超低排放技术路线分析

超低排放技术路线分析

赵鸿飞

（大唐环境产业集团股份有限公司北京100097）

摘要：本文在研究中以除尘、脱硫、脱硝超低排放技术为核心，针对现有超低排放技术路线进行分析，构建达到超低排放标准的技术路线体系，并探究超低排放未来发展趋势，进而为相关技术及实践人员提供一定的参考价值。

关键词：超低排放；技术路线；湿式电除尘；SCR；双塔双循环

随着我国经济的快速发展，火电装机容量仍将不断增长，近几年国家密集出台了一系列大气污染防治相关政策，要求燃煤机组大气污染物排放基本达到燃气轮机组污染物排放标准限值，即在基准含氧量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毫克每立方米。江苏省、浙江省、广州市、山西省等地已出台了相关政策，将烟尘排放浓度进一步提高到5毫克每立方米。也就是说燃煤机组排放达到或基本达到燃气轮机组排放限值，就是当前所谓的超低排放。

我国燃煤电厂烟气治理经历了从“除尘”到“除尘+脱硫”、再到现在“除尘+脱硫+脱硝”的演变，随着大气污染物排放标准的提高，燃煤电厂超低排放技术也得到了更新和推广，技术路线的选择也从原来的单一装置脱除单一污染物技术，逐步向除尘、脱硫、脱硝等装置的组合或协同脱除两种及多种以上污染物的技术路线发展。

一、除尘超低排放技术路线

1、电除尘技术

电除尘具有高效率、低排放、低能耗且无二次污染的除尘设备，对国内大部分煤种具有广泛的适应性，运行稳定可靠。电除尘以其特有的优势在我国占有较大的份额。随着“全球最严”的烟尘排放标准及超低排放要求的实施，燃煤电厂电除尘器的应用比例虽有所减少，但依然保持70%左右的市场占有率。同时涌现了一些改进技术，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%，

2、低低温电除尘技术

低低温技术是通过在电除尘前增设热回收器或烟气换热系统，降低电除尘入口烟气温度至酸露点以下，一般在90℃左右，烟气中的大部分SO3会在烟气冷却器中冷凝成硫酸雾并吸附在粉尘表面，使粉尘性质发生了很大变化；同时烟气温度的降低烟气体积流量下降，烟气流速明显降低，从而增加了烟气在电除尘内部电场的停留时间，大幅提高了除尘效率，同时去除大部分的SO3，脱除率一般不小于80%，最高可达95%，而且低低温电除尘器的出口粉尘粒径会增大，可大幅提高湿法脱硫装置协同除尘效果。

3、电袋复合除尘技术

电袋复合除尘器的结构是将电除尘区和布袋除尘区前后串联，含尘烟气进入除尘器后，烟气中的粉尘大约70～80%在电场内荷电被收集下来，剩余20%～30%的细粉尘随烟气经过布袋除尘器前的均流装置，小部分烟气水平流进入布袋收尘区，大部分烟气导向滤袋下部，自下而上进入滤袋收尘区。电袋复合式除尘器是有机结合了静电除尘和布袋除尘的特点，通过前级电场的预收尘、荷电作用和后级滤袋区过滤除尘的一种高效除尘器，它充分发挥电除尘器和布袋除尘器各自的除尘优势，以及两者相结合产生新的性能优点，弥补了电除尘器和布袋除尘器的除尘缺点。

4、湿式电除尘技术

湿式电除尘器工作原理与传统干式电除尘相似，都是靠高压电晕放电使得粉尘荷电，荷电后的粉尘在电场力的作用下到达集尘板/管，所不同的是湿式电除尘器通常布置在湿法脱硫设施的尾部，主要功能是进一步实现烟气污染物，包括PM2.5、SO3等的洁净化处理，主要用于解决脱硫塔后的烟尘排放问题。湿式电除尘器的作为燃煤烟气复合污染物控制的二级或深度处理技术，一般与除尘器和湿法脱硫装置配合使用，不受煤种条件限制，可应用于新建工程和改造工程。

烟尘超低排放一般通过增加湿式电除尘器实现，也可将电除尘器升级改造为低低温电除尘器或电袋复合除尘器，还可采用电凝并技术、高频电源技术、旋转电极式电除尘技术等提高电除尘效率。

二、脱硫超低排放技术路线

1、石灰石-石膏湿法

石灰石-石膏湿法脱硫技术是目前应用最广泛、技术最为成熟的烟气脱硫技术，在我国火电行业所占比例达到92%。该法的优点主要有脱硫效率高，一般可达95％以上，吸收剂利用率高，可超过90％；但燃煤机组超低排放新标准SO2为35mg/m3，要实现该排放限值，单靠传统的湿法脱硫技术难于实现，需要优化调整、技术改造、甚至采用新技术推倒重建。

2、脱硫除尘一体化技术

单塔一体化脱硫除尘深度净化技术是国内自主研发的专有技术，该技术可在一个吸收塔内同时实现脱硫效率99%以上，除尘效率90%以上，满足二氧化硫排放35mg/Nm3、烟尘5mg/Nm3的超净排放要求。超净脱硫除尘一体化装置是旋汇耦合装置、高效节能喷淋装置、管束式除尘装置三套系统优化结合的一体化设备，应用于湿法脱硫塔二氧化硫去除。

