針對(duì)我國燃煤電廠煙氣超低排放要求，可采用的技術(shù)路線有：以低低溫電除塵技術(shù)為核心的煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線和以濕式電除塵技術(shù)為核心的煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線。本文從關(guān)鍵設(shè)備主要功能、污染物協(xié)同脫除作用、適用條件、國內(nèi)外工程應(yīng)用等方面對(duì)上述技術(shù)路線進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，提出超低排放技術(shù)值得關(guān)注的問題及建議。本文可為我國燃煤電廠煙氣治理提供一定的借鑒作用。

1、引言

《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)進(jìn)一步降低了燃煤電廠大氣污染物的排放限值，其中重點(diǎn)控制地區(qū)，要求煙塵排放限值20mg/m3。由于環(huán)境容量有限等原因，江蘇省、浙江省、山西省、廣州市等地已出臺(tái)相關(guān)政策，要求燃煤電廠參考燃?xì)廨啓C(jī)組污染物排放標(biāo)準(zhǔn)限值，即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于5mg/m3、35mg/m3、50mg/m3。

國家發(fā)改委、環(huán)保部和國家能源局三部委聯(lián)合于2014年9月頒發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014～2020年)》，要求東部地區(qū)新建燃煤機(jī)組排放基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組污染物排放限值，即基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3，對(duì)中部和西部地區(qū)及現(xiàn)役機(jī)組也提出了要求。

燃煤機(jī)組排放達(dá)到或基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組標(biāo)準(zhǔn)排放限值被業(yè)內(nèi)稱為超低排放。針對(duì)我國日益嚴(yán)峻的大氣污染形勢(shì)及國內(nèi)燃煤電廠使用的除塵設(shè)備80%左右為電除塵器這一現(xiàn)狀，同時(shí)借鑒發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)電除塵技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)燃煤電廠煙氣超低排放，可采用“以低低溫電除塵技術(shù)為核心的煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線”或“以濕式電除塵技術(shù)為核心的煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線”。

2、以低低溫電除塵技術(shù)為核心的煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線

我國燃煤電廠現(xiàn)有煙氣治理技術(shù)路線在實(shí)施過程中注重的是單一設(shè)備脫除單一污染物的方法，未充分考慮各設(shè)備間協(xié)同效應(yīng)，在達(dá)到相同效率情況下，系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，投資和運(yùn)行成本較大，且在當(dāng)前實(shí)際情況下，常規(guī)除塵設(shè)備較難達(dá)到超低排放的要求。

以低低溫電除塵技術(shù)為核心的煙氣污染物協(xié)同治理路線是在充分考慮燃煤電廠現(xiàn)有煙氣污染物脫除設(shè)備性能(或進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳?jí)和改造)的基礎(chǔ)上，引入“協(xié)同治理”的理念建立的，具體表現(xiàn)為綜合考慮脫硝系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和脫硫裝置之間的協(xié)同關(guān)系，在每個(gè)裝置脫除其主要目標(biāo)污染物的同時(shí)能協(xié)同脫除其它污染物，或?yàn)槠渌O(shè)備脫除污染物創(chuàng)造條件。

以低低溫電除塵技術(shù)為核心的煙氣協(xié)同治理典型技術(shù)路線為：脫硝裝置(SCR)→熱回收器(WHR)→低低溫電除塵器(低低溫ESP)→石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置(WFGD)→濕式電除塵器(WESP，可選擇安裝)→再加熱器(FGR，可選擇安裝)。

當(dāng)燃煤電廠污染物需達(dá)到超低排放的要求時(shí)，可采用以低低溫電除塵技術(shù)為核心的煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線，如圖1所示。

當(dāng)煙塵排放限值為5mg/m3，且不設(shè)置WESP時(shí)，低低溫電除塵器出口煙塵濃度宜小于20mg/m3，濕法脫硫裝置的除塵效率應(yīng)不低于70%。

當(dāng)煙塵排放限值為10mg/m3，且不設(shè)置WESP時(shí)，低低溫電除塵器出口煙塵濃度宜小于30mg/m3，濕法脫硫裝置的除塵效率應(yīng)不低于70%。

2.1、關(guān)鍵設(shè)備主要功能

注：當(dāng)不設(shè)置再加熱器(FGR)時(shí)，熱回收器處的換熱量按上圖①所示回收至汽機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng);當(dāng)設(shè)置再加熱器(FGR)時(shí)，熱回收器處的換熱量按上圖②所示至再加熱器(FGR)。

