火电机组高效烟气处理系统技术发展展望.pdf

第 3 1卷 第 7期 2 0 0 9年 7月 华 电技 术 Hu a d i a n T e c h n o l o g y Vo 1 ． 31 No ． 7 J u 1 ． 2 0 0 9 火 电机组高效烟气处 理 系统技术发展展 望 郭春梅 ， 赵鹏 ， 龙辉 1 ． 厦门海洋职业技术学院 ， 福建 厦门3 6 1 0 1 2 ； 2 ． 中国电力工程顾问集团公司， 北京1 0 0 1 2 0 摘要 通过对发达国家近年来火电厂环保新工艺技术发展的研究， 汇总了发达国家在 6 0 0MW机组和 1 0 0 0 MW机组应 用的最新环保技术。总结了发达国家环保型电厂的设计特点及技术发展路线 ， 从而得出启示 必须实现环保工艺路线的 多元化发展， 而目前的问题是要形成燃煤电厂的综合环保工艺概念。对我国火 电机组高效烟气处理系统技术发展进行 了展望 。 关键词 高效烟气处理系统； 环保型电厂； 环保新工艺； 粉尘； 脱汞； 启示 中图分类号 X 3 8 2 X 7 0 1 文献标 志码 A 文章 编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 0 9 0 7 0 0 0 1 0 5 0 引言 空气污染问题从来没有像现在这样在全球得到 如此瞩目并成为多边协议 中一个固定的国际性问题， 国际上相关的环保法律条款一直在制定之中。我 国 作为一个发展 中的大 国， 在今后相当一段时间内， 仍 将面临燃煤火 电机组不断发展的局面。控制环境污 染问题虽然得到有关部门的重视 ， 但随着火电机组容 量的不断增加以及我国环保法规越来越严格， 我国火 电厂污染物排放控制标准将不断提高， 控制污染物种 类也将不断增多。如何向环保型电厂发展 ， 发达国家 的环保标准和工艺发展值得学习和借鉴。 发达 国家环保 型电厂工艺发展 经历 了 4个 阶 段 黑烟治理 阶段一S O ， N O 治理 阶段一综合治理 阶段 包括重金属 、 S O 。等 一循环经济和可持续发 展 阶段 。研究国外环保型 电厂工艺的发展 ， 对我 国 未来几年甚至更长一段时间环保型电厂技术发展都 将具有十分重要 的意义。 1 美国环保型电厂发展情况 1 ． 1 美国火电厂环保工艺技术发展情况 美 国的火电厂环保工艺发展经历 了 3个阶段 1 9 9 0年前为一般性 总结发展 阶段一 1 9 9 0年后 ， 清 洁大气法修正案 颁布以来 的环保技术及工程应用 大发展阶段一 目前 已经开始执行 的 清洁大气 法 二期 ， 即环保型电厂发展阶段 。 1 9 9 0年前 ， 美 国的环保排放控 制标准 比较 低 ， s O ， 排放控制标 准在 1 4 8 0 mg ,／ m 。1 9 9 0年美 国环 保总署提出了 清洁大气法修正案 ， 对火力发电厂 粉尘排放及 S O 排放控制提出了要求。随着火电厂 收稿 日期 2 0 0 9 0 3一l 3 环保工艺的发展和对环保 的高度重视 ， 除对传统 的 电除尘技术 、 湿法烟气脱硫工艺不断改进提高外 ， 出 现了几种除尘 、 脱硫应用效果性 价 比较好 的环保工 艺 ， 其主要代表工艺如下 1 电除尘器调质除尘工艺。烟气调质系统添 加一定量的添加剂 ， 提高烟尘荷 电能力 ， 使粉尘的表 面物理特性满足电除尘器 的要求 ， 以达到提高除尘 效率的 目的。 2 布袋除尘器除尘工艺 。利用高效布袋 除尘 器直接保证 较低 出 口粉 尘 浓度 ， 保 证除尘 效率 在 9 9 ． 9 ％ 以上 ， 目前 ， 在美 国约有 2 0 ％ 以上 的电厂采 用 了布袋除尘器。 3 旋 转 喷 雾 干 燥 法 烟 气 脱 硫 工 艺。美 国 B W 公 司从 丹麦 N i r o公 司购买该 技术 ， 使美 国比 欧洲要获得了更多的机组安装业绩。