摘要：燃煤电厂环保岛烟气超低排放技术的优化升级对于减少大气污染、保护生态环境有十分重要的意义。简要阐述了我国传统烟气治理技术中存在的问题，在此基础上分析了燃煤电厂环保岛烟气超低排放治理的基本流程，最后全面分析了环保岛烟尘协同治理方案，旨在为相关人员提供一些较为可行的参考意见，从而提升我国保护环境的能力和治理污染的能力。
关键词：燃煤电厂；低低温电除尘；高效电袋除尘；高效脱硫除尘
随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，社会各界对于环境保护，特别是燃煤电厂烟尘排放对大气环境污染等方面的关注度越来越高。近年来，我国大面积区域性雾霾天气频发，给人们的生产生活和身体健康等造成了巨大伤害。因此，国家相关部门出台了一系列环境保护与治理方案，地方政府与电力集团也积极响应国家号召，大力推动节能减排工作的进行，从根本上解决环境污染问题。
1传统烟气治理技术存在的弊端
从不断升级的标准可以看出，当前，我国燃煤电厂的烟气治理主要有除尘、脱硫、脱硝和脱汞等4个阶段。由于国家在环境保护方面提出的相关标准不断提升，燃煤电厂的环境保护设施也在不断优化和完善。鉴于历史发展所遗留下的问题，传统环境保护与燃煤电厂的烟气治理技术和设备将除尘、脱硫和脱硝等几个阶段进行了分别管制，并没有实现整体规划和治理，所以，在烟尘治理方面仍存在以下几个问题：（1）除尘、脱硝、脱硫分别控制，运行人员各管一段，做不到最优化运行；（2）各系统之间的调配缺乏整体性，并且烟气排放流程设置不合理，致使综合能耗较高；（3）当前系统在处理与其他先进系统相同范围的烟尘时，运行时所产生的费用相对比较高，并且投资与占地面积比较大，可靠性比较低；（4）各系统之间的协同工作效应比较差，各系统的特性无法有效发挥。（5）各系统之间相互留裕量，接口限制条件多造成上下游系统和装置设计不合理，处理难度大；机组运行条件变化时，各个系统分包商之间扯皮多，找不到责任人。
2燃煤电厂环保岛烟气超低排放治理流程
环保岛的烟气超低排放治理流程主要包括从锅炉省煤器的出口部分直至烟囱之间全部污染物的减排管理设备，主要治理内容为除尘、脱硝、脱硫和后续脱汞等其他环节。因为炉后烟气的治理环节需要整体考虑相关内容，所以，在实际烟气超低排放治理过程中，需要协调管理各个环节，从而有效降低污染排放量。根据不同的污染物排放标准和相应的环保设备配置，综合考量运行费用、施工周期和投资标准等因素，可以优化烟气综合治理的工艺和流程。例如，我国某地区的燃煤电厂利用了低低温电除尘器作为核心烟尘处理设备，配合脱硫装置制定出相应的治理流程，即：①在锅炉内部实现低氮燃烧，选用合适的催化剂进行还原脱硝；②利用低低温电除尘器，配合引风机实现氨法脱硫；③利用烟气再热器进行相关处理，通过烟囱实现对环境污染较小的烟尘的安全排放。
除此之外，该地区的燃煤电厂还利用电袋式除尘器制定了另一种烟尘治理流程，即：①通过锅炉低氮燃烧，结合SCR技术进行脱硝。②利用电袋式除尘机，配合引风机实现氨法脱硫。在这一环节可以选择低低温换热器，以提高脱硫效率。③利用烟气再热器将经过处理并且对环境污染较小的烟尘，通过烟囱合理排放。
3环保岛烟尘协同治理方案
环保岛烟气综合治理系统中，烟尘的处理必须统筹考虑。适应超低排放的除尘技术主要包括前端本体除尘技术和终端除尘技术，其中前端本体除尘技术包括干式静电除尘技术（或旋转电极）和电袋／袋式除尘技术，终端除尘技术包括湿式电除尘技术和湿法脱硫装置协同除尘技术。
