摘要：本文首先介绍了燃煤电厂环保超低排放现状，然后对燃煤电厂大气污染物联合控制原理以及具体的联合控制措施进行了探究，以期为燃煤电厂大气污染物控制提供参考依据。
关键词：燃煤电厂；大气污染；超低排放；联合控制
引言
近年来，我国工业化水平发展迅速，环境污染问题也日益严重，人们对环境的污染问题越来越重视，燃煤电厂已经成为环境污染的重要来源，同时也是大气污染的主要来源。我国，燃煤电厂作为能源消耗及污染物排放大户，在日常生产中会造成严重的大气污染的问题，因此，需要采取有效措施加强燃煤电厂污染物控制。对此，国家对电力行业开展统一部署，2014年9月12日，国家发改委、国家环保部、国家能源局联合发文“关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》的通知”中要求，稳步推进东部地区现役30万千瓦及以上公用燃煤发电机组和有条件的30万千瓦以下公用燃煤发电机组实施大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值的环保改造。因此，对燃煤电厂目前超低排放现状及污染物控制措施进行详细探究具有十分重要的现实意义。
1燃煤电厂环保超低排放现状
1.1燃煤电厂大气污染防治现状
近年来，雾霾问题严重，人们对其十分重视。近年来各项有关大气污染防治的法律标准陆续修订，新修订的《火电厂大气污染物排放标准》于2014年7月1日全面施行，《中华人民共和国环境保护法》于2015年1月1日实施，《中华人民共和国大气污染防治》于2016年1月1日正式实施，燃煤电厂面临着巨大的大气污染防治压力。通过加强对煤场、石灰等物料的管理，设置防风抑尘网，实行仓储管理，安装袋式除尘器、采用低氮氧化物燃烧技术、SCR和SNCR脱硝技术、湿法和干法脱硫技术、大型循环流化床锅炉发电技术等，能够在燃煤发电生产过程中减少大气污染物的产生。但是，值得注意的是，为了能够达到排放标准，企业还应该继续投入巨大的成本对机组进行脱硫、脱硝和除尘等技术改造。巨大的成本已经成为一些燃煤电厂的沉重负担。
1.2燃煤电厂超低排放改造现状
1.2.1 脱硝改造
1.2.1.1 低氮燃烧器改造
常规低氮燃烧器约75%的NOX是在燃尽风区域产生的，低氮燃烧器是通过改造燃烧器，调整二次风和燃尽风的配比，增加燃尽风的比例，大幅度减少燃尽风区域产生的NOX，从而有效降低NOX排放。
1.2.1.2 脱硝催化剂增加
备用层催化剂加层是简单有效的提高脱硝效率、降低NOX排放的方法，目前在各大电厂超低排放改造中广泛使用。通过增加催化剂和喷氨量，可以进一步增加烟气中NOX和氨的反应量，减少NOX排放。
1.2.1.3两种改造方式投资都比较高，相比之下，燃烧器改造的一次性投入大，而催化剂加层的运行成本很大，远期投资要比低低氮燃烧器要大得多。低氮燃烧器改造用于四角切圆直流燃烧器的比较多，改造也都比较成功，而用于对冲布置的旋流燃烧器的案例较少，而且经常会带来屏过结焦严重、超温等影响锅炉安全运行的问题，对于炉膛出口烟温和排烟温度较高、容易结焦的锅炉来说不是太合适。相比之下脱硝催化剂加层的效果是比较确定的，脱硝加层会带来100-150Pa的阻力增加，影响不大，但是单纯依靠加层和增加喷氨量来提高脱硝效率，将会带来氨逃逸的增多，同时SO2转SO3的数量也会增大，逃逸的NH3与SO3反应生成NH4HSO4，该物质在150-190℃时为鼻涕状粘稠物质，增加的 NH4HSO4可能会造成空预器差压上升甚至造成堵塞，影响空预器的运行效率和运行安全。
1.2.2脱硫改造
1.2.2.1 脱硫除尘一体化技术
单塔一体化脱硫除尘深度净化技术是国内自主研发的专有技术，该技术可在一个吸收塔内同时实现脱硫效率99%以上，除尘效率90%以上，满足二氧化硫排放35mg/Nm3、烟尘5mg/Nm3的超净排放要求。超净脱硫除尘一体化装置是旋汇耦合装置、高效节能喷淋装置、管束式除尘装置三套系统优化结合的一体化设备，应用于湿法脱硫塔二氧化硫去除。
1.2.2.2 单塔双分区高效脱硫除尘技术
目前市面上的脱硫吸收塔浆液区基本都采用单区设计，而浆液双分区浆液池设计，则将浆液池分隔成上下两层（上层低PH值区和下层高PH值区），上层主要负责氧化，下层主要负责吸收，通过功能分区可以明显提高脱硫效率。
1.2.2.3 双托盘技术
双托盘脱硫系统在原有单层托盘的基础上新增一层合金托盘，从而起到脱硫增效的作用。（如果原来没有设计托盘，则需安装2层托盘）。该技术在脱硫效率高于98%或煤种高含硫量时优势更为明显。
