摘要：随着我国社会和经济的快速发展，人们对生活环境质量的要求越来越高，因此，国家加大大气污染防治力度，推行一系列严格的排放标准对火电厂大气污染物进行控制，越来越多的燃煤火电厂参与到“超低排放”改造中来，目前完成“超低排放”改造的燃煤机组所采用的技术路线各有特点。火电厂大气污染物排放新标准发布、实施后，燃煤电厂开展了一系列环保设施提效运行和升级改造工作，以期满足逐步从严的污染物排放浓度限值要求。基于此，本文主要阐述了燃煤火电厂超低排放改造技术路线整体概述、燃煤火电厂超低排放的现状、超低排放改造技术路线对比分析及选择建议、完善燃煤电厂超低排放改造技术策略，以供参考。
关键词：燃煤火电厂超低排放技术路线策略
在燃煤电厂超低排放改造技术路线的运用中，要形成多样化的综合技术运用，围绕燃煤电厂超低排放技术路线的优化创新，更好的推动整个技术创新的优化但随着大气污染防治工作的推进，达标排放已非燃煤电厂的全部追求，污染物超低排放、排放水平达到燃气电厂排放标准已成为燃煤电厂进一步削减污染排放、积极承担社会责任的期望目标。
一、燃煤火电厂超低排放改造技术路线整体概述
1.1燃煤火电厂超低排放主要技术路线
技术路线一：低NOX燃烧器+SCR+低低温电除尘器+湿法烟气脱硫工艺+湿式电除尘器；
技术路线二：低NOX燃烧器+SCR+高效除尘器+湿法烟气脱硫工艺+湿式电除尘器；
技术路线三：低NOX燃烧器+SCR+低低温电除尘器+优化后的湿法烟气脱硫工艺（含高效除雾器）。
1.2燃煤电厂超低排放的运用方式
主要是低温电除尘器、降温换热器、湿法烟气脱硫协同除尘、脱三氧化硫技术。通过在电除尘前加装热回收器，烟气温度降低至酸露点以下，此时，绝大部分三氧化硫在烟气降温过程中凝结。
二、燃煤火电厂超低排放的现状
一是部分超低排放改造项目投资过高、厂用电率过高。部分项目急于实现超低排放改造，因此将各种技术堆积在一起，改造后NOX、SO2、粉尘排放满足超低排放要求，但投资运行成本过高，且烟气治理部分能耗较高，厂用电率的提高无疑使全厂供电煤耗增加。二是超低排放改造仅按满足目前的要求进行排放控制。火电厂烟气污染物排放标准还在完善和发展阶段，在这一阶段，更要注意前瞻性分析和研究，否则对技术路线的发展将十分不利，包括对三氧化硫、重金属、PM2.5等的控制应该是我们综合考虑的问题。举例：某600MW机组“超低排放”改造项目，改造后NOX、SO2、粉尘排放满足超低排放要求，但未考虑协同治理，结果测试三氧化硫排放浓度在100mg/Nm3以上。而三氧化硫是造成低温腐蚀、设备结垢的元凶。三是采用低低温电除尘器技术应注意的主要问题。低低温电除尘器+高效湿法烟气脱硫协同控制由于理念先进，节能及综合环保性能好有望成为环保治理技术的主流工艺路线（包括对燃中硫中灰以上工程应用）。但应注意对低低温电除尘器除尘体系进行细致设计。目前已有电厂由于采用低低温电除尘器后引起一电场的灰量增加以及灰中三氧化硫增加，引起的流动性变差，造成输灰困难，已有几个工程出现上述问题，应该在以后的输灰系统设计时引起重视。
三、超低排放改造技术路线对比分析及选择建议
目前，燃煤电厂进行超低排放改造已经成为共识，各大发电集团和发电厂都在积极进行超低排放改造。超低排放改造技术路线主要分为两种，一种是基于末端治理技术，一种是基于污染物协同脱除思路。前者主要是在脱硫塔后增加了湿式电除尘器，该技术路线从长期运行来看，技术稳定性较好，并且除尘效果也较好，但是由于湿式电除尘技术引进国内时间较短，一些核心技术还没有完全国产化，采用该技术投资成本较高，同时在运行过程中耗水量也大，还需要配置一套废水处理装置，因此运行成本也相对较高。后者主要是增加低温电除尘器同时对脱硫塔进行升级改造，提高脱硫塔协同脱除粉尘能力。该技术投资和运行成本相对较低，从短期来看，该技术可以满足超低排放改造的排放要求，但是由于其除尘性能和脱硫塔以及锅炉运行情况有非常密切的关系，因此当前面工况变化时，对除尘效果影响较大，并且其长期稳定运行效果还有待于进一步研究。在基于对超低排放改造技术研究以及现场调研的基础上，对燃煤电厂超低排放改造技术选择提供以下三点建议。
