綠色環(huán)保對(duì)燃煤發(fā)電技術(shù)的挑戰(zhàn)

華東電力設(shè)計(jì)院2013年01月14日綠色環(huán)保對(duì)燃煤發(fā)電技術(shù)的挑戰(zhàn)背景環(huán)境保護(hù)是人類21世紀(jì)發(fā)展的最大挑戰(zhàn)已被廣泛接受人類的能源活動(dòng)而造成的環(huán)境問(wèn)題已受到前所未有的關(guān)注社會(huì)發(fā)展向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型正走向全球性行動(dòng)中國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)中國(guó)以煤炭發(fā)電為主的電源結(jié)構(gòu)必然較長(zhǎng)時(shí)間存在背景中國(guó)2012年的發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)11.4億千瓦，世界第一水電裝機(jī)容量達(dá)2.49億千瓦，世界第一風(fēng)點(diǎn)裝機(jī)容量達(dá)6300萬(wàn)千瓦，成為世界第一風(fēng)電大國(guó)，年發(fā)電量超過(guò)1000億千瓦時(shí)光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)700萬(wàn)千瓦核電裝機(jī)容量達(dá)1256萬(wàn)千瓦；在建機(jī)組30臺(tái)、3273萬(wàn)千瓦，在建規(guī)模居世界第一背景《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）：全國(guó)/重點(diǎn)地區(qū)污染物項(xiàng)目煤粉鍋爐限值燃?xì)馊紮C(jī)限值單位煙塵30/205mg/m3二氧化硫100/5035mg/m3氮氧化物100/10050mg/m3汞及其化合物0.03/0.03-mg/m3迎接挑戰(zhàn)積極開(kāi)展電源結(jié)構(gòu)調(diào)整2013年全國(guó)能源工作會(huì)議(1月7日):優(yōu)化發(fā)展煤電，大力發(fā)展新能源和可再生能源，積極發(fā)展水電，協(xié)調(diào)發(fā)展風(fēng)電，大力發(fā)展分布式光伏發(fā)電。中國(guó)能源報(bào)刊登黃毅誠(chéng)老部長(zhǎng)文章，2050年中國(guó)發(fā)電容量達(dá)30億千瓦，由6個(gè)5億千瓦組成：火電、核電、水電、新能源發(fā)電、天然氣發(fā)電、頁(yè)巖氣發(fā)電

迎接挑戰(zhàn)積極發(fā)展?jié)崈裘喊l(fā)電技術(shù)：超臨界和超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)(SC/USC)我國(guó)最近在火電行業(yè)實(shí)行的“上大壓小”政策大大促進(jìn)了超臨界和超超臨界燃煤機(jī)組的發(fā)展，有效地降低了發(fā)電煤耗和各種污染物的排放。全國(guó)火電機(jī)組平均供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗，“十一五”初期2005年底為370克/千瓦時(shí)，2012年為324克/千瓦時(shí)，下降了46克/千瓦時(shí)！目前,正開(kāi)展二次再熱燃煤發(fā)電技術(shù)示范工程。目前,國(guó)家700度聯(lián)盟,正開(kāi)展700度燃煤發(fā)電技術(shù)研究.迎接挑戰(zhàn)積極發(fā)展?jié)崈裘喊l(fā)電技術(shù)：超臨界和超超臨界循環(huán)硫化床鍋爐技術(shù)（CFB）循環(huán)硫化床燃燒技術(shù)，由于其燃料靈活性和低排放特性，在世界范圍內(nèi)得到很大發(fā)展，到今天已發(fā)展成實(shí)用化最成功的潔凈煤燃燒技術(shù)之一，正在全世界電力行業(yè)中向大型化的方向迅速發(fā)展。我國(guó)目前已是世界上循環(huán)硫化床鍋爐臺(tái)數(shù)最多、總裝機(jī)容量最大和發(fā)展速度最快的國(guó)家。我國(guó)已投運(yùn)的CFB鍋爐總?cè)萘空既珖?guó)燃煤裝機(jī)總?cè)萘康?0%以上。其中，最大容量為600MW。

