燃煤電廠超低排放綜合技術路線

我國“富煤貧油少氣”的資源稟賦決定著我國能源結構以煤炭為主，盡管多年來一直在調整能源結構，煤炭占一次能源的比重持續下降，但煤炭消費量卻持續增長。煤炭燃燒排放的污染物穩居世界第一，對我國大氣環境、生態環境等均造成了較大的影響與危害。因此，燃煤煙氣超低排放仍是今后電力行業環保工作的重點和難點，研究形成綜合性超低排放路線是優化我國能源消費結構并改善我國大氣環境的關鍵。本文提出了燃煤電廠在實施超低排放技術路線過程的控制策略；針對新建和現役機組，分別研究了各自的綜合控制路線；詳細闡述了氮氧化物、煙塵、二氧化硫實行超低排放路線過程中需要注意的事項。

控制策略

燃煤電廠大氣污染物超低排放是指大氣污染物的排放限值比GB13223-2011 規定的煙塵、SO2、NOX排放限值和特別排放限值要求更高更嚴的治理行為，即煙塵、SO2、NOX的排放濃度分別小于等于10mg/Nm3、35mg/Nm3 和50mg/Nm3，同時應消除脫硝、脫硫設施產生的次生物，包括氨、SO3、霧滴、廢水等，協同控制重金屬汞、氣溶膠、酸性氣體等，實現煙氣多污染物的綜合控制、深度治理。

在實施超低排放時，應遵循“創新驅動和研究開發”并重，有機結合“高效清潔燃燒、污染物高效治理、協同控制、深度凈化”的控制策略，一方面要創新發展應用先進的環保技術，構建綠色環保型新建機組；另一方面要擇優應用合適的最佳可行技術，并優化提升單項污染物治理技術，優化集成多污染物深度凈化技術，實現技術的單一性升級并向系統性轉變、反應的單一性向交叉性轉變，持續提高現役機組的環保技術水平。穩定實現燃煤電廠超低排放的要求。

同時構建煙氣凈化島（包括所有煙氣治理設施），對煙氣凈化島進行系統化考慮、差異化設計和精細化管理，挖掘各治理設施對其它污染物的協同控制作用，打破當前先脫硝、再除塵、再脫硫的單元式、漸進式的傳統模式；研發推廣煙氣深度一體化綜合治理、協同控制技術，既考慮煙塵、SO2、NOX常規大氣污染物，確保超低排放指標的實現；還考慮重金屬、氣溶膠、酸性氣體以及脫硝、脫硫設施產生的次生物、冒白煙等，實現協同控制。

綜合技術路線

1.污染物控制

燃煤電廠大氣污染物超低排放不僅與煙氣凈化島所采用的煙氣治理技術密切相關，還與燃煤特性，特別是燃煤硫份、灰份密不可分。要穩定可靠實現大氣污染物的超低排放，首先必須有效控制燃煤煤質。

根據國內已建超低排放改造項目、新建機組的環境影響報告的研究分析，當燃煤硫份小于0.8-1%、灰份小于20%時，采用合適綜合技術路線，可實現大氣污染物的超低排放；當燃煤硫份為1-1.5%、灰份為20-30%時，應結合電廠的實際情況、區域環境質量要求等，進行充分的實驗研究和技術經濟評估；當燃煤硫份大于1.5%、灰份大于30%時，應以達標排放為原則，不宜追求超低排放。

在新建機組實施大氣污染物超低排放時，應結合鍋爐形式、燃煤狀況、低氮燃燒方式等，統籌規劃煙氣凈化島（包括所有煙氣治理設施）、協同控制、一體化設計、整體優化，打破當前先除塵、再脫硫、再脫硝的單元式、漸進式的傳統理念。既要實現煙塵、二氧化硫、氮氧化物常規大氣污染物的超低排放，還要消除脫硝、脫硫設施產生的次生物，包括氨、SO3、霧滴、廢水等，協同控制重金屬汞、氣溶膠、酸性氣體等，實現煙氣多污染物的綜合控制、深度治理。

