中国火电大气污染防治现状及挑战

在对中国火电厂大气污染物排放标准的发展历程进行回顾与总结的基础上,分析不同阶段排放标准或要求对中国燃煤电厂大气污染控制技术发展的推动作用及其产生的环境效果,特别是超低排放。目前中国火电行业大气污染物控制处于超低排放阶段,燃煤电厂大气污染防治技术处于国际领先水平,烟尘、SO₂、NO_x三大常规污染物排放浓度实现了燃煤发电与燃气发电基本同等清洁。尽管如此,中国火电环保在CO₂控制、常规大气污染物进一步减排、湿法脱硫对生态环境的影响、危险废物废弃脱硝催化剂的处置、非常规污染物的控制、烟气治理设施的运行优化等方面仍然面临诸多挑战,提出了需要研发的重点领域及相应目标。     

燃煤电厂超低排放的减排潜力及其PM2.5环境效益

燃煤机组在燃用低硫优质煤的基础上采用先进的大气污染控制技术设备,实施主要大气污染物的超低排放,在新建机组与改造机组上均是可行的。长三角、京津冀的燃煤电厂实施超低排放环保改造后,与现有燃煤电厂排放的污染物相比,SO₂、NO_x和烟尘以及烟尘中一次PM_2.5减排比例均在90%以上,SO₃减排幅度也达到70%左右。采用MM5+CULPUFF耦合模型,以江苏省为例,定量模拟研究了2012年江苏省火电厂排放的大气污染物对各地级市PM_2.5的影响,结果表明,对各市贡献的日均浓度最大值介于27.3~42.9 μg/m³,平均为35.28 μg/m³,其中二次PM_2.5占87.4%;实施超低排放后对各市贡献的日均浓度最大值介于6.2~12.5 μg/m³,平均为9.43 μg/m³,其中二次PM_2.5占91.7%。     

燃煤电厂烟气中SO3协同控制情况及排放现状

燃煤电厂锅炉燃烧中SO₂/SO₃的转化率为0.5%~5%；超低排放条件下，SCR脱硝中SO₂/SO₃的转化率控制在1%以内。运行中为控制SO₃在脱硝催化剂下层和空预器中的消耗，应尽量减少H₂SO₄和NH₄HSO₄的冷凝吸附，保证催化剂的活性及空预器的安全运行。理论上低低温电除尘器（LL-ESP）对SO₃脱除效果显著，但不同工程实测表明，LL-ESP对SO₃的脱除效率差别较大，介于1.8%~96.6%之间。此外，研究认为，电袋复合除尘器对SO₃脱除效率为74.3%~85.9%。超低排放工况下，除空塔脱硫和海水脱硫技术外，大部分湿法脱硫技术对SO₃的脱除效率高于50%；SO₃在湿式电除尘器中的脱除效率也大于50%，但整体上与国外成熟案例相比稍有差距。总体而言，超低排放条件下，燃煤硫分低于1.5%时，燃煤电厂全流程环保净化设备对SO₃的综合脱除效率高于90%，大部分机组的SO₃排放浓度低于5 mg/m³。     

典型燃煤电厂浆液冷却烟气消白设施SO3治理效果测试研究

分别采用控制冷凝法和异丙醇吸收法对某1 000 MW燃煤发电机组浆液冷却烟气消白设施的烟气SO₃控制效果开展测试。结果表明,机组烟气湿法脱硫设施对SO₃去除效率为62.50%（控制冷凝法）和64.63%（异丙醇吸收法）。烟气经现有超低排放设施协同治理后SO₃质量浓度低于3 mg/m³。浆液冷却设施对SO₃的去除效率仅为6.68%（控制冷凝法）和5.55%（异丙醇吸收法）,烟气SO₃控制效果和环境效益相对较低。建议基于科学论证审慎实施燃煤电厂烟气消白工作,应进一步开展高效SO₃治理技术、测试标准和环境管理政策研究。     

低低温电除尘器粉尘及SO3协同去除研究

为使燃煤电厂大气污染物超低排放,近年低低温电除尘技术开始得到应用。以浙能温州电厂660 MW机组低低温电除尘器为研究对象,对低低温电除尘器粉尘及SO₃协同去除效果进行了测试,对烟气的常规温度和低低温状态下飞灰比电阻的变化及其除尘提效幅度开展研究。结果表明：烟气冷却器投运后,低低温工况条件下的飞灰工况比电阻值较常规烟气工况降低了1个数量级,烟尘排放质量浓度由6.94 mg/m³降至3.25 mg/m³,达到超低排放要求 ;SO₃脱除率达96.6%。     

燃煤烟气SO3测试捕集效率试验研究

燃煤烟气中的SO₃浓度低、化学性质活泼,一直是国内燃煤电厂污染物测试的难点。针对“控制冷凝法”测试SO₃捕集效率低的问题,依托自制的SO₃校准发生装置进行试验研究。结果表明：通过采用D型蛇形管+硼硅玻璃纤维滤膜过滤装置,采样流量为20 L/min以及精准控制采样管、过滤器、蛇形管和滤膜过滤装置的伴热温度,可以确保SO₃捕集效率达到90%以上,因而可保证烟气SO₃的捕集效率和测试结果的准确性。改进后的方法已在模拟试验（低尘、含湿、不同SO₃含量）中得到良好应用,进而可用于燃煤电厂烟气SO₃测量。     

