劉 備

（上海電力學(xué)院，上海 200000）

煤電機(jī)組的超低排放技術(shù)與發(fā)展綜述

劉 備

（上海電力學(xué)院，上海 200000）

面對(duì)嚴(yán)峻的環(huán)境治理壓力，國(guó)家對(duì)燃煤電廠的污染物排放要求在最近幾年有了大幅提高。本文主要介紹現(xiàn)有超低排放工藝流程中的單項(xiàng)技術(shù)，并分析單項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)劣性和對(duì)整個(gè)超低排放工藝流程的影響，研究不同工藝之間的協(xié)調(diào)配合作用。通過綜合對(duì)比各項(xiàng)技術(shù)的性能，并參考超低排放改造和新建電廠超低排放的設(shè)計(jì)流程，結(jié)合我國(guó)燃煤電廠的工程應(yīng)用數(shù)據(jù)，指出部分減排技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及整體工藝流程的發(fā)展方向。

超低排放；煙氣脫硫；SCR；除塵技術(shù)

1 研究背景

近十余年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有了巨大變化，電力行業(yè)的發(fā)展為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是，隨著火電機(jī)組裝機(jī)容量的大幅增長(zhǎng)，火電廠的污染物排放也越來越受到社會(huì)的關(guān)注。2011年，中國(guó)政府頒布了最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布了包括燃?xì)廨啓C(jī)在內(nèi)的火電機(jī)組的污染排放標(biāo)準(zhǔn)。2014年，國(guó)家發(fā)改委、環(huán)保部與能源局聯(lián)合制定和印發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造計(jì)劃（2014-2020年）》（以下簡(jiǎn)稱《改造計(jì)劃》）。《改造計(jì)劃》細(xì)化了不同地區(qū)新建燃煤發(fā)電機(jī)組的大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)，其中東部地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)為：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；中部地區(qū)原則上接近或達(dá)到該排放限值，鼓勵(lì)西部地區(qū)的新建機(jī)組接近或達(dá)到該排放限值［1］。李克強(qiáng)總理在2016年政府工作會(huì)議中明確要求燃煤電廠全面實(shí)現(xiàn)超低排放改造，在2017年3月的政府工作會(huì)議中提出要加大燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造力度，東中部地區(qū)要分別于今明兩年完成，西部地區(qū)于2020年完成。從大形勢(shì)上看，完成煤電機(jī)組節(jié)能減排升級(jí)和改造的任務(wù)很艱巨。

我國(guó)燃煤電廠使用的煤種多種多樣，因而不同地區(qū)的電廠污染物排放脫除技術(shù)也存在較大差異。目前，存在許多超低排放的技術(shù)路線，主要分為已投運(yùn)電廠的改造和新建電廠的設(shè)計(jì)。已投運(yùn)電廠更多考慮的是配套裝置升級(jí)、適當(dāng)增加設(shè)備、節(jié)省投資并達(dá)到煙氣污染物超低排放的目標(biāo)。新建電廠更多地考慮裝置的性能、工藝流程的先進(jìn)性、適當(dāng)節(jié)省投資等，達(dá)到節(jié)煤、節(jié)水且能控制污染物排放濃度的目的。具體的技術(shù)路線要根據(jù)實(shí)際鍋爐產(chǎn)生的煙氣中污染物濃度特性（新建電廠則為設(shè)計(jì)量）進(jìn)行選擇，通過合理組合工藝的布置順序，充分實(shí)現(xiàn)污染物的協(xié)同脫除，這是未來超低排放的發(fā)展方向。

2 國(guó)外超低排放技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在國(guó)際上，污染物治理工作開始得較早，以日本和美國(guó)兩國(guó)為代表進(jìn)行分析。

日本采用的污染物處理技術(shù)比較多樣，主要為：低氮燃燒器+SCR脫硝+高效電除塵+石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝［2］。脫硫工藝也可以更換為活性焦干法煙氣除塵+脫汞工藝+濕式電除塵器。在電除塵工藝中，低低溫電除塵技術(shù)應(yīng)用較為成熟，主要利用煙氣換熱器（GGH）降低煙氣溫度，由于煙氣溫度低于酸露點(diǎn)而造成的酸腐蝕問題得到有效解決，現(xiàn)如今日本采用三菱、日立等低低溫電除塵器配套機(jī)組容量累計(jì)超過13GW［3］。

美國(guó)的煙氣污染物處理則采用：低氮燃燒器+SNCR+SCR+CFB-FGD+活性焦脫汞+袋式除塵工藝，并且在全國(guó)600MW以下電廠逐步推廣。美國(guó)在處理低硫分燃煤煙氣處理時(shí)，采用旋轉(zhuǎn)噴霧半干法煙氣脫硫，能實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降耗、節(jié)省投資等目標(biāo)。

