燃煤煙氣污染物超低排放技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析

郭延柱/山東省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院

燃煤煙氣污染物超低排放技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析

郭延柱/山東省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院

燃煤電廠(chǎng)在滿(mǎn)足社會(huì)電力需求的同時(shí)，釋放了大量粉塵和有毒有害氣體，嚴(yán)重地生態(tài)污染和環(huán)境破壞，造成了嚴(yán)重的氣候事件等，嚴(yán)重影響著我國(guó)社會(huì)的健康發(fā)展。本文對(duì)燃煤煙氣污染物超低排放技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析。

燃煤煙氣；污染物；超低排放；經(jīng)濟(jì)分析

引言

我國(guó)是電力需求大國(guó)，當(dāng)前經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平下，電力供給仍然以傳統(tǒng)的火力發(fā)電為主，然而，由于技術(shù)水平的限制，燃煤煙氣處理手段和能力的仍然不足，煤炭在我國(guó)能源機(jī)構(gòu)中占有重要的位置，然而當(dāng)前煤炭發(fā)電產(chǎn)生的燃煤煙氣對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響，嚴(yán)重的威脅著人類(lèi)賴(lài)以生存的生態(tài)和環(huán)境，因此采用超低排放技術(shù)實(shí)在必行，然而，超低排放技術(shù)的投入使用還需要考慮到社會(huì)效益和電廠(chǎng)的自身發(fā)展等等，因此超低排放技術(shù)在投入運(yùn)用前需要從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行分析和判斷，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)燃煤電廠(chǎng)煙氣污染物的綜合防治。

一、燃煤發(fā)電的污染物組成及主要污染環(huán)節(jié)分析

煤炭主要由C、H、O、S、N等成分組成，此外還含有微量的有毒有害元素如砷、汞等，煤炭燃燒會(huì)產(chǎn)生廢氣、煙塵和灰渣等，同時(shí)釋放SOX、CO2、NOX及多環(huán)芳烴等物質(zhì)，這些物質(zhì)也是燃煤發(fā)電產(chǎn)生的主要污染物。

根據(jù)通用的燃煤發(fā)電運(yùn)營(yíng)工藝流程分析，燃煤發(fā)電過(guò)程中的主要污染物產(chǎn)生環(huán)節(jié)包括儲(chǔ)煤、運(yùn)煤、燃煤、發(fā)電等部分。儲(chǔ)煤、運(yùn)煤過(guò)程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵會(huì)影響環(huán)境，通過(guò)向煤場(chǎng)、輸煤棧橋?yàn)⑺_洗可以減少揚(yáng)塵產(chǎn)生，這一過(guò)程產(chǎn)生的輸煤廢水也會(huì)影響環(huán)境；燃煤環(huán)節(jié)是污染物產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)，燃煤發(fā)電時(shí)煤炭燃燒產(chǎn)生的污染物均在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生，燃煤環(huán)節(jié)的污染物治理是燃煤電廠(chǎng)環(huán)境治理的最主要組成部分；此外，在發(fā)電過(guò)程中各種機(jī)械設(shè)備（如水泵、空壓機(jī)）產(chǎn)生的噪聲，冷卻塔產(chǎn)生污水及主廠(chǎng)房?jī)?nèi)的沖洗產(chǎn)生的沖洗廢水也會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。 綜合來(lái)看，燃煤電廠(chǎng)產(chǎn)生的污染物主要包括廢氣、廢水、廢渣等，在這些污染物中煙塵、SOX、CO2、NOX是燃煤電廠(chǎng)的首要污染物。煙塵、SOX、CO2、NOX也是造成空氣環(huán)境質(zhì)量惡化的最重要因素。