主要运行 电厂 为美 国 S h e r c o电厂 的 3机组 9 3 8 M W 机组 、 C o u n ． c i l B l u f f s E n e r gy C e n t e r 电厂 的 4机组 7 9 0 M W 机 组 ， 脱硫效率达到 9 0 ％ 以上 ， 运行情况稳定可靠。 美 国 B W 公司 目前 在建大型机组 中 1 0套脱硫装 置有 7套采用旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺。在美 国电站脱硫项 目中， 8 0 ％采用石灰石 一石膏湿脱硫 工艺 ， 其余 2 0 ％份额 中绝大部分采用旋转喷雾干燥 法脱硫工艺 。 旋转喷雾 干燥法烟气脱硫工艺原理是 采用具 有很高转速 9 5 5 0～1 3 5 0 0 r ／ m i n 的离心喷雾器 ， 吸 收剂浆液在离心力作用下喷射成均匀的雾状 ， 雾粒 直径小于 5 0 m， 形成含水量较少的固体产物 ， 该工 艺是一种气 一液与气 一固的脱硫反应过程。 旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺 由于在脱除 s 0 同时能脱除 s 0 等有害物质 ， 耗水量 比湿法烟气脱 硫工艺少 对 于燃 烟煤锅炉 ， 比湿法烟气脱硫 工艺 减少耗水3 0 ％ ； 对 于燃 褐煤锅炉 ， 比湿法烟气脱硫 2 华 电技 术 第 3 1 卷 工艺减 少耗水 1 0 ％ 等特点 ， 同时在与布袋 除尘器 组合后 ， 具有更好 的发展优 势。旋转喷雾半干法烟 气脱硫工艺具有脱硫工艺简单 、 工艺设备要求低 、 转 动设备少、 故系统耗能少 、 故障率低 、 维护量小 、 脱硫 过程不产生废水等特点。 4 活I生 焦烟气脱汞工艺。在火电厂烟气脱汞技术 发展方面， 美国走在世界的前列， 对煤质重金属进行分 析， 对其中一部分电厂采用活性焦脱汞工艺。完成多项 工程烟气脱汞工程应用， 如 2 O O 6 年建成的美国中部能源 公司C o u n c i l B l u f f s E n e r g y C e n t e r 7 9 0 M W机组等。 1 ． 2 美国最新法规发展及环保型电厂示范装置 在最新环保法规对电厂污染物控制装置要求方 面 ， 美 国已在 2 0 0 8年开始执行 清洁大气 法 二期 法规 ， 这个法规将 比 1 9 9 0年颁布的 清洁大气法修 正案 对 s 0 的控制力度更大、 要求更严。从 2 0 0 7 年起 ， 要求新上火电机组 当采用湿式石灰石 一石膏 法烟气 脱硫 工 艺 时 ， 要 求 脱 硫效 率 达 到 9 8 ％ ～ 9 9 ％ ， 脱硫装置可用率达到 9 9 ％； 当采用旋转 喷雾 干燥法烟气脱硫工艺时， 脱硫效率达到 9 5 ％ 以上 ， 脱硫装置可用率达到 9 9 ％。 在环保型电厂示范装置设计方面， 美 国正在执 行 P P I I 火电厂改进计划 计划 ， 美 国能源部在国内 A E S G r e e n i d g e 4机组 1 0 4 MW 机组 安装 了 1套 组合技术环保型 电厂示范装置。主要工艺路线为 低 N O 燃烧器 S N C RS C RC F BF G D 烟气循 环流化床脱 S 0 ， s 0 工艺 脱汞 活性焦脱汞工 艺布袋除尘器示范装置 ， S O 脱除率 9 5 ％ ， S O 脱除率 9 5 ％ ， 脱汞率 9 0 ％ ， N O 排放质量浓度为 1 5 0m g ／ m 。该项 目已在 2 0 0 8年投运 ， 试验成功后 ， 准备将多污染物控制技术应用到国内近 5 0 0个火 电 机组 ， 机组容量为 5 0～6 0 0 MW， 这是美 国在环保 型 电厂建设方面一个重要的尝试 。 2 日本环保型火 电厂技术发展情况 2 ． 1 日本火电厂环保工艺技术发展情况 日本在 2 0 0 0年前大机组主要采用的是 常规 的 除尘 、 脱硫 、 脱硝技术 ， 一些新技术在试验阶段 ， 同时 满足环境排放要求。