前言
空气污染问题从来没有像现在这样在全球得到如此瞩目，并成为多边协议中一个固定的国际性问题，国际上相关的环保法律条款一直在制定之中。我国作为一个发展中的大国，今后相当一段时间内仍将面临燃煤火电机组不断发展的局面。虽然控制环境污染问题得到有关部门的高度重视，但随着火电机组容量的不断增加，我国环保法规越来越严格，我国火电厂污染物排放控制标准将不断提高，控制污染物种类也将不断增多。如何向环保型电厂发展，发达国家的环保标准和工艺发展值得我们学习和借鉴。
发达国家环保型电厂工艺发展经历了4个阶段：黑烟治理阶段 SO2、NOX治理阶段 综合治理阶段（包括重金属、SO3等） 循环经济和可持续发展阶段。研究国外环保型电厂工艺的发展，从而对我国未来几年甚至更长一段时间环保型电厂技术发展都将具有十分重要的意义。
1 美国环保型电厂发展情况
1.1美国火电厂环保工艺技术发展情况
美国的火电厂环保工艺发展经历了3个阶段：1990年前一般性总结发展阶段 1990年后《清洁大气法修正案》颁布后的环保技术及工程应用大发展阶段 目前已经开始执行并将在2008年正式开始执行的《清洁大气法》二期，即环保型电厂发展阶段。
1990年前，美国的环保排放控制标准比较低，SO2排放控制标准在1480mg/Nm3。
1990年美国环保总署提出了《清洁大气法修正案》，针对火力发电厂粉尘排放及SO2排放控制提出了要求。随着火电厂环保工艺的发展和对环保的高度重视，除对传统的电除尘技术、湿法烟气脱硫工艺不断改进提高外，出现了几种除尘、脱硫应用效果比较性价比较好的环保工艺，其主要代表工艺如下：
a）电除尘器调质除尘工艺
烟气调质系统添加一定量的添加剂，提高烟尘荷电能力，使粉尘的表面物理特性满足电除尘器的要求，以达到提高除尘效率的目的。
b）布袋除尘器除尘工艺
利用高效布袋除尘器直接保证较低出口粉尘浓度，保证除尘效率99.9%以上，目前在美国约有20％以上的电厂采用了布袋除尘器。
c）旋转喷雾干燥法烟气脱硫工艺
美国B&W公司从丹麦Niro公司购买该技术，在美国获得比欧洲要多得多的机组安装业绩。主要运行电厂为美国的Sherco3号机组（938MW机组）、Council Bluffs Energy Center's 4号机组电厂（790MW机组），脱硫效率达到90％以上，运行情况稳定可靠，美国B&W公司目前在建大型机组中10套脱硫装置有7套采用旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺。在美国电站脱硫项目中，80%采用石灰石－石膏湿脱硫工艺，其余20%份额中绝大部分采用旋转喷雾干燥法脱硫工艺。
旋转喷雾干燥法烟气脱硫工艺原理是：采用具有很高的转速（9550r/min 13500r/min）离心喷雾器，吸收剂浆液在离心力作用下喷射成均匀的雾状，雾粒直径小于50 m，形成含水量较少的固体产物，该工艺是一种气-液与气-固的脱硫反应过程。
旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺由于在脱除SO2同时能脱除SO3等，耗水量比湿法烟气脱硫工艺低（对于燃烟煤锅炉，比湿法烟气脱硫工艺减少耗水30%，对于燃褐煤锅炉，比湿法烟气脱硫工艺减少耗水10%等特点，同时在与布袋除尘器组合后，具有更好的发展优势。旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺具有脱硫工艺简单、工艺设备要求低，转动设备少，故系统耗能少、故障低、维护量小，脱硫过程不产生废水等特点。
d）活性焦烟气脱汞工艺
在火电厂烟气脱汞技术发展方面,美国走在世界的前列,对煤质重金属进行分析,对其中一部分电厂采用活性焦脱汞工艺。完成多项工程烟气脱汞工程应用，如：2006年建成的美国中部能源公司Council Bluffs Energy Cente 790MW机组等。
1.2 美国最新法规发展及环保型电厂示范装置介绍
