燃煤电厂烟气有机污染物排放控制技术研究

岳朴杰

摘要：在某660MW机组燃煤锅炉上进行了活性炭吸附剂喷射耦合布袋除尘器对烟气中有机污染物脱除试验研究，分析了不同试验条件下布袋除尘器前后总烃含量的浓度变化，试验结果表明，布袋除尘器及活性炭吸附剂对燃煤烟气总烃均有较好的脱除效果，两种技术耦合使用后可使脱除效率得到较大提高。

关键词：燃煤烟气；有机污染物；活性炭吸附剂；布袋除尘器

基金项目：国家重点研发计划（2018YFB0605200）

前言

目前，我国的能源消费仍以煤炭为主，煤炭消费占能源消费总量的60%左右。燃煤过程烟气排放不仅产生烟尘、NOx和SO₂等常规污染物，还会产生相当浓度的有机污染物，如多环芳烃（PAHS）、笨系物及脂环烃等[1]。虽然该类型污染物浓度相对较低，但与比常规污染物毒性大，特别是（PAHS）具有较强的致癌特性、致畸、致突变的特性，因此其排放亦不容忽视，近年来，随着环保要求的提高，燃煤中挥发性有机化合物的排放越来越引起人们的关注。

多环芳烃主要由燃料的不完全燃烧以及在还原性气氛中热分解而产生的，国内外针对其工业烟气排放控制已有大量研究，采用的技术和方法主要包括光催化降解、吸附控制、等离子体降解、催化氧化降解等[2]，其中吸附控制和催化氧化技术应用和研究较多。目前，针对煤燃烧过程中多芳烃类有机污染物的排放控制技术研究刚刚起步，国内外已有研究者开展了相关研究[3-4]，并对燃煤过程有机污染物的排放进行了测量统计，如下表1所示，但国内有关该方面的工作做的相对较少。

表1 燃煤有机污染物排放浓度及组分[1]

检测到的燃煤有机物数量/种	总浓度/mg·m3	主要有机物种类
8	3.33-9.04	苯、四氯化碳、氯仿、三氯乙烯等
10	0.03-0.25	氯苯、苯乙烯、正癸烷
16	0.09-0.45	苯、甲苯、乙苯、二甲苯、三甲基苯等
19	0.9-1.4	苯、甲苯、丙酮、异丙醇、四氢呋喃等
25	0.11-0.88	醛类、芳香族和脂肪烃、氯化烃
36	0.5	苯、十五烷、十六烷等
57	-	1-丁烯、乙烯
107	10.92-19.63	-

本文通过对某660MW燃煤机组烟气中有机污染物的排放特性进行分析，采用活性炭吸附剂喷射耦合袋式除尘技术降低燃煤有机污染物排放，以便对燃煤行业烟气中有机污染物的控制去除提供了技术支撑。

1试验

1. 1. 试验装置

该660MW燃煤发电机组为新建超超临界机组，同步建设有FGD脱硫及SCR脱硝装置，采用高效超超临界变压运行直流锅炉，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构Π型锅炉，采用布袋除尘方式，布袋除尘器前端入口设计总烟气量为1.84×10⁶m³/h，热烟气温度124℃。烟道结构图及活性炭喷射装置工艺流程图如下图1、2所示。采样点分别位于布袋除尘器进出口前后，分别测试未喷射活性炭及喷射活性炭后，除尘器前后的以甲烷计的总烃浓度排放值。

试验在锅炉满负荷运行条件下进行，试验工况条件下布袋除尘器前烟气含氧量5.03%，烟气温度120℃，烟气湿度4.88%，烟尘浓度为2.52mg/m³，入口SO₂浓度3500mg/m³，入口NOx浓度33mg/m³。

图1 机组吸附剂喷射烟道结构图

图 2 吸附剂喷射耦合电除尘技术工艺流程图

1. 2. 方法和仪器

表2 测试采用方法及仪器

项目	方法及依据	仪器名称、型号和编号
总烃	固定污染源废气 总烃、甲烷和非甲烷的测定；气相色谱法（HJ38-2017）	7820A型气相色谱仪（CN11402034）

采样点分别位于布袋除尘器前后位置，采用等速采样方式进气体采集，样品采用7820A型气相色谱仪进行分析，分析中每个测点每个周期进行三次测试，结果取其平均值。

2 结果分析与讨论

图3、4为布袋除尘器前后测点在同试验条件下以甲烷计的总烃含量及脱除效率，由图中可知，该660MW燃煤发电机组在试验工况下，布袋除尘器进口初始烟气中含有总烃量为0.67mg/m³，未喷射活性炭时，经过除尘器后总烃含量为0.42mg/m³，脱除效率为37.3%，这表明布袋除尘器对总烃有较好的脱除效果，其主要原因为布袋除尘器中能够对亚微米级别的例子进行捕集，不但能够脱除烟气中粉尘等，而且对烟气中的总烃也有很好的脱除效果。

图3 活性炭对烟气中总烃影响

图4 活性炭对总烃脱除效率的影响

由图中可知，经过布袋除尘后总烃含量有了较大的降低，在此基础上进行了活性炭的喷射。通过布袋除尘器加活性炭吸附发现，在活性炭喷射量为50mg/m³时，布袋除尘器出口烟气总烃含量降低至0.33mg/m³，脱除效率为50.7mg/m³；在活性炭喷射量为100mg/m³时，布袋除尘器出口烟气总烃含量降低至0.26mg/m³，脱除效率为61.2%。另外，当活性炭吸附剂量由50mg/m³增加到100mg/m³，其脱出效率仅由50.7%增加到61.2%，这是由于在经过布袋除尘器后，烟气中总烃含量浓度降低，导致活性炭增大，但脱除效率增加速率降低，因此，吸收剂成本增加了一倍，但脱除效率未呈现同比例增加，因此，从脱除效率和经济性两方面综合分析，并非活性炭喷射量越大越好。

3 结论

燃煤过程烟气中含有有机污染物，但其浓度相对较低，布袋除尘器能够较好的去除烟气中总烃含量，采用布袋除尘器及活性炭吸附相结合的方式可有效降低烟气中总烃含量，实际运行过程中应充分考虑总烃脱除效率及运行经济性问题。

参考文献

1. 李津津, 陈扉然, 马修等. 燃煤有机污染物排放及其控制技术研究展望[J]. 化工进展,2019, 12(38):328-336.

2. 祁明峰. 煤燃烧过程中多环芳烃生成机理和控制试验研究[D].杭州：浙江大学, 2003.

3. 李晓东, 傅钢, 尤孝方等. 不同煤种燃烧生成多环芳烃的研究[J]. 热能动力工程, 2003, 18(2): 125-127.

4. 严建华, 曹志勇, 祁明峰等. 电除尘器对多环芳烃排放的影响[J]. 热力发电, 2004, 33(4): 14-16.