高硫高灰燃煤电厂超低排放技术路线研究

梁龙朋

摘要：随着环境质量的下降，环境保护问题已变得不容忽视。因此，高硫高灰燃煤电厂需实施超低排放。随着大气污染防治工作的深入推进，燃煤电厂也需将超低排放作为优化改造技术路线的目标，并采取一系列措施以达到标准。本文旨在分享目前常用的超低排放技术，包括脱硝、除尘、脱硫等技术，并介绍了相关的操作过程。

关键词：高硫高灰；燃煤电厂；超低排放；技术路线

引言

近年来，全国各地雾霾日益严重。城市细颗粒物的源头主要包括火力发电、工业排放、汽车尾气以及二次扬尘等。为有效改善煤炭燃烧所产生的氮氧化物、二氧化硫和烟尘等三种主要污染物对环境的影响，一些相关部门提出了燃煤电厂超低排放的改造方案，超低排放技术成为了其实施的重要手段。本文详细介绍了一些主流超低排放技术，以期进一步改善环境质量。

1.超低排放改造的原则

选定燃煤电厂烟气超低排放技术方案应遵循“因煤制宜、因炉制宜、因地制宜、统筹协同、兼顾发展”原则，考虑成熟可靠、经济节约、简易可靠施工等综合因素。因此，在选择SO2超低排放技术路线时可参考此标准。实施超低排放改造必然导致电厂的投资、运行和维护成本增加。据统计，对一台660MW的机组进行超低排放改造工程将增加每单位供电成本，超低排放改造应考虑其经济效益。现有湿法脱硫装置多建于2010年以前，超低排放改造时场地已无剩余空间来安置容器或设备，因此，应选用节约用地的技术进行改造。同时，超低排放改造的工期紧迫，只有采用简易且安全可靠的施工方案才能保证工期和质量。

2. 燃煤电厂超低排放的运用方式

为了实现烟气治理和环保，各种装置如低温电除尘器、降温换热器、湿法烟气脱硫协同除尘、脱SO3技术被广泛应用。在电除尘前加装热回收器将降低烟气温度至酸露点以下，导致大量SO3在烟气降温过程中凝结沉淀。考虑到烟气未进入电除尘器，烟尘集中且表面积大，冷凝的SO3吸附完全，SO3去除率一般不低于70%。下游设备避免低温腐蚀现象，同时可实现余热利用或净烟气加热后进入湿法脱硫装置。采用低温电除尘器后，出口粉尘粒径变大，普通电除尘器出口烟尘平均粒径为1～2.5μm，而低温电除尘器的平均粒径高于3μm，且明显高于普通电除尘器。低温电除尘器的使用可降低脱硫出口烟尘浓度，有效提高湿法脱硫系统的除尘效果。不同脱硫公司在脱硫塔设计优化方面各具特点，对于燃用低硫煤机组超低排放，采用的主要塔型包括喷淋空塔、托盘塔和单塔双循环等技术。而对于燃用中、高硫煤机组超低排放，主要采用串塔、高效分级复合脱硫塔。

3. 燃煤烟气污染物超低排放技术发展状况

3.1 尘超低排放技术

提高除尘效率的干式除尘技术已达到较先进水平，静电除尘可有效减少烟尘排放并降低设备阻力，适应烟温范围宽广，操作简便可靠。同时，该技术常与湿法脱硫技术配合使用，以实现更高效的除尘效果，控制烟尘排放浓度达到10mg/m³以内。低温静电除尘技术应用中，会涉及到低温省煤器或气换热器，以降低入口烟气温度并控制其在90～100℃的低温状态，从而使除尘器工作温度低于酸露点，实现高效除尘和协同脱除。第一，通过降低烟气温度，可降低烟尘电阻，达到高效除尘。第二，烟气温度的降低也能减少烟气量和风速，方便收集小颗粒物。第三，实现煤耗的优化利用，通过合理利用烟气余热实现了煤量的降低。第四，由于冷凝烟气含有SO3，故可通过将其粘附于粉尘表面再协同脱除来达到目的。第五，湿法脱硫系统则通过降低烟气温度提高脱硫效率的同时减少了水的使用量。我国目前面临严重的雾霾问题，同时广泛使用煤电能源，因此必须采用有效的除尘技术，控制粉尘和SO3的排放，合理利用能源。与传统振打式电除尘技术相比，湿式静电除尘器采用连续水膜工作，能提高清灰效果，且不受粉尘比电阻影响，避免了反电晕和二次扬尘问题。在电场中，高湿环境下放电极会产生许多带电雾滴，在亚微米粒子带电碰撞方面的机率大大提高，从而保证了高效除尘。该技术能够有效去除酸雾、超细颗粒和雾滴、重金属如汞，达到了良好的脱除效果。

