电除尘专栏第20期 国外燃煤电厂污染控制技术路线以美国为例.docx

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电除尘专栏第20期国外燃煤电厂污染控制技术路线以美国为例

电除尘专栏第20期国外燃煤电厂污染控制技术路线-以美国为例

关键词：

超低排放烟气治理技术脱硫工艺

前几期我们着重介绍了我国燃煤电厂烟气超低排放协同治理典型技术路线，本期专栏我们将介绍美国的燃煤电厂污染控制技术路线，以期为今后我国燃煤电厂技术路线的发展提供更多的思路。

国外燃煤电厂污染控制技术路线基本情况

发达国家燃煤电厂污染治理的技术路线主要采用“最佳可行技术”的原则。

“最佳可行技术（BestAvailableTechnologyEconomicallyAchievable,BAT）”也可直译为“经济上可实现的最佳可行技术”，它是相对于其他污染治理技术而言的。

美国环保局针对现有污染源要求企业采用现行最佳控制技术（BPT）、对常规污染物采用最佳常规控制技（BCT）、对非常规污染物采用最佳可行技术（BAT），对新污染源采用最佳示范技术（BADT），并以控制技术为依据制定颁布了50多个行业的工业废水和城市污水排放限值指南和标准。

由BPT到BCT、BAT再到BADT是依次趋严的，最佳控制技术主要是偏重经济上考虑，而最佳示范技术主要是从环境需要上考虑，且主要用于有毒有害及新污染源的控制，这种要求体现了新老污染源的区别和污染物性质的区别。

总体来看，BAT是偏严的一种技术要求。

1996年，欧盟在综合污染防治（IPPC）96/61/CE指令中提出了建立污染防治最佳可行技术的要求，其中2（11）条对BAT的定义为：

“与生产发展及设备运行方法最有效、最先进的阶段相适应并具有普遍性应用的特定技术，这种技术可为排放限制值提供依据，以便阻止排放和对环境的影响，若无法完全阻止则通常可以减少排放和影响。

”其中，

“技术”包括工艺技术及对装臵的设计、建造、维护、运行及方法；

“可行”是指不论该技术是否在成员国内生产和使用，只要经营者能够合理获得，且在经济和技术可行条件下，考虑成本及优势在规模上可以在相关工业部门实施的技术；

“最佳”是指较高水平体现整体的环保效果。

从1999年开始BAT用于新建设施，到2002年，欧盟的BAT体系已经基本建立完成，并在各行各业建立起相应的BAT参考文件。

2006年7月欧盟发布了《大型火力发电厂最佳可行技术参考文件》（翻译为中文近百万字）。

从2002年起，俄罗斯新的环境法规已经决定采用BAT。

保加利亚也在2003年采纳了IPPC指令，确立了BAT的指导地位。

2美国劣质煤烟气治理技术路线

美国对于劣质煤烟气治理技术路线方面确定的重点是解决对人健康有害的污染元素控制，从整个烟气治理体系上做文章。

美国国土面积与我们接近，燃煤煤种有些和我们相近，而美国火电机组环保从粗放型管理到目前的标准要求越来越高，且近10来美国燃煤火电机组烟气治理技术发展主要针对人健康有害的污染物进行严格控制。

2.1近10来美国燃煤火电机组烟气治理技术发展

表1为美国燃煤电厂历次排放标准的污染物排放限值。

表1美国燃煤电厂SO2、NOx和颗粒物新源排放标准排放限值

注：

740（1480）和70（90）表示低硫煤（高硫煤）的排放限值和脱硫效率。

1）标准更严：

2008年始《清洁大气法修正案》二期，比1990年颁布的《清洁大气法修正案》对污染物的控制力度更大，要求更严。

在《清洁大气法修正案》二期中，对脱硫装置的要求如下：

新上燃煤机组当采用石灰石－石膏湿法烟气脱硫工艺时，脱硫效率达到98％~99％，脱硫装置可用率达到99％；当采用烟气循环流化床脱硫工艺或旋转喷雾干燥法烟气脱硫工艺时，脱硫效率达到95％以上，脱硫装置可用率达到99%。

