目前國內(nèi)外研究者在火電廠超低排放技術(shù)路線方面有一些研究成果。周洪光等針對(duì)燃用神華煤發(fā)電廠“近零排放”技術(shù)路線進(jìn)行了研究，提出了適用于神華煤的超低排放技術(shù)路線，但是其技術(shù)路線具有較大的局限性，對(duì)其他煤種的適應(yīng)性有較大的局限性。孫獻(xiàn)斌等對(duì)循環(huán)流化床(circulatingfluidizedbed，CFB)鍋爐超低排放技術(shù)進(jìn)行了研究。曾庭華等針對(duì)CFB鍋爐超低排放技術(shù)路線，提出了基于濕法煙氣脫硫(fluegasdesulfurization，F(xiàn)GD)的CFB鍋爐協(xié)同控制超低排放術(shù)路線，即采用“選擇性非催化還原(ivenon-catalyticreduc-tion，SNCR)或選擇性催化還原(ivecatalyticreduction，SCR)脫硝技術(shù)+除塵器+濕法FGD技術(shù)+濕式電除塵器(wetelectrostaticprecipitator，WESP)”。梁志宏對(duì)燃煤鍋爐高效低氮氧化物(NOx)協(xié)調(diào)優(yōu)化進(jìn)行了研究，研究了鍋爐高效低NOx調(diào)整優(yōu)化技術(shù)，開發(fā)了燃煤鍋爐高效低NOx協(xié)調(diào)優(yōu)化系統(tǒng)。楊青山等對(duì)降低SCR脫硝裝置最低投運(yùn)負(fù)荷進(jìn)行了研究，提出了省煤器煙氣旁路式和限流式加低溫?fù)Q熱器的解決方案。謝尉揚(yáng)等對(duì)提高SCR反應(yīng)器入口煙氣溫度的方法進(jìn)行了對(duì)比分析，介紹了高溫?zé)煔饧訜?、省煤器分段布置、旁路部分省煤器給水、提高鍋爐給水溫度等技術(shù)方法。熊桂龍等介紹了3種電除塵技術(shù)———低低溫電除塵器、WESP和電袋除塵器，分別采用理論和試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)3種電除塵器的脫除機(jī)理與脫除性能及在國內(nèi)外燃煤電站的應(yīng)用情況進(jìn)行了探討。李德波等采用數(shù)值模擬方法對(duì)鍋爐燃燒和脫硝系統(tǒng)導(dǎo)流板優(yōu)化過程進(jìn)行了大量研究，為現(xiàn)場燃燒優(yōu)化及脫硝系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行提供了理論基礎(chǔ)。國內(nèi)其他研究者對(duì)火電廠脫硝、脫硫和除塵的超低排放技術(shù)進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究，取得了較好的工程應(yīng)用效果;但是目前很少有研究者針對(duì)火電廠超低排放優(yōu)化技術(shù)路線進(jìn)行系統(tǒng)的研究，同時(shí)缺乏指導(dǎo)火電廠超低排放技術(shù)改造的技術(shù)路線。在當(dāng)前火電廠超低排放改造背景下，對(duì)技術(shù)路線的系統(tǒng)研究的缺乏嚴(yán)重制約了火電廠全面超低排放改造實(shí)施，因此開展火電廠超低排放技術(shù)路線選擇研究及工程應(yīng)用，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

本文針對(duì)火電廠超低排放技術(shù)路線選擇進(jìn)行了系統(tǒng)研究，鍋爐爐型包括傳統(tǒng)煤粉鍋爐和CFB鍋爐，鍋爐容量為300MW到1050MW鍋爐等，主要研究了不同類型鍋爐(煤粉爐和CFB鍋爐)進(jìn)行超低排放改造時(shí)，技術(shù)路線選擇的依據(jù)以及現(xiàn)場改造需要解決的關(guān)鍵技術(shù)難題，為火電廠進(jìn)行超低排放改造提供一種指導(dǎo)。