在最新环保法规对电厂污染物控制装置要求方面：美国在2008年开始执行《清洁大气法》二期法规，这个法规将比1990年颁布的《清洁大气法修正案》对SO2的控制力度更大，要求更严。从2007年起，已经要求新上火电机组当采用湿式石灰石－石膏法烟气脱硫工艺时，要求脱硫效率达到98％ 99％，脱硫装置可用率达到99％；当采用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％。
在环保型电厂示范装置设计方面：美国正在执行PPII（火电厂改进计划）计划，美国能源部在国内AES Greenidge4号机组(104MW机组)安装了一套组合技术环保型电厂示范装置。主要工艺路线为：低NOX燃烧器+SNCR+SCR+CFB-FGD（烟气循环流化床脱SO2、SO3工艺）+脱汞（活性焦脱汞工艺）+布袋除尘器示范装置，SO2脱除率 95%，SO3 95%，脱汞率 90%，NOX排放为150mg/Nm3。该项目计划今年投运，试验成功后，准备将多污染物控制技术应用到国内近500个火电机组，机组容量是50MW 600MW机组，这是美国在环保型电厂建设方面一个重要的尝试。
2 日本环保型火电厂技术发展情况
2.1日本火电厂环保工艺技术发展情况
日本在2000年前大机组主要采用的是常规的除尘、脱硫、脱硝技术，一些新技术在试验阶段，同时满足环境排放要求，2000年后随着火电厂环保工艺的发展和对环保的高度重视，多项除尘、脱硫新工艺并得到成熟发展，其目前比较先进、具有最先进技术水平的代表工艺如下：
a）低低温电除尘器工艺
新上大型火电机组大多数采用该工艺，该工艺的核心是在电除尘器之前布置一套MGGH（热媒体烟气加热器），由于GGH进行热交换，电除尘器的运行温度变成了90 C左右，低于以前的130 C 150 C，由于粉尘的比电阻降低，使所有煤种条件下电除尘效率都有提高，即使采用以前同等集尘面积，也能使电除尘器出口的粉尘浓度降低到几十mg/Nm3，另外烟气量的降低使粉尘浓度大幅度降低，因而仅采用3电场除尘器就满足五电场才能达到的99.85％的高除尘率要求。然后通过脱硫装置保证出口粉尘浓度为10mg/Nm3（高浓度粉尘方案）,由于烟气温度降低,SO3会雾化(结露)而吸附在大量的粉尘上而带走,所以不会附在MGGH上,不会引起腐蚀情况发生。
b）移动极板电除尘器工艺
由日立公司新开发的一种除尘方式。移动极板电除尘器能高效收集高比电阻粉尘，以往固定极板电除尘器收集高比电阻粉尘（1011 cm以上）时，收尘极表面被粉尘所覆盖，在这种情况下持续运行后，覆盖在收尘极上的粉尘会产生反电晕现象，从而使放电极的电晕电流减少，并导致堆积在收尘极的粉尘层引起绝缘击穿，使集尘能力明显下降。移动阳极结构和旋转电刷来剥离粉尘的新技术，能够有效地收集高比电阻粉尘。该装置已较多用于日本的700MW 1000MW机组。
c）活性焦干法烟气脱硫工艺
是一种以物理-化学吸附原理为基础的硫资源可回收的干法烟气脱硫工艺。它利用以煤为原料制造为脱除烟气中SO2、SO3、汞等的可复原再生的吸附剂。活性焦通过吸附塔中吸附烟气中的SO2，吸附SO2的活性焦通过活性焦输送系统进入解析塔，用烟气将其加热到420℃左右完成解析。解析塔排出的活性焦经筛分后，由链斗刮板输送机送回吸附塔，脱硫获得的高浓度二氧化硫的气体由高温离心风机抽出，送入工业硫酸生产装置。
该工艺脱硫效率 95%，脱硫、脱硝的同时能够脱除其它有害物质，并且重要的是同时该工艺在脱硫的同时几乎不用耗水，对我国富煤缺水地区新上机组可作为重要的参考工艺。
2.2 日本最新典型的环保型电厂介绍
日本目前的国家标准没有对火电厂污染物排放控制提出具体要求，而是各地区制定比较严格的污染物排放浓度控制标准。以日本东京电力公司完成的Hitachinaka电厂、日本电源开发公司设计的矶子电厂为例说明日本最新典型的环保型电厂主要污染物控制情况，表1列出当地污染物控制指标要求和实际完成设计的环保型电厂排放情况。
表1 日本新型环保型电厂主要污染物排放情况
Tab.1 Main pollution emission condition for environment protection type new power plant In Japan
序号 内 容 单位 粉尘 SO2 N0X
1 当地排放控制标准 mg/Nm3 10 200 200