二、燃煤煙氣污染物超低排放技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

由于工業(yè)發(fā)展較晚，我國(guó)初期燃煤電廠(chǎng)目前采用的脫硫、脫硝、除塵等煙氣凈化手段基本上以國(guó)外引進(jìn)為主，由于缺乏本地化設(shè)計(jì)，使得煙氣凈化技術(shù)功能單一、系統(tǒng)協(xié)調(diào)性差、煙氣處理效果不明顯，同時(shí)在運(yùn)行中由于煙氣處理系統(tǒng)的整合系統(tǒng)的不兼容造成了煙氣處理設(shè)備的運(yùn)行與銜接頻繁故障，在加重了設(shè)備運(yùn)行負(fù)擔(dān)的同時(shí)，為電廠(chǎng)造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著燃煤技術(shù)水平的不斷提高，我國(guó)火電行業(yè)積極總結(jié)、實(shí)踐，結(jié)合我國(guó)電廠(chǎng)運(yùn)行、燃煤煙氣及處理技術(shù)特點(diǎn)，建立了適用于我國(guó)燃煤煙氣處理和凈化技術(shù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煙塵、二氧化硫和氮氧化物等多種污染物超低排放的技術(shù)工藝數(shù)據(jù)庫(kù)。

（一）煙塵的超低排放技術(shù)

燃煤煙塵的處理主要采用在脫硫前進(jìn)行干式除塵和脫硫后進(jìn)行濕式除塵，通過(guò)兩種除塵方法的有效銜接，實(shí)現(xiàn)燃煤煙氣除塵的效果。

1.干式除塵技術(shù)。

干式除塵技術(shù)通常有靜電除塵技術(shù)、袋式除塵技術(shù)、綜合除塵技術(shù)三類(lèi)。其中靜電除塵以其處理能力強(qiáng)、處理效果好、設(shè)備運(yùn)行阻力低、適用范圍廣、技術(shù)簡(jiǎn)單可靠等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了煙囪出口燃煤粉塵的有效降低，最大濃度不超過(guò) 20mg/m3。

2.濕式除塵技術(shù)。

濕式除塵技術(shù)主要用于將脫硫后煙氣的除塵，一般情況下，使用配套濕式靜電除塵技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)煙塵5mg/m3以下的超低排放。

（二） 二氧化硫的超低排放技術(shù)

燃煤煙氣的脫硫技術(shù)是燃煤煙氣處理的重要環(huán)節(jié)。目前通常采用的脫硫提效手段主要有：托盤(pán)塔技術(shù)、雙塔串脫硫、單塔雙循環(huán)等技術(shù)。

1.托盤(pán)塔技術(shù)。

通過(guò)利用噴淋塔使得煙氣在噴淋塔界面上實(shí)現(xiàn)與脫硫漿液，在托盤(pán)界面形成泡沫層充分混合反應(yīng)，保證了煙氣中的二氧化硫得以充分反應(yīng)吸收，以此實(shí)現(xiàn)高效脫硫，其脫硫效率達(dá)到了98%以上。但同時(shí)，由于加裝托盤(pán)導(dǎo)致脫硫阻力上升，增加脫硫功耗。

2.雙塔串聯(lián)技術(shù)。

雙塔串聯(lián)技術(shù)通過(guò)串聯(lián)兩級(jí)石灰石-石膏濕液噴淋塔，通過(guò)先后兩次脫硫，使得綜合脫硫效果達(dá)到98%以上。同時(shí)由于采用設(shè)備串聯(lián)，設(shè)備在通用性和維護(hù)性上，效率更加高，同時(shí)對(duì)設(shè)備無(wú)需進(jìn)行更新和改動(dòng)，不會(huì)在改造期間影響電廠(chǎng)運(yùn)行。但同時(shí)，串聯(lián)技術(shù)導(dǎo)致電廠(chǎng)在初期投資較高，同時(shí)由于增加了兩級(jí)處理，導(dǎo)致占地面積增大，同時(shí)由于風(fēng)程增加，系統(tǒng)運(yùn)行阻力上升，最終導(dǎo)致風(fēng)機(jī)等增壓設(shè)備的功耗的上升。

