燃煤烟气超低排放技术路线选择建议

李博，赵锦洋，吕俊复

(1.电力规划设计总院，北京100120;2.教育部热科学与动力工程重点实验室，清华大学热能工程系，北京100083)

燃煤烟气超低排放技术路线选择建议

李博1，2，赵锦洋1，吕俊复2

(1.电力规划设计总院，北京100120;2.教育部热科学与动力工程重点实验室，清华大学热能工程系，北京100083)

总结和分析了在实施超低排放项目中常用的提效单污染物控制技术以及典型的超低排放技术路线，并对每种技术路线在燃煤电厂的应用情况进行了分析。根据煤质因素、工况变化、对电厂运行的影响以及投资运行经济性等四个方面对燃煤烟气超低排放技术方案的选择提出了建议。

燃煤电厂;超低排放;技术路线;对策建议

0 引言

2012年以来，我国各地尤其是京津冀地区和长三角地区雾霾频发，燃煤电厂作为煤炭消费的主要终端，成为了重要的管控对象。国家也相继提高了环保标准、出台了相关政策加大污染物控制的力度。超低排放技术，普遍认为是在采用传统的除尘、脱硫和脱硝技术的基础上，通过对现有技术进行提效改进或增加新技术，使粉尘、SO2和NOx排放分别达到5mg/m3或10mg/m3、35mg/m3和50mg/m3。超低排放主要针对的是常规大气污染物，即粉尘、SO2和NOx，而不包括其他污染物和CO2［1－6］。随着超低排放的政策和地方标准相继出台，超低排放技术在我国火电领域得到了广泛的应用。

为了适应环保新形势，各种环保新技术层出不穷，火电厂污染物控制技术路线呈现多样化的发展趋势。本文对在超低排放技术路线中常用的单项提效环保技术及典型的超低排放技术路线进行了分析，为未来超低排放技术路线的选择提供了参考。

1 适用于超低排放的增效环保技术

表1所示为超低排放技术方案中拟定参考的备选污染物脱除技术。在超低排放技术路线选择过程中，脱硝系统可选择的技术设备类型并不多。现有成熟的脱硝技术方案通常是低NOx燃烧技术+SCR脱硝技术。低NOx燃烧技术可将锅炉出口的NOx浓度控制在300mg/m3以下，当煤质较好时甚至可控制在150～200mg/m3。炉后脱硝系统通常选用SCR脱硝技术，通过采用不同的催化剂层数和催化剂体积以及不同的流道结构和吹灰方式，可达到70%～90%的脱硝效率。在燃用优质烟煤的条件下，可将烟囱出口的NOx浓度降低至20 mg/m3。SNCR脱硝技术也是炉后脱硝系统的一种，但由于SNCR技术的脱硝效率一般为20%～40%，难以应对排放要求较高的场合，因此在燃煤电厂的应用范围不及SCR广泛。

针对目前国内绝大多数电厂采用湿法脱硫系统的现状，在超低排放概念提出后，一些适用于湿法脱硫系统的扩容增效技术被广泛应用。除了增加喷淋层、更换喷嘴、提高钙硫比等常规方法外，在常规湿法脱硫系统的基础上改进而来的单塔/双塔双循环脱硫技术(或单塔双区脱硫技术)、单托盘/双托盘脱硫技术以及旋汇耦合脱硫技术等均可达到较高的脱硫效率，脱硫效率最高可达99.50%。在协同控制方面，湿法脱硫技术具有协同除尘效果，考虑不同的脱硫塔内烟气流速、除雾器形式及除雾器级数，一般认定除尘效率50%～70%，这里认定的除尘效率指的是包含了石膏颗粒的总尘除尘效率。若采用高效除雾器，总尘脱除效率可达75%～90%。