2 东京电力公司Hitachinaka电厂1000MW机组(SCR+GGH+低低温电除尘器+湿法烟气脱硫) mg/Nm3（ppm） 8 111.5(39) 70(34)
3 日本电源开发公司矶子电厂(SCR+电除尘器+活性焦烟气脱硫、脱硝+除尘) mg/Nm3 10 57.2 40.2
3 德国环保型电厂技术发展情况
3.1德国目前电厂采用的主要环保技术
欧盟已经把环境保护-大气排放的有害物质控制列入欧盟法律，而在德国有更加严格的环保法律--联邦环境污染防治法（BImSchG），2004年7月20日联邦环境污染防治法第13实施条例（修正）完成并开始执行。第13实施条例对新机组的粉尘、CO、NOX、SO2、SO3的排放控制要求见下表2。
表2 德国法规有关新机组环保要求
Tab.2 About code of the environment protection requirement for new power plant in Germany
污染物 单位 机组容量
（MW） 限值 脱除效率要求
粉尘 mg/Nm3 全部 20 －
CO mg/Nm3 100 200
NOX mg/Nm3 100 200 －
SO2（SO2＋SO3） mg/Nm3 100 200 要求保证 85％
100 300 300 要求保证 92％
300 400 要求保证 95％
根据德国联邦环境污染防治法，对300MW以上机组有关粉尘、NOX和SO2排放控制浓度要求分别为20mg/Nm3、200mg/Nm3和400mg/Nm3（SO2+SO3），这一要求中不仅对粉尘、SO2、NOX排放提出了严格要求，对SO3排放也同时提出了要求。
在FGD可靠性方面：德国标准要求机组每年不带FGD运行在100 120小时内，可以分几次运行，但FGD一次只能停72小时。
针对法规要求，德国目前在大型火电机组采用的主要代表工艺如下：
a)高效电除尘器
高效电除尘器是通过对电除尘器控制部分和烟气通道的改进提高电除尘效率，保证高效电除尘器+烟气脱硫工艺后粉尘排放浓度控制在20mg/Nm3，而实际电除尘器效率本身就达到99.99%，除尘器出口浓度可控制在10mg/Nm3。近年来随着电除尘器技术的不断改进，在欧洲，大机组有布袋除尘器回到向电除尘器发展的趋势。
b）布袋除尘器除尘工艺。
c）湿法烟气脱硫工艺、烟气循环硫化床脱硫工艺、旋转喷雾干燥法烟气脱硫工艺。
3.2 欧洲环保型电厂设计技术发展情况
欧洲特别是德国公司在著名的Schwarze Pumpe(黑泵电厂，2 80MW机组）、Boxberg电厂（2 800MW机组）、Datteln电厂（2 1100MW机组，）和Schupau电厂（2 800MW机组）设计过程中对环保方面的设计十分严格，环保型电厂技术主要向高效环保方面发展，采用高效电除尘器+SCR脱硝工艺＋湿法烟气脱硫工艺＋烟塔合一技术，以Schwarze Pumpe(黑泵电厂)为例，二十世纪90年代建成，后随国内SO2排放控制法规的变化，2002年对脱硫系统进行改造，保证满足法规的要求。
德国电厂的特点是燃煤均为褐煤，与我国的内蒙古地区丰富的褐煤资源燃用煤种有些相似之处，可以作为我们环保型电厂学习的主要榜样。
4 发达国家环保型电厂发展对我国未来建设环保型电厂的启示
4.1 我国目前火电厂主要环保工艺与发达国家的主要差距
我国火电厂烟气处理主要工艺与发达国家大机组烟气处理采用的主要工艺对比见下表3。
表3 我国与发达国家大机组采用的烟气处理工艺对比分析
Tab.3 The analysis for adopted process for flue gas dispose compared with in our country and upgrowth country
序号 项目 美国 日本 德国 中国 与发达国家工艺主要差距
1 粉尘控制 为达到粉尘控制标准 30mg/Nm3，采用以下2种工艺：
a.电除尘器+调质+湿法烟气脱硫工艺；
b.布袋除尘器+烟气脱硫工艺。
调质工艺与布袋除尘器技术已相当成熟。 为达到一些地区粉尘控制标准 10mg/Nm3，采用以下2种工艺：a.GGH设置在除尘器上游+电除尘器+烟气脱硫工艺；
