超低排放电厂PMSO2NOx及汞污染排放特征

第４４卷第６期　２０１７年１１月　华北电力大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｏａｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖｏ１．４４，Ｎｏ．６　Ｎｏｖ．，２０１７　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ＩＳＳＮ．１００７—２６９１．２０１７．０６．１４　

超低排放电厂ＰＭ，ＳＯ２，ＮＯｘ及汞污染排放特征　

宋　畅，刘　钊，汪　涛，安连锁，张永生　

（华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京１０２２０６）　

摘要：针对实施超低排放改造的大港电厂燃煤机组，基于现场在线监测和现场采样数据，探讨了超低排放后　烟气中烟尘、二氧化硫、氮氧化物、汞污染物排放特征。研究表明，４台燃煤机组完成超低排放改造后，烟　尘、二氧化硫、氮氧化物的排放浓度能够长期分别低于５、３５、５０ｍ【ｇ／ｍ　。达到超低排放要求。３＃燃煤机组　在汞取样监测期间，煤燃烧及经过污染物控制单元后，５７．５％的汞存在于灰中、３４．１％的汞存在于石膏中、　８．３％的汞从烟囱排出。在汞取样监测期间，ＦＧＤ脱除二氧化硫效率为９７．９％，ＳＣＲ脱除氮氧化物效率在　９０％以上。　

关键词：燃煤机组；超低排放；汞；排放特征　

中图分类号：Ｘ　７０１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—２６９１（２０１７）０６—００９３—０７　

Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ＰＭ，ＳＯ２，ＮＯ　ａｎｄ　Ｈｇ　ｏｆ　

Ｕｌｔｒａ．１ｏｗ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｃｏａ１．ｆｉｒｅｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｔ　

ＳＯＮＧ　Ｃｈａｎｇ，ＬＩＵ　Ｚｈａｏ，ＷＡＮＧ　Ｔａｏ，ＡＮ　Ｌｉａｎｓｕｏ，ＺＨＡＮＧ　Ｙｏｎｇｓｈｅｎｇ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｐｏｗｅｒ　ａｎｄ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０２２０６，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｏｎ—ｓｉｔｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｄａｔａ　ｉｎ　Ｄａｇａｎｇ　ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ　ｕｎｉｔｓ　ｒｅｔｒｏｆｉｔｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｕｌｔｒａ—　ｌｏｗ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎｓ（ＰＭ，ＳＯ２，ＮＯｘ，Ｈｇ）．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ＰＭ，ＳＯ２　ａｎｄ　ＮＯ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　４　ｒｅｎｏｖａｔｅｄ　ｃｏａｌ－ｆｉｒｅｄ　ｕｎｉｔｓ　ｗｅｒｅ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　５，３５　ａｎｄ　５０ｍＩｓ／ｍ　ｆｏｒ　ａ　ｌｏｎｇ—ｓｔａｎｄｉｎｇ　ｐｅｒｉｏｄ，ｒｅａｃｈｉｎｇ　ｕｌｔｒａ－ｌｏｗ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｔａｎｄａｒｄ．Ｄｕｒｉｎｇ　ｍｅｒｃｕｒｙ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，　５７．５％Ｈｇ　ｉｓ　ｃｏｎｔａｉｎｅｄ　ｉｎ　ａｓｈ．３４．１％Ｈｇ　ｉｎ　ｇｙｐｓｕｍ　ａｎｄ　８．３％Ｈｇ　ｅｍｉｔｔｉｎｇ　ｆｒｏｍ　ｃｈｉｍｎｅｙ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｃｏａｌ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｉｎ　３＃ｃｏａｌ－ｆｉｒｅｄ　ｕｎｉｔ　ａｎｄ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｕｎｉｔ．Ｂｅｓｉｄｅｓ．ＳＯ，ｒｅｍｏｖａｌ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ＦＧＤ　ｗａｓ　９７．９％，ＮＯ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ＳＣＲ　ｏｖｅｒ　９０％ｄｕｒｉｎｇ　ｍｅｒｃｕｒｙ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ；ｕｌｔｒａ—ｌｏｗ　ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ；Ｈｇ；ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　

０　引　言　

２０１３年以来，神华集团等国内发电企业针对　

烟尘（ＰＭ）、二氧化硫（ＳＯ　）、氮氧化物（ＮＯ　）等常　规污染物提出“近零排放”、“超低排放”等污染物　排放要求并开展了工程实施¨－３］。２０１４年国家发　

展改革委、环境保护部、国家能源局发布了《煤电　

收稿日期：２０１７—０７—０６．　基金项目：国家科技支撑计划项目（２０１５ＢＡＡ０５Ｂ０２）　节能减排升级与改造行动计划（２０１４—２０２０　年）》，要求燃煤发电机组接近或达到《火电厂大气　

