燃煤火电厂超低排放解析

燃煤火电厂超低排放解析

【摘要】燃煤火电厂在生产过程中，燃料燃烧排放大量烟尘、SO2、NOx，对环境造成了严重破坏。随着社会环保意识的加强，对热电厂污染排放的要求也越来越高。本文就热电厂超低排放展开分析。

【关键词】超低排放；脱硝；脱硫；除尘

根据数据显示，2014年以来，全国平均雾霾天数为52年来之最，安徽、湖南、湖北、浙江、江苏等13地均创下“历史纪录”。大气污染在京津冀地区、长三角尤为严重。为遏制日渐严峻的大气污染物排放形势，2014年9月12日，国家发展改革委、环境保护部、国家能源局联合下发了“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”，提出了新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值的行动目标。即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米，业界称其为超低排放，以下就燃煤火电厂中的超低排放进行分析。

1 燃煤火电厂大气污染物排放现状

燃煤火电厂的大气污染主要是二氧化硫、二氧化碳和一些硫化物、NOx及烟尘等。二氧化硫、硫化物、NOx排入空气中之后，会形成酸雨，进而破坏土壤和建筑；二氧化碳是引起温室效应的主要气体，排入空气中后，会进一步加强温室效应现象；而烟尘进入空气中后，主要是以悬浮物、尘埃形式存在的，会造成空气中细颗粒物浓度较高，影响大气环境质量，甚至形成雾霾等现象。

目前，燃煤火电厂大气污染物排放执行的最新标准是《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），该标准2012年1月1日起执行。并于2013年2月27日发布了《关于执行大气污染物特别排放限值的公告》（公告2013年第14号），明确了重点地区范围，要求重点地区范围内的火电燃煤机组自2014年7月1日起执行烟尘特别限值标准。结合前述的超低排放指标，各排放标准对比见表1：

表1 各排放标准对比

序号污染物项目环保部现行标准（mg/Nm3）重点地区排放标准（mg/Nm3）超低排放标准（mg/Nm3）

1 烟尘30 20 5

2 二氧化硫100 50 35

3 氮氧化物

（以NO2 计）100 100 50

4 汞及其化合物0.03 0.03 0.03

说明：1、重点地区外，2012年1月1日前已建成投产或环境影响评价文件已通过审批的燃煤锅炉火力发电机组的二氧化硫排放浓度限值执行200mg/Nm3的标准。

2、自2015年1月1日起，燃煤火电厂执行汞及其化合物污染物排放限值。

2 燃煤火电厂实现超低排放的措施

2.1 二氧化硫

为满足国家环保标准要求，国内燃煤火电厂基本设置了炉后烟气脱硫装置。而仅靠原有烟气脱硫系统设计能力，难以满足二氧化硫超低排放要求，必须对烟气脱硫系统进行增容改造。

在日益严格的环保标准要求下，各个脱硫工艺供应商纷纷在自有脱硫工艺基础上研发了满足二氧化硫超低排放指标的技术，石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺如南京龙源采用单塔双循环技术，上海龙净采用单塔双区技术，武汉凯迪采用单塔双托盘技术，以及通用的双塔双循环技术等，均能满足二氧化硫排放浓度不大于35 mg/Nm3的要求。对于氨法烟气脱硫工艺，与石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺相比，有更高的脱硫能力，其脱硫效率可以做到不小于98%，再采用增加一级喷淋层、优化空气氧化系统、加高吸收塔等措施后，能够满足二氧化硫超低排放要求。

2.2 氮氧化物

控制氮氧化物的排放，需根据炉型的不同采用不同的烟气脱硝”工艺路线。（1）煤粉锅炉

控制煤粉锅炉火电厂的系统出口氮氧化物排放浓度，首先应从根源上降低NOx的生成量，一般采用空气分级低氮燃烧技术。其主要原理是将燃料的燃烧过程分段进行。即将燃烧用风分为一、二次风，减少煤粉燃烧区域的空气量（一次风量），提高燃烧区域的煤粉浓度，推迟一、二次风混合时间，这样煤粉进入炉膛时就形成一个过剩空气系数在0.8左右的一级燃烧区，使燃料在富燃料区进行欠氧燃烧，使得燃烧速度和温度降低，从而抑制了燃料型和热力型NOx的生成，同时由于不能完全燃烧，部分中间产物如HCN和NH3等会将部分已生成的NOx还原成N2，从而使燃料型NOx的排放量也有所降低。然后欠氧燃烧产生的烟气再与二次风混合，使燃料燃烧完全，但由于此区域的温度已经降低，新生成的NOx十分有限。燃料在进行低氮燃烧之后，炉膛出口NOx生成量能够降低30%～40%。

在省煤器出口设置SCR烟气脱硝装置后（催化剂首次填充2 层，预留一层），脱硝装置出口NOx排放浓度基本可以控制在50mg/Nm3以内。低氮燃烧技术仅需较低的一次性投资，就能够达到降低NOx排放浓度的目的，与提高SCR烟气脱硝装置脱硝能力相比，可大大节约运行成本。

（2）循环流化床锅炉

循环流化床锅炉作为一种洁净燃烧技术，具有良好的环保效果，是一种相对清洁的燃烧方式。在CFB锅炉中，燃烧及脱硫发生在由大量灰粒子所组成的温度相对较低（接近870℃）的床层内，平均燃烧温度通常控制在850℃～900℃的范围内，低的燃烧温度及配风方式使燃料型NOx和热力型NOx的生成量大幅度降低。在采用SNCR烟气脱硝工艺后，基本可以满足现行环保标准要求，但无法满足超低排放对NOx排放浓度的要求。需在锅炉尾部设置SCR烟气脱硝装置对NOx进一步脱除。SCR烟气脱硝装置的设置位置根据催化剂反应温度间确定。

采用SNCR+SCR脱硝工艺后，循环流化床锅炉火电厂NOx排放浓度均能满足超低排放指标要求。

2.3 烟尘

干式电除尘器（Dry Electrostatic Precipitator，以下简称DESP）虽然能达到很高的收尘效率（即除尘器出口<20 mg/Nm3），但是由于DESP布置在脱硫系统之前，对脱硫系统本身由烟气带出的颗粒物无法收集。传统的改造方案把焦点放在原电除尘设备上，工艺流程是烟气经电除尘设备后流经脱硫系统，再通过烟囱排放。前端电除尘设备是否达标、脱硫带来的颗粒物排放、蓝烟酸雾、重金属汞等多种污染物，导致脱硫后超低排放难以实现。