燃煤电厂烟气污染物超低排放技术路线的选择

北极星环保网讯:摘要：在深入研究燃煤电厂烟尘、SO2、NOx等控制技术特点与适用条件的基础上,综合国内大量煤电机组超低排放的成功案例,提出了燃煤电厂超低排放技术路线选择应遵循“因煤制宜,因炉制宜,因地制宜,统筹协同,兼顾发展”的基本原则,辨识出不同煤质、不同炉型、不同机组规模、不同污染控制要求等条件下的最佳可行技术,给出目前应用较多的超低排放典型技术路线,可指导燃煤电厂对超低排放技术路线的选择。

关键词:燃煤电厂;烟气污染物;超低排放;技术路线;选择

2011年中国颁布了史上最严的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223—2011）,为了实现达标排放,湖南益阳电厂300MW煤电机组在国内首次采用湿式电除尘器（WESP）控制烟尘排放,取得了很好效果[1,2]。此后,越来越多的煤电机组采用WESP控制烟尘排放,协同脱除SO3、液滴、汞等污染物,同时对烟气脱硝SCR系统增加1层催化剂、脱硫系统进行提效改造,实现烟气污染物超低排放[3,4,5,6,7,8,9,10]。

2015年以前,超低排放的实现主要依赖WESP,且以优质煤为主。2015年3月李克强总理的政府工作报告,明确提出推动燃煤电厂超低排放改造,2016年3月的政府工作报告,则要求燃煤电厂全面实施超低排放改造。中国地域广大,煤种复杂多样,超低排放推动了技术进步,产生出各种烟尘、SO2、NOx的超低排放治理技术及其组合的技术路线[11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21],给具体燃煤电厂的技术选择带来了很大难度。

本文在深入研究各种污染治理技术特点与适用条件的基础上,综合国内大量煤电机组超低排放的成功案例,提出了超低排放技术路线选择的基本原则、最佳可行技术及典型的技术路线,以指导燃煤电厂对超低排放技术路线的选择。

1技术路线选择的基本原则

考虑到中国目前的环境状况,对煤电企业的环境监管国家提出了日益严格的要求,燃煤电厂在选择超低排放技术路线时,应选择技术上成熟可靠、经济上合理可行、运行上长期稳定、易于维护管理、具有一定节能效果的技术。燃煤电厂烟气污染物超低排放技术路线选择时应遵循“因煤制宜,因炉制宜,因地制宜,统筹协同,兼顾发展”的基本原则[22]。

因煤制宜,不仅要考虑锅炉的设计煤种及校核煤种,还要考虑随着市场变化,电厂可能燃烧的煤种与煤质波动,要确保在燃用不利煤质条件下,污染物能够实现超低排放[23]。例如,对于煤质较为稳定、灰分较低、易于荷电、灰硫比较大的烟气条件下,选择低低温电除尘器+复合塔脱硫系统协同除尘作为颗粒物超低排放的技术路线,是一种经济合理的选择。

对于煤质波动大、灰分较高、荷电性能差、灰硫比较小的烟气条件,则应优先选择电袋复合除尘器或袋式除尘器进行除尘,后面是否加装湿式电除尘器,则取决于除尘器的出口浓度以及后面采用的脱硫工艺的协同除尘效果,湿式电除尘器是应对不利因素的最佳选择。

因炉制宜,主要是考虑不同炉型对飞灰成分与性质的影响。如循环流化床锅炉,适用于劣质燃料的燃烧,通常灰分高,颗粒粒径较煤粉炉大,排烟温度也普遍较高,原则上优先选择电袋复合除尘器或袋式除尘器;对于燃烧热值较高煤的循环流化床锅炉,可选用余热利用的低低温电除尘器。

因地制宜,既要考虑改造机组的场地条件,也要考虑机组所处的海拔高程。如采用双塔双pH值脱硫工艺、加装湿式电除尘器、增加电除尘器的电场数等一般都需要场地或空间条件。对于高海拔的燃煤电厂,还应考虑相应高程的空气影响烟气条件,从而影响电除尘器的性能。

统筹协同,烟气超低排放是一项系统工程,各设施之间相互影响,在设计、施工、运行过程中,要统筹考虑各设施之间的协同作用,全流程优化,实现控制效果好、运行能耗低、成本较低的最佳状态。

兼顾发展,就是不仅要满足现在的排放要求,还应考虑排放要求的发展以及技术、市场的发展变化。如目前中国燃煤电厂排放要求中,对烟气中的SO3排放没有要求,对汞及其化合物的排放要求还比较宽松,技术路线选择时应考虑下一步排放限值的更加严格的要求。

此外,污染防治技术也在不断发展,需要考虑技术进步及其改造的可能性。煤炭市场、电力市场等均处于不断变化之中,煤质稳定性有无保障,电力负荷的变化与煤电深度调峰对烟气成分的影响等等,在选择技术路线时可能都需要考虑。

总之,燃煤电厂烟气污染物超低排放技术路线的选择既要考虑初始投资,也要考虑长期的运行费用;既要考虑投入,也要考虑节能减排的产出效益;既要考虑技术的先进性,也要考虑其运行可靠性;既要考虑超低排放的长期稳定性,也要考虑故障时运行维护的方便性;既要立足现在,也要兼顾长远。

2颗粒物超低排放技术路线

燃煤电厂要想实现颗粒物超低排放,至少面临2个方面技术的选择。

一是烟气脱硝后烟气中烟尘的去除,可以称之为一次除尘技术,主流技术包括电除尘技术、电袋复合除尘技术和袋式除尘技术。电除尘技术通过采用高效电源供电、先进的清灰方式以及低低温电除尘技术等有机组合,可以实现除尘效率不低于99.85%,电袋复合除尘器及袋式除尘器可以实现除尘效率不低于99.9%。

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