本文梳理了熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)在選擇應(yīng)用濕法技術(shù)路線實(shí)施煙氣深度治理時(shí)面臨的困難和限制因素，分析了采用半干法路線實(shí)現(xiàn)熱電CFB鍋爐煙氣特別限額排放的技術(shù)合理性，并進(jìn)一步探討了通過N+1模式實(shí)現(xiàn)煙氣深度治理目標(biāo)的可行性。

由于一些大型火力發(fā)電鍋爐的超凈排放\近零排放工程的投運(yùn)示范效應(yīng)，部分地區(qū)的環(huán)保部門對(duì)當(dāng)?shù)氐臒犭娐?lián)產(chǎn)企業(yè)的鍋爐煙氣污染物排放也提出了50355(NOx<50mg/Nm3,SO2<35mg/Nm3,塵<5mg/Nm3)或503510的煙氣深度治理要求。針對(duì)熱電企業(yè)的實(shí)際情況，如何選擇合理、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)路線是一個(gè)值得慎重評(píng)估的問題。

1 熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)選擇濕法技術(shù)路線實(shí)施煙氣深度治理面臨的困難和限制因素

1.1 濕法技術(shù)路線是大型火電鍋爐進(jìn)行煙氣深度治理的主流技術(shù)路線

本文所提及的濕法技術(shù)路線是特指：低氮燃燒+SCR+ESP\電袋\布袋+WFGD+WESP。其中WFGD(石灰石-石膏法煙氣脫硫)，在大型火電鍋爐達(dá)到常規(guī)排放標(biāo)準(zhǔn)的脫硫工程中得到非常廣泛的應(yīng)用，在中小型熱電鍋爐也有眾多應(yīng)用，技術(shù)成熟，脫硫性能總體可靠。SCR(選擇性催化還原脫硝)技術(shù)較為成熟，近幾年已在大型火電鍋爐中得到廣泛的應(yīng)用。脫硝性能總體可靠。WESP(濕式電除塵)是近1年多，伴隨近零排放的提出，被迅速評(píng)估為能實(shí)現(xiàn)粉塵超低排放(<5mg/m3)的首選技術(shù)路線。

1.2 熱電鍋爐無法簡(jiǎn)單復(fù)制大型火電煙氣深度治理技術(shù)路線

首先，即使是對(duì)已投運(yùn)的大型火力發(fā)電鍋爐所選擇的濕法煙氣深度治理路線(低氮燃燒+SCR+ESP\電袋\布袋+WFGD+WESP)，目前也還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有獲得權(quán)威的專業(yè)的認(rèn)可，相對(duì)較為集中的質(zhì)疑有以下：投運(yùn)案例運(yùn)行時(shí)間大部分不足一年，污染物脫除效率、運(yùn)行可靠性及潛在的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)有待持續(xù)驗(yàn)證;在線監(jiān)測(cè)儀表的準(zhǔn)確性從其采用的測(cè)試方式上尚未形成規(guī)范;濕法脫硫及濕電除塵廢水處理面臨更為嚴(yán)格的規(guī)范要求;濕式電除塵流派紛呈，流派的多樣性實(shí)際上也說明該技術(shù)在應(yīng)用上仍處于摸索完善的階段。

其次，低氮燃燒+SCR+ESP\電袋\布袋+WFGD+WESP的技術(shù)路線絕大部分應(yīng)用于大容量的煤粉鍋爐，如果復(fù)制到熱電鍋爐存在以下不確定性：熱電鍋爐較為集中在75~220t/h容量等級(jí)，爐型也較大比例采用CFB爐型，熱電鍋爐的煤種質(zhì)量的波動(dòng)以及受到熱電聯(lián)產(chǎn)負(fù)荷的波動(dòng)而導(dǎo)致煙氣特性(煙氣參數(shù)、飛灰特性)的變化頻繁等，使得大火電鍋爐的煙氣深度治理路線應(yīng)用在熱電鍋爐運(yùn)行時(shí)，能否確保污染物脫除效率、可靠運(yùn)行，以及是否會(huì)衍生特定的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)成為必須充分評(píng)估的因素。