世界第一臺(tái)460MW超臨界CFB鍋爐在2009年初波蘭Lagisza電廠投產(chǎn)。中國(guó)第一臺(tái)600MW超臨界CFB鍋爐在2009年11月白馬電廠投產(chǎn)。國(guó)外正在開(kāi)發(fā)容量更大參數(shù)更高的超超臨界CFB燃燒技術(shù)。（800MW、30MPa、600℃/620℃）我國(guó)也將積極開(kāi)展超超臨界CFB燃燒技術(shù)研究。迎接挑戰(zhàn)積極發(fā)展?jié)崈裘喊l(fā)電技術(shù)：整體式煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（IGCC）整體式煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）也是一種高效低排放的潔凈煤發(fā)電技術(shù)。雖然30多年來(lái)IGCC技術(shù)有了很大的發(fā)展，但仍未得到大規(guī)模推廣的主要原因是投資成本高、可靠性低、尤其在煤氣化系統(tǒng)部分。IGCC具有節(jié)能減排尤其是二氧化碳達(dá)到接近零排放方面的優(yōu)點(diǎn)，值得給予重視。我國(guó)華能天津250MWIGCC示范電廠歷時(shí)三年多于2012年12月12日投產(chǎn)。迎接挑戰(zhàn)積極采取更有效更高效的污染物排放控制措施：

粉塵、二氧化硫、氮氧化物、酸性氣體排放的有效控制汞和微量重金屬排放的有效控制二氧化碳排放的有效控制(CCS)除塵煙氣全顆粒物捕捉技術(shù)（二級(jí)除塵）第一級(jí)除塵

選用適用的除塵器型式：靜電電除塵器（包括旋轉(zhuǎn)電極）、布袋式除塵器和電袋除塵器。

結(jié)合低溫省煤器方案達(dá)到更高的除塵效率。

第二級(jí)除塵采用濕式靜電除塵器濕式靜電除塵器技術(shù)及應(yīng)用情況分析：

濕式靜電除塵器的主要工作原理與干式除塵器基本相同，即煙氣中的粉塵顆粒吸附負(fù)離子，通過(guò)電場(chǎng)力的作用，被吸附到集塵極上；與干式電除塵器通過(guò)振打?qū)O板上的灰振落至灰斗不同的是，濕式電除塵器將水噴至極板上使粉塵沖刷到灰斗中隨水排出。同時(shí)噴到煙道中的水霧既能捕獲微小煙塵又能降電阻率，利于微塵向極板移動(dòng)。從美國(guó)的資料以及日本電廠運(yùn)行情況來(lái)看，濕式靜電除塵器可以長(zhǎng)期高效穩(wěn)定地除去煙氣中PM2.5、SO3等污染物微小顆粒。

濕式靜電除塵器結(jié)構(gòu)濕式靜電除塵器的主要結(jié)構(gòu)與干式靜電除塵器基本相同，包括：進(jìn)口喇叭、出口喇叭、殼體、放電極及框架、集電極絕緣子、噴嘴和管道以及灰斗等。三菱濕式靜電除塵器技術(shù)及特點(diǎn)：

三菱濕式靜電除塵器從1975年開(kāi)始應(yīng)用，最早是用于處理化工廠的重油鍋爐產(chǎn)生的煙氣。目前用于處理鍋爐后煙氣共有25臺(tái)套投入運(yùn)行，其中燃煤鍋爐為碧南700MW機(jī)組鍋爐。1）采用霧化效果良好的噴嘴，在沖洗時(shí)放電極和集塵極同時(shí)通電，可保證不

產(chǎn)生有害放電現(xiàn)象。2）放電極采用特殊形狀和安裝方法，不會(huì)因振動(dòng)或腐蝕而損壞。3）對(duì)噴嘴排列形式和集塵極板型式進(jìn)行優(yōu)化，可保證對(duì)極板最佳的清洗效果。4）除塵原理與普通電除塵原理相同，噴淋水僅對(duì)集塵極板表面進(jìn)行清洗作用，

不直接對(duì)煙氣中粉塵產(chǎn)生影響，單一電場(chǎng)的除塵效率在70%左右。5）循環(huán)水需加入NaOH進(jìn)行中和，煙氣中SO3含量較高時(shí)，NaOH加入量相

應(yīng)增大。6）濕式電除塵器殼體內(nèi)表面鱗片襯里耐溫120~140℃。7）噴嘴、濾網(wǎng)為易損件，壽命在5~10年。

日立濕式靜電除塵器的主要技術(shù)及特點(diǎn)：日立的濕式靜電除塵器于2001年開(kāi)始應(yīng)用于中部電力的碧南電廠4、5號(hào)1000MW機(jī)組上，日立的濕式電除塵技術(shù)與三菱重工基本一致，只是在噴嘴型式和布置方式、放電極的形式、集塵極板的形式上有所不同外，在對(duì)放電極進(jìn)行水沖洗時(shí)必須要斷電。1）放電極采用帶芒刺片的鋼管制成，集塵板采用大平板設(shè)計(jì)，極間距300mm。2）集塵極與放電極的噴淋水由不同管道提供，在電除塵運(yùn)行過(guò)程中集塵極一