1）脫硝裝置（SCR）

主要功能是實(shí)現(xiàn)NOx的高效脫除，若通過在脫硝系統(tǒng)中加裝高效汞氧化催化劑，可提高元素態(tài)汞的氧化效率，有利于在其后的除塵設(shè)備和脫硫設(shè)備中對(duì)汞進(jìn)行脫除。

2）熱回收器（WHR）

主要功能是使煙氣溫度降低至酸露點(diǎn)以下，一般為90℃左右。此時(shí)，絕大部分SO3在煙氣降溫過程中凝結(jié)。由于煙氣尚未進(jìn)入電除塵器，所以煙塵濃度高，比表面積大，冷凝的SO3可以得到充分的吸附，下游設(shè)備一般不會(huì)發(fā)生低溫腐蝕現(xiàn)象，同時(shí)實(shí)現(xiàn)余熱利用或加熱煙囪前的凈煙氣。

3）低低溫電除塵器（低低溫ESP）

主要功能是實(shí)現(xiàn)煙塵的高效脫除，同時(shí)實(shí)現(xiàn)SO3的協(xié)同脫除。當(dāng)煙氣經(jīng)過熱回收器時(shí)，煙氣溫度降低至酸露點(diǎn)以下，SO3冷凝成硫酸霧，并吸附在粉塵表面，使粉塵性質(zhì)發(fā)生了很大變化，不僅使粉塵比電阻降低，而且提升了擊穿電壓、降低煙氣流量，從而提高除塵效率。其對(duì)SO3的脫除率一般不小于80%，最高可達(dá)95%。而且低低溫電除塵器的出口粉塵粒徑會(huì)增大，可大幅提高濕法脫硫裝置協(xié)同除塵效果。

目前低低溫電除塵技術(shù)最受關(guān)注的是低溫腐蝕和二次揚(yáng)塵等問題。

灰硫比(D/S)，即粉塵濃度(mg/m3)與SO3濃度(mg/m3)之比，是評(píng)價(jià)設(shè)備是否可能發(fā)生腐蝕的度量尺度。三菱重工實(shí)際應(yīng)用的低低溫電除塵器灰硫比一般遠(yuǎn)大于100，已經(jīng)交付的燃煤電廠低低溫電除塵器都沒有低溫腐蝕問題。美國南方電力公司也通過灰硫比來評(píng)價(jià)腐蝕程度，試驗(yàn)研究顯示，當(dāng)含硫量為2.5%時(shí)，灰硫比在50～100可避免腐蝕。通過對(duì)國外燃煤電廠低低溫電除塵器灰硫比的綜合分析，并對(duì)國內(nèi)6個(gè)不同電廠和6種典型煤種進(jìn)行了灰硫比計(jì)算，我們認(rèn)為，當(dāng)灰硫比大于100時(shí)，一般不存在低溫腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，低低溫電除塵器對(duì)我國煤種的適應(yīng)性較好。

煙氣溫度降低，粉塵比電阻下降，粉塵與陽極板靜電粘附力有所降低，二次揚(yáng)塵會(huì)有所增加，需采取相應(yīng)措施。減少二次揚(yáng)塵的措施主要有適當(dāng)增加電除塵器容量、采用旋轉(zhuǎn)電極式電除塵技術(shù)或離線振打技術(shù)。在采取上述兩種措施之一的同時(shí)，還應(yīng)設(shè)置合理的振打周期：如末電場(chǎng)不產(chǎn)生反電暈時(shí)無需振打，陽極板積灰厚度1mm～2mm振打一次，其時(shí)間一般在2天左右;調(diào)整振打電機(jī)轉(zhuǎn)速：如末電場(chǎng)陽打電機(jī)轉(zhuǎn)速由60秒/轉(zhuǎn)調(diào)整為247秒/轉(zhuǎn);設(shè)置合理的振打制度：如末電場(chǎng)各室不同時(shí)振打，最后2個(gè)電場(chǎng)不同時(shí)振打，末電場(chǎng)陰、陽極不同時(shí)振打;其他輔助方法：出口封頭內(nèi)設(shè)置槽形板，使部分二次飛揚(yáng)的粉塵進(jìn)行再次捕集等。

