薛建明，柏 源，李忠華，許月陽

(國電科學技術(shù)研究院， 江蘇 南京 210031)

0 引言

為推進生態(tài)文明建設(shè)，建設(shè)美麗中國，燃煤電站大氣污染控制技術(shù)發(fā)展趨勢由單元式、漸進式控制向常規(guī)大氣污染物加重金屬、氣溶膠等深度一體化、綜合治理、協(xié)同控制技術(shù)發(fā)展；實現(xiàn)“存量”環(huán)保技術(shù)的單元性向系統(tǒng)性協(xié)同化轉(zhuǎn)變、反應(yīng)的單一性向交叉性轉(zhuǎn)變，推動多污染物協(xié)同控制技術(shù)健康發(fā)展。

應(yīng)對日趨嚴峻的環(huán)境形勢和嚴格的環(huán)保標準，為有效解決燃煤電站大氣污染物達標排放和“石膏雨”等問題，面向燃煤電站濕式煙氣深度凈化協(xié)同控制過程，基于現(xiàn)有環(huán)保設(shè)施多污染物協(xié)同控制規(guī)律，針對協(xié)同控制過程中存在的問題，研究濕式煙氣多污染物深度凈化協(xié)同控制技術(shù)及對策，為實現(xiàn)污染物達標排放和形成自主知識產(chǎn)權(quán)的煙氣深度凈化技術(shù)提供技術(shù)支撐。

1 燃煤電站現(xiàn)有環(huán)保設(shè)施多污染物協(xié)同控制規(guī)律研究

1.1 脫硝設(shè)施

燃煤電廠選擇性催化還原技術(shù)(SCR)高效脫除氮氧化物的同時，帶來兩個方面的問題[1]：

(1)脫硝催化劑活性物質(zhì)在脫硝過程中不可避免新生成三氧化硫；

(2)脫硝系統(tǒng)中氨逃逸形成氣溶膠，形成SCR次生物。這主要是因為噴入的氨與煙氣不能完全混合均勻，在局部區(qū)域造成氨相對過剩，從而形成氨逃逸，此過程難以避免。

1.2 除塵設(shè)施

1.2.1 除塵設(shè)施細顆粒物控制能力分析

目前我國約90%的火電廠采用的是靜電除塵器。正常運行工況下靜電除塵器的除塵效率可以達到99%；但是對于細顆粒物特別是超細顆粒物而言，靜電除塵器的除塵效率較低。通常，當顆粒物粒徑>10μm時，顆粒物主要受到靜電力和斯托克斯阻力作用；而粒徑<10μm時，細顆粒物運動軌跡主要是隨煙氣漂移。

目前靜電除塵器對細顆粒物控制效率低的主要原因如下[2]：

(1)靜電除塵器電暈放電或者離子風不均勻?qū)е录氼w粒物荷電不充分；

(2)等離子電流體或離子風改變細顆粒物運動軌跡，導致細顆粒物被捕集之前又返回煙道氣流中；

(3)反電暈放電和電極振打不合理導致細顆粒二次揚塵；

(4)收集場強不夠強且場強不平穩(wěn)，對顆粒物收集產(chǎn)生影響。

1.2.2 除塵設(shè)施控制氣溶膠能力分析

由SO3形成的硫酸氣溶膠與煙氣中的飛灰隨著煙氣進入靜電除塵器，從而將其脫除；煙溫和飛灰成分決定了其脫除效率。一般情況下，靜電除塵器對SO3的脫除效率約為10%～15%。

1.2.3 除塵設(shè)施汞控制能力分析

煙氣中以顆粒態(tài)形式存在的固相汞在經(jīng)過靜電除塵器或者布袋除塵器時可以得到有效脫除。

當飛灰粒徑減小時，飛灰中汞的含量隨之增大。通常，飛灰粒徑越小，其比表面積越大，造成固相汞在飛灰上的沉積量越大。靜電除塵器對飛灰的捕獲直接降低了煙氣中顆粒汞的比例。由于煙氣中飛灰含量與煤中的灰成分比例有關(guān)，因此靜電除塵器對尾部煙氣汞形態(tài)的影響從根本上依賴于煤中的灰成分。煤中灰成分越多，煙氣中汞被飛灰吸附的可能性越大，顆粒汞的比例越大，最終被靜電除塵器捕獲的顆粒汞數(shù)目也相應(yīng)增多，脫除效率一般僅24%～27%[3]。相比于靜電除塵器，袋式除塵器由于氣固接觸時間較長、除塵效率較高等原因，其脫汞效率最高可以達到80%。

