燃煤电厂超低排放研究现状及发展趋势

一、引言

燃煤电厂烟气污染物来源于锅炉燃烧生成及烟气治理过程次生，包括颗粒物和气态污染物。其中，颗粒物主要包括烟尘、未溶硫酸盐、亚硫酸盐及未反应吸收剂等可过滤颗粒物（简称颗粒物），还含有少量 H2SO4、HCl 等可凝结颗粒物，以及溶于雾滴中的硫酸盐等溶解性固形物；气态污染物则包括 SO2、SO3、NOX、NH3、CO、Hg 及其化合物等重金属[1]。随着我国燃煤电厂脱硫、脱硝和除尘等大气污染物控制技术的提高，对污染物排放浓度标准的要求更加严格。要达到国家规定的超低排放标准要求，就需要使用先进的脱硫、脱硝、除尘技术，使其发挥协同作用，在同一治理设施内实现两种及以上烟气污染物的同时脱除，或为下一流程治理设施脱除 烟气污染物创造有利条件，以及某种烟气污染物在多个治理设施间联合脱除。

二、燃煤电厂超低排放类型

1、脱硝技术

我国燃煤电厂氮氧化物控制采用燃烧优化控制技术和烟气脱硝技术相结合的综合防治措施。包括燃烧优化控制系统（空气分级燃烧）、低氮燃烧器系统、选择性非催化还原法（SNXR）、选择性催化还原法（SCR)和 SNCR-SCR 联合法。

1.1 高效低氮燃烧技术

低氮燃烧是一种有效，且应用较广泛、经济实用的脱硝技术。它是通过改变锅炉等燃烧设备的燃烧条件，降低燃料周围氧浓度，从而达到抑制NOx 生成量的目的。低氮燃烧工艺可减少 40～50%NOx 的生成[2]。

其主要特征是空气和燃料都是分级送入炉膛。在一次区内，主燃料在稀相条件下燃烧，还原燃料投入后，形成欠氧的还原区，在高温 (>1200^∘C) )和还原气氛下析出的 NH3、HCN 等原子团与来自一次区已生成的 NOx 反应，生成 N2。燃尽风投入后，形成燃尽区，实现燃料的完全燃烧。这属于是空气/燃料分级低 NOx 旋流燃烧器和用于切圆燃烧方式的三级燃烧。

1.2SCR 脱硝技术

SCR 脱硝技术是在催化剂作用下，以一定浓度的氨水（或尿素）作为还原剂，在较低温度范围内（ 320～420% ）将 NOx 还原成 N2 和 H2O 的工艺。SCR 工艺脱硝效率可达 95% 以上，运行稳定可靠，没有副产物产生，不形成二次污染，便于维护，是目前脱硝效率最高，在国内外应用最为广泛的脱硝技术。

1.3SNCR 脱硝技术

SNCR 脱硝工艺在调试或短期运行时效率可高达 70% 以上，长时间稳定运行可以维持在 60% 以上，具有初期投资低、占地面积小、施工工期短等优点，是中小型锅炉应用最广泛的一种脱硝技术。

1.4SNCR-SCR 联合脱硝技术

SNCR+SCR 联合脱硝技术工艺相比 SCR 工艺来说催化剂用量少，初期投资较低，是应用在燃煤锅炉上相对比较成熟的烟气脱硝技术。 SNCR+SC R 联合脱硝工艺是在 SCR 基础上，结合 SCR 技术高效及 SNCR 技术投资低的特点应运而生的一种新型的、技术成熟的先进工艺。 SNCR+SCR 联合工艺脱硝效率一般大于 85% ，氨逃逸一般控制在 3PPm 以下。

2、脱硫技术

湿法脱硫技术是目前世界上最为成熟，应用最多的脱硫工艺，其中吸收塔石灰石－石膏湿法脱硫技术应用最为常见。该工艺原理是：向吸收塔的浆液中鼓入空气，强制使 CaSO3 都氧化为 CaSO4(石膏），脱硫的副产品为石膏。同时鼓入空气产生了更为均匀的浆液，易于达到 90 %的脱硫率，并且易于控制结垢与堵塞[3]。而脱硫后的烟气通过换热器加热后排入烟囱[4]；参与烟气 脱硫的石膏浆液及废水则经过脱水装置处理后被电厂回收利用。由于石灰石价格便宜，并易于运输与保存，因而自 8 0 年代以来石灰石已经成为石膏法的主要脱硫剂。当今国内外选择火电厂烟气脱硫设备时，石灰石/石膏强制氧化系统成为优先选择的湿法烟气脱硫工艺。

石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺流程图

3、高效除尘技术

电除尘器是我国多数火电厂常用的除尘装置，布袋除尘器是我国热电厂燃煤锅炉通常采用的除尘装置。袋式除尘器基于自身具备的煤种适应范围广、除尘效率高、微细粉尘捕获能力强、运行维护量少等优点在电力生产得到了较大范围应用。其原理为：含尘烟气经过布袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被滤料阻留下来，过滤后的气流由排出口排出。沉积于滤料上的粉尘层，在机械震荡的作用从滤料表面脱落流入灰斗中，其中影响其除尘效率的关键是滤料性能[5]。袋式除尘器出口烟气含尘浓度一般可以长期稳定在 20mg/Nm3 以下。

三、燃煤电厂超低排放研究现状及发展趋势

目前，我国超低排放协同治理技术在燃煤机组中的研究及应用还有比较大的发展潜力，核心的技术以及相关难点仍然需要在实践中去探索。而燃煤机组使用的传统技术模块性强、整体连接性弱，无法协同进行脱除工作。而脱除工作本身作为非一个整体，需要多种技术协同作用，各自发挥作用，最终实现超低排放的技术目标。近年来，我国发展出静电除尘技术的增效技术,包括旋转电极静电除尘技术、低温静电除尘技术和高频电源技术。在今后，烟气超低排放中协同治理仍然是主流研究内容。我们需要学会用整体的观念思考问题、解决问题，优化脱硫、除尘、脱硝各种技术之间的衔接作用，从而带来更好的经济效益和社会效益，进一步推动超低排放的实现。

四、结语

本文主要介绍了燃煤电厂超低排放研究现状与技术以及未来发展趋势。随着绿水青山、可持续发展战略等概念的提出，燃煤机组环保排放标准越来越高，火电行业已经由原来的排放大户向绿色环保模式过渡，我国的超低排放技术也已经可以达到国家规定排放标准，但是协同治理技术仍然值得进一步的研究和探索。

参考文献

[1]《火电厂烟气脱硫技术标准》.

[2]《燃煤烟气脱硫脱硝技术标准》.

[3]《火电厂烟气脱硫吸收塔施工及验收规程》.

[4]《燃煤电厂烟气脱硫装置设计导则》.

[5]《工程流体力学》中国科学技术大学出版社.