２０１２年６月电力科技与环保第２８卷第３期
论燃煤烟气多污染物协同治理新模式——兼谈龙净环保“烟气治理岛”模式
ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎＨｅｗｍｏｄｅｌｆｏｒｃｏａｌ——ｆｉｒｅｄｆｌｕｅｇａｓｍｕｌｔｉ—・ｐｏｌｌｕｔａｎｔＯＯ——ｂｅｎｅｆｉｔｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ
－－Ｌｏｎｇｋｉｎｇ”ＦｌｕｅＧａｓ
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
Ｉｓｌａｎｄ”ｓｙｓｔｅｍ
郭俊，马果骏，阎冬，王建春，昊雪萍（福建龙净环保股份有限公司，福建龙岩３６４０００）
摘要：从我国燃煤烟气治理的现状和需求分析出发，讨论了多种污染物治理技术的互相影响反协同作用，导出了燃煤烟气多污染物协同控制的基本概念。通过分析我国不同条件下多污染物协同治理几种技术工艺路线，提出了多污染物烟气治理新模式“烟气治理岛”，并分析了这种建设环保工程全新模式的主要优点。关键词：烟气治理岛；多污染物；协同控制；模式Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｌｅｒａｃｔｉｏｎａｎｄＣＯ—ｂｅｎｅｆｉｔｏｆｓｅｖｅｒａｌｆｌｕｅｇａｓｐｏｌｌｕｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｈａｓｂｅｅｎｄｉｓｃｕｓｓｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｔａｔｕｓａｎｄｄｅｍａｎｄｓｏｆｃｏａｔ—ｆｉｒｅｄｆｌｕｅｇａｓｔｒｅａｔｍｅｎｔＴｈｅｂａｓｉｃｃｏｎｃｅｐｔｏｆｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄｆｌｕｅｇａｓ
ｍｕｌｔｉ—ｐｏｌｌｕｔａｎｔＣＯ—ｂｅｎｅｆｉｔｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｐｏｓｅｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ，Ｎｅｗｍｏｄｅｌｏｆ‘‘ＦｌｕｅＧａｓＴｒｅａｔｍｅｎｔＩｓｌａｎｄ”ｆｏｒｍｕｌｔｉ—ｐｏｌｌｕｔａｎｔＣＯ—ｂｅｎｅｆｉｔｃｏｎｔｒｏｌｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｐｏｓｅｄｂｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｅｖｅｒａｌｅｘｉｓｔｉｎｇ
ｍｕｌｔｉ—ｐｏｌｌｕｔａｎｔｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．Ｔｈｅ”ＦｌｕｅＧａｓＴｒｅａｔｍｅｎｔＩｓｌａｎｄ。ｗａｓｓｕｐｐｏｓｅｄｔｏｂｅｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｆｏｒｆｌｕｅｇａｓ
ｍｕｌｔｉ—ｐｏｌｌｕｔａｎｔｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｔｈｅｍａｉｎｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌｕｅｇａｓｔｒｅａｔｍｅｎｔｉｓｌａｎｄ；ｍｕｌｔｉ—ｐｏｌｌｕｔａｎｔ：ＣＯ—ｂｅｎｅｆｉｔｃｏｎｔｒｏｌ；ｍｏｄｅｌ中图分类号：Ｘ７０１文献标识码：Ｂ文章编号：１６７４—８０６９（２０１２）０３—０１３—０４
