以煤为主的能源结构并且通过直接燃烧的方式加以利用是造成我国大气污染的主要原因之一。因此,必须引入先进的污染物治理技术控制燃煤机组的污染物排放总量,并执行更为严格的排放标准。在2014年9月印发的《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014~2020年)》中,要求燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到或接近燃气轮机组排放限值,即在基准氧含量6%条件下,NOx、SO2、烟尘排放浓度分别不高于50mg/Nm³、35mg/Nm³、10mg/Nm³。在2015年12月印发的《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》里,要求东部、中部和西部地区分别在2017年,2018年和2020年前基本完成超低排放改造。
一、烟气污染物治理技术
1、NOx脱除技术
目前,用于控制NOx排放的主要途径有低氮燃烧技术(LNB)和烟气脱硝技术。因低氮燃烧技术能够有效降低炉膛出口烟气的NOx浓度,节省SCR脱硝技术的投资、运行费用,因此普遍采用LNB结合选择性催化还原法(SCR)烟气脱硝技术的方式来控制NOx的排放。就目前已完成超低排放改造的燃煤电厂而言,脱硝改造方案基本类似,多为系统优化、低氮燃烧改造及增加SCR催化剂。
2、SO2脱除技术
为了实现SO2的超低排放,国内各大环保企业在原有脱硫技术基础之上相继提出了各自的高效脱硫技术,主要包括沸腾式泡沫脱硫除尘一体化技术(YD-BFI)、单塔一体化脱硫除尘深度净化技术(SPC-3D)、高效脱硫除尘托盘塔技术等。截至目前,各项技术均已取得一定数量的工程应用业绩。对于燃用高硫煤(St,ar>3%)的锅炉,远达环保的单塔双循环技术也已取得了应用业绩。综上,我国现有脱硫技术已然能够满足SO2的超低排放需求,各新建或改造项目可通过技术经济对比,选取合适的脱硫技术方案。
3、烟尘脱除技术
烟尘的脱除主要有干式除尘、湿法脱硫协同除尘和湿式电除尘(WESP)。目前,电厂大多采用多个锅炉除尘器协同除尘。在湿法脱硫系统中,脱硫塔在实现高效脱硫的同时,凭借浆液对烟尘的惯险碰撞、拦截、扩散等作用实现对烟尘的捕集。在前述高效脱硫技术中,沸腾式泡沫脱硫除尘一体化技术(YD-BFI)等正是国内环保企业出于提升脱硫塔协同除尘能力的考虑研发出来的自主技术。WESP用于国外燃煤电厂烟尘的治理由来已久,排放浓度普遍控制在5mg/Nm³以内。
二、超低排放技术路线
结合国内已完成超低排放改造的燃煤机组所采用的技术方案及改造后的污染物排放水平。不难看出,能够实现燃煤机组大气污染物超低排放的技术方案或技术组合形式众多,可选择性较大。鉴于烟尘的超低排放较难实现,目前,电力行业普遍将烟尘的脱除方式视为各超低排放技术路线的主要划分依据。
1、湿式电除尘技术路线:
低氮燃烧+SCR+高效干式除尘+高效脱硫+WESP。本技术路线中,烟尘的脱除主要依靠低温电除尘、电袋除尘等高效干式除尘技术和WESP。由于在脱硫后端设置有湿式电除尘,因此本技术路线对脱硫塔的协同除尘性能要求较低。
2、污染物协同脱除技术路线
低氮燃烧+SCR+高效干式除尘+高效脱硫协同除尘。本技术路线的关键在于高效干式除尘技术的应用及其与湿法脱硫技术对烟尘的协同脱除,难点在于在不采用湿式电除尘的前提条件下,凭借湿法脱硫装置的协同除尘能力实现烟尘的超低排放。因此,高效脱硫协同除尘一体化技术的研发与应用是本路线成功的关键所在。
超低排放改造初期,由于技术相对单一,主要采用的是湿式电除尘技术路线。但由于新增湿式电除尘系统会造成投资、运行成本的大幅增加,因此随着国内高效脱硫协同除尘一体化技术的日趋成熟,自2014年底起,污染物协同脱除技术路线逐渐成为超低排放改造的主流技术路线。截至目前,超低排放技术已相对成熟,宏观层面已从是否能够实现超低排放转向如何高效经济的实现超低排放。
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