陳文韜，鄧 康，周海英（廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院，廣東 佛山 528216）

燃煤機(jī)組超潔凈排放技術(shù)及效益淺析

陳文韜，鄧 康，周海英
（廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院，廣東 佛山 528216）

針對(duì)目前燃煤電廠除塵、脫硫、脫硝等煙氣治理技術(shù)存在的問(wèn)題，提出了“超潔凈排放”環(huán)保改造技術(shù)路線，并對(duì)其技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益進(jìn)行了分析，以期為實(shí)施“超潔凈排放”改造的燃煤電廠提供指導(dǎo)。

燃煤電廠；超潔凈排放；脫硫；脫硝；除塵

引言

燃煤電廠是我國(guó)大氣中各種污染物的重要排放源，約90%的SO2、67%的NOx、70%的粉塵來(lái)源于燃煤電廠［1-2］。隨著大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃逐步推進(jìn)，大氣環(huán)境質(zhì)量提升的壓力日益增大。2014年10月，國(guó)家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部和國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014～2020年）的通知》（發(fā)改能源〔2014〕2093號(hào)）［3］，行動(dòng)目標(biāo)中提出“東部地區(qū)新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值（即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50mg/m3）”，2014 年，我國(guó)先后有多家燃煤電廠宣稱實(shí)現(xiàn)了煙氣中煙塵、SO2、NOx三項(xiàng)大氣污染物的“近零排放”“超清潔排放”或“超低排放”［4］。由此，燃煤電廠“超潔凈排放”受到公眾的熱捧或質(zhì)疑。

本文從燃煤電廠煙氣治理技術(shù)存在的問(wèn)題、超潔凈排放技術(shù)路線、技術(shù)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益等方面進(jìn)行分析，為客觀看待燃煤電廠的超低排放與環(huán)境改善提供必要的依據(jù)，為實(shí)施“超潔凈排放”改造的燃煤電廠提供指導(dǎo)。

1　現(xiàn)有煙氣治理技術(shù)存在的問(wèn)題

我國(guó)電力行業(yè)煙氣治理措施雖然在機(jī)理和技術(shù)上已經(jīng)很成熟，但從目前已投運(yùn)的煙氣治理設(shè)施運(yùn)行情況來(lái)看，仍有很多電廠煙氣處理效率受系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備質(zhì)量、安裝、調(diào)試以及運(yùn)行管理等因素的影響，運(yùn)行穩(wěn)定性尚待提高。

1.1脫硫

目前，燃煤機(jī)組脫硫工藝主要是濕法脫硫，以石灰石-石膏法最為常見(jiàn)。濕法脫硫主要存在的問(wèn)題有：1）部分電廠存在燃煤硫分偏離設(shè)計(jì)值的情況，直接造成脫硫設(shè)施入口煙氣量和SO2濃度超出設(shè)計(jì)范圍，脫硫設(shè)施無(wú)法長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；2）脫硫吸收塔常常被當(dāng)成第二級(jí)除塵器，大量煙塵進(jìn)入脫硫塔，輕則降低脫硫效率，影響副產(chǎn)物的性能，加劇系統(tǒng)的磨損，重則可引起吸收漿液的品質(zhì)惡化，脫硫設(shè)施無(wú)法運(yùn)行，被迫停運(yùn)；3）因煙氣換熱器（GGH）普遍存在積灰、堵灰，阻力劇增、漏風(fēng)大而引發(fā)SO2超標(biāo)排放等問(wèn)題，目前安裝濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的燃煤發(fā)電機(jī)組普遍拆除了GGH。但取消GGH后出現(xiàn)了煙囪排煙溫度降低，容易造成夾帶液態(tài)污染物的排放，導(dǎo)致正常天氣情況下，煙囪附近區(qū)域經(jīng)常出現(xiàn)“石膏雨”現(xiàn)象。“石膏雨”產(chǎn)生的原因，還包括脫硫塔設(shè)計(jì)偏小、塔內(nèi)流速較大、濕法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行效率降低、除霧器效果較差、煙囪內(nèi)部冷凝液收集設(shè)計(jì)不合理等。

1.2脫硝

目前脫硝的主流工藝是選擇性催化還原法（SCR），約占脫硝機(jī)組總裝機(jī)容量的95%以上，選擇性非催化還原法（SNCR）占5%以下。脫硝系統(tǒng)存在的潛在問(wèn)題主要包括：液氨的安全性問(wèn)題、脫硝技術(shù)國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題、失效催化劑的再生與處置問(wèn)題、氨逃逸問(wèn)題等。此外，由于近年來(lái)實(shí)體經(jīng)濟(jì)發(fā)展不足，電廠機(jī)組長(zhǎng)期在低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，煙溫下降，SCR煙氣脫硝裝置不能正常運(yùn)行，NOx濃度是額定負(fù)荷的2～3倍，問(wèn)題亟待解決。脫硝系統(tǒng)的投運(yùn)還容易導(dǎo)致空預(yù)器等堵塞。