污染物排放标准》（ＧＢ１３２２３—２０１１）中燃气轮机　发电机组烟气污染物排放浓度限值（即在标准氧　

含量６％条件下，ＰＭ、ＳＯ　、ＮＯ　排放浓度分别不高　

于１０、３５、５０　ｍｇ／ｍ　），实现超低排放　。从实践　

来看，目前我国大量燃煤机组实施了超低排放，例　

如，截至２０１７年２月底，经国家或地方环境监测　

单位现场监测，神华集团在全国范围内达到“近零　排放”的燃煤机组已达５６台，装机容量共计　

２８５０４ＭＷ　。研究者从不同的角度对超低排放技　华北电力大学学报　

术应用开展了探讨，例如，王树民等从技术路线方　面探讨超低排放改造技术¨　，史文峥等研究了超　

低排放技术中各个污染物装置的协同机制　，张　军等测试了超低排放改造后不同位置典型污染物　

的排放浓度　，王树民等研究了京津冀辽不同等　

级的部分燃煤机组近零排放实施后ＰＭ，ＳＯ　，ＮＯ　

污染物随负荷变化的排放特征　。相对而言，目　

前缺乏超低排放机组长期运行过程中烟气污染物　排放特征的研究。　另外，《火电厂大气污染物排放标准》　（ＧＢ１３２２３—２０１１）首次针对燃煤电厂烟气给出了　

汞及其化合物的排放限值，规定燃煤电厂汞及其　化合物排放限制为０．０３　ｍｇ／ｍ　，从法规层面将汞　

的排放控制提上了日程。汞是煤中的痕量元素，　燃烧过程中释放进入大气，并可长时间在大气中　

停留，造成全球大气汞污染。中国大气汞排放占　

全球汞排放的２５％～４０％左右　，Ｔｉａｎ等的研究　表明２００７年中国燃煤向大气中排放３０６吨汞¨　。　

惠霖霖等研究表明２０１０年我国燃煤电厂汞总输　

入为２７２吨，其中１０１吨排放到大气，占总汞输入　的３７．３％，进入固体中的汞为１６７吨，占总汞输入　

的６１．６％　。但上述相关数据都是基于燃煤电　厂超低排放实施前电厂汞污染排放数据的总结得　

到的结论。电厂现有常规大气污染物控制设备具　

有协同脱除汞污染的效果，例如针对ＮＯ　脱除的　选择性催化还原反应塔（ＳＣＲ）中的脱硝催化剂对　气相零价汞（Ｈｇ。）具有催化氧化作用　，针对　

ＰＭ脱除的静电除尘器（ＥＳＰ）可有效捕集颗粒汞　（Ｈｇ　）¨　引，针对ｓＯ　脱除的湿式脱硫塔（ＦＧＤ）　

能够吸收二价汞（Ｈｇ　）¨　＇”，　，也有研究表明脱　

硫塔内的二阶汞会转化为零价汞并产生二次释　

放¨　。燃煤电厂超低排放有不同的技术路　线¨　川，在超低排放的改造中合理升级优化ＰＭ、　

ＳＯ　、ＮＯ　常规污染物控制单元能够有效地促进汞　

污染物的减排¨　。但目前针对超低排放电厂汞污　

染物现场排放方面研究相对较少。　

基于上述现状，本文针对神华国能大港发电　厂燃煤发电机组开展研究，考察一段时期内ＰＭ，　

ＳＯ　，ＮＯ　的排放特征，并基于现场取样分析常规　污染物超低排放技术对汞排放的协同作用。　

１　现场概况及测试方法　

研究中的机组为神华国能大港发电厂燃煤发　电机组，大港电厂现有４台３２８．５ＭＷ燃煤发电机　

组，锅炉为亚临界煤粉炉，２０１５年前完成了全部机　组的超低排放改造，主要包括：　

锅炉采用低氮燃烧器将ＮＯ　控制在３００　ｍｇ／ｍ　

以下，通过炉外选择性催化还原脱硝装置（ＳＣＲ）　将烟气中的ＮＯ　降低至５０　ｍｇ／ｍ　以下；在静电除　

尘器（ＥＳＰ）和空气预热器之间加装低温省煤器将　烟温降低至１１０　ｏＣ，通过三相高效电源静电除尘　

器将ＰＭ排放浓度控制在１０　ｍｇ／ｍ　以下；石灰石　湿法脱硫烟气脱硫装置（ＦＧＤ）加装三层屋脊差异　

化布置高效除雾器，将ＳＯ，排放浓度控制在３５　

ｍｇ／ｍ　以下，将ＰＭ排放控制在５　ｍｇ／ｍ　以下。超　

低排放改造后各污染物控制单元如图１所示。　研究中ＰＭ、ＳＯ，、ＮＯ　监测利用电厂现有在线　

监测设备，型号信息如表１所示。　表１　在线监测设备信息表　Ｔａｂ．１　Ｏｎ—ｌｉｎｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　