1.3 熱電鍋爐煙氣深度治理改造實(shí)施條件相對(duì)苛刻

首先是場(chǎng)地條件，很多熱電企業(yè)面臨的實(shí)際情況是，建設(shè)初期根據(jù)當(dāng)時(shí)的規(guī)劃設(shè)定了鍋爐臺(tái)數(shù)及相應(yīng)的場(chǎng)地范圍的劃定，但實(shí)際上隨著多年的運(yùn)營(yíng)，因熱負(fù)荷大都遠(yuǎn)超十多年前的預(yù)測(cè)，鍋爐臺(tái)數(shù)往往超過最初的設(shè)計(jì)，但新增鍋爐也只能在已有的場(chǎng)地內(nèi)緊湊布置。因此再需要進(jìn)行煙氣深度治理，對(duì)于需要較大場(chǎng)地占用的濕法路線難以具備實(shí)施條件。

其次，煙氣深度治理技術(shù)路線能否與與現(xiàn)有的鍋爐生產(chǎn)工藝、鍋爐風(fēng)機(jī)、煙囪等設(shè)備相匹配，也是熱電企業(yè)有別于單元制配置的大型火電鍋爐，例如熱電企業(yè)通常是多臺(tái)爐共用煙囪，如果選擇的深度治理技術(shù)路線需要停用煙囪進(jìn)行防腐施工，涉及多臺(tái)鍋爐的停運(yùn)，是不具備實(shí)施條件的。

另外，熱電企業(yè)承擔(dān)了連續(xù)供熱的任務(wù)，必須確保幾十家甚至上百家熱用戶的正常生產(chǎn)、生活，涉及重大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)穩(wěn)定。因此，可能影響到供熱可靠性比如需要長(zhǎng)時(shí)間停爐進(jìn)行改造的技術(shù)路線將很難被選擇。

1.4 投資和增量運(yùn)行成本將顯著增加熱電企業(yè)運(yùn)營(yíng)的壓力

熱電企業(yè)與大型火電另外一個(gè)顯著的差異是兩者的總投資是最少十多倍的差距，而由于熱電鍋爐數(shù)量多，因此其煙氣深度治理裝置也必須配置多套，從而兩者進(jìn)行煙氣深度治理所增加的投入的差距遠(yuǎn)小于主設(shè)備投資差距，工程實(shí)施后，熱電企業(yè)的環(huán)保設(shè)施投入可能會(huì)占到總投資的30%以上(大型火電鍋爐環(huán)保投入占比<10%)，將極大地增加熱電企業(yè)的財(cái)務(wù)成本。另外，新增的深度治理設(shè)施的運(yùn)行成本包括原物料的增加及能耗的增加，又將消耗熱電企業(yè)正常經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)的20%以上。

2 可以實(shí)現(xiàn)CFB鍋爐煙氣特別限額排放的半干法技術(shù)路線

2.1 基于CFB鍋爐的煙氣治理半干法技術(shù)路線

本文所指半干法技術(shù)路線為：CFB鍋爐+爐內(nèi)噴鈣脫硫+SNCR+煙氣半干法脫硫+電袋\布袋除塵。該技術(shù)路線是適用于采用CFB爐型為前提條件的熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)在實(shí)施煙氣治理時(shí)的較優(yōu)選擇，該技術(shù)路線相對(duì)適應(yīng)熱電企業(yè)鍋爐容量較小的實(shí)際情況和各種限制因素(場(chǎng)地、投資、工程實(shí)施)的實(shí)際情況，并具備實(shí)現(xiàn)煙氣特別排放限額的性能。

以下對(duì)該技術(shù)路線進(jìn)行簡(jiǎn)要說明：

CFB鍋爐(循環(huán)流化床鍋爐)：是公認(rèn)的環(huán)保型鍋爐，該爐型能燃燒劣質(zhì)煤外，其最突出的是優(yōu)勢(shì)是污染物初始排放濃度遠(yuǎn)低于其他爐型。