1煤粉爐超低排放技術(shù)路線

1.1二氧化硫(SO2)超低排放技術(shù)路線

1.1.1SO2超低排放改造技術(shù)現(xiàn)狀

目前火電廠石灰石-石膏濕法FGD工藝主要有:石灰石/石膏濕法、海水法、氨水洗滌法、煙氣CFB法及其他工藝(如MgO法、活性炭吸附法、一體化脫硫、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法等等)。

對(duì)于已投運(yùn)的FGD裝置來講，要通過擴(kuò)容改造提高其脫硫能力，最常用的方法主要有提高液氣比和優(yōu)化吸收塔的設(shè)置(如增加托盤、增加性能增強(qiáng)環(huán)等)等，此外，如氧化風(fēng)量不夠或漿池容積不夠，還需做相應(yīng)的改造。采用更高活性的吸收劑也是一種方法。

1.1.2FGD超低排放改造優(yōu)化技術(shù)

SO2超低排放技術(shù)的選擇與鍋爐燃煤含硫率即FGD系統(tǒng)入口的SO2濃度有直接關(guān)系。根據(jù)GB/T15224.2—2010《煤炭質(zhì)量分級(jí)第2部分:硫分》規(guī)定(見表1)，煤中干燥基全硫分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))St，d>3.00%的煤為高硫分煤，該標(biāo)準(zhǔn)適用于煤炭勘探、生產(chǎn)和加工利用中對(duì)煤炭按硫分分級(jí)。國家環(huán)?？偩痔岢鲈诿禾苛魍ê褪褂妙I(lǐng)域，St，d>2.00%的煤就應(yīng)該稱為高硫煤。本研究中將電廠的煤按收到基硫分Sar分為三類:低硫煤，Sar≤1.00%;中硫煤，1.00%2.00%，以此來選擇SO2超低排放的FGD技術(shù)。由于鍋爐煙氣中SO2的實(shí)際排放濃度(文中污染物排放濃度均為質(zhì)量濃度)和折算含硫量成正比，即科學(xué)地判斷不同煤種的SO2排放濃度，不能只比較其收到基含硫量，而應(yīng)比較其折算含硫量，即要和煤的發(fā)熱量聯(lián)系起來。因此對(duì)于相同容量的鍋爐，燃用不同發(fā)熱量的煤種，即使煤的收到基含硫量相同，其SO2的實(shí)際排放濃度是不相同的。

一般來說，煤每1MJ發(fā)熱量所產(chǎn)生的干煙氣體積在過量空氣系數(shù)α=1.40〔基準(zhǔn)氧體積分?jǐn)?shù)φ(O2)=6%〕時(shí)為0.3678m3/MJ，這個(gè)估算值的誤差在±5%以內(nèi)。相應(yīng)于煤每1MJ發(fā)熱量的含硫量稱為折算含硫量MZS(單位為g/MJ)，即

式中Qar，net，p為煤的收到基低位發(fā)熱量，MJ/kg。這樣可得

式中:ρ(SO2)為煙氣中SO2的實(shí)際排放濃度，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，干基，φ(O2)=6%，單位mg/m3;K為硫的排放系數(shù)。

對(duì)于燃煤硫的釋放率，國內(nèi)尚未統(tǒng)一，大多通過實(shí)驗(yàn)得出部分?jǐn)?shù)據(jù)，用數(shù)學(xué)手段處理這些數(shù)據(jù)后得到一些統(tǒng)計(jì)規(guī)律，燃煤硫的K值主要處于0.70～0.90范圍內(nèi)。對(duì)于鍋爐燃煤硫的K一般的取值范圍定為0.80～0.90;對(duì)于普通煤，K一般取0.80～0.85;而對(duì)高鈣含量的神府東勝煤、鐵法煤和神木煤，自身固硫率可達(dá)30%左右，這些煤K取值約0.70。

若環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求SO2的排放濃度限值為ρ*(SO2)=35mg/m3〔標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，干基，φ(O2)=6%〕，則滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的脫硫率

對(duì)于燃用不同含硫量煤種，表2為SO2排放達(dá)到超低排放要求時(shí)本研究推薦采用的FGD技術(shù)，這對(duì)火電廠有很好的指導(dǎo)意義。