汞污染测试研究中的机组为该电厂３＃发电机　

组，图１中标示出固体、气体和液体采样位置。　

图１　污染物控制单元及汞取样位置　Ｆｉｇ．１　Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｕｎｉｔｓ　ａｎｄ　ｌｏｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｈｇ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　

研究中，针对各个烟气污染物控制单元前后　

开展烟气取样并进行汞测试。由于仪器数量的限　

制，汞污染现场监测实验分为两天进行，通过３套　

３０Ｂ汞取样装置在不同监测位置取样，第一天记　第６期　宋畅，等：超低排放电厂ＰＭ，ＳＯ　，ＮＯ　及汞污染排放特征　９５　

为Ｄａｙｌ，分别在ＳＣＲ前、ＳＣＲ后和ＥＳＰ前进行气　

体取样；第二天记为Ｄａｙ２，分别在ＥＳＰ前、ＦＧＤ前　和ＦＧＤ后进行气体取样。其中，ＥＳＰ前的取样点　

进行重复实验，以考察取样的稳定性。　两天负荷在２８０～３００　ＭＷ浮动且变化较小，　

可认为两天锅炉燃烧工况基本一致，污染物排放　情况基本一致，且通过ＥＳＰ前所得结果进行修正，　

保证实验结果的一致性。　

实验期间同时取固体液体样品，包括给煤机　煤样、除尘器灰样、锅炉排渣机渣样、脱硫塔石膏　

样、工艺水样（ＦＧＤ进口水样）、脱硫废水样和石灰　石样。　实验中汞的烟气取样采用３０Ｂ吸附法，基于　美国ＥＰＡ　Ｍｅｔｈｏｄ　３０Ｂ标准开展，用以测量烟气中　

的气态总汞浓度。烟气取样仪器为Ａｐｅｘ　Ｉｎｓｔｒｕ．　ｍｅｎｔｓ公司的烟气采汞仪。质控方面，取样过程中　３０Ｂ取样枪中通过Ａ、Ｂ两根平行取样管取样。对　

于汞浓度＞１　Ｓ／ｍ　时，相对偏差（ＲＤ）≤１０％通　

过；对于汞浓度≤１　Ｉ￣ｓ／ｍ　时，相对偏差（ＲＤ）≤　

２０％通过。每根吸附管装填两段活性炭，对于汞　浓度＞１　ｇ／ｍ　时，第二段活性炭的穿透率Ｂ≤　１０％；对于汞浓度≤１　Ｉｘｓ／ｍ　时，穿透率Ｂ≤２０％。　

实验中吸附管中汞含量、煤、灰渣等固体样品中汞　含量通过Ｌｕｍｅｘ　ＲＡ９１５固体汞分析仪分析，液体　

样品中汞含量通过Ｌｅｍａｎ　Ｈｙｄｒａ　ＩＩＡ液相汞分析　

仪分析。　

２结果与讨论　

２．１　一段时期内污染物排放特征　研究中统计了２０１４年１月到２０１６年９月的　

煤质情况，在此期间煤质较为稳定，表２为统计期　入炉煤的煤质分析，图２给出了人炉煤的灰和硫　含量的月平均值及典型日煤质，可以看出，灰含量　

在１５．０１％～２１．５８％之间变动，硫含量在０．３３％　

一０．５３％之间变动，统计期内煤质波动幅度较小，　

煤质相对稳定。　表２煤质分析（收到基）　Ｔａｂ．２　Ｃｏａｌ　ｐｒｏｘｉｍａｔｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ（ｒｅｃｅｉｖｅｄ　ｂａｓｅ）　

超低排放改造后，天津市环境监测中心利用　国标称重法、红外法对大港电厂机组开展了污染　２０１４￣ｆ－６月２０１４￣１２月２０１５年６月２０１５年ｌ２月２Ｏｌ６￣ｒ－６月　（ａ）统计期内月平均煤质