SNCR脫硝：選擇性非催化還原脫硝法，在旋風(fēng)分離器入口煙道噴入氨水，將NOx還原為N2,從而實(shí)現(xiàn)煙氣脫硝。

爐內(nèi)噴鈣脫硫+煙氣半干法脫硫：爐內(nèi)噴入石灰石粉，石灰石被煅燒為CaO，與煙氣中SO2反應(yīng)，脫除部分SO2。煙氣進(jìn)入爐后脫硫塔，在增濕降溫的環(huán)境內(nèi)與加入的消石灰反應(yīng)，進(jìn)一步脫除SO2。

電袋\布袋除塵：脫硫塔出來的干態(tài)煙氣，通過電袋\布袋進(jìn)行除塵。

2.2 半干法技術(shù)路線的特點(diǎn)

①能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐煙氣特別限額排放：NOx<100mg/Nm3,SO2<50mg/Nm3,塵<20mg/Nm3。

②不存在濕法技術(shù)路線需要進(jìn)一步處理的問題：煙囪“冒白汽”的視覺污染和“石膏雨”的二次污染，廢水的二次污染，氣溶膠排放等。

③該技術(shù)路線副產(chǎn)品為干燥粉狀物，便于氣力輸送處理及利用。

④無須防腐，煙氣溫度控制高于露點(diǎn)20℃左右，煙道、煙囪均不會(huì)發(fā)生腐蝕問題。

⑤占地空間小，尤其適用于空間緊湊的已運(yùn)行中的熱電鍋爐現(xiàn)場(chǎng)布置及改造實(shí)施。

⑥操作調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，運(yùn)行工況穩(wěn)定。脫硫、脫硝、除塵均能實(shí)現(xiàn)可靠的自動(dòng)運(yùn)行。

⑦新增或改造的成本低。

⑧運(yùn)行成本低。

2.3 基于CFB鍋爐的半干法技術(shù)路線合理性分析

①半干法技術(shù)路線能夠?qū)崿F(xiàn)煙氣特別排放限額的前置條件是基于CFB鍋爐，在其他爐型上是無法做到的。

②脫硝：首先，由于CFB鍋爐采用低溫燃燒的方式，NOx初始濃度一般能夠控制在300mg/Nm3，極大的降低了后續(xù)煙氣脫硝的難度。據(jù)最新的信息，采用清華大學(xué)“流態(tài)重構(gòu)”的CFB爐已實(shí)現(xiàn)初始NOx濃度<100mg/Nm3的案例。其次，CFB獨(dú)特的旋風(fēng)分離裝置使得SNCR可以達(dá)到80%以上的脫硝效率：穩(wěn)定的SNCR反應(yīng)溫度窗口、充分的煙氣和脫硝劑混合流場(chǎng)、足夠的反應(yīng)時(shí)間，這在其他爐型上是無法具備的條件。

③脫硫：CFB鍋爐的爐內(nèi)燃燒溫度被認(rèn)為是爐內(nèi)石灰石脫硫的最佳反應(yīng)溫度，溫度過低或過高都將大大降低脫硫效率;循環(huán)返料裝置可以實(shí)現(xiàn)脫硫劑的多次循環(huán)從而得到較為充分的利用。逃逸的脫硫劑在爐后脫硫塔內(nèi)在增濕的條件下得到利用。半干法脫硫塔工藝經(jīng)過多年的改進(jìn)完善，事實(shí)上已具備90%以上的脫硫效率。另有實(shí)際數(shù)據(jù)證實(shí)，附著在布袋表面灰層中由于摻雜有前段工藝逃逸的脫硫劑，使得布袋除塵器也具備一定的脫硫效率。

④除塵：已有較多案例證實(shí)，電袋\布袋除塵在選擇了合理的過濾煙速設(shè)計(jì)和適當(dāng)?shù)臑V料的情況下，完全可以確保煙塵特別限額排放。有研究認(rèn)為：半干法脫硫裝置由于增濕、強(qiáng)烈的物料紊流及有效的煙氣導(dǎo)流設(shè)置，實(shí)現(xiàn)細(xì)微顆粒的凝并，從而有助于通過布袋實(shí)現(xiàn)煙塵的特別限額排放。

3 通過N+1模式的半干法技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)煙氣深度治理目標(biāo)的可行性探討