1.3除塵

除塵工藝主要有電除塵、袋式除塵和電袋復(fù)合等，主要問(wèn)題有：1）由于設(shè)計(jì)原因，目前運(yùn)行的電除塵器比收塵面積偏小，其除塵器的除塵效率和煙塵排放濃度不能滿足更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)限值；2）實(shí)際燃煤煤質(zhì)偏離設(shè)計(jì)煤質(zhì)，除塵設(shè)施不能適應(yīng)煤質(zhì)的變化，引起運(yùn)行性能下降；3）設(shè)備老化，運(yùn)行維護(hù)不及時(shí)，影響除塵器的投運(yùn)率等。

2　“超潔凈排放”環(huán)保改造技術(shù)路線

針對(duì)當(dāng)前“超潔凈排放”要求，我國(guó)各大發(fā)電集團(tuán)、環(huán)保公司等對(duì)煙塵、二氧化硫和氮氧化物的超低排放控制進(jìn)行了探索研究，目前實(shí)現(xiàn)煙氣“超潔凈排放”的技術(shù)路線主要如下［5-7］：

（1）除塵技術(shù)。主要包括低低溫電除塵、電除塵器配高效電源+濕式電除塵器和電袋復(fù)合高效除塵器+濕法脫硫+高效除霧器等工藝路線。

（2）脫硫技術(shù)。相對(duì)于常規(guī)的石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)超低排放的脫硫新技術(shù)主要有雙循環(huán)技術(shù)（包括單塔雙循環(huán)、雙塔雙循環(huán)）、托盤塔技術(shù)（包括單托盤、雙托盤）、增加噴淋層、性能增強(qiáng)環(huán)、提升石灰石品質(zhì)、添加脫硫增效劑等。

（3）脫硝技術(shù)。一方面在不影響鍋爐效率與安全的前提下，控制低氮燃燒后的NOx產(chǎn)生濃度，另一方面提高現(xiàn)有SCR的脫硝效率，通常可通過(guò)增加SCR催化劑的填裝層數(shù)或催化劑的體積，改造工程多將原有的2+1層催化劑直接更改為3層全部填裝，部分電廠采用3+1層 SCR催化劑的措施等實(shí)現(xiàn)運(yùn)行提效。

結(jié)合上述技術(shù)，燃煤發(fā)電機(jī)組實(shí)施“超潔凈排放”改造，采用如下典型技術(shù)路線，具體見(jiàn)下圖。

典型技術(shù)路線圖

從上述“超潔凈排放”技術(shù)來(lái)看，除塵、脫硫、脫硝的基本技術(shù)并沒(méi)有重大突破，主要是通過(guò)多種技術(shù)的進(jìn)一步組合（或串聯(lián)），延長(zhǎng)煙氣治理過(guò)程（或增加處理次數(shù)）。組合后設(shè)備的整體效率、穩(wěn)定性等還有待研究。

3　“超潔凈排放”技術(shù)效益分析

以廣東省116個(gè)12.5萬(wàn)kW以上燃煤機(jī)組為樣本，從珠三角與非珠三角兩個(gè)層面對(duì)燃煤發(fā)電機(jī)組實(shí)施“超潔凈排放”進(jìn)行評(píng)估。

3.1技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

對(duì)于現(xiàn)役煤電機(jī)組的環(huán)保改造，不同電廠環(huán)保設(shè)施的基礎(chǔ)不同，環(huán)保改造的內(nèi)容也有所不同，因此改造的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用不盡相同。從特別排放限值到實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈾C(jī)標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)改造工作需要較大的投資。改造費(fèi)用主要來(lái)自于濕式電除塵器的建設(shè)費(fèi)用，當(dāng)前國(guó)內(nèi)1000、600、300MW濕式電除塵器投資中標(biāo)價(jià)，分別相應(yīng)≥48～60元/kW、≥60～70元/kW、≥80～90元/kW。珠三角地區(qū)62臺(tái)12.5萬(wàn)kW以上燃煤機(jī)組，按125M～350MW機(jī)組改造費(fèi)90元/kW，600M～700MW機(jī)組改造費(fèi)用70元/kW，1000MW機(jī)組改造費(fèi)用60元/kW進(jìn)行估算，珠三角燃煤機(jī)組的改造投資約19.22億元。非珠三角地區(qū)54臺(tái)12.5萬(wàn)kW以上燃煤機(jī)組裝機(jī)容量為2414.5萬(wàn)kW，現(xiàn)有鍋爐標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到燃機(jī)排放限值的改造費(fèi)用，按300元/kW的廢氣治理設(shè)施改造投資計(jì)，共需投資約72.44億元。