直保持噴淋狀態(tài)，而放電極一般一天只噴淋一次，放電極噴淋時(shí)電除塵需

停止運(yùn)行幾分鐘。3）集塵極噴淋的噴嘴在設(shè)計(jì)上指向性較強(qiáng)，可避免將水噴到放電極上。4）濕式電除塵中的煙氣流速較高，達(dá)到3.1m/s左右，除塵效率60～70%。5）日立濕式電除塵器的殼體、噴嘴、放電極和集塵極等與煙氣和水接觸的部

件均采用SUS317耐蝕不銹鋼制作，基本上不會(huì)腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。龍凈自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)濕式LKWESP型靜電除塵器的主要技術(shù)特點(diǎn)：1）極板采用高強(qiáng)度、高抗腐蝕性合金材料制成，板面平整光滑，能有效保證

濕式電除塵器極板表明水膜平整光滑，無(wú)“死區(qū)”，無(wú)粉塵堆積。2）龍凈與澳大利亞科學(xué)技術(shù)與工程學(xué)院合作建設(shè)了CFD數(shù)值模擬仿真研究室，

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程的布置需要，采用CFD計(jì)算軟件對(duì)其進(jìn)行流場(chǎng)優(yōu)化模擬，保

證濕式電除塵器內(nèi)部流場(chǎng)均勻，無(wú)旁路與泄漏。3）超細(xì)霧化噴嘴在較低壓力下能優(yōu)質(zhì)霧化，迅速傳遞液滴與熱量，不但能有

效對(duì)濕式電除塵器的細(xì)微顆粒物進(jìn)行浸潤(rùn)，對(duì)微細(xì)顆粒起到凝結(jié)作用，而

且能保證極板表面水膜分布均勻4）LKWESP型濕式電除塵器還可以對(duì)SO3酸霧、汞等重金屬進(jìn)行有效控制。在

電除塵器內(nèi)部通過(guò)噴霧增濕，SO3酸霧在靜電凝聚作用下粒徑增大，被捕

集于極板并與水膜形成稀酸，去除效率可達(dá)95％以上。同時(shí)，基于電除塵

器內(nèi)部過(guò)飽和環(huán)境和靜電脫除效應(yīng)，對(duì)煙氣中顆粒汞、氧化汞的脫除效率

高達(dá)60％以上。5）上海長(zhǎng)興島第二熱電廠2臺(tái)65t/h鍋爐改造項(xiàng)目，2013年投產(chǎn)。濕式靜電除塵器的缺點(diǎn)：設(shè)備系統(tǒng)比較復(fù)雜，要求設(shè)備調(diào)試、運(yùn)行和安裝以及維護(hù)管理水平高；濕式靜電除塵器出口霧滴濃度較高，煙氣濕度高，需要加裝除霧器；一次投資較大，臥式的電除塵器占地面積較大；濕式靜電除塵器因陽(yáng)極板和芒刺線、噴嘴等接觸煙氣的部件大量采用耐

蝕不銹鋼材料，設(shè)備投資費(fèi)用要高于普通靜電除塵器；運(yùn)行過(guò)程中除了除塵器本體消耗的電量外，輔助的循環(huán)水泵等還將消耗部分電量，沖洗水中添加的NaOH溶液也將提高運(yùn)行成本，噴嘴更換和泵的維護(hù)也增加了額外費(fèi)用。濕式靜電除塵器的優(yōu)點(diǎn)：1）濕式靜電除塵器在日本已有30年以上的應(yīng)用歷史。日本中部電力碧南電廠

五臺(tái)機(jī)組，將濕式靜電除塵器布置在濕式脫硫系統(tǒng)后，其排放濃度長(zhǎng)期穩(wěn)

定在2-5mg/Nm3，遠(yuǎn)低于日本國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和新國(guó)標(biāo)的要求，表明濕式靜電