2 0 0 0年后 ， 随着火电厂环保工 艺的发展和对环保的高度重视 ， 多项除尘 、 脱硫新工 艺并得到成熟发展。 目前， 具有最先进技术水平 的 代表工艺如下 1 低低温电除尘器工艺。新上大型火 电机组 大多数采用该工艺 ， 该工艺 的核心是在 电除尘器之 前布置 1套热媒体烟气加热器 MG G H 。由于 MG ． G H进行热交换 ， 电除尘器 的运行温度变成 了 9 0 ℃ 左右 ， 低于以前 的 1 3 0～1 5 0 C， 粉尘的比电阻降低 ， 使所有煤种条件下 电除尘效率都有提高 ， 即使采用 以前同等集尘面积 ， 也能使 电除尘器出 口的粉尘质 量浓度每立方米降低到几十毫克 ； 另外 ， 烟气量的降 低使粉尘质量浓度大幅度降低 ， 因而仅采用三电场 除尘器就满足五电场才能达到的 9 9 ． 8 5 ％ 的高除尘 率要求。然后 ， 通过脱硫装置保证出口粉尘质量浓度 为1 0 m g ／ 1 1 3 高浓度粉尘方案 ， 由于烟气温度降低， S O 会雾化 结露 而吸附在大量的粉尘上而带走 ， 所 以， 不会附在 MG G H上， 不会引起腐蚀 。 2 移动极板 电除尘器工艺。该工艺是 由 13立 公司新开发的一种除尘方式 。移动极板 电除尘器能 高效收集高 比电阻粉尘 ， 以往 固定极板 电除尘器收 集高 比电阻粉尘 1 0 “ n c m 以上 时， 收尘极表面 被粉尘所覆盖 ， 在这种情况下持续运行后 ， 覆盖在收 尘极上 的粉尘会产生反 电晕现象， 从而使放 电极的 电晕电流减少 ， 并导致堆积在 收尘极的粉尘层引起 绝缘击穿 ， 使集尘能力 明显下降。使用移动 阳极结 构和旋转电刷来剥离粉尘 的新技术 ， 能够有效地收 集高 比电阻粉尘。该装置已较多用于 13本的 7 0 0 1 0 0 0 M W 机 组 。 3 活性焦干法烟气脱硫工艺。该工艺是是一 种 以物理 一化学吸附原理为基础的硫资源可 回收的 干法烟气脱硫工艺 。它以煤为原料制造脱除烟气中 S O ， S O 、 汞等 的可复原再 生的吸 附剂。活性 焦通 过吸附塔中吸附烟气中的 S O ， 吸 附 S 0 的活性焦 通过活性焦输送系统进入解析塔 ， 用烟气将其加热 到 4 2 0 C 左右完成解析。解析塔排出的活性焦经筛 分后 ， 由链斗刮板输送机送 回吸附塔 ， 脱硫获得的高 浓度二氧化硫的气体 由高温离心风机抽 出， 送人工 业硫酸生产装置。 该工艺脱硫效率 9 5 ％ ， 脱硫 、 脱硝 的同时能够 脱除其他有害物质 ； 同时 ， 该工艺在脱硫 的同时几乎 不用耗水 ， 对我国富煤缺水地 区新上机组可作为重 要的参考工艺。 2 ． 2 日本最新环保型电厂主要污染物排放情况 目前 13本的国家标准没有对火电厂污染物排放 控制提出具体要求 ， 而是各地 区制定了比较严格的 污染物排放浓度控制标准。以13本东京 电力公司完 成 的 H i t a c h i n a k a电厂 、 日本电源开发公司设计 的矶 子 电厂为例说明 日本最新典型的环保型电厂主要污 染物控制情况 ， 表 1列出了当地污染物控制指标要 求和实际完成设计的环保型电厂排放情况。 3 德 国环保型 电厂技术发展情 况 3 ． 1 德国 目前电厂采用的主要环保技术 欧盟已经把大气排放的有害物质控制标准列人 第 7期 郭春梅 ， 等 火电机组高效烟气处理 系统技术发展展望 3 欧盟法律 ， 而在德 国有更加严格 的环保法律联 邦环境污染防治法 B I m S c h G ， 2 0 0 4年 7月 2 0日， 联邦环境污染防治法第 l 3实施条例 修 正 完成并 开始执行。第 1 3实施条例对新机组 的粉尘和 C O， N O ， S O ， S O ， 的排放控制要求见表 2 。 