4）濕法煙氣脫硫裝置（WFGD）

主要功能是實(shí)現(xiàn)SO2的高效脫除，同時(shí)實(shí)現(xiàn)煙塵、SO3等的協(xié)同脫除，協(xié)同除塵效率可達(dá)70%以上。

采用單塔或組合式分區(qū)吸收技術(shù)，改變氣液傳質(zhì)平衡條件，優(yōu)化漿液pH值、漿液霧化粒徑、鈣硫比、液氣比等參數(shù)，優(yōu)化塔內(nèi)煙氣流場(chǎng)，改善噴淋層設(shè)計(jì)等，提高除霧器性能等提高脫硫效率。

WFGD出口的液滴中含有石膏等固體顆粒，要達(dá)到顆粒物的超低排放，提高其協(xié)同除塵效率的措施主要有：

a)較好的氣流分布;

b)采用合適的吸收塔流速;

c)優(yōu)化噴淋層設(shè)計(jì);

d)采用高性能的除霧器，除霧器出口液滴濃度為20mg/m3~40mg/m3;

e)采用合適的液氣比。

5）濕式電除塵器（WESP）

石膏漿液為懸浮漿液。有研究表明，石膏漿液中26.5μm以下直徑的顆粒占總粒徑的重量比小于37.57%，而一般屋脊式除霧器的極限粒徑為22μm~24μm左右，超過極限粒徑的液滴全部被除霧器捕獲。吸收塔內(nèi)石膏漿液含固量通常為20%，假設(shè)小粒徑段顆粒在漿液中均勻分布，即大、小液滴中小粒徑段顆粒的濃度相等，通過除霧器的小液滴中只能含有小粒徑段的石膏顆粒，則通過除霧器的液滴含固量理論值應(yīng)為20%×37.35%=7.5%，而并非國內(nèi)業(yè)界一直認(rèn)為的除霧器出口霧滴含固量等同于塔內(nèi)石膏含固量。當(dāng)除霧器廠家可保證脫硫出口液滴濃度分別小于75mg/m3、40mg/m3、20mg/m3時(shí)，霧滴對(duì)煙塵貢獻(xiàn)分別僅為5.6mg/m3、3mg/m3、1.5mg/m3。

可有效捕集其它煙氣治理設(shè)備捕集效率較低的污染物(如PM2.5等)，消除“石膏雨”，可達(dá)到其它污染物控制設(shè)備難以達(dá)到的極低的排放限值，如顆粒物排放≤3mg/m3。一般情況下，其對(duì)SO3的脫除率可達(dá)60%左右。具體工程可根據(jù)煙囪出口污染物排放濃度的要求選擇性安裝。

6）再加熱器（FGR）

主要功能是將50℃左右的濕煙氣加熱至80℃左右，改善煙囪運(yùn)行條件，同時(shí)還可避免煙囪冒白煙的現(xiàn)象，并提高外排污染物的擴(kuò)散性，具體工程可根據(jù)環(huán)境影響評(píng)價(jià)文件或經(jīng)濟(jì)性比較后選擇性安裝。

2.2、典型污染物治理技術(shù)間的協(xié)同脫除作用

脫硝、除塵和脫硫設(shè)施在脫除其自身污染物的同時(shí)，對(duì)其他污染物均有一定的協(xié)同脫除作用。典型污染物治理技術(shù)間的協(xié)同脫除作用如表1所示。

2.3、適用條件

1)灰硫比大于100;

2)中、低硫且灰分較低的煤種;

3)低低溫ESP出口煙塵濃度<15mg/m3時(shí)，電場(chǎng)數(shù)量一般應(yīng)≥5個(gè);除塵難易性為容易或較容易的煤種，ESP所需比集塵面積(SCA)一般應(yīng)≥130m2/(m3/s);除塵難易性為一般的煤種，ESP所需SCA一般應(yīng)≥140m2/(m3/s)。

對(duì)于灰硫比過大或燃煤中含硫量較高或飛灰中堿性氧化物(主要為Na2O)含量較高的煤種，煙塵性質(zhì)改善幅度相對(duì)減小，對(duì)低低溫電除塵器提效幅度有一定影響。