b.采用移动极板电除尘器+烟气脱硫工艺。 a. 为达到粉尘控制标准 20mg/Nm3，采用以下2种工艺：
b. a.电除尘器（改进除尘控制系统及流道控制）+烟气脱硫工艺；
c. b.预电除尘器+半干法烟气脱硫工艺+后布袋除尘器。 为达到粉尘控制标准 50mg/Nm3
采用以下2种工艺:
a.电气除尘器+湿法烟气脱硫装置；
b.一电场电除尘器+半干法烟气脱硫+电除尘器。 在颁布《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2003）后，被动采取一些组合工艺达到粉尘控制标准。
2 SO2控制 采用以下3种工艺：
a.湿式石灰石-石膏法脱硫工艺；
b.旋转喷雾干燥法烟气脱硫工艺；
c.烟气循环流化床烟气脱硫工艺。 为达到一些地区SO2控制标准 200mg/Nm3，采用以下2种工艺：
a.湿式石灰石-石膏法脱硫工艺（容量至1050MW机组）；
d. b.活性炭干法烟气脱硫工艺（容量至600MW机组）。 为达到SO2排放控制标准，采用以下3种工艺：
e. a.湿式石灰石-石膏法脱硫工艺（容量至1000MW机组）；
f. b.旋转喷雾干燥法烟气脱硫工艺（容量至585MW机组）；
g. c.烟气循环半干法烟气脱硫工艺（容量至300MW机组）。
燃用Sar≥2%煤的机组，或大容量（200MW及以上的电厂）优先采用湿法烟气脱硫工艺。
燃用Sar 2%煤的机组，或200MW以下的锅炉，或残余寿命低于10年的老机组建设FGD，宜优先采用半干法、干法或其他费用较低的成熟技术，脱硫效率应保证在75％以上。
现状：
a.截止至2006年末，93％以上的300MW机组、全部的600MW 1000MW机组采用湿法烟气脱硫工艺；
b.不足5％的部分300MW机组采用CFB-FGD、RCFB-FGD烟气脱硫工艺。我国的火电厂烟气脱硫工艺路线仍比较单一，脱硫设备可靠性及可用率有待提高。
3 NOX控制 为达到NOx控制标准 200mg/Nm3，采用以下2种工艺：
a.低NOx燃烧器；
b.非选择催化还原法烟气脱硝（SNCR）工艺；
c.选择催化还原法烟气脱硝（SCR）工艺。 采用以下2种工艺：
a.低NOx燃烧器；
b.选择催化还原法烟气脱硝（SCR）工艺；
c.活性焦烟气脱硝工艺。 为达到NOx控制标准 200mg/Nm3，采用以下2种工艺：
a.低NOx燃烧器；
b.选择催化还原法烟气脱硝（SCR）工艺。 为达到NOx控制标准 450mg/Nm3，采用以下3种工艺：
a.低NOx燃烧器；
b.非选择催化还原法烟气脱硝（SNCR）工艺；
c.选择催化还原法烟气脱硝（SCR）工艺。 我国的火电厂烟气脱硝工艺已完成6座以上电厂SCR脱硝装置的运行,2座以上电厂SNCR装置的运行和难以统计的低NOX燃烧器机组运行，但还没有对运行情况进行充分的总结。
4 环保型电厂设计采取的成熟工艺路线 300MW机组(800MW燃中、低硫煤机组：
低NOX燃烧器+SNCR+SCR+脱汞（活性焦脱汞工艺）+半干法烟气脱硫工艺（旋转喷雾干燥法及烟气循环流化床法）+布袋除尘器工艺。
燃高硫煤机组：
低NOX燃烧器+SNCR+SCR+脱汞（活性焦脱汞工艺）+电除尘器+湿法烟气脱硫工艺。 600MW机组 1000MW燃煤机组：
a.低NOX燃烧器+SCR+低低温电除尘器＋湿法烟气脱硫工艺;
b.低NOX燃烧器+SCR+移动极板电除尘器＋湿法烟气脱硫工艺。
c.低NOX燃烧器+SCR+电除尘器+活性炭干法烟气脱硫、脱硝、脱重金属+一级电除尘器工艺。 300MW机组 600MW燃中、低硫煤机组：
低NOX燃烧器+SNCR+SCR+半干法烟气脱硫工艺（旋转喷雾干燥法及烟气循环流化床法）+电除尘器或布袋除尘器工艺。
燃高硫煤机组：
低NOX燃烧器+SNCR+SCR+脱汞（活性焦脱汞工艺）+电除尘器+湿法烟气脱硫工艺。 ―― 国内环保型电厂综合技术研究处于刚刚起步阶段。
4.2发达国家环保型电厂发展对我国未来建设环保型电厂的启示
通过我国与发达国家大机组烟气处理采用的工艺对比可以得出如下启示：
我国目前火电厂污染物控制环保工艺仍比较单一，没有形成多元化发展的格局。