表 1 日本新型环保型 电厂 主要污染物排放情况 序号 内容 单位粉尘s 0 2 N 0 表 2 德 国法规有关新机组环保 要求 根 据德 国联邦环境污染防治法 ， 对 3 0 0 MW 以 上机组 有关粉尘 、 N O 和 S O 排放控制质量浓度要 求分别为 2 0 ， 2 0 0和 4 0 0 mg ／ m S O 2 S O 3 ， 这一要 求 中不仅对粉尘 和 S O ， N O 排放提出了严格要求 ， 对 S O 排放也同时提 出了要求 。 在 F G D可靠性方面 ， 德国标准要求机组 每年不 带烟气 脱硫 F G D F l u e G a s D e s u l f u r i z a t i o n 运行 在 1 0 0～1 2 0h内， 可 以分几次运行 ， 但 F G D一次只能 停 7 2h 。 针对法规要求 ， 德 国目前在大型火电机组采用 的主要代表工艺如下 1 高效电除尘器。高效 电除尘器是通过对 电 除尘器控制部分 和烟气通道 的改 进提高 电除尘效 率 ， 保证高效电除尘器 烟气脱硫工艺后粉尘排放 质量浓度控制在 2 0 mg ／ n l ， 而实 际电除尘器效率本 身就达到 9 9 ． 9 9 ％ ， 除尘 器 出 口粉尘质量 浓度可控 制在 1 0 m g ／ I T I 。近年来 ， 随着 电除尘器技术的不断 改进 ， 在欧洲 ， 大机组有布袋除尘器 向电除尘器发展 的趋 势 。 2 布袋除尘器除尘工艺。 3 湿法烟气脱硫工 艺 、 烟气循环 硫化床脱硫 工艺 、 旋转喷雾干燥法烟气脱硫工艺。 3 ． 2 德国环保型电厂设计技术发展情况 德 国公 司在 S c h w a r z e P u m p e电厂 28 0 MW 机组 、 B o x b e r g电厂 28 0 0 MW 机 组 、 D a t t e l n电 厂 2 X 1 1 0 0 MW 机组 和 S c h u p a u电厂 2 8 0 0 MW 机组 设计过程中， 对 环保方面的设计 十分严格 ， 环 保型 电厂技术主要 向高效环保方 面发展 ， 采用 高效 电除尘器 S C R脱硝工艺 湿法烟气脱硫工艺 烟 塔合一技术。以 S c h w a r z e P u m p e电厂为例 ， 其于 2 0 世纪 9 0年代建成 ， 后随德国国内 S O 排放控制法规 的变化 ， 2 0 0 2年对脱硫 系统进行改造 ， 保证满足法 规的要求 。 德国电厂的特点是燃煤均为褐煤 ， 与我国的内 蒙古地区丰富的褐煤资源燃用煤 种有些相似 ， 可以 作为我国环保型电厂学习的 目标之一。 4 我 国与发 达国家烟气处理工艺对 比分 析 我国火电厂烟气处理主要工艺与发达 国家大机 组烟气处理采用的主要工艺对 比见表 3 。 通过我国与发达 国家大机组烟气处理采用的工 艺对 比可 以看出， 我 国 目前火 电厂污染物控制环保 工艺仍 比较单一 ， 没有形成多元化发展 的格局。 烟气除尘方面。我国对高除尘效率主要是依托 电除尘器 湿法烟气脱硫工艺或布袋除尘器满足排 放控制要求 ， 而在发达国家 ， 如 日本采用低低温电除 尘器完成高效除尘 ， 德 国则通过发展高效电除尘器 使除尘器 出口粉尘质量浓度控制在 2 0 mg ／ i n 以下。 近年来 ， 新上大型火 电机组 日本和德 国分别采 用各 自的先进技术 ， 美 国则在 P M2 ． 5控制方面提出更严 格的要求 。 烟气脱硫工艺方面。我国现行的 S O 排放控制 工艺路线依托国家环境保护总局 、 国家发展计划委 员会 、 科技部环发 [ 2 0 0 2 ] 2 6号 文 燃煤二氧化硫排 放污染 防治技 术 政 策， 它 是 根据 电力 规划 总 院 1 9 9 9年在成都 召开火 电厂烟气脱硫工艺路线研讨 会议结论确定的。当时 ， 国内各种烟气脱硫工艺的 试验刚刚达到 1 ～ 2个项 目示范装置 ， 我国的烟气脱 硫工艺基本上圈定在该范 围采用的工艺路线 内； 而 在发达国家 ， 烟气脱硫控制工艺技术超前于法规和 标准的发展 ， 形成了各个 国家独特 的脱硫工艺发展 道路。