（1）在选择技术路线时，要具体问题具体分析，要根据电厂自身燃煤情况和机组情况来选择适合的超低排放改造技术。
（2）超低排放改造技术选择不仅要考虑技术的先进性，同时要兼顾技术经济性，尤其要选择具有节能潜力的超低排放改造技术。
（3）通过提高管理和运行水平，作为超低排放改造的技术补充。为了实现超低排放的目的，技术是主要方面，但是管理和运行水平也是很重要的一方面，不能把所有的问题都依托于技术手段实现，如果在采用适当技术手段的情况下，同时提高管理和运行水平，超低排放改造会更加经济，效果会更好。
四、完善燃煤电厂超低排放改造技术策略
4.1除尘技术
燃煤火电厂传统的除尘技术主要有干式电除尘技术、袋式除尘技术和电袋复合除尘技术为了满足超低排放的标准，出现了干式电除尘技术的提效改造技术和湿式电除尘技术。
电除尘技术是利用强电场电晕放电使烟气电离、粉尘荷电，在电场力的作用下将粉尘从烟尘中分离出来的技术。该技术除尘效率高，处理烟气量大，可用于高温场合，并且阻力较小，但是投资较大，除尘效率受比电阻影响。袋式除尘器是利用纤维状编织物做成的袋式过滤元件来捕集烟尘的技术，与电除尘相比，该技术对烟尘适应性较大，受锅炉负荷变化影响也较小，除尘效率也较高，但是它阻力较大，并且由于需要定期更换滤袋，因此运行成本也较大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，为了兼顾除尘效率和运行成本，一些公司提出了电袋复合除尘技术，烟气首先通过电除尘，然后再经过袋式除尘器，这种设计兼顾了两种除尘技术的优点，并在一定程度上克服了两者的缺点，具有较好的应用效果。该技术不仅适用于新建项目，也适用于现有设备的提效改造，具有较好的除尘效果，并且较单独采用电除尘或者袋式除尘器投资较低。
为了满足超低排放对粉尘排放的要求，除尘技术形成了两种技术路线，一种是对传统除尘技术进行升级改造，其典型代表是低低温电除尘技术。低低温电除尘技术是通过降低进入电除尘器的烟气温度，从而降低烟尘比电阻，从而提高除尘效率，同时还可脱除吸附在灰尘中的汞和三氧化硫。另外，低低温电除尘器还改变了原有烟气粒径分布，有利用提高脱硫塔的协同除尘性能。目前，在采用协同控制实现超低排放改造的电厂基本都采用了低低温电除尘技术。另一种是湿式电除尘技术。湿式电除尘器在国外已经有多年的应用，主要用于脱除湿法脱硫后粉尘和石膏浆液滴，实现粉尘的达标排放，并且对汞和SO3也具有较好的脱除效果。湿式电除尘器与干式电除尘器原理相同，在直流高压的作用下，将其周围气体电离，使粉尘或雾滴粒子表面荷电，荷电粒子在电场力作用下向收尘极运动，并沉积在收尘极上，清灰方式多采用喷淋水流从集尘板顶端流下，在集尘板上形成一层均匀稳定的水膜，将板上颗粒带。湿式电除尘器根据极板材质不同，大致可分为金属极板湿式电除尘、导电玻璃钢极板湿式电除尘和柔性极板湿式电除尘几种类型。目前，该技术在国内超低排放改造工程中也有很多应用。
4.2脱硝技术
燃煤电站脱硝主要是除去烟气中的NOX，脱硝方法主要有燃烧前脱除、燃烧中脱除和燃烧后脱除。燃烧前脱除主要是控制燃料中的氮含量，但是根据我国的燃料特性，采用这种方法难度较大成本较高，因此还有待于进一步研究。
目前，主要采用的脱硝方法有燃烧中脱除和燃烧后脱除。燃烧中脱除主要是采用低氮燃烧器控制燃料燃烧过程中NOX的生成，该技术原理是控制燃烧过程中过量空气量，使烟气中的过量氧减少，从而降低燃烧过程中NOX的生成量。该技术工艺成熟，投资和运行费用较低，已在火电厂得到了广泛的应用。燃烧后脱除主要是指烟气脱硝技术，即把生成的NOX还原为N2从而脱除烟气中NOX，目前主流的燃烧后脱除技术为SCR脱硝技术，在一些电厂也有采用SNCR技术或者SCR+SNCR混合脱硝技术。SCR脱硝技术是在一定温度条件和催化剂作用下利用NH3将NOX还原成N2从而达到脱硝的目的。该技术的关键是催化剂的选型和设计，催化剂的设计不仅要满足脱硝效率需求还要兼顾氨逃逸问题。SCR脱硝技术是国内应用最多、技术最成熟的烟气脱硝技术之一。为了满足旧的环保标准，火电厂在SCR脱硝设计时都预留了催化剂备用层，因此在进行超低排放改造时只需要增加一层催化剂，即可达到超低排放的标准。SNCR技术是在没有催化剂的情况下，在一定温度窗口内将NOX还原成N2和H2O，技术工艺与SCR类似，但是脱硝效率较低，大约为30%～50%，并且需要对反应温度进行精确控制，若控制不好容易造成较大的氨逃逸。由于不需要催化剂，SNCR投资较低，比较适用于环保改造要求不高的机组，或者与SCR进行联合进行脱硝。