3 我國(guó)超低排放技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)的燃煤發(fā)電廠普遍采用低氮燃燒、SCR脫硝、MGGH空氣預(yù)器、高效電除塵、煙氣濕法脫硫、濕式電除塵、煙氣再熱裝置等設(shè)備與技術(shù)，主要通過“協(xié)同控制”實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣污染物的有效凈化。

根據(jù)中電聯(lián)公布的2016年度火電廠環(huán)保產(chǎn)業(yè)信息可知［4］，我國(guó)火電廠煙氣脫硫、脫硝、除塵工藝的普及有了較大發(fā)展。截止到2016年底，全國(guó)火電機(jī)組裝機(jī)容量約10.5億kW，其中煤電機(jī)組裝機(jī)容量約9.4億kW。

在先進(jìn)除塵技術(shù)中，袋式除塵機(jī)組容量約占煤電機(jī)組裝機(jī)容量的8.4%，電袋復(fù)合除塵機(jī)組約占23.9%，濕式電除塵機(jī)組容量約占9.0%，低低溫電除塵器機(jī)組容量約占9.0%。

截至2016年底，各種除塵技術(shù)在我國(guó)燃煤電廠中的采用率如表1所示。

表1 已投運(yùn)除塵機(jī)組中的技術(shù)采用率

截至2016年底，已投運(yùn)火電廠脫硫機(jī)組容量約8.8億kW，各種脫硫技術(shù)在我國(guó)已投運(yùn)脫硫機(jī)組中的采用率（僅統(tǒng)計(jì)中電聯(lián)公布的企業(yè)數(shù)據(jù)）如表2所示。

表2 已投運(yùn)脫硫機(jī)組中的技術(shù)采用率

截至2016年底，已投運(yùn)火電廠煙氣脫硝機(jī)組容量約9.1億kW，各種脫硝技術(shù)在我國(guó)已投運(yùn)脫硝機(jī)組中的采用率（僅統(tǒng)計(jì)中電聯(lián)公布的企業(yè)數(shù)據(jù)）如表3所示。

表3 已投運(yùn)脫硝機(jī)組中的技術(shù)采用率

4 國(guó)內(nèi)普遍采用的超低排放技術(shù)路線

該部分主要對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)普遍采用的超低排放主流技術(shù)進(jìn)行分析，其中除塵工藝主要包括電除塵、袋式除塵、電袋復(fù)合除塵、濕式電除塵等工藝，脫硝工藝主要包括低氮燃燒、SCR、SNCR等工藝，脫硫工藝則為石灰石-石膏濕法脫硫。

4.1 燃煤電廠煙氣除塵的技術(shù)路線

煤中的灰分是煙塵顆粒物主要來源。當(dāng)煤中的灰分小于25%，即為中低灰煤種時(shí)，可采用低低溫電除塵、袋式除塵、電袋復(fù)合除塵等技術(shù)，配合高效的脫硫塔后除霧技術(shù)，即可一次性實(shí)現(xiàn)煙塵排放達(dá)標(biāo)。當(dāng)煤中的灰分含量大于25%，即為高灰煤時(shí)，則需要二次除塵，二次除塵工藝一般選擇配置濕式電除塵器或濕法脫硫協(xié)同除塵。第一道除塵工藝一般在脫硝工藝之后，第二道除塵工藝一般在煙氣處理工藝的最后，煙囪之前。

目前，燃煤電廠普遍采用的第一道除塵工藝是干式靜電除塵技術(shù)，其能實(shí)現(xiàn)各種工況下的煙氣處理，載荷大、除塵效率高，且除塵器能可靠運(yùn)行，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低。雖然干式除塵器能脫除絕大部分的煙塵，但對(duì)粒徑較小的粉塵，其捕獲率低。由于干式除塵器是采取振打的形式將吸附在陽極板上的粉塵抖落至灰斗中，因此，容易產(chǎn)生二次揚(yáng)塵，導(dǎo)致少量粉塵進(jìn)入下游工藝［5］。

現(xiàn)階段，部分電廠采取低低溫靜電除塵技術(shù)。在干式靜電除塵器前加裝換熱裝置，將溫度降低到接近或低于酸露點(diǎn)溫度，降低飛灰比電阻，減小煙氣量，有效預(yù)防電除塵發(fā)生電暈，可使除塵效率達(dá)到99.9%。低低溫電除塵技術(shù)由于存在防腐問題，目前國(guó)內(nèi)正在試點(diǎn)運(yùn)行，鑒于低低溫電除塵技術(shù)能實(shí)現(xiàn)除塵效率提升、節(jié)煤節(jié)水、煙氣循環(huán)節(jié)能和SO3的高效協(xié)同脫除，因此，其成為我國(guó)需要重點(diǎn)應(yīng)用推廣的技術(shù)［3］。

袋式除塵是利用濾袋對(duì)煙塵顆粒進(jìn)行脫除。袋式除塵對(duì)燃煤鍋爐煙塵的適應(yīng)性較好，適用于排放標(biāo)準(zhǔn)高條件下的煙氣除塵。第一道除塵工藝采用袋式除塵雖然能實(shí)現(xiàn)高效除塵，但由于處理的煙塵量大、濃度高，會(huì)對(duì)濾袋的壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響，濾袋的壽命較短，約3年左右，更換則會(huì)增加濾袋運(yùn)行成本［6］。