美国在低硫煤地区采用旋转喷雾干燥法烟气 脱硫工艺 取得 很大发 展 ， 2 0 0 6年 ， 投运 了 4台 7 9 0 MW机组容量机组 ， 脱硫工艺可靠性 已经达 1J 9 9 ％。 在湿法烟气脱硫工艺方 面， 美 国、 日本 、 德 国的新建 脱硫装置可靠性均达到 9 8 ％ 以上。 日本还将 活性 焦干法烟气脱硫工艺应用到 6 0 0 MW 机组 以上 。美 华 电技 术 第3 l卷 表 3 我 国与发达 国家大机组采用 的烟气处理工艺对 比分析 第 7期 郭春梅 ， 等 火电机组高效烟气处理 系统技术发展展望 5 续 表 国在烟气脱汞方面 、 欧洲在脱 S O 方面 ， 均形成 了成 熟的工艺发展路线。 5 火电机组高效烟气处理系统技术发展展望 我国经济的飞速发展 ， 要求我们必须规 划好未 来环保 型电厂脱硫工艺 的发展路线 ， 使工艺技术 的 发展满 足国家环保标准要求 ， 并领先 于国家标准 的 发展 ， 避免 出现火电厂环保设备运行一段 时间后又 回到改造的老路上去的问题。 我 国未来几 年火 电机组 的发展重点是 6 0 0 M W 超临界机组 、 超超临界机组和 1 0 0 0 Mw 超超临界机 组 ， 根据这些机组的特点 ， 探索环保型 电厂设计技术 发展 的内在规律 ， 就掌握 了未来技 术发展 的精 髓。 应探索用示范 电厂技术 改进 国 内燃煤 电厂脱 硫工 艺 ， 使之具有可靠性和环境特性 ， 并能达到运行经济 性好且节省能源的 目标。应主动学习先进国家 的先 进环保 技术及工艺 ， 并将其应用 到我国的今后 的火 电厂环保工艺中去。 不仅要在环保 型电厂技术 应用上努力研 究 ， 还 应在环保型电厂技术起源方面进行研究 ， 从而实现 大型火 电机组 环保工艺 向技术 路线 多元化方 向发 展 。占领火 电环保技术 的制高点 ， 其核心是形成一 个燃煤 电厂的综合环保 工艺概念 称为高效烟气处 理系统 ， 包括烟气除尘 、 脱硫 、 脱硝及 未来脱汞等 多 种工艺的组合 ， 确定前瞻I生研究 目标 ， 通过技术研发 在高效烟气处理系统 的概念下实现技术掌握 、 实施 和发展 。 因此 ， 可在环保型 电厂技术 和应 用综合工艺路 线 的研究方面完成以下工作 。 1 低低温 电除尘器工艺。环保 型电厂工艺 路 线 低 N O 燃烧 器 S C RG G H 设 置在 除尘器 上 游电除尘器 烟气脱硫 工艺。可开展对低低温 电除尘器的核心 MG G H及辅 助系统 的技术研究 ， 同 时 ， 开展该工艺路线与常规的电除尘器 湿法 烟气 脱硫工艺路线进 行技术 经济 比较及 布置方 面的研 究 ， 并对低低温 电除尘的环保 效果 、 节能效果 、 低低 温电除尘器防 S O 腐蚀 等方 面进行重点研究 ， 可在 国内大部分燃用 中、 低硫分煤机组开展并完成示范 应用项 目。 2 活性焦于法烟气脱硫工艺。环保型电厂工艺 路线为低 N O 燃烧器 S C R电除尘器 活性炭干 法烟气脱硫 、 脱 硝 、 脱重金属 一级 电除尘器工 艺。 该工艺路线使燃煤电厂达到燃气 电厂的排放指标 ， 并 达到最佳的脱硫节水指标。可在环保要求高 的地区 如中心城市 、 沿海城市 、 缺水地 区 重点开展对活性 焦干法烟气脱硫工艺的研究及示范应用研究。 3 旋转喷雾干燥法半干法烟气脱硫工艺。环保 型电厂工艺路线为低 N O 燃烧器 S N C RS C R 半 干法烟气脱硫工艺 旋转喷雾干燥法及烟气循环流化 床法 电除尘器或布袋除尘器工艺。可在北方燃煤 含硫 1 ％的电厂开展旋转喷雾干燥法半干法烟气脱 硫工艺及示范应用研究。 4 针对烟气脱汞技术 、 C O 捕捉技术等完成前 期技术开发等研究工作 。 参考文献 [ 1 ] J E A G 3 6 0 3 --2 0 0 2， 排烟处理设备指南[ S ] ． 编辑 王书平 作者简 介 郭春梅 1 9 6 9 一 ， 女， 辽宁兴城人 ， 讲师， 从事环保方面 的教学和研究工作。