4.3脱硫技术
脱硫技术在国内的发展时间较长，技术也比较成熟，技术种类也有很多，尤其是为了应对超低排放改造的需求，各环保技术公司又对现有技术进行改造升级，又形成了一批改进的脱硫技术。目前，脱硫技术可以分为喷淋空塔技术及其改进技术、单塔双循环技术和串塔技术、托盘塔技术以及旋汇耦合塔技术。
喷淋空塔技术为国内主流的脱硫技术，虽然具体实现形式略有不同，但大体相似。根据公司引进的AEE脱硫技术设计标准，当烟气中二氧化硫浓度在2500mg/Nm3以下时，直接使用该技术即可达到50mg排放标准。当烟气中二氧化硫浓度在2500mg/Nm3～6000mg/Nm3之间时，通过增加喷淋层、增大液气比、优化喷淋层及喷嘴设计等方式，采用传统的喷淋塔也可以达到，但吸收塔能耗较大。据了解，AEE的德国BOA项目SO2进口浓度设计值为6000mg/Nm3，采用常规喷淋空塔技术，出口保证值小于50mg/Nm3。为了达到超低排放改造的目的，有些公司又提出了托盘塔技术、旋汇耦合塔技术。托盘塔是美国B&W公司的专利脱硫技术。B&W托盘塔的设计标准中未明确界定该技术的适用范围，通过增加托盘可以提高喷淋空塔脱硫效率。旋汇耦合技术是基于三相紊流掺混的强传质机理，利用气体动力学原理，使气体（带有固体微尘及有害气体）与液体充分混合，增大气液接触的比表面积，从而大大提高脱硫除尘效率。旋流器是旋汇耦合脱硫技术的核心设备，吸收液从上注入，含二氧化硫、灰尘的烟气从下部进入，通过旋流器，使烟气产生高速旋流并带动上部注入的吸收液共同高速旋转充分混合，从而使气液接触的比表面积最大化。旋流器由布置在圆筒内的24片呈斜30°～45°布置的叶片组成。
单塔双循环脱硫技术原是德国诺尔公司的一种石灰石-石膏湿法脱硫技术。由于德国诺尔公司已经被FBE公司收购，现在的双循环脱硫技术属FBE公司所有。系统特点是将一个吸收塔分成上下两段，分别控制两段在不同的PH值下操作。上段（上循环）pH控制在6左右，下段（下循环）控制pH在4.5左右。这样，在上循环段，高pH值的浆液有利于SO2的吸收，在下循环段，低PH值的浆液有利于硫酸钙和亚硫酸钙的溶解，利于亚硫酸钙氧化成为石膏。每个循环的控制都是独立的，并且易于优化和快速调整。对于一些不利的运行工况，比如燃料或负荷变化，能够迅速反应。上下两段分别控制通过吸收塔内设置集液斗来实现。集液斗吊在吸收塔内，底部通过管道将上循环浆液输送至AFT旋流塔。AFT旋流塔内为防止结构，采用低浓度运行，浆液密度不大于1080kg每立方米。
串塔技术是电厂为适应煤质条件改变而选择的双级处理技术。采用二级脱硫塔分级处理，烟气首先经过预洗塔，然后进入吸收塔，处理达标后排入烟囱。双塔间采用强制循环，运行pH值相同。串塔技术主要适用于燃烧高硫煤的电厂。
五、结束语
综上所述，在当前大气污染物排放控制形势下，选择合适的超低技术路线对整个项目的投资和设备选型至关重要。通过对燃煤电厂超低排放改造技术路线的整体优化，可以形成多方面的技术控制，尤其是在整个技术改造的过程中，要针对性的形成对整个技术的全面优化，可以更好的推动燃煤电厂超低排放改造技术的整体应用创新。
参考文献：
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论文作者:张凯峰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/3
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