除塵器能高效地除去煙氣中的煙塵和石膏雨微液滴。2）濕式靜電除塵器沖洗水對(duì)煙氣有洗滌作用，可除去煙氣中部分SO3微液滴，

雖然三菱和日立公司均無(wú)法提供具體除去率，但是沖洗水中必須加入堿液

（NaOH）以中和水中酸性，也表明部分SO3液滴被捕獲后進(jìn)入水中。3）濕式靜電除塵器布置在濕法脫硫后，脫硫后的飽和煙氣中攜帶部分水滴，

在通過(guò)高壓電場(chǎng)時(shí)也可捕獲并被水沖洗走，這樣可降低煙氣中總的攜帶水

量，減小石膏雨形成的幾率。4）從日本電廠運(yùn)行情況，濕式靜電除塵器可以將進(jìn)口煙塵濃度從

17.5mg/Nm3降到5mg/Nm3，這些煙塵主要是PM2.5范圍內(nèi)的微塵。表

明濕式靜電除塵器可有效地除去PM2.5微塵。脫硫高效脫硫技術(shù)脫硫工藝通常有：石灰石-石膏濕法脫硫、海水脫硫、噴霧干燥法脫硫、爐內(nèi)噴鈣尾部加濕活化器脫硫、電子束脫硫、氨法脫硫等。若采用高效濕法脫硫技術(shù)，脫硫效率可達(dá)到98%以上，SO2的排放濃度不高于30mg/Nm3。高效脫硫技術(shù)（石灰石-石膏濕法脫硫）

A：雙托盤濕法脫硫技術(shù)除了單托盤外，在應(yīng)對(duì)高脫硫效率及低排放濃度等深度脫硫項(xiàng)目中，B&W公司開(kāi)發(fā)使用了雙托盤技術(shù)，雙托盤可以在更高的脫硫效率和更低的SO2排放濃度上發(fā)揮作用。雙托盤的氣流均質(zhì)作用

較高流速的煙氣進(jìn)入吸收塔后，首先通過(guò)塔內(nèi)下層托盤，并與托盤上的液膜進(jìn)行氣、液項(xiàng)的均質(zhì)調(diào)整。托盤會(huì)阻礙塔的橫截面上氣流均勻地分布。這種阻礙會(huì)產(chǎn)生于氣體和漿液接觸區(qū)域的開(kāi)始階段或產(chǎn)生于吸收塔內(nèi)的吸收區(qū)域。因此，在吸收區(qū)域的整個(gè)高度以上可以實(shí)現(xiàn)氣體與漿液的最佳接觸。B：雙回路吸收塔

該型式吸收塔為德國(guó)諾爾--克爾茨能源環(huán)保公司的專利技術(shù)。其實(shí)質(zhì)是將噴淋空塔中的SO2吸收氧化過(guò)程劃分成兩個(gè)階段，兩個(gè)階段各自形成一個(gè)回路循環(huán)。第一階段起預(yù)吸收作用：

去除粉塵，HCl和HF，部分去除SO2，使第二階段不需面對(duì)HCl，HF和粉塵對(duì)吸收過(guò)程的有害效應(yīng)。第一階段回路中（下環(huán)），主要發(fā)生CaSO3氧化成CaSO4

、2H2O的反應(yīng)，最佳PH控制在4.5左右。第二階段實(shí)現(xiàn)SO2吸收、效率高，石灰石相對(duì)過(guò)量，可以應(yīng)付負(fù)荷的變化，保證脫硫效率。C：雙循環(huán)U形塔（液柱+噴淋雙塔）

該方案為重慶遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保自主研發(fā)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)，專利號(hào)為201220446704.8。

該技術(shù)結(jié)合了三菱液柱塔和噴淋塔的特點(diǎn)。雙循環(huán)U形塔由一個(gè)順流塔與一個(gè)逆流塔串聯(lián)而成。前面的順流塔，與三菱的U形液柱塔順流塔作法一致，空塔流速高，塔體較小；后面的逆流塔為方形噴淋塔，其參數(shù)選擇與AEE噴淋塔技術(shù)一致。鍋爐煙氣首先進(jìn)入順流液柱塔，在此與液柱順流接觸，先去除70%SO2，然后通過(guò)連接通道進(jìn)入逆流噴淋塔，在逆流噴淋塔里面煙氣與漿液逆流接觸，進(jìn)一步脫除殘余的SO2，直到達(dá)標(biāo)排放，整體脫除率達(dá)98%以上，經(jīng)過(guò)優(yōu)化詳細(xì)設(shè)計(jì)，脫除率可以達(dá)到98.5%。最后經(jīng)除霧器去除大部分煙氣中的液滴后即可達(dá)標(biāo)排放。雙循環(huán)U形塔兩個(gè)區(qū)域循環(huán)漿液濃度不一致，液柱區(qū)循環(huán)漿液濃度為30%，噴淋區(qū)循環(huán)漿液濃度為15%，故底部漿池采用隔板分開(kāi)，噴淋塔漿池液位較液柱塔高，漿液從噴淋塔溢流至液柱塔，外形與U型塔相似。D：串聯(lián)吸收塔