表4 二次除塵工藝的選擇

電袋復(fù)合除塵則集合了干電式除塵和袋式除塵的優(yōu)點(diǎn)，形成“先電后袋”的除塵模式，先由干式除塵除去大部分粉塵，再由袋式除塵濾除細(xì)粉塵。電袋復(fù)合除塵能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、穩(wěn)定的煙塵低排放，能實(shí)現(xiàn)一次除塵，使出口處的煙塵濃度低于20mg/m3。電袋復(fù)合除塵技術(shù)是未來除塵技術(shù)改造的重要發(fā)展方向之一。

第二道除塵工藝目前主要有濕法脫硫（WFGD）協(xié)同脫除和加裝濕式電除塵器（WESP）。WFGD的協(xié)同除塵效果一般在50%～70%，脫硫塔采用增效的噴淋系統(tǒng)和除霧裝置后可以使協(xié)同除塵效率達(dá)到70%以上。濕式電除塵器根據(jù)極板材料的不同，大致可以分為金屬板式、柔性電極式、導(dǎo)電玻璃式三種類型。濕式電除塵器采用噴水的方式將集塵板上的灰塵沖刷到灰斗中隨水排出，既可以控制“二次揚(yáng)塵”和“石膏雨”現(xiàn)象，又可協(xié)同去除煙氣中的SO3微液滴、汞等污染物，在煙氣凈化技術(shù)路線中可設(shè)置在脫硫裝置后面作為二次除塵，能確保較高的除塵效率?？梢愿鶕?jù)第一道除塵工藝出口處的煙塵濃度的大小來選擇二次工藝，可對(duì)照表4進(jìn)行選擇。

4.2 燃煤電廠煙氣脫硝的技術(shù)路線

國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)NOx超低排放的工藝主要包括低氮燃燒、SNCR、SCR及SNCR+SCR等技術(shù)。

煤的燃燒會(huì)產(chǎn)生NOx，燃料燃燒時(shí)若為低氧燃燒可以有效減少NOx，而將氮化物轉(zhuǎn)化為N2。通過采用低氮燃燒器合理組織燃料燃燒，通過合理調(diào)節(jié)鍋爐內(nèi)的進(jìn)氣量能減少NOx的產(chǎn)生（但若氧氣量過低將影響燃料燃燒，并產(chǎn)生結(jié)渣結(jié)垢）。在鍋爐內(nèi)可以通過實(shí)現(xiàn)空氣的分級(jí)燃燒和燃料的分級(jí)燃燒來實(shí)現(xiàn)低氮燃燒。目前普遍采用的還有煙氣再循環(huán)技術(shù)，將高溫低氧的煙氣和空氣混合送入爐膛，既提高了燃燒效率，又降低了NOx的產(chǎn)生量。

在爐膛內(nèi)還可以利用SNCR技術(shù)進(jìn)行脫硝，SNCR技術(shù)不需要催化劑，而是將含有氨基的還原劑（可以是液氨、氨水或者尿素等，我國(guó)普遍采用尿素）噴入爐膛內(nèi)，反應(yīng)發(fā)生的溫度為850～1100℃，可以將煤燃燒產(chǎn)生的NOx還原為N2，故又稱熱力脫硝。這項(xiàng)技術(shù)改造相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行額外的場(chǎng)地改造，投資成本也相對(duì)較小。但SN?CR技術(shù)仍存在諸多缺陷：①脫硝效率低，一般在30%～40%，只能作為脫硝技術(shù)的補(bǔ)充；②我國(guó)普遍用尿素作為還原劑，但尿素參與反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)品N2O，N2O會(huì)對(duì)臭氧層產(chǎn)生破壞；③不完全的還原反應(yīng)會(huì)造成氨的逃逸，氨和SO2在下游工藝中會(huì)產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì)NH4HSO4和(NH4)2SO4，對(duì)下游的設(shè)備產(chǎn)生腐蝕和堵塞［7］。因此，是否采用SNCR進(jìn)行脫硝，要綜合考慮整改要求、鍋爐尺寸和整個(gè)工藝流程的合理性。SNCR的脫硝成本相對(duì)SCR要小，因此，工程上可以利用SNCR+SCR進(jìn)行脫硝，SNCR減輕SCR脫硝壓力，SCR可以有效解決SNCR工藝的逸氨問題，二者相輔相成，既能降低工程投資，又能實(shí)現(xiàn)煙氣超低排放。

