燃煤机组超洁净排放技术及效益浅析

陈文韬，邓 康，周海英（广东环境保护工程职业学院，广东 佛山 528216）

燃煤机组超洁净排放技术及效益浅析

陈文韬，邓 康，周海英
（广东环境保护工程职业学院，广东 佛山 528216）

针对目前燃煤电厂除尘、脱硫、脱硝等烟气治理技术存在的问题，提出了“超洁净排放”环保改造技术路线，并对其技术经济和环境效益进行了分析，以期为实施“超洁净排放”改造的燃煤电厂提供指导。

燃煤电厂；超洁净排放；脱硫；脱硝；除尘

引言

燃煤电厂是我国大气中各种污染物的重要排放源，约90%的SO2、67%的NOx、70%的粉尘来源于燃煤电厂［1-2］。随着大气污染防治行动计划逐步推进，大气环境质量提升的压力日益增大。2014年10月，国家发改委、环境保护部和国家能源局联合印发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014～2020年）的通知》（发改能源〔2014〕2093号）［3］，行动目标中提出“东部地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值（即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50mg/m3）”，2014 年，我国先后有多家燃煤电厂宣称实现了烟气中烟尘、SO2、NOx三项大气污染物的“近零排放”“超清洁排放”或“超低排放”［4］。由此，燃煤电厂“超洁净排放”受到公众的热捧或质疑。

本文从燃煤电厂烟气治理技术存在的问题、超洁净排放技术路线、技术经济、环境效益等方面进行分析，为客观看待燃煤电厂的超低排放与环境改善提供必要的依据，为实施“超洁净排放”改造的燃煤电厂提供指导。

1　现有烟气治理技术存在的问题

我国电力行业烟气治理措施虽然在机理和技术上已经很成熟，但从目前已投运的烟气治理设施运行情况来看，仍有很多电厂烟气处理效率受系统设计、设备质量、安装、调试以及运行管理等因素的影响，运行稳定性尚待提高。

1.1脱硫

目前，燃煤机组脱硫工艺主要是湿法脱硫，以石灰石-石膏法最为常见。湿法脱硫主要存在的问题有：1）部分电厂存在燃煤硫分偏离设计值的情况，直接造成脱硫设施入口烟气量和SO2浓度超出设计范围，脱硫设施无法长期稳定运行；2）脱硫吸收塔常常被当成第二级除尘器，大量烟尘进入脱硫塔，轻则降低脱硫效率，影响副产物的性能，加剧系统的磨损，重则可引起吸收浆液的品质恶化，脱硫设施无法运行，被迫停运；3）因烟气换热器（GGH）普遍存在积灰、堵灰，阻力剧增、漏风大而引发SO2超标排放等问题，目前安装湿法烟气脱硫系统的燃煤发电机组普遍拆除了GGH。但取消GGH后出现了烟囱排烟温度降低，容易造成夹带液态污染物的排放，导致正常天气情况下，烟囱附近区域经常出现“石膏雨”现象。“石膏雨”产生的原因，还包括脱硫塔设计偏小、塔内流速较大、湿法脱硫系统运行效率降低、除雾器效果较差、烟囱内部冷凝液收集设计不合理等。

1.2脱硝

目前脱硝的主流工艺是选择性催化还原法（SCR），约占脱硝机组总装机容量的95%以上，选择性非催化还原法（SNCR）占5%以下。脱硝系统存在的潜在问题主要包括：液氨的安全性问题、脱硝技术国产化问题、失效催化剂的再生与处置问题、氨逃逸问题等。此外，由于近年来实体经济发展不足，电厂机组长期在低负荷状态下运行，烟温下降，SCR烟气脱硝装置不能正常运行，NOx浓度是额定负荷的2～3倍，问题亟待解决。脱硝系统的投运还容易导致空预器等堵塞。

1.3除尘

除尘工艺主要有电除尘、袋式除尘和电袋复合等，主要问题有：1）由于设计原因，目前运行的电除尘器比收尘面积偏小，其除尘器的除尘效率和烟尘排放浓度不能满足更严格的标准限值；2）实际燃煤煤质偏离设计煤质，除尘设施不能适应煤质的变化，引起运行性能下降；3）设备老化，运行维护不及时，影响除尘器的投运率等。

2　“超洁净排放”环保改造技术路线

针对当前“超洁净排放”要求，我国各大发电集团、环保公司等对烟尘、二氧化硫和氮氧化物的超低排放控制进行了探索研究，目前实现烟气“超洁净排放”的技术路线主要如下［5-7］：

（1）除尘技术。主要包括低低温电除尘、电除尘器配高效电源+湿式电除尘器和电袋复合高效除尘器+湿法脱硫+高效除雾器等工艺路线。

（2）脱硫技术。相对于常规的石灰石-石膏湿法脱硫系统，实现超低排放的脱硫新技术主要有双循环技术（包括单塔双循环、双塔双循环）、托盘塔技术（包括单托盘、双托盘）、增加喷淋层、性能增强环、提升石灰石品质、添加脱硫增效剂等。

