煙氣脫硫系統(tǒng)的應(yīng)用研究［J］.中國電機工程學(xué)報，2011（31）：235-238.

［7］朱法華，李輝，王強.高頻電源在我國電除塵器上的應(yīng)用及節(jié)能減排潛力分析［J］.環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報，2011，1（1）：26-32.

（本文責(zé)編：劉芳）

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：1674-1951（2015）05-0063-03

楊青山（1983—），男，黑龍江佳木斯人，工程師，工學(xué)碩士，從事火電廠節(jié)能減排工作（E-mail：yangqingshan123＠163.com）。

2014-11-19；

2015-03-12