另外，煙氣通過除塵器前后，煙氣中汞形態(tài)發(fā)生了顯著變化，單質(zhì)汞被飛灰中金屬氧化物不同程度氧化后轉(zhuǎn)變成二價汞，進入脫硫系統(tǒng)時有利于被脫硫漿液吸收。

1.3 濕法脫硫設(shè)施

1.3.1 脫硫設(shè)施細顆粒物控制能力分析

濕法脫硫設(shè)施主要通過擴散、攔截和慣性碰撞等作用將煙氣中部分顆粒捕集，脫除效率與煙氣顆粒的大小和質(zhì)量緊密相連。從細顆粒的控制角度來看，濕法脫硫設(shè)施對可吸入顆粒物具有較高的脫除效率，但是脫硫設(shè)施排放的顆粒數(shù)量實際上是增加了。這主要是由于吸收塔對細顆粒的捕集效率較低，另外一方面因蒸發(fā)作用形成的細顆粒也不能被吸收塔捕集，因此造成大量的細顆粒外排[4]。

1.3.2 脫硫設(shè)施氣溶膠控制能力分析

脫硫設(shè)施附帶SO3脫除效果，但是對硫酸氣溶膠的脫除效果不佳。主要有兩個方面的原因[5-6]：一方面，石灰石漿液吸收SO3速率低于SO2，煙氣在吸收塔內(nèi)流速較高；同時SO3轉(zhuǎn)化成硫酸形成硫酸氣溶膠，當煙氣氣流逆著漿液霧滴群向上流動時，并不能完全脫除煙氣中的SO3。另外一方面，煙氣中的SO3與煙氣中水分子結(jié)合形成轉(zhuǎn)化為H2SO4，在吸收塔內(nèi)過飽和而產(chǎn)生酸霧氣溶膠，酸霧氣溶膠核化速度遠遠高于在吸收劑中的溶解度，不能被漿液吸收。一般情況下，濕法脫硫采用的是石灰石漿液，其表面水蒸汽分壓較大；硫酸分子形成硫酸霧，使得粒徑大于硫酸分子，且狀態(tài)穩(wěn)定；這兩方面的原因造成濕法脫硫系統(tǒng)對SO3的脫除效率較低。

1.3.3 脫硫設(shè)施脫除汞能力分析

濕法脫硫設(shè)施對汞具有一定的捕集效率。主要原因如下：煙氣中氣態(tài)汞主要以單質(zhì)汞(Hg0)和氧化態(tài)汞(Hg2+)存在。在WFGD系統(tǒng)中，石灰石漿液可以脫除80%～95%的Hg2+，但就不溶于水的單質(zhì)汞而言，脫除效率不顯著。

在WFGD系統(tǒng)中，石灰石漿液吸收Hg2+后，漿液中S4+和鐵、猛等金屬離子具有一定的還原作用，將捕集的Hg2+還原成Hg0，使得WFGD出口HgO濃度升高，即汞的二次釋放。如何控制WFGD系統(tǒng)汞的再釋放已成為研究的重點，目前采用的方法主要是提高漿液pH值和漿液中亞硫酸根濃度，降低吸收塔反應(yīng)溫度等通過采取上述措施可以在一定程度上解決汞的再釋放問題[7-8]。

2 燃煤電站多污染物控制對策分析

總體而言，現(xiàn)有濕法脫硫、脫硝、除塵等環(huán)保設(shè)施對SCR次生物、FGD漿液滴、汞的再釋放以及細顆粒物等污染物的控制能力有限，不能滿足電力行業(yè)新標準的排放要求。區(qū)域大氣復(fù)合污染、“石膏雨”等已成為全社會關(guān)注的民生問題。為了有效地解決上述問題，在濕法脫硫設(shè)施后建設(shè)煙氣深度凈化設(shè)施(如濕式電除塵器等)，對燃煤煙氣排放的煙塵、SO2、NOx、SO3等多污染物進行末端協(xié)同控制，實現(xiàn)煙塵排放濃度≤10mg/m3、SO2排放濃度≤50mg/m3、NOx排放濃度≤100mg/m3，為電力行業(yè)多污染物協(xié)同控制提供技術(shù)支撐。