在統籌規劃煙氣凈化島時，可采用以下2 條超低排放的技術路線：淤低氮或低低氮燃燒技術（其出口NOX約200-300mg/m3 或100-200mg/m3）+SCR 脫硝技術（其出口NOX約50mg/m3）+電除塵技術（ESP）（其出口煙塵應約30mg/m3）+高效濕法煙氣脫硫技術（其出口SO2約35mg/m3、煙塵約20-30mg/m3、霧滴約40-50mg/m3）+濕式電除塵器（其出口煙塵約5-10mg/m3、霧滴約10-20mg/m3）。

低氮或低低氮燃燒技術（其出口NOX約200-300mg/m3 或100-200mg/m3）+SCR 脫硝技術（其出口NOX約50mg/m3）+高效除塵技術包括低低溫ESP、高效袋式除塵器和電袋復合除塵器（其出口煙塵濃度應約10-20mg/m3）+濕法脫硫除塵一體化技術（其出口SO2約35mg/m3、煙塵約10mg/m3、霧滴約20-30mg/m3）。

在對現役機組進行環保設施超低排放技術改造時，應綜合考慮工程技術和管理技術等因素，采用診斷評估、優化調整和技術改造并重的方針，一是要組織專家對環保設施的運行狀態進行診斷，科學、合理地找出實現超低排放要求的差異和存在問題，提出相應的對策；二是結合狀態診斷結果，采用先進的優化調整技術，對環保設施進行最優調整；三是如優化調整后仍達不到要求，則參照新建機組，采用適宜的超低排放技術進行改造，并形成“五位一體”，即狀態評價明現狀、分析診斷找差距、優化調整挖潛力、技術改進提性能、監督管理形體系的全過程閉環管理。

在選擇超低排放改造技術路線時，必須結合電廠的實際情況，一廠一策，甚至一爐一策。通常應考慮的因素有：淤現有煙氣凈化島所有環保設施的技術裝備和運行現狀，分析其與改造目標的差距。于煙氣條件可能的變化，包括燃煤硫份、灰份、揮發份，煙氣流量、溫度和成分等。盂實施改造可利用的場地條件和空間條件，分析其是否滿足改造要求。榆額外增加的配套改造，分析因超低排放改造將涉及的非環保設施的改造范圍，如空預器、引風機改造等。虞改造難度，分析原環保設施可利舊情況、可能的障礙物、需要的停爐時間、對主機可能產生的影響等。愚統籌考慮常規污染物和非常規污染物（包括氨、SO3、霧滴、重金屬汞、氣溶膠、酸性氣體、廢水）等，且有一定的前瞻性，盡可能一次改造到位或預留空間，避免重復改造。

2.煙囪冒野白煙冶的控制

消除煙囪冒“白煙”，可采用煙氣加熱和煙氣冷卻2 種方式：

（1）煙氣換熱方式，通常由煙氣冷卻器（或低低溫省煤器）和煙氣加熱器組成。煙氣冷卻器（或低低溫省煤器）布置在電除塵器上游，煙氣被循環水冷卻到85耀90益后進入低低溫電除塵器；煙氣加熱器布置在煙囪上游，煙氣被循環水加熱到70耀80益后排入大氣，可改善煙囪防腐環境，抬高煙氣排放高度，消除煙囪冒“白煙”現象。缺點是沒有減少排放大氣的水蒸汽量。

（2）煙氣冷卻方式，目前投入商用的主要是相變凝聚技術，它通常與濕式電除塵器融為一體，布置在濕式電除塵器入口或出口，其主要功能有3：一是水汽凝聚功能，通過水汽相變冷凝技術（冷卻煙氣3-5益），可回收煙氣中50-60%的水，基本消煙囪冒“白煙”現象；二是相變團聚功能，通過熱凝并、熱泳、擴散泳作用，可提高細顆粒物、霧滴、氣溶膠等捕集性能，促進煙氣多污染物的協同控制；三是改善區域環境質量功能，通過回收煙氣中的水和煙氣多污染物的進一步捕集，減少排放大氣中的水蒸汽量50%左右，并減少煙氣中可溶性離子40-60%。缺點是不能完全消煙囪冒“白煙”現象。