０引言电力行业是我国大气污染物的排放大户，烟尘、ＳＯ：、ＮＯ，、汞的排放量均居全国各行业前列。根据中国电力工业发展“十二五”规划预测，到２０２０年全国发电装机容量将达到１８．８５亿ｋＷ左右，其中煤电约１１．６亿ｋＷ。由于多年来我国燃煤电站大气污染物的治理的重点是烟尘、ＳＯ，的控制，而针对氮、细微颗粒物、重金属汞等污染物的控制还没有全面展开，导致我国氮、汞等其他污染物排放量大幅增加，对生态环境造成了严重影响，针对我国严峻的大气污染治理形势。国家“十二五”规划提出“十二五”期间要将主要污染物排放总量减少８％至１０％，并新增ＮＯ：减排１０％的约束性指标。新的《火电厂大气污染物排放标准》（ＧＢ１３２２３—２０１Ｉ）再一次大幅提高了燃煤发电厂烟尘、ＳＯ：、ＮＯ，等污染物的排放限值规定，并首次提出了重金属汞排放限值低于０．０３ｍｇ／ｍ３的要求，这就意味着燃煤电厂烟气今后将必须同时进行尘、硫、氮和汞等多污染物的脱除。我国以前一直在实施单一污染物的控制策略，以阶段性重点污染物控制为主要特征，建立了总量控制与浓度控制相结合的大气污染管理制度。就我国燃煤大气污染物控制技术发展而言，我国已经先后开发了一系列较成熟的尘、硫等单独脱除技术。但是，现有国内普遍采用的针对单项污染物的分级治理模式，随着污染物控制种类的不断增加，燃煤电站的净化设备增多。不仅引起设备投资和运行费用提高，而且使燃煤电站整个末端污染物治理系统更加庞大复杂，治污设备占地大、能耗高、运行风险大、副产物二次污染问题十分突出。研究表明，采用燃煤烟气污染物单独脱除技术，没有考虑到烟气中多种大气污染物之间相互关联、相互影响的因素。各种单独脱除技术除了能够有效脱除主要的对象污染物之外，还可能具备对其他类型污染物脱除做出贡献的潜力。孤立脱除技术发展模式当中各项控制技术从设计、现场安装到运行均是分开实施的，设备之间的不利因素没有得到克服，】３
万方数据２０１２年６月电力科技与环保第２８卷第３期有利因素没有得到充分利用，技术经济性无法得到最大程度的优化。因此，从整个电厂系统的角度考虑燃煤烟气所带来的运行和环境问题，充分掌握燃煤电站烟气中各种污染物之问相互影响、相互关联的物理和化学过程，充分利用现有燃煤烟气尘、硫、氮及汞等污染物脱除设备之间可能存在的协同脱除能力，可以实现燃煤电站大气污染物的协同与集成治理，大幅降低燃煤电站环境污染治理成本，是～个非常重要的问题。从国际技术发展来看，开发高效、经济的多种污染物协同脱除技术并进行系统集成已成为一个热点。显然，在燃煤电厂烟气治理ｔ程中，采用何种新的运作模式实现“协同控制”和“系统集成”的目标就成为一个重要研究课题。１“十二五”我国燃煤烟气治理基本现状２０世纪８０年代以来，由于我国燃煤烟气污染治理的政策拉动，国内相关单位纷纷通过引进西方工业国家烟气除尘、烟气脱硫技术，并直接应用于工程设计，实现了工程上的应用。目前，我国燃煤电厂脱硫机组装机容量占全部火电装机容量的８０％左右，高效除尘器的应用几乎达到了１００％。在脱硝方面，我国在燃煤电厂主要是采用低ＮＯ，燃烧器技术。但是按新排放标准，今后势必需要采用烟气脱硝才能达到要求。目前专家比较一致的意见是：选择性催化还原烟气脱硝（ＳＣＲ）工艺是世界上技术最成熟、脱硝效率较高、最适宜我国应用的烟气脱硝技术。目前，我国部分电厂已建成安装的烟气脱硝示范工程项目大部分采用ＳＣＲ脱硝技术。但特别需要引起我们高度重视的是，ＳＣＲ烟气脱硝系统的运行，以及逃逸的氨以及５０，氧化产生的ＳＯ，将给空气预热器、除尘器、脱硫装置、烟道系统等下游设备带来许多新的问题，同时对除尘、脱硫、脱汞工艺会带来正面或负面的影响。在脱汞方面，由于燃煤过程中汞大部分以气态形式存在，而除尘器只能去除被飞灰吸附的颗粒态汞Ｈ９９，对于气态的单质汞Ｈ酽和氧化态汞Ｈｇ“基本无脱除效果。在除尘器喷入活性炭或载溴活性炭等吸附剂，是一种较为成熟的燃煤烟气汞控制技术。在过去的二十年中，这种技术已经在美国和欧洲应用，主要用于废弃物燃烧烟气中脱汞。碳基吸附剂因其较高的比表面积和较强的吸附能力。已成为燃１４煤烟气脱汞中首选的吸附剂¨１。我国的汞污染控制还处于起步阶段。研究表明，燃煤烟气中Ｈｇｏ、Ｈ分＋和Ｈ９９等各种汞形态的分布受到燃烧条件、脱硫、脱硝、除尘等烟气净化系统的影响。现有的燃煤电站除尘、脱硫设备对于汞都有一定程度的脱除能力。可以预见，“十二五”期间及下一个阶段我国燃煤电厂烟气多污染物治理ｒ．程中，重点将增加ＳＣＲ烟气脱硝装置和汞协同治理，同时对达不到新排放标准的脱硫、除尘进行必要的增容或改造。烟气脱硫、脱硝、除尘、脱汞必须协同进行是我国燃煤电厂今后烟气污染治理的基本现实。