3.2 脱硝技术

氮氧化物的生成有三种途径：燃料型、快速型和热力型。按照控制阶段可分为燃烧前、中和后。虽然燃烧前的脱硝技术可行，但会大幅降低经济效益。据目前情况分析，燃烧中脱硝和烟气脱硝是应用最为广泛的技术。首先，在使用燃烧中脱硝技术时，其主要目的是实现低氮燃烧改造。当前主流的技术包括低氮燃烧器、空气分级燃烧技术、烟气再循环技术和燃料分级燃烧技术。广泛应用的是空气分级燃烧技术，其基本原理是分阶段注入燃烧所需空气。在主要燃烧区，富燃料贫氧条件可抑制氮氧化物的生成。而在燃烬区，贫燃料富氧条件能降低飞灰中未燃烬的碳含量。就实际作用而言，将低氮燃烧器与空气分级燃烧技术相结合，可显著降低氮氧化物排放。然而，这种组合也会带来弊端，如增加飞灰的可燃物含量，导致无法再次利用，并可能导致水冷壁腐蚀。其次，燃烧后脱硝。进行脱硝处理的主流技术是选择性催化还原和选择性非催化还原。选择性催化还原因脱硝效率高而被广泛采用，可采用三种布置方式，分别是低含尘烟气段、高含尘烟气段和尾部烟气段。其中，由于经济因素的考虑，通常采用高含尘烟气段，而布置时间一般在空预器之前。进行脱硝时，通常采用氨气作为脱硝剂，氨气的产生方式主要包括液氨、氨水和尿素三种。液氨具有安全可靠、运行成本低等优点，因此被广泛应用。在氮氧化物脱硝的过程中，需严格控制氨用量，以免与烟气中三氧化硫作用生成硫酸铵，堵塞空气预热器。钒钛钨型催化剂被用于脱硝，催化剂选择需考虑灰的主要成分。

3.3 脱硫改造技术

目前广泛应用于超净排放改造的设备是石灰石-石膏法技术。以下是常用的几种方案介绍：第一，单塔双循环方案。石灰石浆液与二氧化硫反应分为两个阶段：首先生成硫酸氢钙和硫酸钙，其次生成的生成物与氧气进一步反应，最终形成硫酸钙水化合物。虽然两个阶段反应的目的有所不同，但第二个阶段所需的PH值较低，因此单塔双循环技术只需在原基础上进行少量改动即可大幅提高效率，这也是其被广泛应用的原因之一。第二，双塔串联。双塔串联技术与单塔双循环技术的工作原理相同。然而，在实际应用中，采用双塔串联方案能够有效提高脱除效率，改善排放标准低和预留场地大等问题，并且改造原吸收塔时不影响正常工作。但这一方案初期成本投入较高，仍存在一定的局限性。第三，炉内脱硫。应用CFB锅炉可以实现燃烧高硫高灰煤，循环流化床锅炉燃烧率高，波动小，适用于多种燃料，且能够有效降低有害气体排放。为了提高煤矿脱硫效率，炉内常用石灰石粉作为固硫剂，但受高温影响，钙利用率却很低。大量添加会影响锅炉正常运行。因此，常联合采用炉内外脱硫技术来解决问题。

结语

经过分析可发现，对于高硫高灰煤电厂而言，实现超低排放完全可行。通过对超低排放改造技术路线的整体优化，燃煤电厂能促进企业污染物控制技术体系的完善。此外，技术改造过程中的针对性优化和技术体系的改进，有利于实现燃煤电厂超低排放改造技术的整体创新。这将推动电力企业的健康可持续发展，同时有助于提升企业的社会形象。

参考文献

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