目前，應(yīng)用最成熟的是SCR脫硝技術(shù)，SCR需要催化劑，利用氨基將NOx還原為N2，反應(yīng)溫度為300～420℃。SCR脫硝裝置一般布置在鍋爐的出口處，出口處的NOx濃度一般在300mg/m3以下，SCR一般采用多層催化劑進(jìn)行反應(yīng)。在催化劑的作用下，NH3將NOx還原為N2。SCR的脫硝效率高，一般在85%以上，增加催化劑的層數(shù)能夠有效提升脫硝效率，目前主要采取“2+1”或“3+1”層催化劑，根據(jù)具體的要求增加催化劑的層數(shù)，提升脫硝效率在85%以上，能夠?qū)崿F(xiàn)處理后的NOx濃度低于50mg/m3。

SCR脫硝裝置工作在鍋爐出口的高溫高灰的區(qū)域，煙氣一般由上方進(jìn)入反應(yīng)室，由下方的煙道通入下一道工藝。工作環(huán)境比較惡劣，SCR裝置會(huì)被顆粒物磨損，煙氣中的成分很復(fù)雜，會(huì)使催化劑失活、中毒等，需要解決催化劑活性的問題。

若SCR裝置因催化劑活性降低、積灰等原因?qū)е旅撓跣式档秃?，?huì)使SCR裝置出口NOx濃度偏高并增加氨的逃逸。SCR不僅要保證脫硝效率高，還要能控制逸氨量低于2×10-6（體積分?jǐn)?shù)），同時(shí)降低催化劑對(duì)煙氣中SO2/SO3的轉(zhuǎn)化效率。

從投資角度來講，SCR脫硝裝置的投資和運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較高，主要是因?yàn)榇呋瘎┑某杀咎?，約占總投資的50%左右，且催化劑壽命在24 000h左右，需及時(shí)更新催化劑。

從總體上來看，脫硝技術(shù)大體分為燃燒控制和燃燒后控制，由于燃燒過程的復(fù)雜性，目前脫硝技術(shù)以低氮燃燒為核心，以燃燒后控制為重點(diǎn)，使用SCR達(dá)到較高的脫硝效率。低氮燃燒技術(shù)基本能實(shí)現(xiàn)將爐膛出口氮氧化物濃度控制在200mg/m3以下，SCR脫硝能實(shí)現(xiàn)將煙氣中氮氧化物濃度控制在50mg/m3以下，甚至更低。

4.3 燃煤電廠煙氣脫硫的技術(shù)路線

脫硫工藝一般在脫硝、除塵工藝之后，目前采用的工藝有石灰石-石膏濕法脫硫、循環(huán)流化床脫硫、海水脫硫、干法/半干法脫硫等。其中，采用石灰石-石膏法濕法脫硫的機(jī)組在我國(guó)燃煤機(jī)組容量占比約96%以上，在最近幾年的新建機(jī)組和改造機(jī)組中，采用石灰石-石膏濕法脫硫的比例達(dá)到98.5%以上，這里主要對(duì)石灰石-石膏濕法脫硫進(jìn)行介紹。

石灰石-石膏濕法脫硫利用石灰漿液吸收SO2，形成硫酸亞鈣，再氧化后脫水形成石膏，既實(shí)現(xiàn)了煙氣脫硫，又能得到純度較高的副產(chǎn)品石膏。同時(shí)，石灰石-石膏濕法脫硫還能對(duì)粉塵起到協(xié)同脫除的目的，除塵效率在50%以上。石灰石原料的獲取比較容易，濕法脫硫效率高，整體工藝的造價(jià)合理。綜合對(duì)比下，石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)的優(yōu)越性不言而喻。

石灰石-石膏濕法脫硫主要是通過氣液的交互達(dá)到煙氣洗滌的作用。根據(jù)循環(huán)工藝的不同可以分為單塔單循環(huán)、單塔雙循環(huán)、雙塔雙循環(huán)等，具體采用何種工藝可以根據(jù)煙氣中污染物的含量、工程實(shí)際、排放要求確定。由于脫硫技術(shù)相對(duì)成熟，可在脫硫工藝中考慮增加對(duì)煙塵的二次去除。

單塔單循環(huán)工藝主要包括噴淋空塔、托盤塔等?？梢酝ㄟ^增加氣液接觸措施來提高脫硫效率，包括調(diào)整漿液pH值、降低煙氣流速、增加石灰漿循環(huán)量、調(diào)整液氣比、增加石灰漿停留時(shí)間、改進(jìn)塔內(nèi)氣流均勻性設(shè)計(jì)等［8］。此工藝改造原理較簡(jiǎn)單，但受現(xiàn)有吸收塔塔徑、基礎(chǔ)載荷的限制，設(shè)計(jì)入口SO2濃度一般不高于3 500mg/m3時(shí)，可以采取這種改造方案［9］。

隨著煙氣中SO2濃度增加及排放標(biāo)準(zhǔn)提高，以及脫硫效率、協(xié)同除塵效率、脫硫塔的出口液滴濃度等條件限制，新建機(jī)組和機(jī)組改造更多采用單/雙塔雙循環(huán)工藝，并配套升級(jí)噴淋設(shè)備、循環(huán)泵、除霧器等設(shè)備。