对于基建项目，采用高效电除尘器（含低低温换热器+低低温电除尘器、高效电源电除尘器等），可将烟尘排放质量浓度控制在15—20mg／m3（标态），经过湿法脱硫装置的协同处理，最终烟尘排放满足质量浓度低于5mg／m3（标态）的要求，此技术路线已经在多个项目上得到应用。也可采用电袋（布袋）除尘器，将出口烟尘排放质量浓度控制在10～15mg／m3（标态），经过湿法脱硫装置协同处理，最终烟尘排放满足质量浓度低于5mg／m3（标态）的要求。
对于改造项目，改造后的高效除尘器（含低低温电除尘器、增加电场、高效电源、分区供电、振打优化、流场优化、增加旋转电极，改为电袋／布袋除尘器等）可将烟尘排放质量浓度降至10～20mg／m3（标态），经过湿法脱硫装置协同处理，最终烟尘排放满足质量浓度低于5mg／m3（标态）的要求。
3.1低低温电除尘设备
低低温除尘技术包含了2种设备，即无泄漏管式加热器和低低温电除尘器，其优势是实现烟尘高效脱除的同时，可实现SO3的协同脱除。低低温除尘技术的技术特点和优势如下：（1）由于改变飞灰比电阻和降低烟气流速，能提高除尘效率；（2）协同脱除SO3，电除尘器烟气温度降至酸露点以下，气态的SO3将转化为液态的硫酸雾，附着到粉尘中；（3）出口粉尘颗粒凝并变大，为提高湿法脱硫装置除尘性能创造条件；（4）节能降耗。
低低温除尘技术存在的缺点：燃用含硫量过高的煤种时需考虑燃煤灰硫比，保证腐蚀裕量。低低温电除尘器在中高硫煤机组应用有局限性，国外应用的最高含硫量为1．1%，国内应用的最高含硫量为1．7%。当煤质含硫量高时，除尘器及下游设备存在腐蚀风险，因此对SO2含量有一定限制。
3.2高效电袋除尘设备
高效电袋除尘器具有不受粉尘、飞灰、煤炭质量浓度和粉尘比电阻等影响的优点，同时，在出口粉尘排放过程中具有浓度低且稳定的优势，能确保实现烟尘质量和浓度均低于10mg/m3的标态排放目标。例如，我国某地区的燃煤电厂在进行环保岛烟气超低排放管理过程中，升级了电袋器除尘设备中的核心零件的材质和工艺，有效提高了该设备在烟尘排放过程中的治理能力。不仅如此，该地区燃煤电厂还将滤袋的核心材料，即滤料的过滤精度提升，实现了超低排放的安全性和可靠性的提升。在不同生产环境中，电袋除尘设备也能保持相对的稳定性，并且在实际操作过程中阻力最小。
3.3高效脱硫除尘吸收设备
对于环保岛烟气综合治理不设置湿式电除尘器的工艺，湿法脱硫装置作为终端SO2、烟尘控制设施，其除尘性能尤为关键。根据一些项目的测试数据，常规脱硫装置稳定可靠的除尘效率在50%左右，不能满足超低排放的要求。吸收塔采取设置DL板（增效环）、均流板，优化气液固三相流场，强化气液传质反应等措施，提高脱硫效率（达99%以上），增强除尘性能（综合除尘效率达70%以上），主要优势技术如下。
3．3．1DL板
突破单纯喷淋空塔的脱硫极限，采用DL板专利技术（专利号：CN201420120928．9），减少沿塔壁的烟气逃逸量，提高脱硫效率，在满足相同脱硫效率的同时降低液气比，起到节能的作用。
3．3．2吸收塔均流板
塔内设置全截面均流板，烟气进入喷淋区前对其整流，保障烟气的均匀性，提高传质效率；在均流板上形成气－液两相泡沫层，增大传质面积的同时，对烟气中的微细粉尘进行有效捕集，提高脱硫除尘效率。根据除尘效率的需要和计算流体动力学（CFD）软件模拟结果，可设置双层均流板。
3．3．3优化喷嘴选型，提高喷淋覆盖率
为了进一步提升喷淋塔的除尘、脱硫效率，依据吸收塔流场特性，在不同区域不同喷淋层设置不同形式不同规格的喷嘴（单向双头空心锥、双向空心锥和单向实心锥喷嘴）。
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3．3．4增大各区域间高度