3.單塔雙循環(huán)技術(shù)。

單塔雙循環(huán)技術(shù)通過(guò)采用煙氣在同一座吸收塔內(nèi)進(jìn)行兩次循環(huán)處理，實(shí)現(xiàn)“雙塔串聯(lián)技術(shù)”雙處理的效果，經(jīng)過(guò)兩次循環(huán)，實(shí)現(xiàn)高效脫硫。其功耗低，場(chǎng)地面積小，控制簡(jiǎn)單，對(duì)于高硫煤的脫硫有著非常好的效果。

（三）氮氧化物的超低排放技術(shù)

燃煤煙氣的脫氮技術(shù)也是燃煤煙氣處理的重要環(huán)節(jié)。目前通常采用的脫硝提效手段主要有：低氮燃燒技術(shù)、選擇性催化還原技術(shù)等技術(shù)。

1.低氮燃燒技術(shù)。

通過(guò)抑制反應(yīng)中氮氧化物的生成，實(shí)現(xiàn)氮氧化物的自身消耗。該技術(shù)投資少、成本低、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，因此，在電廠(chǎng)脫氮工作中，被廣泛運(yùn)用。

2.選擇性催化還原技術(shù)。

通過(guò)在一定條件下，利用催化劑實(shí)現(xiàn)還原劑與氮氧化物的反映，生成氮?dú)夂退源藢?shí)現(xiàn)脫硝的作用，其脫硝能力較高。目前主要采取加裝催化劑的方法提高脫硝效率，降低氮氧化物排放濃度，但由于催化劑價(jià)格仍然較高，在一定程度上增加了脫硝的成本。

三、燃煤煙氣污染物超低排放技術(shù)路線(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)燃煤煙氣的綜合將排效果，必須對(duì)傳統(tǒng)和現(xiàn)有的煙氣處理技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃、整合、改善和提升，實(shí)現(xiàn)各種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮到各項(xiàng)技術(shù)的有點(diǎn)，達(dá)到對(duì)煙氣的綜合利用和治理，從而實(shí)現(xiàn)超低排放的目標(biāo)。一般采用兩種技術(shù)路線(xiàn)：

1.低氮燃燒+選擇性催化還原+低低溫靜電除塵器+石灰石/石膏濕法脫硫+煙氣深度凈化除塵設(shè)施（如濕式電除塵器等）；

2.低氮燃燒+選擇性催化還原+袋式除塵器或電袋復(fù)合除塵器+帶高效除塵的濕法脫硫。

四、燃煤煙氣污染物超低排放經(jīng)濟(jì)分析

（一）投資分析

以某2*600MW機(jī)組電廠(chǎng)為例，其采取常規(guī)低氮燃燒-SCR脫硝-低低溫電除塵-濕法單循環(huán)脫硫的方法，綜合投資約1.5億元。如果增加濕式電除塵器，其綜合投資將近2億元。

（二）成本分析

由于不同裝機(jī)容量，其發(fā)電量投資不同，其經(jīng)濟(jì)性也不同。一般來(lái)說(shuō)，容量越大投資越低，其經(jīng)濟(jì)性也余越顯著。以某幾個(gè)電廠(chǎng)的的實(shí)際進(jìn)行分析。采用300MW機(jī)組時(shí)，其電價(jià)成本增加0.0187元/kW*h；采用600MW機(jī)組時(shí)，其電價(jià)成本增加0.0143元/kW*h；采用1000MW機(jī)組時(shí)，其電價(jià)成本增加0.0096元/kW*h。

五、結(jié)語(yǔ)

燃煤煙氣污染物超低排放技術(shù)的投入使用，是火電廠(chǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，這是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，在實(shí)現(xiàn)超低排放技術(shù)效果的同時(shí)不斷提高其經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)燃煤煙氣污染物超低排放技術(shù)的有序發(fā)展。

[1]張東輝，莊燁，朱潤(rùn)儒，劉科偉.燃煤煙氣污染物超低排放技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析[J].電力建設(shè)，2015（05）：125-130.

[2]秦鋒，黃輝，馬政宇.燃煤發(fā)電超低排放技術(shù)及其潛在影響分析[J].煤氣與熱力，2015（02）：49-53.