任帅帅
国家电投集团河南电力有限公司沁阳发电分公司，河南焦作 454150
摘要：面对国内外日益严峻的环保形势，国家电投河南公司沁阳发电分公司优化超净排放一体化控制工艺系统：脱硝还原剂制备采用尿素水解工艺，SCR采用“3+1”模式布置，预留一层催化剂；除尘设施采用超净电袋除尘器，滤袋采用覆膜工艺；同时对脱硫设施进出口烟道、传质构件、无壁流塔环、导流板等关键设备进行开发和优化，实现项目主要目标出口烟尘、SO2、NOX超低排放。
关键词：超净排放；脱硝；脱硫、除尘、一体化控制工艺
1 国内烟气治理现状及发展趋势
近年来，环境污染带来的不良影响越来越明显，国家和地方政府不断出台新的环保减排政策和措施来加强污染物排放管理和减量控制。其主要原因除与社会经济发展模式、能源结构及利用方式等诸多因素有关外，大气污染物控制技术和治理强度跟不上经济发展的要求也是原因之一。燃煤电厂大气污染物高效脱除与协同控制技术是国际当前能源环境领域的前沿课题之一，也是研究的热点和难点。
1.1 燃煤机组超净排放标准
目前国际上暂没有公认的燃煤电厂烟气“超净排放”的定义，现普遍认为将燃煤锅炉排放的烟尘、SO2、NOX这3项污染物浓度达到或低于天然气燃气轮机机组限值的情况称为燃煤发电机组的“超净排放”，即烟尘＜2.6mg/Nm3、SO2＜35mg/Nm3、NOX＜50mg/Nm3[1] 。
1.2 我国烟气治理工艺现状
我国已投运燃煤电厂目前采用的除尘、脱硫、脱硝等烟气净化工艺，基本上是从欧美和日本在不同时段引进的技术，形成了一系列功能单一、串联使用的烟气净化设备序列，缺乏整体系统设计及一体化运行集成优化，导致这些加装设备影响彼此运行效果，增加燃煤机组运行成本。我国现有的石灰石—石膏湿法脱硫工艺已成为火电厂烟气脱硫装置的主流工艺，占全国已建成燃煤机组比例超过92%[2]。随着近年来国内火电厂燃煤质量下降严重，为了保证经济效益，各燃煤电厂掺烧比例也在逐步加大，大多数电厂的实际燃用煤种与原设计煤种已有很大差异，部分核心设备选型不合理，吸收塔流速设计不合理，使得脱硫设施在更为严格的排放标准下不能连续达标稳定运行。
因此，针对国内燃煤烟气自身高灰、高硫等特性以及超大烟气处理量的现状，建立适用我国烟气特性的工艺支撑数据库，通过集成优化烟气净化技术，实现多种污染物协同控制，才是适合我国国情的经济可行性技术路线。
1.3 一体化控制工艺应用必要性
综上所述，为实现烟尘、SO2、NOX的同时超低排放，燃煤发电机组需从烟气综合治理角度出发，通盘考虑，合理选择技术路线，优化设计指标和运行参数，确保烟气净化系统整体长期稳定运行，既要提高除尘、脱硫、脱硝各个环节的脱出效率，还要利用各个烟气净化设备彼此之间的相互影响，通过协同减排，降低能耗实现一体化协同控制。本文通过国家电投河南公司沁阳发电分公司两台超超临界百万级燃煤发电机组烟气处理设施一体化建设情况，分别对除尘、脱硫、脱硝三大设施建设方案进行分析。
2 烟气超净排放一体化控制工艺
该公司采用一体化技术解决烟气治理问题，通过对进、出口烟道、传质构件、无壁流塔环、导流板等关键设备进行开发和优化，并与之匹配相应的工艺流程，进一步优化超低排放一体化控制工艺，实现脱硫塔出口烟尘排放值≤5mg/Nm3、氮氧化物排放值≤50mg/Nm3、二氧化硫排放值≤35mg/Nm3，达到超低排放要求。
2.1 烟尘超净排放控制工艺
该公司烟尘超净排放采用电袋除尘器（布袋覆膜工艺）+脱硫除尘一体化技术，通过结合国内数百台电袋复合除尘器工程应用及技术研究，已有部分电袋项目达到超净排放，同时通过对电袋技术的进一步优化升级，攻克了最优耦合匹配、高均匀多维流场、微粒凝并、高精过滤技术等多项关键技术，创新开发了超净电袋复合除尘技术，达到超净排放的要求。