3.煙氣排放監測

（1）監測位置：應安裝在煙囪60-80m的位置。

（2）應采用低濃度高濕度煙塵、SO2、NOX在線多點測量儀。

（3）NOX在線測量儀增加NO2 測量功能。

（4）加強SO3、汞排放監測，必要時加裝汞在線測量儀。

建議

1.低氮燃燒

低氮燃燒是控制NOX 最經濟的手段，目的是通過降低燃燒溫度、減少煙氣中氧量等方式，在不影響鍋爐燃燒效率的前提下，最大限度地降低NOX的生成量。四角切圓燃燒、對沖燃燒和W火焰鍋爐NOX 的生成量分別應控制在200-250mg/m3、250 -300mg/m3、700 -800mg/m3以下。

在實施低氮燃燒改造時，必須結合鍋爐爐型、燃料特性、燃燒方式、流場分布等，一爐一策，制定合理的技術路線，切忌簡單套用它廠的經驗。一要全面開展鍋爐燃燒情況摸底試驗，確定合理的邊界條件，制定切合實際的低氮燃燒改造方案；二要加強管理，提高低氮燃燒器的制造和施工質量；三要系統開展燃燒優化調整試驗，制定科學規范、操作性強的燃燒調整指導手冊；四要加強培訓管理，提高運行人員技能水平，著力解決改造后可能出現的高溫腐蝕、爐膛結焦、蒸汽參數異常、鍋爐效率下降等影響機組安全經濟的突出問題。

2.SCR

SCR 是目前我國控制NOX 最有效、應用最廣的技術，脫硝效率可達80-90%。

在實施SCR超低排放改造時，必須結合鍋爐低氮燃燒后NOX 的生成量和NOX的排放限值，一爐一策，進行針對性設計，且脫硝效率不宜超過90%。由于排放限值的降低，影響SCR運行特性的因素變得更為敏感，稍有波動就會造成排放超標，為此，對實施超低排放改造的SCR，無論在設計階段、還是工程建設、設備成套、運行調整、系統優化、檢修維護等階段，都應更精細，確保穩定可靠地實現NOX的超低排放。

建議：一要高度重視設計邊界條件，設計裕度合理；對于技改項目，一定要掌握當前SCR的真實運行情況，并對催化劑的活性和脫硝性能進行相關試驗。二要強化物模數模工作，提高入口氣流分布的均勻性（流速的相對標準偏差宜小于依10%）。三要結合氣流和NOX濃度分布的均勻性，進行差異化設計和運行調整，提高氨氮混合的均勻性（相對標準偏差宜小于依8%）。四要關注鍋爐啟停、機組低負荷和變負荷運行時，NOX排放濃度的超標問題，結合機組的實際的運行情況，制定相應的改進措施，提高機組全工況的達標能力。五要加強SCR 可能產生的次生物和潛在風險的管理，如氨逃逸的增加、SO3形成量的增加，以及由此引起的空預器結垢堵塞、尾部煙道腐蝕、煙塵氨超標、脫硫廢水氨氮超標等現象。六要開展催化劑全生命周期的管理，掌握催化劑的運行狀態，為科學合理地制定維護/再生/更換方案提供技術依據。七要配置先進的在線氨測量儀，確保氨逃逸濃度測量的準確性，避免氨過量噴射造成的經濟損失以及由此造成的下游設備結垢堵塞等問題。八要配置先進的低濃度在線多點NOX測量儀，提高NOX測量的準確性，進而提升SCR 系統的自動控制性能。

3.FGD

石灰石石膏濕法是目前我國應用最廣的煙氣脫硫技術，脫硫效率可達95-99%。

在實施FGD超低排放改造時，必須結合燃煤硫份和S02的排放限值，以及協同除塵要求和場地條件，一爐一策，制定合理的改造方案。由于排放限值的降低，影響FGD 運行特性的因素變得更為敏感，稍有波動就會造成排放超標，為此，對實施超低排放改造的FGD，一方面要嚴格控制燃煤質量，確保燃煤硫份相對穩定；另一方面在FGD 設計、工程建設、設備成套、運行調整、系統優化、檢修維護等階段，都應更精細，確保穩定可靠地實現SO2的超低排放。