3.1 N+1模式的定義

N+1模式的定義：充分利用已有的環(huán)保設(shè)施(N)所具備的特別限額排放性能為基礎(chǔ)(NOx<100mg/Nm3,SO2<50mg/Nm3,塵<20mg/Nm3)，采取一些改造措施或新增設(shè)施(統(tǒng)稱為+1)，提升相關(guān)污染物的脫除效率，進(jìn)而達(dá)到煙氣深度治理目標(biāo)(NOx<50mg/Nm3,SO2<35mg/Nm3,塵<5mg/Nm3)。

3.2 N+1模式的合理性

①保留已有的環(huán)保設(shè)施，是對(duì)前期的環(huán)保投入的節(jié)約，減少采取推到重來的巨大再投入。

②特別排放限額升級(jí)到煙氣深度治理目標(biāo)限額，三個(gè)主要污染物的指標(biāo)差距已經(jīng)不大，進(jìn)一步挖掘現(xiàn)有設(shè)施的潛力、提升效率顯然比推到重來采用其他技術(shù)路線更為合理，即使需新增設(shè)施，其所需的絕對(duì)處理能力壓力也要低很多。

③可以充分保留干法處理路線的優(yōu)點(diǎn)(但+1途徑中增加濕電除外)。

④新增場(chǎng)地占用較少。

⑤施工難度相對(duì)較小。

⑥施工周期較短。

⑦新增運(yùn)行成本較低。

3.3 +1的幾種可行性方法

①CFB鍋爐的低氮燃燒改造，實(shí)現(xiàn)初始NOx生成濃度的降低，以下2種方法均已有實(shí)際案例，取得了良好效果：引風(fēng)機(jī)出口凈煙氣回送一次風(fēng)機(jī)入口;燃燒系統(tǒng)改造(包括返料、布風(fēng)板風(fēng)帽、二次風(fēng))，可將初始NOx濃度由300mg/Nm3降至200mg/Nm3以下甚至150mg/Nm3。

②SNCR系統(tǒng)的性能提升：增加噴槍的點(diǎn)數(shù)，優(yōu)化布點(diǎn)位置的調(diào)整，確保SNCR的效率能穩(wěn)定在80%以上。

③增加單層SCR，實(shí)現(xiàn)SNCR+SCR耦合高溫脫硝。

④在半干法脫硫塔內(nèi)添加某種強(qiáng)氧化劑進(jìn)行低溫脫硝。

⑤爐內(nèi)脫硫性能的提升：優(yōu)化爐內(nèi)石灰石噴射方式及加入點(diǎn)，自設(shè)石灰石制粉系統(tǒng)以保證最佳的脫硫劑粒徑控制等。

⑥半干法脫硫塔的增效改造，實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的塔差壓控制、更低的出口煙溫控制、更長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間及更高的氣固相對(duì)滑落速度等等，提升脫硫塔的脫硫效率。

⑦布袋除塵增效改造：增大過濾面積、取消煙氣旁路、采用更優(yōu)過濾性能的濾料包括超細(xì)纖維PPS\PTFE、PPS\PTFE覆膜濾料、P84玻纖覆膜濾料等。

⑧新增鍋爐脈沖等離子煙氣凈化一體化系統(tǒng)，對(duì)已達(dá)到特別限額排放的煙氣進(jìn)行SO2、NOx、塵的深度脫除，并具備PM2.5、汞的脫除能力。

⑨新增濕式電除塵，對(duì)SO2、粉塵進(jìn)行深度脫除。

以上所列+1的幾種可行性方法，可根據(jù)具體情況選擇實(shí)施。其中，選擇①~⑧方法的，將保持原半干法技術(shù)路線的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。如選擇方法⑨，亦可保留前段半干法系統(tǒng)所具備的優(yōu)點(diǎn)，但需新增煙道及煙囪的防腐。

4 小結(jié)

熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)選擇濕法技術(shù)路線實(shí)施煙氣深度治理時(shí)存在其特殊的困難、限制因素及其他不確定性風(fēng)險(xiǎn)?；贑FB鍋爐應(yīng)用的前提條件下，選擇半干法技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)煙氣特別限額排放及煙氣深度治理排放是合理的和可行的。