２几种主要污染物治理设备的相互影响嵋１（１）ＳＣＲ烟气脱硝对电除尘器的影响。ＳＣＲ烟气脱硝设备对电除尘器的影响主要有以下几个方面：使烟气温度有所下降，对降低粉尘比电阻有利；烟气中的ＮＯ，氧化还原为Ｎ：和水，使烟气成分发生变化。烟气中部分ｓ０：氧化成ｓ０，，ｓＯ，能起到一定烟气调质作用，可以改善电除尘器性能；增大电除尘器前段阻力，使电除尘器承受的负压提高；将使烟气中ＳＯ：氧化成Ｓ０，，并与逃逸的氨和水反应生成黏性硫酸氢铵沉积物，而Ｓ０，与烟气中的水反应生成腐蚀性的硫酸雾滴，造成ＳＣＲ反应器下游的空气预热器、电除尘器、烟道和烟囱等设备的腐蚀和粘堵。但只要采用高性能催化剂，降低氨逃逸和ＳＯ，氧化率，是可以避免或减轻粘堵和腐蚀问题的。（２）ＳＣＲ烟气脱硝对ＦＧＤ系统下游设备的影响。ＳＣＲ产生的５０，会增加烟气中的ｓ０、的浓度，加剧下游设备的腐蚀¨１，尤其是因为湿法ＦＧＤ装置不能有效地脱除ｓＯ、，造成在湿法ＦＧＤ系统下游的烟道、烟囱必须考虑采用更严格的防腐措施，不但增加了投资费用，而且由于需要对烟囱进行防腐，造成进行改造的机组长时间停运，给现有电厂的烟气脱硫改造增加了难度。（３）除尘器性能对湿法ＦＧＤ设备及其副产物的影响。由于湿法ＦＧＤ系统对其入口烟气中的粉尘浓度有严格的要求，如果除尘器的除尘效率下降，那么将可能导致浆液中毒，石膏脱水困难，废水量增加和设备磨损等问题。情况严重时不仅会影响湿法ＦＧＤ副产物的质量，而且还会影响湿法ＦＧＤ装置中一些主要设备和部件的使用寿命，例如浆液循环泵、循环浆液管道和阀门、水力旋流器等。
万方数据２０１２卑郭俊等：论燃煤烟气多污染物协同治理新模式第３期
（４）ＳＣＲ脱硝装置对汞排放的影响。脱硝系统对烟气中汞的转化和迁移行为研究表明，ＳＣＲ脱硝装置在降低Ｎｏ：含量的同时也能适当氧化Ｈｇｏ从而提高系统中Ｈｇ“所占的比重，从而有利于汞在下游的除尘、脱硫装置中的脱除。但是影响Ｈ酽转化的参数和主要转化机理尚未清楚。研究发现，ＳＣＲ工艺提高汞的氧化和捕集的效果受煤种、运行参数和催化剂类型影响很大。４。。（５）除尘装置脱汞的机理和作用。静电除尘器对燃煤烟气中汞形态的转化有一定的影响，将除尘器后的烟气与除尘器前相比，单质汞和Ｈｇ“含量都有所下降，尤其是单质汞含量的下降最为明显一１。电除尘器电晕辉光放电产生的臭氧是一种强氧化剂，可以促使汞由单质态向氧化态转化；电晕辉光放电产生的紫外线和高能电子流，也可以促使汞由单质态向氧化态转化。电袋复合除尘器和布袋除尘器能够脱除高比电阻粉尘和细粉尘，尤其在脱除细粉尘方面有其独特的效果。布式除尘器在脱除烟气中的汞有很大的潜力，电袋复合除尘器因为其独特的结构和机理，具有良好的脱汞性能。（６）湿法脱硫装置对汞的脱除作用和应该注意的问题。湿法烟气脱硫装置一般安装在除尘器的下游，因为Ｈ９０难溶于水。Ｈ９２＋易溶于水，所以湿法烟气脱硫装置在脱除烟气中的ＳＯ，的同时也能吸收Ｈｇ“。目前正在研究强化汞的氧化方法¨。。值得特别注意的是：由于浆液中存在亚硫酸盐，会将部分收集到的Ｈ矿＋还原成Ｈ９０，释放到大气中，另外副产品中的Ｈｇ“在酸性的环境Ｆ也会释放出元素汞，这些问题都是需要进一步研究的。（７）循环流化床干法脱硫对汞的脱除作用。循环流化床干法脱硫Ｔ艺采用具有较大比表面积的消石灰细微颗粒作为吸收剂，流化床中激烈湍动的细颗粒对脱汞也有独特的作用，研究表明，干法脱硫与布袋除尘器联用，汞的脱除率达到了７４％。（８）湿式电除尘器对多污染物治理的特殊作用。在环境要求严格的国家，燃煤烟气多污染物治理的１７１标不仅要能脱除传统污染物Ｓ０２，ＮＯ，以及粉尘，而且也要脱除ＰＭ：，超细粉尘和其他强酸性气体（ＳＯ，、ＨＣｌ、以及ＨＦ）、重金属。安装在湿法脱硫后的湿式电除尘器已经在日本等发达国家应用，湿式电除尘器对ＰＭ：，超细粉尘和ｓ０，酸雾等污染物有很强的捕集能力。所以，湿式电除尘器是燃煤烟气治理接近零排放的重要设备，适合环保要求极严格的重点地区应用。