1.2氮氧化物超低排放技術(shù)路線

氮氧化物超低排放改造的技術(shù)路線是:

a)爐內(nèi)采用先進(jìn)的低氮燃燒器改造技術(shù)，有效控制爐內(nèi)NOx的生成;在鍋爐高、低負(fù)荷時(shí)，優(yōu)化燃燒器配風(fēng)方式，保證燃燒器區(qū)域處于較低的過量空氣系數(shù)，有效控制低負(fù)荷時(shí)NOx的排放;通過大量燃燒調(diào)整試驗(yàn)，包括:變氧量、變配風(fēng)〔分離燃盡風(fēng)(separatedover-fireair，SOFA)、緊湊型燃盡風(fēng)(closecoupledover-fireair，CCOFA)〕、變磨煤機(jī)組合等方式，在保證鍋爐效率和運(yùn)行安全的前提下，盡量降低爐膛出口NOx的濃度。

b)采用SCR脫硝技術(shù)，根據(jù)超低排放的要求，增加催化劑的層數(shù)，滿足氮氧化物排放要求;滿足超低排放下氮氧化物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放要求，需要對(duì)脫硝熱工自動(dòng)控制進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，主要優(yōu)化內(nèi)容:對(duì)脫硝系統(tǒng)保護(hù)邏輯進(jìn)行優(yōu)化，提高脫硝系統(tǒng)投運(yùn)率;對(duì)NOx生成端進(jìn)行優(yōu)化，減少鍋爐側(cè)NOx生成;對(duì)NOx脫除端進(jìn)行優(yōu)化，提高脫硝側(cè)NOx控制水平。

c)對(duì)于鍋爐低負(fù)荷時(shí)，脫硝系統(tǒng)入口煙氣溫度達(dá)不到噴氨溫度要求的實(shí)際情況，可以采用省煤器分級(jí)改造、高溫?zé)煔馀月?、提高鍋爐給水溫度、旁路部分省煤器給水等技術(shù)手段。

d)氮氧化物進(jìn)行超低排放改造后，對(duì)于實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)生空氣預(yù)熱器(以下簡稱“空預(yù)器”)硫酸氫銨堵塞，建議實(shí)際運(yùn)行中做好SCR脫硝系統(tǒng)噴氨格柵調(diào)整，保證反應(yīng)器出口較低的氨逃逸量;增強(qiáng)鍋爐低氮技術(shù)改造效果，控制脫硝反應(yīng)器入口NOx濃度，降低SCR脫硝系統(tǒng)減排壓力;控制入爐煤的硫含量，保證鍋爐較低的硫含量;在鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，尤其要注意SCR脫硝入口煙氣溫度，不能使SCR脫硝系統(tǒng)長時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行，防止出現(xiàn)低負(fù)荷下SCR脫硝效率降低，造成硫酸氫銨沉積。

1.3粉塵超低排放技術(shù)路線

1.3.1粉塵超低排放改造技術(shù)現(xiàn)狀

目前的除塵新技術(shù)主要有:低低溫電除塵、旋轉(zhuǎn)電極式電除塵、濕式電除塵、電袋復(fù)合除塵、袋式除塵，以及SO3煙氣調(diào)質(zhì)、微細(xì)粉塵凝聚長大等技術(shù)。根據(jù)國內(nèi)電除塵器應(yīng)用現(xiàn)狀及新技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用情況，為了實(shí)現(xiàn)超低排放的技術(shù)要求，我國現(xiàn)各燃煤電廠可通過提效改造電除塵器，結(jié)合濕法FGD系統(tǒng)以及加裝WESP來實(shí)現(xiàn)。