2.4、國內(nèi)外工程應(yīng)用情況

1)國外工程應(yīng)用情況

以低低溫電除塵技術(shù)為核心的煙氣協(xié)同治理技術(shù)，在日本已有近20年的應(yīng)用歷史，投運(yùn)業(yè)績超過20個(gè)電廠，機(jī)組容量累計(jì)超15000MW，典型工程案例如表2所示。日本低低溫電除塵器出口煙塵濃度設(shè)計(jì)值一般為30mg/m3，但實(shí)際運(yùn)行均低于此值，濕法脫硫的綜合除塵效果達(dá)70%~90%，煙塵排放一般小于5mg/m3。

2)國內(nèi)工程應(yīng)用情況

我國環(huán)保企業(yè)從2009年開始加大對(duì)低低溫電除塵技術(shù)的研究，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2015年4月，國內(nèi)環(huán)保企業(yè)已簽訂的低低溫電除塵器總裝機(jī)容量約50000MW，已有單機(jī)1000MW機(jī)組投運(yùn)業(yè)績。

華能長興電廠2×660MW機(jī)組新建工程，采用的工藝路線為：脫硝+熱回收器+低低溫電除塵器+WFGD。每臺(tái)爐配套2臺(tái)雙室五電場(chǎng)電除塵器，設(shè)計(jì)煙氣溫度為90℃，電除塵器出口煙塵濃度設(shè)計(jì)值為15mg/m3，要求經(jīng)濕法脫硫系統(tǒng)后，煙塵排放濃度≤5mg/m3;已于2014年12月中旬投入使用，2014年12月16日～18日，經(jīng)浙江省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心測(cè)試，結(jié)果顯示：滿負(fù)荷工況，1號(hào)機(jī)組出口煙塵、SO2、NOx排放分別為3.64mg/m3、2.91mg/m3、13.6mg/m3;2號(hào)機(jī)組出口煙塵、SO2、NOx排放分別為3.32mg/m3、5.91mg/m3、15.8mg/m3。1號(hào)機(jī)組電除塵器出口煙塵濃度值約為12mg/m3，濕法脫硫裝置的協(xié)同除塵效率約70%。

3、以濕式電除塵技術(shù)為核心的煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線

濕式電除塵器(WESP)的主要功能是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)煙氣污染物，包括PM2.5、SO3等的潔凈化處理，主要用于解決脫硫塔后的煙塵排放問題。作為燃煤煙氣復(fù)合污染物控制的精處理技術(shù)裝備，WESP一般與除塵器和濕法脫硫裝置配合使用，不受煤種條件限制，可應(yīng)用于新建工程和改造工程。

當(dāng)燃煤電廠污染物需達(dá)到超低排放的要求時(shí)，可采用以濕式電除塵技術(shù)為核心的煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線，如圖2所示。其中，當(dāng)除塵器采用低低溫電除塵器時(shí)，關(guān)鍵設(shè)備主要功能、典型污染物治理技術(shù)間的協(xié)同脫除作用等與“以低低溫電除塵技術(shù)為核心的煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線”相同。

當(dāng)煙塵排放限值為5mg/m3時(shí)，WESP入口煙塵濃度宜小于20mg/m3。為減少前級(jí)污染控制設(shè)備的投資，并考慮WESP可達(dá)到的除塵效率，適當(dāng)加大WESP的容量，其入口煙塵濃度可放寬至30mg/m3。

當(dāng)煙塵排放限值為10mg/m3時(shí)，WESP入口煙塵濃度宜小于30mg/m3。為減少前級(jí)污染控制設(shè)備的投資，并考慮WESP可達(dá)到的除塵效率，適當(dāng)加大WESP的容量，其入口煙塵濃度可放寬至60mg/m3。

3.1、工作原理及技術(shù)特點(diǎn)

WESP與干式電除塵器的除塵原理相同，不同之處在于WESP采用水沖洗電極表面來進(jìn)行清灰。

其技術(shù)特點(diǎn)如下：

1)能提供幾倍于干式電除塵器的電暈功率;

2)不受粉塵比電阻影響，可有效捕集其它煙氣治理設(shè)備捕集效率較低的污染物(如PM2.5等);

3)可捕集濕法脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的污染物，消除石膏雨;

3.2、適用條件

4)可達(dá)到其它除塵設(shè)備難以達(dá)到的極低的煙塵排放限值(如<3mg/m3)。

1)WESP進(jìn)口需為飽和濕煙氣;