典型的噴淋空塔和單塔雙循環(huán)煙氣脫硫塔的煙氣處理如圖1所示。

單塔雙循環(huán)工藝和雙塔雙循環(huán)則通過實(shí)現(xiàn)雙pH值石灰石漿液脫硫。石灰石漿液的pH值較高（5.8～6.4）時(shí)，有利于SO2的吸收，但不利于CaSO3的氧化和石灰石的溶解，此過程可作為脫硫洗滌過程。當(dāng)漿液的PH值較低（4.5～5.3）時(shí)，石灰石顆粒能高度溶解，石膏的品質(zhì)也得到了提高，但脫硫效率相對(duì)較低。一級(jí)循環(huán)的脫硫效率基本能達(dá)到80%～90%，二級(jí)循環(huán)能達(dá)到93%～95%［9］，整體脫硫效率能達(dá)到99%以上。

在單塔雙循環(huán)脫硫工藝中，煙氣從脫硫塔下部進(jìn)入依次通過兩級(jí)循環(huán)，石灰漿液pH較高的二級(jí)循環(huán)在脫硫塔的最上層，以保證出口處的SO2濃度低于限定值。原有脫硫塔進(jìn)行雙pH值脫硫改造，是在塔外增加循環(huán)漿池，分別從不同的漿液池向一級(jí)和二級(jí)循環(huán)提供石灰漿，兩級(jí)循環(huán)能獨(dú)立控制，能較好地調(diào)節(jié)煙氣中的硫分變化。

雙塔雙循環(huán)工藝脫硫和單塔雙循環(huán)工藝原理近似，新建一座吸收塔與原塔作為兩級(jí)吸收塔裝置，能突破原有吸收塔的場(chǎng)地限制，對(duì)脫硫的控制更加精細(xì)化。但雙塔雙循環(huán)脫硫增加了煙氣流動(dòng)的阻力，需要采用增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行增壓。

在現(xiàn)有電廠進(jìn)行雙pH值脫硫工藝改造時(shí)，要配置相應(yīng)的除霧器，對(duì)除霧器的性能進(jìn)行升級(jí)，爭(zhēng)取做到脫硫后的液滴濃度低于40mg/m3。由于脫硫塔出口煙氣的溫度過低，直接排放會(huì)造成“煙囪雨”現(xiàn)象，故需采用煙氣再熱技術(shù)將煙氣溫度升到72℃以上［10］（部分人口稠密地區(qū)需酌情提高到90℃以上［8］）才能進(jìn)行排放。現(xiàn)有的回轉(zhuǎn)式GGH存在漏風(fēng)現(xiàn)象，應(yīng)予以拆除，用無泄漏的管式換熱器替代。

圖1 噴淋空塔（左）和單塔雙循環(huán)（右）煙氣處理流程

4.4 超低排放中單項(xiàng)工藝對(duì)其他工藝流程的影響

超低排放主要工藝包括除塵、脫硫、脫硝等工藝，工藝的技術(shù)路線選擇和布置順序會(huì)對(duì)整個(gè)煙氣處理流程產(chǎn)生影響。目前，中國(guó)大部分電廠普遍采用先脫硝、再除塵、最后脫硫的順序進(jìn)行煙氣凈化處理。單項(xiàng)工藝在實(shí)現(xiàn)主要污染物脫除的同時(shí)，會(huì)對(duì)整體的超低排放效果產(chǎn)生影響，有正影響也有負(fù)影響，現(xiàn)在就以煙氣處理工藝的順序進(jìn)行說明。

圖2 現(xiàn)有電廠改造路線

圖3 新建電廠典型設(shè)計(jì)路線（略去部分煙氣換熱部分）

SCR會(huì)使部分SO2轉(zhuǎn)化為SO3，這是負(fù)協(xié)同作用，需要在后面的工藝中對(duì)SO3進(jìn)行協(xié)同脫除，避免SO3形成液滴對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。

目前，除塵工藝主流趨勢(shì)是和煙氣換熱系統(tǒng)（MG?GH）結(jié)合，進(jìn)行低低溫電除塵改造，在運(yùn)用除塵工藝之前，需要降低排煙溫度，利用換熱原理實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的回收，節(jié)省燃料。煙塵溫度降低后，減少了煙氣量，降低了煙氣的流速，也利于SO3液化附著在粉塵上，這樣既利于粉塵的脫除，又利于減少SO3對(duì)后續(xù)設(shè)備的腐蝕。

若系統(tǒng)對(duì)汞的脫除有要求時(shí)，可以在除塵器后加裝一級(jí)活性焦捕集裝置，在脫汞的同時(shí)收集SO3。目前，利用新式的PTFE覆膜濾袋不但能濾除顆粒物和重金屬，還能濾除二噁英、呋喃等酸性氣體［2］。