在烟气除尘方面：我国对高除尘效率主要是依托电除尘器＋湿法烟气脱硫工艺或布袋除尘器满足排放控制要求，而在发达国家，如：日本采用低低温电除尘器完成高效除尘，而在德国，通过发展高效电除尘器，使除尘器出口粉尘浓度控制在20mg/Nm3以下,近年来新上大型火电机组日本和德国分别采用各自的先进技术。美国则在PM2.5控制方面提出更严格的要求。
在烟气脱硫工艺方面：我国现行的SO2排放控制工艺路线依托国家环境保护总局、国家发展计划委员会、科技部环发(2002)26号《燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策》，它是根据电力规划总院1999年在成都召开火电厂烟气脱硫工艺路线研讨会议结论确定的。当时国内各种烟气脱硫工艺的实验刚刚达到1 2个项目示范装置情况，我国的烟气脱硫工艺基本上圈定在该范围采用的工艺路线内，而在发达国家，烟气脱硫控制工艺技术超前于法规和标准的发展，形成了各个国家独特的脱硫工艺发展道路。美国在低硫煤地区采用旋转喷雾干燥法烟气脱硫工艺取得很大发展，2006年投运了4台790MW机组容量机组，脱硫工艺可靠性已经达到99%。在湿法烟气脱硫工艺方面，美国、日本、德国的新建脱硫装置可靠性均达到98％以上。日本还将活性焦干法烟气脱硫工艺应用到600MW机组以上。美国在烟气脱汞方面、欧洲在脱SO3方面，均形成了成熟的工艺发展路线。
5 对我国未来环保型电厂工艺技术发展方向的建议
我国经济的飞速发展，要求我们规划好未来环保型电厂脱硫工艺的发展路线，使工艺技术的发展满足国家环保标准要求，并领先于国家标准的发展，避免出现火电厂环保设备运行一段时间后改造的老路上去。
我国未来几年火电机组的发展重点是600MW超临界机组、超超临界机组和1000MW超超临界机组，根据这些机组的特点，探索环保型电厂设计技术发展的内在规律，就掌握了未来技术发展的精髓，探索用示范电厂技术改进国内燃煤电厂脱硫工艺可靠性和环境特性，并且能实现运行经济性好、同时节省能源的方式。应主动学习先进国家的先进环保技术及工艺，并将其应用到我国的今后的火电厂环保工艺中去。
我们不仅应在环保型电厂技术应用上努力研究，还应在环保型电厂技术起源方面进行研究，从而实现大型火电机组环保工艺向技术路线多元化方向发展。并占领火电环保技术的制高点，其核心是形成一个燃煤电厂的综合环保工艺概念，我们称为高效烟气处理系统，包括烟气除尘、脱硫、脱硝及未来脱汞等多种工艺的组合，确定前瞻性研究目标，通过技术研发在高效烟气处理系统的概念下实现技术掌握、实施和发展。
因此可在环保型电厂技术和应用综合工艺路线的研究方面完成以下工作。
a）低低温电除尘器工艺。环保型电厂工艺路线：低NOX燃烧器+SCR+ GGH设置在除尘器上游+电除尘器+烟气脱硫工艺。可开展对低低温电除尘器的核心MGGH及辅助系统的技术研究，同时开展该工艺路线与常规的电除尘器＋湿法烟气脱硫工艺路线进行技术经济比较及布置方面的研究，并对低低温电除尘的环保效果、节能效果、低低温电除尘器防SO3腐蚀等方面进行重点研究，可在国内大部分燃中、低硫煤机组开展对并完成示范应用项目。
b）活性焦干法烟气脱硫工艺。环保型电厂工艺路线：低NOX燃烧器+SCR+电除尘器+活性炭干法烟气脱硫、脱硝、脱重金属+一级电除尘器工艺。该工艺路线使燃煤电厂达到燃气电厂的排放指标，并达到最佳的脱硫节水指标。可在环保要求高的地区，如：中心城市、沿海城市、缺水地区重点开展对活性焦干法烟气脱硫工艺的研究及示范应用研究。
c）旋转喷雾干燥法半干法烟气脱硫工艺。环保型电厂工艺路线：低NOX燃烧器+SNCR+SCR+半干法烟气脱硫工艺（旋转喷雾干燥法及烟气循环流化床法）+电除尘器或布袋除尘器工艺。可在北方燃煤含硫 1%的电厂开展旋转喷雾干燥法半干法烟气脱硫工艺的研究示范应用研究。
d）针对烟气脱汞技术、CO2捕捉技术等完成前期技术开发等研究工作。
参考文献：
1 日本电气协会火力专业协会标准 排烟处理设备指南 (JEAG 3603-2002)
2 日立工业设备技术株式会社日立移动电极静电除尘器技术介绍
3 丹麦尼鲁公司及美国巴威公司喷雾干燥法吸收工艺技术介绍
4 日本三菱公司低低温电除尘器技术介绍
(编辑：银红丽) |