采用电区、袋区耦合匹配选型技术：超净电袋的选型技术思路为：电场区根据煤种、烟气工况条件，设计满足除尘效率要求的规格容量，使滤袋区工作于恒定的低粉尘浓度工况，降低过滤风速，实现超净排放；滤袋是决定电袋复合除尘器出口排放值最关键的部件，它的过滤精度直接关系到烟尘排放值，要保证电袋出口超净排放，滤袋的过滤精度至关重要，同时改进滤袋加工工艺，采用滤袋覆膜工艺，提高滤袋的制造质量。该公司采用电袋除尘器+脱硫除尘一体化技术，除尘效率可达99.988%，烟气出口烟尘浓度将达到2.6mg/Nm3，符合超净排放标准要求。
该公司是亚洲首台除尘器出口烟尘排放浓度设计值≤5mg/Nm3的超超临界百万机组，后续将作为行业标杆推广应用。
2.2 SO2超净排放控制工艺
该公司SO2超净排放采用沸腾式泡沫脱硫除尘一体化技术+单塔双循环技术，在高效湿法脱硫技术基础上对吸收塔内流场进行精细模拟，并根据模拟结果在合适的位置设置沸腾式泡沫除尘装置、壁环，并调整喷嘴间隙、喷淋支管位置等，达到喷淋液滴的均匀性，以保证烟气与喷淋液滴的充分均匀接触，改造除雾器，减少细微液滴以及烟尘的逃逸；在喷淋层之间增设气液传质增效环，将靠近塔壁的烟气驱赶到吸收塔中间区域，从而增加烟气与液滴的接触，提高脱硫和除尘效率。
单塔双循环湿法脱硫是将脱硫塔五个喷淋层分成两部分：一部分是脱硫塔底浆池→两台循环泵→最下面两个喷淋层→脱硫塔底浆池构成浆液循环，此级循环的脱硫率一般控制在40%～75%；另一部分是脱硫塔外浆池（AFT塔）→三台循环泵→上面三个喷淋层→浆液收集器（托盘）→浆液引流管→脱硫塔外浆池构成浆液循环。该公司采用沸腾式泡沫脱硫除尘一体化技术+单塔双循环技术，脱硫效率可达99.1%，烟气出口SO2浓度将达到24.2mg/Nm3，符合超净排放标准要求。
2.3 NOX超净排放控制工艺
该公司NOX超净排放采用炉内低氮燃烧技术+SCR脱硝优化技术+新增脱硝催化剂，通过设计燃烧器结构改变风煤比，来达到空气分级、燃料分级或是烟气再循环的效果，从而降低着火区的氧浓度和温度，最大限度抑制NOX的生成，将燃烧用风分为一、二次风，减少煤粉燃烧区域的空气量（一次风量）。该公司脱硝还原剂制备采用尿素水解工艺，是国内首台基建期采用尿素水解制备脱硝还原剂的超超临界百万机组，相对来说更安全可靠，不存在危险源，在运输及储存等方面没有特殊要求，场地布置相对紧凑。脱硝系统按照超净排放标准设计，SCR预留一层催化剂，采用“3+1”模式布局，催化剂选型高度更低，吹灰效果更好，因此氨逃逸更少，减少后端设备堵塞的可能性，系统运行所需氨量也相应减小，同时对催化剂进行清灰、再生等治理，降低运维成本。该公司采用炉内低氮燃烧技术+SCR脱硝优化技术+新增脱硝催化剂工艺，脱硝效率≥92%，烟气出后NOX浓度将达到45mg/Nm3，符合超净排放标准要求。
3 结论
本文所述国家电投河南公司沁阳发电分公司的“超净排放”环保减排技术，烟尘超净排放采用电袋除尘器（布袋覆膜工艺）+脱硫除尘一体化技术；SO2超净排放采用沸腾式泡沫脱硫除尘一体化技术+单塔双循环技术；NOX超净排放采用炉内低氮燃烧技术+SCR脱硝优化技术+新增脱硝催化剂，将发挥出前所未有的减排效果。在火电企业减排技术不断完善的背景下，全面实现“超洁净排放”限值要求必将成为不争的趋势，该公司烟气污染物一体化控制工艺成功建设经验，将作为标杆在行业内推广实施。
参 考 文 献
[1] 王志轩 煤电近零排放不科学[N] 中国能源报 2014—08—18（15）
[2] 中国电力企业联合会 中国电力行业年度发展报告[M] 北京：中国电力出版社 2013