脫硫塔在實(shí)現(xiàn)高效脫硫的同時(shí)，還可以對(duì)煙塵進(jìn)行二次脫塵，一般的除塵效率在50%～70%，脫硫塔采用增效的噴淋系統(tǒng)和除霧裝置后可以使協(xié)同除塵效率達(dá)到70%以上。

部分煙氣超低排放工藝采用濕式電除塵器作為最后一道凈化工藝。濕式電除塵器既能實(shí)現(xiàn)70%～80%的除塵效率，還可以協(xié)同去除煙氣中殘留的SO3微液滴、汞等污染物，對(duì)氣溶膠、有毒化合物的去除也有顯著效果。

現(xiàn)有的超低排放工藝緊湊又合理，對(duì)硫化物、氮化物、煙塵等污染物的脫除效果顯著。合理選擇污染物處理工藝，需要考慮工程的高效性和經(jīng)濟(jì)性，并綜合考慮這項(xiàng)工藝在整體流程中是否合理，是否會(huì)產(chǎn)生負(fù)協(xié)同作用，給下游的工藝增加過大壓力。工藝之間相互配合，上游工藝濾除對(duì)下游工藝產(chǎn)生重要影響的污染物，下游工藝在實(shí)現(xiàn)主工藝的同時(shí)能脫除上游工藝的副產(chǎn)物。合理組織整個(gè)煙氣污染物處理流程，就能實(shí)現(xiàn)燃煤電廠的煙氣超低排放。

5 改造電廠和新建電廠超低排放技術(shù)組合路線

隨著近幾年除塵技術(shù)的發(fā)展和脫硫工藝的改進(jìn)，已投運(yùn)電廠若能在第一道除塵工藝中實(shí)現(xiàn)煙塵的高效脫除（煙氣濃度小于10mg/m3），或能利用濕法脫硫聯(lián)合脫除時(shí)，可以不采用WESP，避免不必要的投資。已投運(yùn)電廠若是第一道除塵工藝改造困難，或除塵效果不佳時(shí)，或除塵要求高時(shí)，則必須要加裝WESP。此外，在第一道除塵工序中采用超凈電袋技術(shù)除塵的效果顯著。對(duì)火電機(jī)組進(jìn)行低低溫電除塵改造也可以提高除塵效率，低低溫除塵改造具有從整體工藝上節(jié)煤、節(jié)水并有除塵效率高的優(yōu)點(diǎn)。未來一段時(shí)間內(nèi)，預(yù)計(jì)會(huì)有更多的超低排放項(xiàng)目采用超凈電袋除塵或低低溫除塵改造作為除塵的主工藝。而當(dāng)燃煤電廠的煤質(zhì)波動(dòng)大、負(fù)荷變化大且較為頻繁，嚴(yán)重影響一次除塵效果時(shí)，適合采用濕式電除塵器作為二次除塵工藝［11］。

第二，教學(xué)因素。部分高校的教育教學(xué)存在很大的問題，在人才培養(yǎng)方面與社會(huì)實(shí)踐需求不符，使得學(xué)生的社會(huì)適應(yīng)能力較差，學(xué)習(xí)的積極性降低；有的教師專業(yè)理論水平或?qū)嵺`教育水平較低，教學(xué)方法與模式單一枯燥，不能認(rèn)真關(guān)心學(xué)生的發(fā)展與心理，了解學(xué)生的理解能力與學(xué)習(xí)能力，教學(xué)方式無法滿足學(xué)生對(duì)知識(shí)的需求，學(xué)生的課堂參與較降低；還有一些教師將大量的時(shí)間與精力用于科研，而對(duì)于教學(xué)工作的關(guān)心較少；部分學(xué)校的學(xué)習(xí)氛圍較差，學(xué)生的學(xué)習(xí)沒有緊迫感，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

脫硝工藝受限于鍋爐燃燒效率的經(jīng)濟(jì)效益，若有條件則進(jìn)行低氮燃燒改造，在爐膛內(nèi)使用低氮燃燒器，采用低過量空氣燃燒、燃料分級(jí)燃燒、空氣分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)低氮燃燒，以降低NOx的產(chǎn)生。目前，NOx處理主要采取SCR技術(shù)，大部分燃煤電廠采用“2+1”和“3+1”模式，在最初設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留備用催化劑層的安裝位置。通過前后兩部分的脫硝，NOx的濃度能降低到50mg/m3以下。隨著催化劑效率的提升和脫硝工藝的成熟，未來會(huì)有更多的新建電廠采用低氮燃燒技術(shù)和SCR進(jìn)行脫硝。

脫硫工藝相對(duì)成熟，已投運(yùn)電廠可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行脫硫塔增效改造、雙pH值循環(huán)脫硫改造，或?qū)ο鄳?yīng)的噴淋裝置、漿液循環(huán)泵、除霧器進(jìn)行改造，達(dá)到高效脫硫、協(xié)同除塵、降低出口液滴濃度等要求。新建電廠推薦使用石灰石-石膏濕法脫硫，采用雙pH值循環(huán)技術(shù)，可以采用單塔或雙塔進(jìn)行煙氣處理，并采用高效的配套裝置。