在吸收塔设计中，底层喷淋层中心至烟气入口顶部的距离不小于3．0m，顶层循环喷淋层中心线至一级除雾器底部距离不小于3．0m，顶级除雾器顶部至吸收塔出口烟道底部的距离不小于3．5m。通过优化流场，降低出口液滴和固体物含量。
3．3．5高效除雾器技术
采用高性能第5代三级屋脊式除雾器，出口液滴质量浓度不超过20mg/m3（标态）。在一级除雾器和二级除雾器之间增加翅片管式冷凝器，在二级除雾器和三级除雾器间增加雾化系统，根据冷凝和喷雾凝并的原理，将烟尘捕捉到液滴中，增强吸收塔除尘性能。
3.4湿式电除尘设备
湿式电除尘器与新型湿法脱硫技术和装置配套使用，可以有效提升烟气超低排放的有效性，全面实现节能减排。例如，我国某地区的燃煤电厂在湿式电除尘设备的安装和调试环节中，在湿法脱硫的吸收塔顶部和烟囱出口烟道部分，进行了精细化除尘除雾设备的安装配置。该项技术的应用主要用于脱除烟尘中的三氧化硫、氨气、PM2.5、铵盐和细小浆滴等，从而确保烟尘排放之前达到相应的排放标准，实现极低值排放；再加上该地区的燃煤电厂在现场调试和重新布置的过程中，利用塔下方浆液浓缩段相关技术实现了在吸收塔附近和入口烟道的下方位置增设浆液浓缩段，摆脱了传统燃煤电厂对烟尘吸收塔的限制，提高了环保岛烟气超低排放的效率，减少了大气污染，保护了生态环境。
4SO2控制技术路线
目前，燃煤电厂脱硫装置基本采用石灰石－石膏湿法脱硫工艺。按烟气脱硫（FGD）装置出口SO2质量浓度为35mg/m3（标态）考虑，可采取高效单塔、单塔双循环或双塔双循环等技术。需要指出的是，评价及选择脱硫技术并不能单纯看单塔脱硫效率一个指标，需要针对项目实际情况，对投资、占地面积、机组停机时间、施工工期、运行能耗等进行综合评判。
对于改造现场布置受限的情况，可采用塔外浆池技术，将新增浆池布置在吸收塔入口烟道下方或附近。此技术已经在多个项目中得到成功应用。当FGD入口SO2质量浓度较高，单个吸收塔采用以上增效优化措施仍不能满足高脱硫要求时，可采用双塔双循环技术。双塔双循环脱硫技术是利用脱硫、氧化的不同属性，采用双塔、双pH值、双循环结构，一级塔与二级塔运行不同性质的浆液，更加精细地控制反应过程。一级塔低pH值运行，可使吸收剂几乎完全溶解并生成高品质石膏；二级塔高pH值运行，可在较低的液气比和电耗下保证较高的脱硫效率。这种技术特别适用于不能较长时间停产机组的改造，在原脱硫塔侧进行新脱硫塔的建设，原塔继续运行，利用短暂停机时间完成烟道转接，大幅缩短改造时间。
多个项目的反馈经验表明，双塔双循环与单塔技术相比，采用同样数量的喷淋层时，双塔配置可以达到更好的脱硫效果；在相同脱硫效果的情况下，双塔配置可减少一层喷淋层，起到很好的节能效果。
5NOx控制技术路线
针对燃用烟煤、褐煤、贫煤的机组，通过低氮燃烧器改造，将NOx质量浓度控制在250～400mg/m3；同时，通过控制煤质、优化配煤等，减少NOx波动，再利用高效的SCＲ装置（催化剂采用“2+1”的布置方案），将NOx质量浓度降至50mg/m3以下。针对燃用无烟煤的机组或W火焰型机组，通过低NOx燃烧器改造，将NOx质量浓度控制到700mg/m3以下；同时，通过控制煤质、优化配煤等，减少NOx波动，再利用高效的SCＲ装置（催化剂采用“3+1”布置方案），将NOx质量浓度控制在50～100mg/m3。目前，SCＲ脱硝装置存在的问题是：因脱硝效率要求提高，对流场均匀性和喷氨混合均匀性要求更高，现有脱硝装置简单加装备用催化剂层，可能导致氨逃逸量超标，需对整体进行流场模拟，并控制总的SO2/SO3转化率。
6SO3控制技术路线
在工艺路线1中，低低温电除尘器能有效去除SO3。相关研究表明，低低温电除尘器对SO3脱除率达到80%。另外，湿式电除尘器能有效收集亚微米颗粒和酸雾，捕集从洗涤塔逃逸的细小硫酸雾滴，对SO3的脱除率可达90%，烟羽的浊度几乎为0。