3、双塔双循环技术

双塔双循环技术是将两座吸收塔串联运行，同时设置喷淋层和除雾器，双塔双循环技术的主要特点是可通过控制一、二级吸收塔的PH值及浆液密度等实现分区控制，一级吸收塔侧重溶解氧化沉淀结晶反应，二级吸收塔侧重提供效率。通过两级吸收塔后双循环的脱硫和除尘效果进一步增强，SO2排放浓度在35毫克每立方米，达到超低排放要求。但是双塔双循环的占地更大了，不适合布置比较紧凑的电厂，且辅机增设较多，运营成本高。

脱硫超低排放一般通过原有工艺增效，增加喷淋层、串联脱硫塔、脱硫除尘一体化技术等来实现，达到超低排放限值前提下还应考虑协同脱除颗粒物效率｡

三、脱硝超低排放技术路线

1、低氮燃烧技术

锅炉低氮燃烧技术是控制氮氧化物的首选技术，主要是通过降低燃烧温度、减少烟气中氧量等方式减少NOX的生成量（约200～400mg/m3），技术成熟、投资和运行费用低，是控制NOX最经济的手段。但它不利于煤燃烧过程本身，因此低氮燃烧改造应以不降低锅炉效率为前提。

2、选择性非催化还原脱硝技术（SNCR）

在高温条件下（900～1100度），主要利用氨水、尿素以及氨气等氨基还原剂加水溶解至10%浓度，通过机械式喷枪将其喷射到锅炉炉膛中，液体加热分解后形成氨气，将NOx还原成N2和水，脱硝效率为25%到50%。SNCR脱硝技术具有高效简洁的特点，但氨逃逸率较高，且随着锅炉容量的增大，其脱硝效率呈下降趋势。

3、选择性催化还原法（SCR）

其原理是SCR反应器中在催化剂存在的作用下，采用NH3或尿素为还原剂，有选择性地与NOx反应，生成无毒无污染的N2和H2O。将NOx还原为N2。此工艺反应温度在300～450度之间，脱硝效率通过调整催化剂层数能稳定达到60～90%。与低氮燃烧相结合可实现100mg/m3及更低的排放要求。技术最成熟、应用最广泛的烟气脱硝技术，是控制氮氧化物最根本的措施。其存在的主要问题是空预器堵塞、氨逃逸等。

在众多的脱硝技术中，选择性催化还原（SCR）脱硝技术是脱硝效率最高，最为成熟的脱硝技术，其NOx的脱除率可达到80%～90%，SCR方法已成为目前最有效的烟气脱硝技术，该技术在火电厂已得到广泛应用。国内外电厂脱硝的主流技术。

脱硝超低排放一般通过增加催化剂层数或加装SNCR脱硝装置实现，如还不能达到排放标准可采用SNCR+SCR联合应用技术。

四、典型超低排放技术路线组合分析

1、以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理技术路线

脱硝装置（SCR）→热回收器（WHR）→低低温电除尘器（低低温ESP）→石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置（WFGD）→湿式电除尘器（WESP，可选择安装）→再加热器（FGR，可选择安装）。

当烟尘排放限值为5mg/m3，且不设置WESP时，低低温电除尘器出口烟尘浓度宜小于20mg/m3，湿法脱硫装置的除尘效率应不低于70%。当烟尘排放限值为10mg/m3，且不设置WESP时，低低温电除尘器出口烟尘浓度宜小于30mg/m3，湿法脱硫装置的除尘效率应不低于70%。

2、以湿式电除尘技术为核心的烟气协同治理技术路线

脱硝装置（SCR）→除尘器→石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置（WFGD）→湿式电除尘器（WESP）→再加热器（FGR，可选择安装）。

当要求颗粒物排放限值为5mg/m3时，WESP入口颗粒物浓度宜小于20mg/m3，不宜超过30mg/m3｡当要求颗粒物排放限值为10mg/m3时，WESP入口颗粒物浓度宜小于30mg/m3，不宜超过60mg/m3｡

五、未来超低排放发展趋势

我国火电厂超低排放改造工作预计将在“十三五”期间完成，随后将迎来火电行业超低排放装备不断淘汰更新的发展阶段。

随着我国电力环保水平逐步达到国际水平，大气污染治理工作的重心也将逐步向非电重点行业倾斜。预计未来钢铁行业烧结烟气净化技术会选择同时脱硫脱硝一体化技术。其它行业的超低排放工作也将稳步推进。

结束语

不可否认我国当前能源消费主要以煤炭为主，煤炭燃烧将出烟尘、二氧化硫、氮氧化物等有害物质排入大气，是造成大气污染形势依然严峻的主要原因之一，作为环境治理的重要一环，以超低排放为标志的煤炭清洁高效利用将成为燃煤发电的新“常态”。选择合理的超低排放技术路线对企业来讲不仅取得达标排放效果，而且能够节省不少经济投资，对社会来讲超低排放不仅能够改善我国大气环境质量，还能为其它非电行业实现大气污染治理提供指引，具有十分重要的现实意义！

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作者简介：

赵鸿飞（1979-10），男，汉族，宁夏石嘴山市人，学历：本科，职称：中级。