2.1 技術(shù)原理

煙氣深度凈化設(shè)施的工作原理與傳統(tǒng)干式電除塵相似，所不同的是煙氣深度凈化設(shè)施一般布置于FGD后側(cè)，其運行環(huán)境為濕環(huán)境。通過擴散電荷作用，可處理SCR次生物、FGD漿液滴、細顆粒物、酸性氣體(SO3、HCl、HF)、重金屬汞等，實現(xiàn)煙塵排放濃度≤10mg/m3及煙氣多污染物的深度凈化[9]。

2.2 技術(shù)特點

針對燃煤電廠“石膏雨”、煙囪腐蝕以及現(xiàn)有環(huán)保設(shè)施多污染物控制等存在的問題，基于基礎(chǔ)理論研究與試驗研究相結(jié)合，通過產(chǎn)、學、研、用方式組織攻關(guān)，創(chuàng)新研發(fā)出燃煤煙氣多污染物協(xié)同控制技術(shù)及裝置，目前在益陽(300MW)、滎陽(600MW)、九江電廠機組上運用。主要技術(shù)特點如下：

(1)微細顆粒物捕集效率高，并可聯(lián)合脫除煙氣中攜帶的液滴。對微細顆粒物的捕集效率達99%以上，其中對于2.5～5μm的顆粒物具有近100%的脫除率；對于0.1～2.5μm的顆粒物具有88.7%～93.9%的脫除率；同時對濕法脫硫后煙氣中攜帶的液滴有95%以上去除率，能消除脫硫設(shè)施因未設(shè)置GGH而出現(xiàn)的“石膏雨”現(xiàn)象。使得煙囪出口的煙塵濃度≤10mg/m3。

(2)協(xié)同控制效果。具有協(xié)同控制效果，SO3(70%～95%)、NH3(≤10mg/m3)、重金屬汞(70%～90%)、HCl(30%～40%)、HF(40%～50%)、SO2(10%～30%)。與環(huán)保部《環(huán)境空氣細顆粒物污染防治技術(shù)政策》(征求意見稿)中涉及的：鼓勵濕式除塵器(WESP)治理石膏雨和嚴格控制細顆粒物及前體污染物相一致。

3 結(jié)語

基于資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴重、生態(tài)退化的嚴峻形勢以及生態(tài)文明建設(shè)的國家需求，按照國家大氣污染防治行動計劃，火電行業(yè)本著創(chuàng)新驅(qū)動和推廣應(yīng)用并重的方針，環(huán)保技術(shù)的單元性向系統(tǒng)性協(xié)同化轉(zhuǎn)變、反應(yīng)的單一性向交叉性轉(zhuǎn)變，探索形成電力工業(yè)應(yīng)對新標準的新的煙氣治理技術(shù)路線，推動培育煙氣深度凈化技術(shù)裝備等新興產(chǎn)業(yè)鏈，以科技進步和產(chǎn)業(yè)升級，實現(xiàn)電力工業(yè)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展和低碳發(fā)展。

[1]郭 俊,馬果駿,閻 冬,等.論燃煤煙氣多污染物協(xié)同治理新模式[J].電力科技與環(huán)保,2012,28(3):13-16.

[2]朱繼保.細顆粒物的電收集技術(shù)研究[D].杭州:浙江大學,2010.

[3]胡長興,周勁松,何 勝,等.靜電除塵器和濕法煙氣脫硫裝置對煙氣汞形態(tài)的影響與控制[J].動力工程,2009,29(4):400-404.

[4]王 琿,宋 薔,姚 強,等.電廠濕法脫硫系統(tǒng)對煙氣中細顆粒物脫除作用的實驗研究[J].中國電機工程學報,2008,28(5):1-7.

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[8]陳傳敏,張建華,俞 力,等.濕法煙氣脫硫漿液中汞再釋放特性研究[J].中國電機工程學報,2011,31(5):48-51.

[9]柏 源,薛建明,李忠華.濕式燃煤煙氣多污染物協(xié)同控制技術(shù)研究[C].2013年中國電機工程學會年會論文集.成都:2013.