2）美国在2006年废除了PM10要求，专门对PM2.5提出控制要求，开展了大量的燃煤电厂SO3项目。

3）脱汞等重金属。

关键词：

超低排放烟气治理技术脱硫工艺2.2燃煤火电机组低低温电除尘器开展的研究工作

2009年我国的专家们就已与日本三菱公司进行过谈判，探讨低低温电除尘器在中国应用可行性，三菱公司提出当时要与美国开展合作，在燃煤机组完成低低温电除尘器项目，其后美国公司也确实开展了一些研究和试验。

下图即是当时以低低温电除尘器为主要设备的技术路线的流程图。

图1美国某项目采用的技术路线

美国南方电力公司通过PM浓度/H2SO4雾浓度来评价腐蚀程度，当低低温电除尘器采用含硫量为2.5%的燃煤时，灰硫比在50～100可避免腐蚀，当采用含硫量更高的燃煤时，为避免腐蚀，灰硫比应大于200。

图2美国某项目评价腐蚀方法

2.3湿式电除尘器在美国燃煤火电机组的发展

美国在2006年废除了PM10要求，专门对PM2.5提出控制要求。

此后在燃煤火电机组建了8台左右湿式电除尘器。

其采取的除尘工艺路线主要是：

布袋除尘器（电除尘器）+湿法烟气脱硫装置+湿式电除尘器。

下表介绍了美国一些火电项目采用的烟气处理技术。

表2美国部分火电厂烟气处理技术

美国燃煤机组安装湿式电除尘器目的

（1）满足美国环保排放法规的要求。

美国2011年5月颁布的新的污染物控制标准，对燃煤机组颗粒物排放浓度控制要求折成我们用的单位为12.3mg/m3，因此首先应满足该要求。

（2）满足控制PM2.5、硫酸雾及脱汞要求。

2.4烟气脱SO3工艺

图3火电厂SO3产生流程图

（1）流程图展示了炉膛燃烧SO3产生：

SO2转化为SO3主要发生在辐射受热段和对流段，转化率大约在1％。

对于一个典型的炉膛，如果烟气中的SO2的浓度为2000ppm（5720mg/Nm3），那么在省煤器出口处的烟气中，SO3的浓度大约为20ppm（74mg/Nm3）。

（2）流程图同时也展示了使用催化剂后SO3的产生：

SCR的催化剂会将部分SO2氧化为SO3，增加了烟气中的SO3含量；在安装了SCR后，更多的电厂会出现蓝烟问题；据美国EPA估计，约75%的安装了SCR+湿法FGD的电厂会受到蓝烟问题的困扰；PM2.5与蓝烟之间的关系受到公众的关注。

在SCR中使用的是钒基催化剂，会将部分SO2氧化为SO3。

转换率取决于催化剂的种类和烟气的温度，温度越高，产生的SO3就越多。

一般转换率大约为0.5~1.5％，对于SO2含量为2000ppm的烟气，会在SCR的出口增加20ppm的SO3。

假定某电厂的燃煤含硫量为1%。

烟气中的SO2的浓度大约为800ppm。

烟气中的SO2/SO3转换率按1%计算，SO3浓度为8ppm。

如果SCR的转换率为平均1%，那么SCR出口的SO3浓度为约8ppm。

空预器的SO3脱除率假定为10%，静电除尘器的脱除率为10%，湿法除尘器的脱除率为30%，总的脱除率为45%。

烟囱的入口的SO3/硫酸浓度为8.8ppm（33mg/Nm3）。

关键词：

超低排放烟气治理技术脱硫工艺SO3对后部设备和烟道的影响：

①过低的SO3浓度对ESP运行不利，过高的SO3会产生腐蚀问题；

②布袋除尘器滤料堵塞和金属件的腐蚀；

③烟道、脱硫系统和烟囱的腐蚀；

④烟气浊度超标，蓝烟/黄烟问题。

脱除SO3可消除蓝烟，降低烟气酸露点，可降低空预器出口烟温，每降低20℃，锅炉效率增加1%；可减少催化剂的用量和减少在低负荷时停SCR的次数；减少布袋除尘器的腐蚀和清灰次数；减少锅炉设备的腐蚀；减少SCR对空预器的ABS沾污。