目前，超低排放的主要改造趨勢(shì)是在爐膛內(nèi)進(jìn)行低氮燃燒改造、合理選擇SCR催化劑、增加SCR催化劑層數(shù)、改造煙氣換熱系統(tǒng)、改造除塵器為低低溫除塵或增加濾袋將其改造為電袋復(fù)合除塵、脫硫塔進(jìn)行雙pH值循環(huán)脫硫，最后根據(jù)工程實(shí)際確定濕式電除塵器是否需要增加。

典型的已投運(yùn)電廠超低排放改造路線和典型的新建電廠超低排放的設(shè)計(jì)路線分別如圖2和圖3所示。

已投運(yùn)電廠可能受限于現(xiàn)有設(shè)施場(chǎng)地限制，無法實(shí)現(xiàn)所有裝置的改造升級(jí)，可以選擇對(duì)有改造條件的除塵器、脫硫塔和煙氣管道等進(jìn)行改造，如增加SCR催化劑的層數(shù)、在電除塵后增加布袋除塵室、對(duì)脫硫塔進(jìn)行增效改進(jìn)（如增加石灰石漿液的流量和停留時(shí)間等），并將原有的回轉(zhuǎn)式GGH拆除，新建管式GGH。這種改造模式成本相對(duì)較低，改造停機(jī)時(shí)間短，且能達(dá)到煙氣污染物超低排放的目的。

新建電廠要充分考慮設(shè)計(jì)裕量，基本上都選擇最先進(jìn)的工藝。首先要在爐膛內(nèi)實(shí)現(xiàn)低氮燃燒、SCR催化劑要選用足夠的層數(shù)并保留備用層的安裝位置、設(shè)計(jì)合理的煙氣換熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低低溫電除塵、選用單/雙塔雙循環(huán)脫硫?qū)γ摿蜻M(jìn)行精細(xì)化控制等。在整個(gè)工藝的最后是否增加濕式電除塵器需要看前方工藝的煙氣凈化效果，若無需要?jiǎng)t不必安裝，但要預(yù)留相應(yīng)的安裝位置，以備日后上游設(shè)備性能下降時(shí)，增設(shè)濕式電除塵器進(jìn)行煙氣凈化。

具體的改造路線可以依據(jù)電廠的實(shí)際情況而定，已投運(yùn)電廠可以針對(duì)不達(dá)標(biāo)的工藝進(jìn)行升級(jí)，以節(jié)省投資；新建電廠可以根據(jù)煤質(zhì)、運(yùn)行工況、地區(qū)政策等進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，并注意保留裕量。

6 2016年度超低排放技術(shù)行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)

根據(jù)中電聯(lián)公布的2016年度火電廠環(huán)保產(chǎn)業(yè)信息［4］得出，在脫硫工藝中，石灰石-石膏法濕法脫硫工藝占新投運(yùn)機(jī)組中的采用率為99.75%，在煙氣脫硫改造機(jī)組中的采用率為98.60%，均大于整體裝機(jī)比例96.12%，石灰石-石膏濕法脫硫工藝的發(fā)展是大勢(shì)所趨。

在煙氣脫硝工藝中，采用SNCR的比例（6.86%）略高于整體裝機(jī)比例（3.78%），采用SNCR+SCR的比例（3.20%）也高于整體裝機(jī)比例（1.56%）。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是SNCR的工程造價(jià)相對(duì)較低。

在先進(jìn)除塵技術(shù)中，截至2016年底，累計(jì)采用袋式除塵、電袋復(fù)合除塵、濕式電除塵、低低溫電除塵器的機(jī)組容量約占煤電機(jī)組裝機(jī)容量的8.4%、23.9%、9.0%和9.0%，均高于2015年同期統(tǒng)計(jì)的6.51%、19.09%、6.39%和3.86%，各項(xiàng)先進(jìn)除塵技術(shù)在2016年度都實(shí)現(xiàn)了大幅增長(zhǎng)。

在中電聯(lián)公布的數(shù)據(jù)中，還包括火電廠煙氣脫硫脫硝的特許經(jīng)營(yíng)和委托經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)（特許經(jīng)營(yíng)和委托經(jīng)營(yíng)是火電廠超低排放改造工程的具體操作方式，由具有資質(zhì)的第三方進(jìn)行污染物治理，使火電廠的煙氣污染物排放達(dá)到審計(jì)部門的標(biāo)準(zhǔn)）。截至2016年底，在運(yùn)火電廠煙氣脫硫特許經(jīng)營(yíng)的機(jī)組容量超過1.08億kW，煙氣脫硝特許經(jīng)營(yíng)機(jī)組容量超過0.76億kW；在運(yùn)火電廠煙氣脫硫委托運(yùn)營(yíng)的機(jī)組容量超過0.69億kW，煙氣脫硝委托運(yùn)營(yíng)的機(jī)組容量超過0.13億kW。各項(xiàng)數(shù)據(jù)的比例如表5所示。