3.2 環(huán)境效益分析

根據(jù)廣東省116個(gè)12.5萬(wàn)kW以上燃煤機(jī)組2013年廢氣排放情況，采用額定煙氣量對(duì)燃煤發(fā)電機(jī)組達(dá)到“超潔凈排放”環(huán)境效益進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出，珠三角地區(qū)62臺(tái)燃煤機(jī)組實(shí)施該排放限值后，與特別排放限值相比，煙塵、SO2和NOx的減排效果不明顯，改造后其減排比例分別為1.84%、1.07%和2.27%。

從表2可以看出，與珠三角地區(qū)相比，廣東全省116臺(tái)燃煤機(jī)組實(shí)施該排放限值后，煙塵、SO2和NOx的減排效果較為顯著，改造后減排比例分別為5.26%、12.06%、4.37%，主要原因是非珠三角地區(qū)目前執(zhí)行的大氣污染物排放限值相對(duì)寬松。

表1　珠三角地區(qū)環(huán)境效益評(píng)估結(jié)果

表2　全省環(huán)境效益評(píng)估

4　結(jié)語(yǔ)

（1）燃煤發(fā)電機(jī)組全面實(shí)現(xiàn)“超潔凈排放”限值要求必將成為發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)有“超潔凈排放”技術(shù)并沒(méi)有重大突破，主要是通過(guò)多種技術(shù)的組合（或串聯(lián)），對(duì)延長(zhǎng)煙氣治理過(guò)程（或增加處理次數(shù)）。組合后設(shè)備的運(yùn)行效率、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等還有待考察研究。

（2）以廣東省116個(gè)12.5萬(wàn)kW以上燃煤機(jī)組為例，對(duì)珠三角與非珠三角地區(qū)燃煤發(fā)電機(jī)組達(dá)到“超潔凈排放”環(huán)境效益進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明，煤電機(jī)組滿足“超潔凈排放”技改工作，應(yīng)有條件、有選擇性地穩(wěn)步推進(jìn)。鼓勵(lì)部分重點(diǎn)區(qū)域（企業(yè)）根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、區(qū)域大氣改善要求，因地制宜、因煤制宜、因爐制宜確定合適的技改工藝路線。

（3）目前“超潔凈排放”改造技術(shù)多為現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)化集成，在原理和工程技術(shù)上可行。但系統(tǒng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和環(huán)境效益，仍需要時(shí)間檢驗(yàn)和進(jìn)一步科學(xué)評(píng)估。

［1］ Streets D G，Waldhoff S T.Present and future emissions of air pollutants in China：SO2，NOx，and CO［J］.Atmospheric Environment，2000，34（3）：363-374.

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［3］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年） ［EB/OL］.http：//www.sdpc.gov.cn/gzdt/201409/ t20140919 _626240. html，2014-09-12.

［4］ 王志軒.燃煤電廠大氣污染物“超低排放”基本問(wèn)題思考［J］.環(huán)境影響評(píng)價(jià)，2015，37（4）：16-17.

［5］ 楊青山.火電廠電“超潔凈排放”改造應(yīng)對(duì)策略研究及問(wèn)題分析［J］.電力科技與環(huán)保，2015，37（4）：44-46.

［6］ 王樹民，宋暢，陳寅彪，等.燃煤電廠大氣污染“近零排放”技術(shù)研究及工程應(yīng)用［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2015，28（4）：487-493.

［7］ 王東歌，朱法華，王圣，等.燃煤機(jī)組煙塵超低排放改造及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析［J］.環(huán)境科技，2015，28（3）：27-30.

Ultra-cleaning Emission Technology and Benefit Analysis in Coal-fired Generating Set

CHEN Wen-tao， DENG Kang， ZHOU Hai-ying
（Guangdong Vocation Institute of Environmental Protection Engineering， Guangdong Foshan 528216， China）

Based on the problem existed in the flue gas treatment technology of dust removal， desulfurization and denitration etc. in the coal-fired power plant， the paper puts forward the technical line of environmental protection reform of “ultracleaning emission”， and makes analysis on technical economy and environmental benefits， so as to provide guidance for the reform of coal-fired power plants of the “ultra-cleaning emission”.

coal-fired power plant； ultra-cleaning emission； desulfurization； denitration； dust removal

X701

A

1006-5377（2016）08-0054-03