燃煤电厂烟气污染物超低排放技术路线的选择

在深入研究燃煤电厂烟尘、SO₂、NO_x等控制技术特点与适用条件的基础上,综合国内大量煤电机组超低排放的成功案例,提出了燃煤电厂超低排放技术路线选择应遵循“因煤制宜,因炉制宜,因地制宜,统筹协同,兼顾发展”的基本原则,辨识出不同煤质、不同炉型、不同机组规模、不同污染控制要求等条件下的最佳可行技术,给出目前应用较多的超低排放典型技术路线,可指导燃煤电厂对超低排放技术路线的选择。     

基于CEMS数据的超低排放燃煤机组大气污染物排放特性分析

以54台超低排放燃煤机组为研究对象,对比分析了主要大气污染物(颗粒物、SO₂、NOx)的年排放达标率、年排放浓度、排放性能等排放特征。在对环保设施投运和故障进行调查的基础上,分析了排放超标和故障的原因。结果显示：参与调查的燃煤机组中颗粒物、SO₂、NOx排放年度达标率分别为99.981%、99.962%、99.893%,表明能够稳定实现超低排放;颗粒物、SO₂、NOx排放绩效均值分别为11.11、68.16、140.26 mg/(kW·h),满足且优于国家标准要求;启停时段颗粒物、SO₂、NOx排放超标时长占比分别为54%、64%、57%,说明机组启停过程中颗粒物、SO₂、NOx排放浓度难以控制,消除启停机期间制约环保设施正常投运的影响因素是后续主要研究方向。     

超低排放燃煤电厂有色烟羽成因及治理技术的经济与环境效益研究

系统介绍了有色烟羽的定义及不同有色烟羽的成因，有色烟羽的治理应依据其成因及环境、政策需求进行针对性治理。在满足超低排放要求的燃煤电厂，普遍存在的是白色烟羽，有少数燃用中、高硫煤的电厂会出现蓝色烟羽。重点分析了蓝色烟羽和白色烟羽治理技术及其投资、运行费用以及其经济性和环境效益。对于白色烟羽的治理，其污染物减排效益有限，甚至有可能增加污染物排放，不宜全面推广。对于蓝色烟羽的治理，需加强对烟气中SO₃检测与治理技术的研究与示范，并出台SO₃的排放标准，指导存在蓝色烟羽现象的电厂进行规范治理。     

燃煤电厂烟气中SO3排放控制中试研究

燃煤电厂SO₃排放造成严重环境问题,本文利用某电厂污染物脱除中试平台对神华煤燃烧烟气中的SO₃的生成和脱除特性进行了系统研究。结果表明,采用选择性催化还原法（selective catalytic reduction,SCR）的脱硝反应器中烟气SO₂/SO₃的转化率随反应器入口烟气温度的增大而增大。低低温电除尘器（low-low temperature electrostatic precipitator,LLT-ESP）对SO₃的脱除效率随入口烟气温度的增加而减小;湿法脱硫系统（wet flue gas desulfurization,WFGD）的喷淋量达到一定程度后,继续增加喷淋量对提升烟气中SO₃的脱除效果并不明显。当SCR反应器、LLT-ESP入口烟气温度分别为290℃和130℃,WFGD系统3层喷淋层运行时,SO₃的脱除效率稳定在75%~80%,此时,NO_x和SO₂排放浓度远低于超低排放要求。     

火电厂汞污染控制对策探讨

介绍燃煤汞污染现状和汞排放形态、特征及其大气排放标准。分析了我国燃煤电厂汞污染控制面临的问题。结合我国汞大气排放的新标准,从管理和技术方面提出了相应的对策。同时介绍了国内外燃煤电厂汞排放的控制措施：① 采用清洁燃煤发电技术,推进机组节能减排;② 充分利用现有非汞污控设施实现协同控制;③ 开展单项脱汞技术研究与示范,其涉及煤基添加剂、炉膛喷射、吸附剂喷射、吸收塔稳定剂、脱硫废水络合剂等技术;④ 几种国外新型汞联合脱除技术。     

燃煤电厂烟气SO3排放控制研究进展

由于对生态环境、人体健康、电力生产的多重危害,当前燃煤电厂烟气SO3排放已引起广泛关注,对其排放控制特性进行深入研究与系统总结是下一步制定相关政策以及实施排放控制工作的基础。该文分别从燃煤电厂烟气SO3协同控制技术与专项脱除技术2个方面,综述了前人的研究成果与当前的研究进展,分析了现有控制技术有待解决的关键问题及有待开展的研究内容,并在此基础上,结合我国燃煤电厂燃煤条件、锅炉炉型、超低排放装备等特点,提出了后续应对不同SO3排放控制要求的可行技术路线,以期为后续开展相关技术研究、工程实践、政策制订等工作提供借鉴和参考。     