表5 火電廠煙氣脫硫脫硝特許經(jīng)營(yíng)與委托運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)

靈活的經(jīng)營(yíng)模式激發(fā)了市場(chǎng)活力，有力推進(jìn)了我國(guó)火電廠超低排放改造市場(chǎng)的發(fā)展，相信在不遠(yuǎn)的將來，我國(guó)燃煤火電廠的煙氣污染物處理水平將會(huì)有更大提升，為我國(guó)環(huán)保事業(yè)增磚添瓦。

7 結(jié)語

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展和環(huán)境治理力度加大，燃煤電廠實(shí)現(xiàn)超低排放改造勢(shì)在必行。“因地制宜，因煤制宜，因爐制宜，因標(biāo)準(zhǔn)制宜”，合理考慮電廠的整改目的與設(shè)計(jì)要求，選擇高效、經(jīng)濟(jì)的超低排放路線是可以實(shí)現(xiàn)的。從提高主要的除塵、脫硝和脫硫工藝的效率出發(fā)，提升對(duì)主要污染物的處理，并從多種污染物的協(xié)同處理角度進(jìn)行考慮，對(duì)煙塵、NOx、SO2、汞等污染物進(jìn)行綜合治理，在達(dá)到煙塵凈化目的的前提下減少投資和簡(jiǎn)化控制，是未來超低排放工藝流程的發(fā)展方向。

［1］國(guó)家發(fā)展改革委，環(huán)境保護(hù)部，國(guó)家能源局.關(guān)于印發(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)）［EB/OL］.（2014-09-12）［2017-11-01］.http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/gwy/201409/t20140925_289556.htm.

［2］江得厚，王賀岑，張營(yíng)帥，等.袋式除塵器在燃煤電廠煙氣“超低排放”應(yīng)用分析探討［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2015（10）：87-91.

［3］張東輝，莊燁，朱潤(rùn)儒，等.燃煤煙氣污染物超低排放技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析［J］.電力建設(shè)，2015（5）：125-130.,

［4］中電聯(lián)節(jié)能環(huán)保分會(huì).中電聯(lián)發(fā)布2016年度火電廠環(huán)保產(chǎn)業(yè)信息［EB/OL］.（2017-05-12）［2017-08-28］.http：//www.cec.org.cn/huanbao/jienenghbfenhui/fenhuidongtai/fenhuixinwen/2017-05-12/168223.html.

［5］全國(guó)環(huán)保產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)環(huán)境保護(hù)機(jī)械分技術(shù)委員會(huì)，浙江菲達(dá)環(huán)保科技股份有限公司.電除塵器［M］北京：中國(guó)電力出版社，2010.

［6］吳玉生.燃煤電廠煙塵超低排放技術(shù)路線比選研究［J］.能源與節(jié)能，2016（4）：5-7，9.

［7］段傳和，夏懷祥.選擇性非催化還原法（SNCR）煙氣脫硝［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2011.

［8］全國(guó)環(huán)保產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)環(huán)境保護(hù)機(jī)械分技術(shù)委員會(huì)，武漢凱迪電力環(huán)保有限公司.燃煤煙氣濕法脫硫裝置［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2010.

［9］李興華，何育東.燃煤火電機(jī)組SO2超低排放改造方案研究［J］.中國(guó)電力，2015（10）：148-151，160.

［10］李帥英，武寶會(huì)，牛國(guó)平，等.600MW燃煤機(jī)組大氣污染物超低排放技術(shù)應(yīng)用［J］.熱力發(fā)電，2016（12）：25-29.

［11］朱法華.燃煤電廠煙氣污染物超低排放技術(shù)路線的選擇［J］.中國(guó)電力，2017（3）：9-16.

An Overview of Ultra-low Emission Technology and Development of Coal-fired Units

Liu Bei
（Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200000）

In the face of the severe environmental pressure,the national pollutant emission requirements for coal-fired power plants has greatly increased in recent years.This paper mainly introduced the existing ul?tra low emission in the process of single technology,and analyzed of the pros and cons of single technology and influence on the ultra low emission process,the role of coordination and collaboration between differ?ent process.By technical performance,comprehensive comparison and reference of ultra-low emissions trans?formation and new plant low emissions of the design process,the engineering application of coal-fired pow?er plants in our country,pointed out some reduction technology and the development trend of the develop?ment direction of the whole process.

ultra-low emissions；flue gas desulfurization；SCR；dust removal technology

X773

A

1003-5168（2017）12-0120-06

2017-11-01

上海市科委地方院校能力建設(shè)項(xiàng)目（15160500800）；上海高校青年教師培養(yǎng)資助計(jì)劃（ZZsdl15142）。

劉備（1993-），男，碩士，研究方向：燃煤機(jī)組熱力發(fā)電與控制。