電除塵器改造可采用的主要技術(shù)有:電除塵器擴(kuò)容、低溫電除塵技術(shù)、旋轉(zhuǎn)電極式電除塵技術(shù)、細(xì)顆粒物團(tuán)聚長大預(yù)處理技術(shù)、高頻高壓電源技術(shù)、電袋復(fù)合除塵技術(shù)、袋式除塵技術(shù)、WESP技術(shù)等。除塵器提效改造技術(shù)路線可分三大類:電除塵技術(shù)路線(包括電除塵器擴(kuò)容、采用電除塵新技術(shù)及多種新技術(shù)的集成)、袋式除塵技術(shù)路線(包括電袋復(fù)合除塵技術(shù)及袋式除塵技術(shù))、WESP技術(shù)路線。各改造技術(shù)的實(shí)施方法、主要技術(shù)特點(diǎn)和綜合比較見表3。

1.3.2超凈吸收塔技術(shù)

煙氣處理的“協(xié)同脫除”，即每個(gè)煙氣處理子系統(tǒng)在脫除主要污染物的同時(shí)，也考慮脫除其他污染物的可行性，或?yàn)橄乱涣鞒虩煔馓幚碜酉到y(tǒng)更好地發(fā)揮效能創(chuàng)造條件。低低溫電除塵器以及高效除塵FGD吸收塔就是協(xié)同脫除粉塵的很好例子，其基本工藝流程如圖1所示。

通過研究表明，與常規(guī)的濕法吸收塔比較，高效除塵濕法吸收塔需要做以下改進(jìn):

a)降低吸收塔內(nèi)的煙氣流速，一般不要超過3.5m/s。

b)采用增強(qiáng)氣液接觸的強(qiáng)化裝置(如雙托盤等，這同時(shí)也是提高脫硫效率的要求)。

c)優(yōu)化吸收塔噴嘴選型及噴嘴布置方案，尤其注意吸收塔周邊的噴嘴布置設(shè)計(jì)。

d)設(shè)置增效環(huán)，避免沿著塔壁面排出的煙氣流短路。

e)采用數(shù)模及物模手段優(yōu)化吸收塔空氣動(dòng)力場設(shè)計(jì)。

f)采用高效的吸收塔除霧器〔常規(guī)要求出口霧滴質(zhì)量濃度75mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，高效除塵要求低于40mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))甚至更低〕。

g)注重脫硫塔制造、安裝精度，尤其是塔內(nèi)件的制造、噴嘴布置定位的安裝尺寸等。

采用FGD協(xié)同除塵的技術(shù)理念，在濕法FGD吸收塔的設(shè)計(jì)中充分考慮其除塵效應(yīng);減少出口霧滴攜帶的漿液量;同時(shí)脫硫效率要求的提高引起的設(shè)計(jì)變動(dòng)如氣液比的增大、脫硫增效裝置的采用也對(duì)除塵效果有改善作用;在設(shè)計(jì)、制造、施工和驗(yàn)收等環(huán)節(jié)進(jìn)行精細(xì)化控制，以最大限度地利用濕法吸收塔來除塵，從而減輕后續(xù)WESP的壓力，或可直接達(dá)到10mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))的要求。

超凈吸收塔技術(shù)在一些FGD工程中得到應(yīng)用，例如廣東某電廠2×350MW機(jī)組MgO濕法脫硫工藝，脫硫GGH出口凈煙氣SO2穩(wěn)定排放濃度不大于35mg/m3〔標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，干基，φ(O2)=6%〕，實(shí)測結(jié)果表明FGD入口的煙塵濃度在20mg/m3〔標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，干基，φ(O2)=6%〕條件下，出口煙塵濃度僅為6.5mg/m3〔標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，干基，φ(O2)=6%〕，達(dá)到排放限值(10mg/m3)要求，如圖2所示。

1.3.3粉塵超低排放改造技術(shù)路線

根據(jù)上面的分析，對(duì)于火電廠粉塵超低排放技術(shù)路線選擇，需要滿足如下的原則:

a)地方政府要求煙塵排放濃度小于5mg/m3，通過除塵設(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)要求時(shí)，需要采用WESP。

b)粉塵濃度達(dá)到10mg/m3以下，可以采用FGD協(xié)同除塵技術(shù)，不必采用WESP技術(shù);粉塵濃度達(dá)到5mg/m3以下，需要采用WESP技術(shù)。