1.2.2.4 双塔双循环技术双循环技术源于德国，其目的是解决单吸收塔湿法脱硫的一个矛盾，湿法脱硫的反应分为两个阶段，即吸收阶段和氧化阶段，在SO2的吸收阶段要求PH值越高，吸收效果越好，而在Ca（HSO3）2的氧化阶段，要求PH值越低氧化效果越好。但是在同一个吸收塔浆液池内，无法二者兼顾，因此双循环技术在吸收塔外另设一个罐体用于SO2的吸收，而吸收塔浆液池则负责氧化。这与双分区技术异曲同工。
1.2.3 除尘改造
1.2.3.1 低低温电除尘
低低温电除尘是在电除尘前增设热回收器，降低除尘器入口温度，利用了烟气体积流量随温度降低而变小和粉尘比电阻随温度降低而下降的特性。随温度降低，粉尘比电阻减少至1011Ω.cm以下，此时的粉尘更容易被捕集；同时，随着烟气温度降低，烟气体积流量下降，在电除尘通流面积不变的情况下，流速明显降低，从而增加了烟气在电除尘内部的停留时间，所以，烟气流经电除尘器的温度范围在80~100℃之间时，除尘系统效率将会明显提高。
1.2.3.2 湿式电除尘
湿式电除尘器是一种用来处理含微量粉尘和微颗粒的新除尘设备，主要用来除去含湿气体中的尘、酸雾、水滴、气溶胶、臭味、PM2.5等有害物质。湿式电除尘器和与干式电除尘器的收尘原理相同，都是靠高压电晕放电使得粉尘荷电，荷电后的粉尘在电场力的作用下到达集尘板/管。干式电收尘器主要处理含水很低的干气体，湿式电除尘器主要处理含水较高乃至饱和的湿气体。在对集尘板/管上捕集到的粉尘清除方式上WESP与DESP有较大区别，干式电除尘器一般采用机械振打或声波清灰等方式清除电极上的积灰，而湿式电除尘器则采用定期冲洗的方式，使粉尘随着冲刷液的流动而清除。
1.2.3.3 电袋复合除尘
电袋复合式除尘器是有机结合了静电除尘和布袋除尘的特点，通过前级电场的预收尘、荷电作用和后级滤袋区过滤除尘的一种高效除尘器，它充分发挥电除尘器和布袋除尘器各自的除尘优势，以及两者相结合产生新的性能优点，弥补了电除尘器和布袋除尘器的除尘缺点。该复合型除尘器具有效率高，稳定的优点，目前在国内火力发电机组尤其是中小型机组应用较多，最近国内部分大型机组也开始上马电袋除尘。
2燃煤电厂大气污染物联合控制
2.1 燃煤电厂污染物联合原理
燃煤电厂大气污染物联合控制技术是指在同一设备内同时脱除两种及以上烟气污染物，或者为下一流程设备脱除污染物创造有利条件，实现烟气污染物在多个设备中高效联合脱除，同时能够实现良好的节能效果的技术。
燃煤电厂的大气污染物减排与温室气体的减排相互之间存在关联，所以可以采取一定的措施对大气污染物与温室气体进行联合控制措施。在此过程中，通过对任何物质采取控制措施，都会造成其他物质的浓度发生变化。在燃煤电厂污染控制管理中，通过应用联合控制措施，不仅可以达到污染物减排目标，而且还能够有效降低碳排放强度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆联合效应是综合的，在候变化或大气污染控制政策影响下，会产生多种效应，包括环境优化、公共健康提升、社会效益增加等等。大气污染物与温室气体联合控制的目标主要有两点：①通过对温室气体排放过程进行控制，有效减少其他局域污染物排放；②通过对局域污染物排放及生态建设过程进行控制，从而有效减少或者吸收温室气体。随着我国社会经济的快速发展，能源消耗量逐渐增加，与此同时，化石能源的消耗量日益增多，在燃煤电厂日常生产中，空气污染以及温室气体排放快速增加的问题越来越严重，对此，应该推广并应用联合控制管理措施，有效降低单独实施污染物和温室气体减排法律政策的实施成本。
2.2 燃煤电厂大气污染物联合控制措施
2.2.1 燃煤电厂烟气Hg的联合脱除
在燃煤电厂烟气Hg控制中应用CR烟气脱硝系统，不仅能够有效降低烟气NOx含量，而且还能够促进Hg2+的生成，更好的提升汞污染在除尘、脱硫装置中的控制效果。SCR脱汞机理如下：首先，Hg0吸附在催化剂活性的中心位置，然后，Hg0在烟气中O2和HCl的氧化作用下转变为Hg2+，最后，Hg2+从活性中心脱附。在此过程中，在烟气流速、氨浓度和HCl浓度的综合影响下，汞的氧化效率也会受到一定的影响，通过降低烟气流速，能够有效增加催化剂与Hg0接触时间，但是，如果如果停留时间过长，则会造成NH3还原效应增强，最终导致Hg2+还原为Hg0，因此，在SCR催化剂联合脱汞工艺实际应用中，需要结合实际情况合理选择最佳停留时间。除此以外，随着HCl浓度的增加，Hg0的氧化效率也会随之增加，因此，可以适当提高烟气HCl含量，从而有效促进Hg0的氧化。