表1 超低排放技术方案拟定参考的备选污染物脱除技术

除尘设备相对复杂，国内大部分电厂采用的是干式电除尘器，在此基础上采用高频电源、三相电源、移动极板电除尘器可在一定程度上提高除尘效果。2014年上半年，超低排放概念刚提出时，不同形式的湿式电除尘技术受到了业内的追捧。随着实践认识的不断深入，对湿式电除尘技术的适用范围和优缺点认识更加清晰，部分发电集团提出，通过增设高效除雾器提高湿法脱硫系统的协同脱除作用，而不采用湿式静电除尘器，达到粉尘超低排放的目标。国电清新提出了高效脱硫除尘一体化装置，在原旋汇耦合脱硫塔的基础上进行改进，在塔内增设除尘除雾一体化装置代替除雾器。而对于不适用于干式电除尘器的煤种，龙净环保自主研发了超净电袋的电袋复合除尘器，采用先进的滤料，增加滤袋的使用寿命，并且进一步提高除尘效率。

2 典型超低排放技术路线

目前，典型的超低排放技术路线可分为配置湿式电除尘器的技术路线和不配置湿式电除尘器的技术路线两种。

2.1 配置湿式电除尘器的技术路线

(1)SCR+低低温电除尘技术+单塔单循环脱硫技术+湿式电除尘技术。该技术路线主要强调粉尘超低排放的达标要求，而在脱硫方面并未做太大提效的改动。神华国华惠州电厂300MW机组采用该技术路线。一般来说，该技术路线的脱硝效率最高可达90%，脱硫效率最高可达97.9%，电除尘效率可达99.91%，湿式电除尘效率可达80%。

(2)SCR+干式电除尘技术+双塔双循环脱硫技术+湿式电除尘技术。该技术路线采用双塔双循环脱硫系统，尤其针对含硫量较高的工况。华能白杨河电厂300MW机组采用该技术路线。一般来说，该技术路线的脱硝效率最高可达90%，脱硫效率最高可达99.50%，电除尘效率可达99.85%，湿式电除尘效率可达80%。

(3)SCR+低低温电除尘技术+双托盘脱硫技术+湿式电除尘技术。浙能嘉华电厂1000MW机组采用该技术路线，一般来说，该技术路线的脱硝效率最高可达90%，脱硫效率最高可达98.80%，电除尘效率可达99.91%，湿式电除尘效率可达80%。

(4)SCR+电袋复合除尘技术+双塔双循环脱硫技术+湿式电除尘技术。山西瑞光电厂300MW机组采用的是该技术路线。该技术路线采用电袋复合除尘器替代干式电除尘器，一般来说，脱硝效率最高可达90%，脱硫效率最高可达99.50%，电袋复合除尘器出口粉尘浓度在5mg/m3～15mg/m3之间，湿式电除尘效率可达80%。

2.2 不配置湿式电除尘器的技术路线

(1)SCR+低低温电除尘技术+单托盘/双托盘脱硫技术+高效除雾技术。神华鸳鸯湖电厂采用该技术路线。该技术路线主要充分利用脱硫吸收塔的协同除尘作用以及高效除雾器对液滴的高脱除率，保证脱硫吸收塔出口处的液滴浓度较低，从而使得雾滴含固量较低。一般来说，该技术路线的脱硝效率最高可达90%，脱硫效率最高可达98.80%，电除尘效率可达99.91%。脱硫吸收塔的协同除尘效率最高可达80%左右。

(2)SCR+干式电除尘技术+旋汇耦合脱硫技术+灌输式除雾技术。该技术路线利用管束式除尘除雾一体化装置代替除雾器，置于脱硫塔顶部，起到协同除尘除雾的效果。大唐云冈电厂300MW机组采用该技术路线。一般来说，该技术路线的脱硝效率最高可达90%，脱硫效率最高可达98.80%，电除尘效率可达99.85%，管束式除尘除雾一体化装置的除尘效率可以达到80%。

3 超低排放技术路线选择建议

3.1 煤质因素

一般来说，燃用中低灰分、中低硫分和高发热量煤种的机组适宜采用超低排放技术，技术路线的选择范围较宽。燃用高灰分、高硫分的煤种需充分评估各技术路线的运行可靠性及经济性后再做选择。根据具体工程的煤质和灰成分的差异，除尘可选择干式电除尘器、低低温电除尘器或电袋复合除尘器再配合脱硫吸收塔的协同洗尘作用;脱硫可根据煤种含硫量的高低选择单塔/双塔双循环脱硫系统(单塔双区脱硫系统)、单托盘/双托盘脱硫系统、旋汇耦合脱硫系统(管式格栅脱硫系统)等。