（3）脱硝技术。一方面在不影响锅炉效率与安全的前提下，控制低氮燃烧后的NOx产生浓度，另一方面提高现有SCR的脱硝效率，通常可通过增加SCR催化剂的填装层数或催化剂的体积，改造工程多将原有的2+1层催化剂直接更改为3层全部填装，部分电厂采用3+1层 SCR催化剂的措施等实现运行提效。

结合上述技术，燃煤发电机组实施“超洁净排放”改造，采用如下典型技术路线，具体见下图。

典型技术路线图

从上述“超洁净排放”技术来看，除尘、脱硫、脱硝的基本技术并没有重大突破，主要是通过多种技术的进一步组合（或串联），延长烟气治理过程（或增加处理次数）。组合后设备的整体效率、稳定性等还有待研究。

3　“超洁净排放”技术效益分析

以广东省116个12.5万kW以上燃煤机组为样本，从珠三角与非珠三角两个层面对燃煤发电机组实施“超洁净排放”进行评估。

3.1技术经济分析

对于现役煤电机组的环保改造，不同电厂环保设施的基础不同，环保改造的内容也有所不同，因此改造的经济费用不尽相同。从特别排放限值到实现燃气机标准，技术改造工作需要较大的投资。改造费用主要来自于湿式电除尘器的建设费用，当前国内1000、600、300MW湿式电除尘器投资中标价，分别相应≥48～60元/kW、≥60～70元/kW、≥80～90元/kW。珠三角地区62台12.5万kW以上燃煤机组，按125M～350MW机组改造费90元/kW，600M～700MW机组改造费用70元/kW，1000MW机组改造费用60元/kW进行估算，珠三角燃煤机组的改造投资约19.22亿元。非珠三角地区54台12.5万kW以上燃煤机组装机容量为2414.5万kW，现有锅炉标准达到燃机排放限值的改造费用，按300元/kW的废气治理设施改造投资计，共需投资约72.44亿元。

3.2 环境效益分析

根据广东省116个12.5万kW以上燃煤机组2013年废气排放情况，采用额定烟气量对燃煤发电机组达到“超洁净排放”环境效益进行评估，结果见表1。从表1可以看出，珠三角地区62台燃煤机组实施该排放限值后，与特别排放限值相比，烟尘、SO2和NOx的减排效果不明显，改造后其减排比例分别为1.84%、1.07%和2.27%。

从表2可以看出，与珠三角地区相比，广东全省116台燃煤机组实施该排放限值后，烟尘、SO2和NOx的减排效果较为显著，改造后减排比例分别为5.26%、12.06%、4.37%，主要原因是非珠三角地区目前执行的大气污染物排放限值相对宽松。

表1　珠三角地区环境效益评估结果

表2　全省环境效益评估

4　结语

（1）燃煤发电机组全面实现“超洁净排放”限值要求必将成为发展趋势。现有“超洁净排放”技术并没有重大突破，主要是通过多种技术的组合（或串联），对延长烟气治理过程（或增加处理次数）。组合后设备的运行效率、稳定性、经济性等还有待考察研究。

（2）以广东省116个12.5万kW以上燃煤机组为例，对珠三角与非珠三角地区燃煤发电机组达到“超洁净排放”环境效益进行评估，结果表明，煤电机组满足“超洁净排放”技改工作，应有条件、有选择性地稳步推进。鼓励部分重点区域（企业）根据环境空气质量、经济发展情况、区域大气改善要求，因地制宜、因煤制宜、因炉制宜确定合适的技改工艺路线。

（3）目前“超洁净排放”改造技术多为现有技术的优化集成，在原理和工程技术上可行。但系统技术的经济性、稳定性和环境效益，仍需要时间检验和进一步科学评估。

［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.

［2］ Zhao Yu，Wang Shuxiao，Duan Lei，et al.Primary air pollutant emissionsof coal-fired power plants in China：Current status and future prediction［J］. Atmospheric Environment，2008，42（36）：8442-8452.

［3］ 中华人民共和国国家发展和改革委员会.煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年） ［EB/OL］.http：//www.sdpc.gov.cn/gzdt/201409/ t20140919 _626240. html，2014-09-12.

［4］ 王志轩.燃煤电厂大气污染物“超低排放”基本问题思考［J］.环境影响评价，2015，37（4）：16-17.

［5］ 杨青山.火电厂电“超洁净排放”改造应对策略研究及问题分析［J］.电力科技与环保，2015，37（4）：44-46.

［6］ 王树民，宋畅，陈寅彪，等.燃煤电厂大气污染“近零排放”技术研究及工程应用［J］.环境科学研究，2015，28（4）：487-493.

［7］ 王东歌，朱法华，王圣，等.燃煤机组烟尘超低排放改造及技术经济分析［J］.环境科技，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