2.2.2 低低温高效烟气控制系统对烟气SO3的联合控制
低低温电除尘技术的产生，主要是从电除尘器及湿法烟气脱硫工艺的单一除尘以及脱硫工艺路线逐渐发展而来的。其应用原理为，当电除尘器入口烟气温度降至酸露点温度以下时，气态SO3将转化为液态的硫酸雾，电除尘器入口的含尘浓度比较高，而且粉尘总表面积比较大，因此有利于硫酸雾凝结附，根据实践研究分析，在80～90℃温度条件下，低温电除尘系统对H2SO4酸雾的脱除效率明显在130～150℃温度条件下的常规电除尘系统对H2SO4酸雾的脱除效率。除此以外，通过降低电除尘器进口烟气温度，还能够有效减少粉尘比电阻，并有效增加电除尘器运行电压，从而促进电除尘器的效率的提升。
2.2.3 低氮燃烧与烟气脱硝的联合
燃煤电厂在生产的过程中，可以应用低氮燃烧技术。其主要是低氮燃烧与SCR烟气脱硝的减排量优化、煤种与燃烧方式的适用性以及低氮燃烧对锅炉效率及蒸汽参数的影响等问题，。通过应用该项技术，能够有效减少氮氧化物的生成，在该项技术的实际应用中，还应该综合考虑SCR烟气脱硝成本、低氮燃烧的建设成本、对锅炉效率的影响等，优化SCR烟气脱硝整体设计。
2.3燃煤电厂大气污染物联合控制的优势
联合控制系统应在充分考虑燃煤电厂现有烟气污染物脱除设备性能的基础上，按照“联合控制”的理念建立，具体表现为综合考虑脱硝系统、除尘系统和脱硫系统之间的联合关系，在每个装置脱除其主要目标污染物的同时，脱除其它污染物或为其他装置创造更好的脱除条件。目前，部分兄弟电厂采取较多的方案配置为烟气脱硝装置+烟气冷却换热器+低低温电除尘器+高效除尘的湿法烟气脱硫装置。该系统应用系统化的方法，充分考虑了各类污染物的综合脱除效果，降低了项目投资，烟气冷却换热器通过降温，极大提升了电除尘效率，部分项目实现了余热回收利用。优化除尘吸收塔设计，大幅提高了脱硫系统的除尘效率。由于减少了湿式除尘设备、缩短了减排工作流程、烟气降温后流量及阻力减少，使整个减排系统的耗电量显著减少，实现了节能与减排的联合效应。
联合控制系统目前体现出的优势有以下几个方面：
一是排放指标优。按照烟气联合控制技术路线，新建或完成改造后的电厂排放指标，完全满足并优于国家《2014-2020年煤电节能减排升级及改造行动计划》大气污染物排放限值要求。浙江某电厂电厂是第一家按照烟气联合控制技术建设的60万千瓦机组项目，该厂1号机组氮氧化物排放浓度达到14.4毫克/标立方米，二氧化硫排放浓度可达到3毫克/标立方米，烟尘排放浓度可达到4毫克/标立方米，汞排放浓度可达到0.005毫克/标立方米。
二是节能效果好。应用烟气联合控制，不仅减排效果明显，而且非常节能，在运的几套系统能耗指标与采用加装湿式电除尘、电（布）袋除尘器的办法相比，均优。譬如，上海石洞口一厂机组通过加装烟气冷却器，与未加装烟气冷却器相比，降低发电煤耗2.63克/千瓦时，厂用电率降低约0.05%；与采用加装湿式电除尘、电（布）袋除尘器的办法相比，厂用电率降低约0.2%。
三是实现多种污染物联合脱除。经深度测试证明，烟气联合控制技术方案不但能够使燃煤机组的二氧化硫、氮氧化物和烟尘三项排放指标达到燃气轮机排放限值，该技术对于三氧化硫和汞的联合脱除效果比常规电除尘+湿法脱硫系统有显著提升，达到很高的联合脱除效率。
四是经济性好。实施烟气联合控制技术方案，无论是新建机组，还是老机组改造，与目前常规减排技术方案相比，均显著节省投资。由于该方案减排系统采用的设备少，因而，不仅设备能耗低，而且后续维护运营成本也较低。譬如，江苏金陵电厂1号机组减排改造首次在国内百万千瓦机组上不采用湿式电除尘器，达到超净排放标准，该改造与采用湿式电除尘器的改造相比，节约投资额近5000万元。
大气污染物联合控制目前还处在摸索实践阶段，但优势已经显现.其系统化的思维，充分发挥了各设备的联合协同效应，烟气控制效果良好，既减排又节能，实现多种污染物协同脱除，排放指标完全满足国家标准，总体指标优异，投资相对较省，经济可行，为发电企业甚至其他相关重工业企业减排和节能积累了有益的经验，具有良好的推广价值。
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论文作者:汪晶晶
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/24
标签：烟气论文; 电厂论文; 污染物论文; 燃煤论文; 电除尘器论文; 技术论文; 机组论文; 《电力设备》2017年第21期论文;