采用分級(jí)進(jìn)行脫硫，兩個(gè)吸收塔中各自都設(shè)置噴淋層、氧化空氣分布系統(tǒng)、氧化漿液池。煙氣先進(jìn)入預(yù)洗塔脫除部分SO2和其它污染物后，再進(jìn)入后吸收塔脫除剩余的污染物。兩塔串聯(lián)運(yùn)行，共同脫硫，滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。此技術(shù)適合于高硫煤系統(tǒng)，同樣液氣比條件下運(yùn)行電耗小于多噴淋層方案，但系統(tǒng)復(fù)雜，占地較大。脫硝脫硝工藝通常有：SCR煙氣脫硝方案、SNCR爐內(nèi)脫硝方案、SNCR/SCR混合煙氣脫硝方案。全負(fù)荷脫硝技術(shù)：鍋爐采用低氮燃燒方案（鍋爐廠積極支持很重要）鍋爐燃燒方式采用復(fù)合式空氣分級(jí)低NOx燃燒技術(shù)，調(diào)整SOFA風(fēng)的比例、在主燃燒器上方布置兩級(jí)分離燃盡風(fēng)，通過(guò)深層次的空氣分級(jí)，有效控制爐內(nèi)燃燒過(guò)程中NOx的生成，使NOx排放濃度不超過(guò)200mg/Nm3

。選擇高效的脫硝裝置使出口NOx指標(biāo)低于30mg/Nm3。全負(fù)荷脫硝機(jī)組在大部分運(yùn)行的時(shí)間中，使脫硝裝置的進(jìn)口煙氣溫度滿足脫硝運(yùn)行所需要的溫度，實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷脫硝。脫汞：

汞的三種形態(tài)：

煤粉進(jìn)入爐膛燃燒，高溫將煤中的汞氣化成氣態(tài)汞（即單質(zhì)汞，Hg０），隨著燃燒氣體的冷卻，氣態(tài)汞與其他燃燒產(chǎn)物相互作用產(chǎn)生氧化態(tài)汞（Hg2+）和顆粒態(tài)汞（Hgp）。其中單質(zhì)的氣態(tài)汞占了主要的存在形式。利用現(xiàn)有污染物控制設(shè)備協(xié)同脫汞技術(shù)電氣除塵器脫汞率可達(dá)28%，布袋除塵器脫汞率可達(dá)76%；選擇性催化還原（SCR）技術(shù)不但是一種可以有效控制NOx排放的方法，而且對(duì)脫除氧化汞也是十分有效的。

美國(guó)國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)環(huán)保署所做過(guò)的試驗(yàn)證明，利用燃煤電廠常規(guī)的脫硝、除塵、脫硫等設(shè)施就能在一定程度上達(dá)到一體化脫汞的效果。

美國(guó)能源公司對(duì)6個(gè)燃煤電廠進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明當(dāng)采用電除塵器、SCR脫硝裝置和濕法FGD脫硫裝置進(jìn)行一體化協(xié)同控制脫汞后，其聯(lián)合脫汞效率可以達(dá)到83%以上。吸附劑噴射技術(shù)脫汞

煙道活性炭噴射技術(shù)（ACI）是當(dāng)今最為成熟可行的主動(dòng)汞污染控制技術(shù)。通過(guò)活性炭噴入空預(yù)器后的煙道，將氣態(tài)汞轉(zhuǎn)化為固定在吸附劑上的顆粒態(tài)汞，然后利用電氣除塵器或布袋除塵器脫汞。問(wèn)題是運(yùn)行成本較高。上述二技術(shù)的協(xié)同脫汞脫碳碳捕獲和埋存（CCS）技術(shù)：

要真正解決燃煤電廠CO2減排問(wèn)題，這就是全球正在積極研發(fā)的的碳捕獲和埋存（CCS）技術(shù)。（CCS）技術(shù)主要包括三個(gè)方面：1）捕獲和液化2）運(yùn)輸3）埋存其中，捕獲和液化是在火電廠完成的。CO2捕集的不同方案：1）燃燒后煙氣側(cè)捕集—主要為化學(xué)吸收法（煙氣進(jìn)入胺溶液吸收塔）2）燃燒捕集---氧燃料法（用氧代替空氣作為燃燒介質(zhì)）3）燃燒前氣化捕集