3.2 工况变化

燃煤机组变负荷运行和煤质变化是影响超低排放技术路线选择的又一因素。当负荷降低时，烟气量减少，烟温降低，可能使进入SCR脱硝系统的烟气温度低于催化剂温度窗口，影响脱硝效率。一般来说SCR系统催化剂温度窗口为280～400℃，当负荷率低于50%左右时，需注意SCR脱硝系统是否能稳定运行。当机组长期运行在低负荷状态，建议选择全负荷脱硝方案。全负荷脱硝方案主要包括省煤器高温烟气旁路、省煤器水旁路和分级省煤器，可以根据具体工程情况选用不同的方案。

3.3 对电厂运行的影响

超低排放技术的采用在一定程度上提高了厂用电率，从而降低了电厂能量转化效率，进而提高了电厂的运行成本。进行超低排放项目改造后，不同项目的厂用电率均有所提高。如果采用湿式电除尘器的话，应该考虑湿式电除尘器的水系统平衡以及废水排放问题，建议优先考虑耗水量少的导电玻璃钢式湿式电除尘器。由于除雾器冲洗水是考虑在脱硫系统水系统内的，因此，采用三级高效除雾器时，需考虑除雾器冲洗水量的增加是否影响脱硫系统水平衡，当除雾器冲洗水量过大时可能会影响脱硫系统的水平衡，而除雾器冲洗水量不足时，容易造成除雾器的结垢，影响除雾器的除雾效果。

3.4 投资成本和运行成本

超低排放技术的投资和运行成本一直是业内关心的问题。在技术路线选择时，在保证超低排放技术长期可靠稳定运行的基础上，需要综合考虑不同技术路线的投资和运行成本。当燃用优质煤种时，可选技术路线的范围较多，通过充分论证技术路线的经济性，选择经济性好的技术路线。当煤质灰分较低，根据粉尘排放浓度小于10mg/m3或5mg/m3的要求，可不考虑采用湿式电除尘器，节约投资成本和运行成本;当煤质硫分较低时，可以不考虑采用双循环脱硫技术，当煤质硫分更低(硫分＜0.6%)时，甚至可以不考虑采用托盘脱硫技术或旋汇耦合技术，仅通过更换喷嘴或增加喷淋层的方式即可达到超低排放标准。需要指出的是，湿式电除尘器对PM2.5、SO3和汞具有一定的协同脱除作用，因此，当考虑PM2.5、SO3和汞的脱除时，可以根据具体情况选择配置湿式电除尘器。

4 结语

在适用于超低排放的单污染物控制技术中，脱硝技术常选择炉内低氮燃烧技术+SCR脱硝技术;脱硫技术可以选择单塔/双塔双循环脱硫系统(单塔双区脱硫系统)、单托盘/双托盘脱硫系统、旋汇耦合脱硫系统(管式格栅脱硫系统)等;除尘技术可以选择干式电除尘技术、低低温电除尘技术或电袋复合除尘技术，同时结合需要可选择高效电源技术。

进行超低排放技术路线的选择时，需要结合具体工程实际情况，从运行的长期可靠稳定性和投资运行经济性两方面进行考虑。影响设备长期可靠稳定运行的因素主要有煤质因素和工况变化情况以及超低排放技术对电厂运行的影响。影响投资运行经济性的主要是投资成本和运行成本。

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Suggestions on the ultra－low emission technical routes of coal－fired flue gas

It summarized and analyzed the high efficiency environmental protection technologies，typical ultralow emission technical routes and their applications.According to the coal property，variation of operation condition，the effect on the operation of power plant and investment and economic，it provides suggestions on the ultra－low emission technical routes of coal－fired flue gas.

coal－fired power plant;ultra－low emission;technical route;countermeasures

X701.7

B

1674－8069(2016)05－013－03

2016-01-17;

2016-02-26

李博(1987-)，女，河北廊坊人，工程师，主要从事火电厂污染物控制技术研究工作。E－mail:boli@eppei.com