因此对SO3的脱除是非常有必要的，于是SBS技术应运而生，美国SBS工艺已成功应用于30多个锅炉，总装机容量超过17000MW。

在空气预热器上游或SCR反应器上游采用该工艺的项目可使SO3的脱除率能稳定保持在95%到99%的效率。

根据美国某电厂的估计，一台500MW的机组，应用SBS技术，每年可以节约运行费用500万美元。

SBS技术与WFGD+WESP工艺的比较

WFGD对于硫酸气溶胶的脱除效率很低，约20%~50%；WFGD+WESP对于硫酸气溶胶和细颗粒有很高的脱除效率，可达到90%以上；WESP作为SO3的末端处理设备，对解决SCR运行带来的ABS堵塞空预器问题、脱硫设备和下游烟道腐蚀问题以及SO3干扰脱汞问题没有帮助；投资高，约占ESP系统的70~80%；电耗高约为0.5%；腐蚀问题；耗水量大，而且需要废水处理。

2.5活性炭烟气脱汞工艺

在火电厂烟气脱汞技术发展方面，美国也是走在世界前列的，通过对煤中重金属进行分析，对其中一部分电厂采用活性炭脱汞工艺。

美国已有169个机组完成烟气脱汞工程应用。

之前，美国环保署对新源排放标准进行修订，规定了自2004年1月30日以后新建的燃煤电站锅炉汞排放限值如下表所示。

表3美国新建燃煤电厂汞排放限值

为了达到汞排放限值要求，同时考虑自身脱汞需要，几乎所有电厂脱汞技术的思路都是促进元素汞向氧化态或颗粒态转化，走复合式污染控制之路：

（1）促进元素汞转化为颗粒吸附态，再利用除尘器回收脱除；

（2）促进元素汞转化为氧化态，利用氧化汞的水溶性，在湿法烟气脱硫装置中脱除。

主要技术：

未处理的吸附剂，例如活性炭；特殊处理的吸附剂，如溴化活性炭。

例如：

美国威斯康辛Weston电厂4号机组：

容量为580MW，安装有SCR，半干法烟气脱硫和布袋除尘器。

当采用CaBr2+微ACI技术时能获得92%的脱汞率，只消耗很少量CaBr2和活性炭。

表4不同技术汞脱除率比较

从以上几种技术的介绍可以得到，自从2006年提出PM2.5控制要求后，美国提出了除传统尘硫氮以外的PM2.5、SO3及汞的脱除要求，进而提出了：

低NOX燃烧器+SCR+脱SO3（可选项）+脱汞（可选项）+高效除尘器+WFGD+WESP（可选项）的技术路线。

2.6美国劣煤治理技术路线案例

以上介绍了美国劣煤治理技术路线中常用的一些污染物脱除设备，下面将介绍美国劣煤治理技术路线应用案例。

美国TrimbleCounty电厂2号机组湿式电除尘器的应用（2011年投运）

该电厂是美国燃高硫煤最环保的电厂之一。

2号机技术路线：

低NOx燃烧器+SCR（NOx综合脱除率达90%）+喷射CaOH2系统（脱除SO3）+ESP+活性炭脱汞装置+FF+WFGD（SO2脱除率达98%）+WESP

图4美国TrimbleCounty电厂–820MW水平喷淋板式湿式电除尘器