建議：一要高度重視設計邊界條件，特別是煙氣流量、SO2濃度、煙塵濃度等參數；對于技改項目，一定要掌握當前FGD的真實運行情況，并系統開展FGD性能優化調整試驗，最大限度地挖掘FGD的潛在功能。二要強化數模工作，提高入口氣流分布的均勻性（流速的相對標準偏差宜小于依12%）。三要結合FGD協同除塵的要求，合理配置漿液噴嘴數量和除霧器結構形式。對于協同除塵50%的要求，漿液噴淋覆蓋率宜控制在200-250%，除霧器宜采用2-3 級屋脊式和管式的組合；對于協同除塵75%以上的要求，漿液噴淋覆蓋率宜控制在250-300%，除霧器宜采用3 級改進型屋脊式，且各級除霧器的葉片間距應差異化設計，使石膏液滴攜帶量減少到20-30mg/m3。四要關注脫硫副產物的氧化特性，配置合理的氧化風機和漿池容積，確保脫硫副產物的充分氧化和石膏結晶。氧化風機宜按氧硫比2.5-3 配置，漿池容積宜按漿液停留時間4-4.5min 配置。五要配置先進的低濃度在線多點SO2測量儀，提高SO2 測量的準確性；配置先進的pH計、密度計等在線監測儀表，進而提升FGD 系統的自動控制性能和精細化控制水平。六要加強FGD可能產生的次生物和潛在風險的管理，如石膏液滴攜帶造成的石膏雨等現象。

4.煙塵

對于顆粒物的超低排放，目前國內主要采用高效干法除塵（包括電除塵、電袋除塵和布袋除塵）、低低溫電除塵、FGD協同除塵和濕法電除塵相結合的方式，綜合除塵效率可達99.9-99.99%。

在實施煙塵超低排放改造時，必須結合燃煤灰份和顆粒物的排放限值，以及干法除塵形式、FGD 協同除塵的作用和場地條件等，一爐一策，制定合理的改造方案。由于排放限值的降低，影響顆粒物排放的因素變得更為敏感，稍有波動就會造成排放超標，為此，對實施煙塵超低排放改造的項目，一方面要嚴格控制燃煤質量，確保燃煤灰份相對穩定；另一方面要統籌考慮干法除塵、低低溫電除塵、FGD 協同除塵、FGD攜帶液滴和濕法電除塵的除塵性能，分級控制，層層把關，確保穩定可靠地實現顆粒物的超低排放。

建議：一要高度重視干法除塵的設計邊界條件，特別是煙氣流量、煙塵濃度等參數；對于技改項目，一定要掌握當前干法除塵的真實運行情況，并系統開展除塵性能優化調整試驗，最大限度地挖掘除塵設施的潛在功能。二要制定切合實際的干法除塵改造方案。在場地條件許可的情況下，應充分利舊，對電除塵器進行升級改造，如增加電場、增加極板高度、采用高頻、脈沖、三相、高頻脈沖等先進電源、加裝旋轉電極、加裝煙塵凝并裝置等，改造后煙塵排放應控制在30mg/m3以下；也可在電除塵器入口增設低低溫省煤器，同時對電除塵器進行防腐、耐磨，以及除塵系統內部構件和灰斗的優化改造，改造后煙塵排放應控制在20mg/m3以下。在場地條件不許可的情況下，可將電除塵器改造為電袋或布袋，改造后煙塵排放應控制在10-20mg/m3以下。三要結合FGD 升級改造，確定可實現的協同除塵效果和液滴攜帶量。對于配置濕法電除塵器的方案，FGD 的協同除塵效果宜不小于50%、液滴攜帶量宜不大于40-50mg/m3；對于不配置濕法電除塵器的方案，FGD 的協同除塵效果宜不小于75%、液滴攜帶量宜不大于20-30mg/m3，且顆粒物最終的排放濃度應控制在5-10mg/m3以下。四要結合FGD 出口顆粒物的濃度和顆粒物排放要求（5mg/m3、10mg/m3或其他），合理配置濕法電除塵器，且電場風速宜不大于2.5-2.8m/s，比集塵面積宜不小于25m2/m3/s。五要配置先進的低濃度在線多點濕式顆粒物測量儀，確保顆粒物排放濃度測量的準確性。