2)對(duì)于新建工程，當(dāng)煙塵排放濃度限值不大于5mg/m3時(shí);

3)對(duì)于改造工程，當(dāng)除塵設(shè)備及濕法脫硫設(shè)備改造難度大或費(fèi)用很高、煙塵排放達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，尤其是煙塵排放限值為10mg/m3或更低，且場(chǎng)地允許時(shí);

4)鍋爐燃用中、高硫煤時(shí)。

3.3、國內(nèi)外工程應(yīng)用情況

WESP在美國、日本等電廠已有近30年的應(yīng)用歷史，約幾十套的大型燃煤電廠投運(yùn)業(yè)績。日本碧南電廠的2套1000MW機(jī)組、3套700MW機(jī)組全部采用了WESP，投產(chǎn)至今運(yùn)行情況良好，排放煙氣中粉塵濃度長期保持在2mg/m3～5mg/m3水平，在煤質(zhì)較好情況最低達(dá)到1mg/m3，運(yùn)行二十多年來，殼體和內(nèi)件未發(fā)現(xiàn)問題。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)WESP合同訂單已遠(yuǎn)超國外投運(yùn)數(shù)量的總和。截至2015年5月，約有200套的合同，裝機(jī)總?cè)萘考s120000MW，其中約有50套投入運(yùn)行，已有單機(jī)1000MW機(jī)組投運(yùn)業(yè)績，而金屬極板WESP約占50%。

神華國華舟山電廠#4機(jī)組(350MW)新建工程，2014年6月經(jīng)浙江省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心測(cè)試，PM、SO2、NOX排放分別為2.55mg/m3、2.86mg/m3、20.5mg/m3;廣州恒運(yùn)熱電廠#9機(jī)組(330MW)改造工程，2014年7月經(jīng)廣州建研環(huán)境監(jiān)測(cè)有限公司測(cè)試，PM、SO2、NOX排放分別為1.94mg/m3、4mg/m3、25mg/m3;上海漕涇電廠#2機(jī)組(1000MW)改造工程，2014年12月7日經(jīng)第三方測(cè)試，PM、SO2、NOX排放分別為1.45mg/m3、13.9mg/m3、21.6mg/m3。其中，神華國華舟山電廠二期4號(hào)機(jī)組已通過環(huán)保部環(huán)境評(píng)估中心的穩(wěn)定性評(píng)估。

4、超低排放技術(shù)值得關(guān)注的問題及建議

1)超低排放技術(shù)應(yīng)用應(yīng)“因地制宜、因煤制宜、因爐制宜”，必要時(shí)可采取“一爐一策”，同時(shí)應(yīng)統(tǒng)籌考慮各污染控制設(shè)備之間的協(xié)同作用。

2)現(xiàn)WESP市場(chǎng)準(zhǔn)入門檻較低，技術(shù)流派較多，參與競(jìng)爭(zhēng)的企業(yè)技術(shù)水平參次不齊，各技術(shù)均有其優(yōu)點(diǎn)和短處，何為長期穩(wěn)定、高效運(yùn)行主流技術(shù)?應(yīng)杜絕低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)、粗制濫造，否則將擾亂市場(chǎng)秩序，同時(shí)對(duì)WESP技術(shù)進(jìn)步帶來不利影響。

3)低低溫電除塵技術(shù)已受到業(yè)主的廣泛關(guān)注和推崇，但工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不足，需避免其可能存在的問題，如高硫煤低溫腐蝕、二次揚(yáng)塵等。另外，雖然目前國內(nèi)還缺少工程應(yīng)用、測(cè)試及運(yùn)行等相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，但我們有理由相信，煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線中WFGD的綜合除塵效率大于70%在技術(shù)上是可行的。

4)由于實(shí)施超低排放技術(shù)在一定程度上增加了電力企業(yè)的生產(chǎn)成本，建議國家出臺(tái)相應(yīng)的政策，如燃煤電廠煙氣“超低排放環(huán)保電價(jià)”政策，鼓勵(lì)企業(yè)主動(dòng)承擔(dān)社會(huì)責(zé)任，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)環(huán)境效益的雙贏。如江蘇、上海、天津、浙江、山東、山西、陜西、河北給予實(shí)現(xiàn)超低排放的燃煤機(jī)組0.008～0.01元/kWh臨時(shí)電價(jià)補(bǔ)貼。