7环保岛智能一体化控制
在环保岛各污染物处理系统监控方面，形成一套完善的环保岛监控方案，即各污染物处理系统采用智能一体化控制方案。设置环保集控岛，对多污染物处理系统进行集中监控，使整个工艺系统形成炉、机、电、环（智能一体化环保控制系统）、辅网5大板块。智能一体化控制的环保岛，可实现系统整体以自动启/停控制（APS）方式运行、就地无人值守以及一体化监控平台（包括各污染物的协同处理、优化节能、报表智能分析、故障处理等）。
传统环保设施由于工艺特点和功能不同，在脱除特定污染物时，对其他协同去除的污染物没有进行整体考量和计算，各系统较为独立，各系统的能耗、污染物脱除效果、设备及消耗品的消耗等均为独立核算。采用智能一体化环保岛控制方案后，在脱除常规污染物的同时，还能根据各系统的脱除特性，将各系统联系起来，形成“耦合”效果。如低低温电除尘器温度降低可以增加烟尘和SO3脱除效果，吸收塔在脱除SO2的同时兼有除尘的效果，机组负荷变化会影响湿电除尘器电源电压及浆液循环泵的投入数量等。
8环保岛优势
（1）整体设计：优化布置，节约场地。某2×1000MW新建机组通过环保岛优化，将循环泵房及氧化风机房布置在湿式电除尘器下方，循环泵房、氧化风机房与湿式电除尘器支架采用联合构筑物，统一布置、设计，减少工程量，腾出空间设置脱水综合楼。与招标文件相比，减少占地面积800m2。
（2）协同脱除：控制裕量，提高脱除效果。根据前文描述，突出环保岛系统综合脱除的理念，整体上节约成本。
（3）高效运行：装置最佳运行，灵活应对煤种、负荷变化。采用低低温换热器和低低温静电除尘器作为前端除尘装置，运行时针对煤质和锅炉负荷变化，自动调整供电方式及振打频率，控制出口烟尘指标，达到稳定运行和节约电耗的目的。后端除尘控制以烟囱入口烟尘和SO2质量浓度为最终控制指标，结合脱硫装置或湿式电除尘器的运行情况，在保证达标排放的同时，调整静电除尘器运行电压、循环泵运行台数以及湿式电除尘器的供电方式，达到降低电耗的目的。根据环保岛能流规律和能耗特点等进行环保岛的效能优化，使之更为节能减排。环保岛采用一体化分散控制系统，系统设备运行管理由专门的环保运营人员负责，使得监控及问题处理更专业、更快捷。在各污染物处理系统的各个环节均设置监控测点，系统经济运行分析以及故障分析更方便。结合各污染物处理系统以及污染物总排放的技术指标，协同控制各污染物处理系统的效能，总排放合格的同时还能兼顾节能。
结束语
综上所述，对于燃煤电厂环保岛的烟气超低排放技术的研究和完善，我国相关领域的工程技术人员已经进行了诸多有益的尝试，并且也取得了一定的成绩。在新建项目中，分别进行除尘、脱硝和脱硫等工作，不利于污染物的协同综合治理。因此，相关部门需要持续优化和探索出更加合理、有效的污染防治措施，明确技术路线，实现环保岛内的智能一体化控制，全面解决烟气排放等引发的环境污染问题。
参考文献：
［1］王忠渠，仝声，王强.紫外烟气分析仪在燃煤电厂超低排放气态污染物监测中的应用［J］.电力科技与环保，2016，32（02）：39-41.
［2］朱法华，王圣.煤电大气污染物超低排放技术集成与建议［J］.环境影响评价，2014（05）：25-29.
［3］郦建国，郦祝海，何毓忠，等．低低温电除尘技术的研究及应用[J]．中国环保产业，2014（3）：28—34．
论文作者:鲍天恩
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：烟气论文; 电除尘器论文; 烟尘论文; 技术论文; 吸收塔论文; 电厂论文; 污染物论文; 《电力设备》2018年第24期论文;