湿式电除尘器在工程中的应用

随着国家对大气污染物排放控制要求的提高,新的火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)于2012年1月1日正式实施。新排放标准对烟尘、二氧化硫、氮氧化排放控制要求都有了很大的提高。为了满足新的排放标准以及解决现已投运电厂普遍存在石膏雨问题,迫切需要与之配套的系统和设备来解决出现的新问题。湿式静电除尘器应用对减少吸收塔后烟尘、石膏雨和SO3等的排放,满足新标准要求多了一种选择。本文通过分析认为对大型燃煤机组吸收塔后面安装湿式电除尘器在技术上是可行的,湿式静电除尘器对石膏液滴、酸雾、有毒重金属以及PM10,尤其是PM2.5的微细粉尘有良好的脱除效果,但初投资和运行维护费用有所增加。     

超低排放燃煤电厂和燃气电厂综合对比

燃煤和燃气发电是中国火力发电的两大主流形式。从发电与控制污染技术、环境效应和经济效益3方面对超低排放燃煤电厂和燃气电厂进行了综合对比,对比结果表明：（1）从发电和污染控制技术看,超低排放燃煤电厂已完全自主研发生产,整体技术已跨入国际先进水平;燃气电厂仍采取进口的方式,需加快掌握燃气轮机制造的关键技术;（2）从环境效应看,超低排放燃煤电厂在气、液、固等常规污染物排放上均达到有效控制,对环境影响已较小,当燃煤发电标准煤耗不大于全国平均水平时比燃气电厂更清洁;（3）从经济效益看,超低排放燃煤电厂继续保持相对于燃气电厂较大的发电经济优势。研究结果可为客观看待两类电厂的优劣提供理论参考,并为国家制定相关政策提供依据。     

燃煤电厂超低排放技术方案应用

中国煤种复杂多样,中高灰、中高硫煤在大型燃煤机组应用广泛,在火电污染物排放标准日益严格的背景下,讨论中高灰、中高硫煤种的超低排放技术路线的适用性以及进行技术路线的总结分析是非常必要的。对3台燃用中高灰分和中高硫分煤种的燃煤机组的超低排放技术路线的应用情况进行了分析。运行数据结果表明,燃用中高灰、中高硫分的煤种选择适当的技术路线可以使NOx、SO2和粉尘达到超低排放标准。提出了燃用中高灰分和中高硫分煤种机组的超低排放技术路线的选择建议。     

燃用神华煤火电厂近零排放技术路线与工程应用

目前火电行业耗煤量约占全国能源消费总量的50%,是大气污染物的重要来源之一。为了更好地实现火电厂大气污染物的近零排放,减轻环境污染,通过对近几年火电厂及全国烟尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放量进行对比,分析了火电厂大气污染物减排的必要性和近零排放的概念,特别针对神华煤低灰、低硫、低氮和低汞等特性,研究了火电厂多环节协同除尘、高效脱硫和锅炉低氮燃烧与SCR联合脱硝等集成技术,形成了燃用神华煤火电厂大气污染物近零排放的技术路线和工程应用成果,对实施燃煤电厂大气污染物近零排放具有示范意义。     

烟气污染物协同治理中的负协同效应串联作用现象

随着烟气污染物协同治理技术在燃煤电站的普遍应用,协同治理过程中各单元设备间的不良影响及其造成的设备治理能力下降或污染物增量排放现象日益显现,对此类负协同效应展开分析,并通过性能试验、检测化验、运行诊断等方法对某350 MW机组进行研究,结果表明：存在负协同效应串联作用现象,即上游设备的负协同效应不断蚕食本体或下游设备的污染物治理能力,最终导致设备治理能力不足。最后,提出控制及消纳负协同效应的建议。     

烟气污染物协同治理中的负协同效应串联作用现象

随着烟气污染物协同治理技术在燃煤电站的普遍应用,协同治理过程中各单元设备间的不良影响及其造成的设备治理能力下降或污染物增量排放现象日益显现,对此类负协同效应展开分析,并通过性能试验、检测化验、运行诊断等方法对某350 MW机组进行研究,结果表明：存在负协同效应串联作用现象,即上游设备的负协同效应不断蚕食本体或下游设备的污染物治理能力,最终导致设备治理能力不足。最后,提出控制及消纳负协同效应的建议。     

燃煤智能发电的关键技术

智能发电技术是提升燃煤电厂在发电领域竞争力的重要手段。分析了燃煤智能发电的政策和行业背景,建立了燃煤智能发电技术的体系架构,对其中智能设备层、智能运维层和智能管理层的技术内容进行了梳理。提出了燃煤智能发电的几项关键技术,对智能测量与控制、智能化运行节能、全寿命周期设备管理、智能机器人、智能化经营与管理、智能交互与智能安全防护等新技术的应用场景与国内外发展情况进行了分析,对新技术与燃煤智能发电的融合进行了探讨,为燃煤智能发电的技术发展方向提供了参考。