华科大团聚强化除尘新技术可使燃煤电厂烟气脱硫率达到90,华中科大燃煤超低排放技术推广遭遇

华中科大燃煤超低排放技术推广遭遇“拦路虎”

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烧煤也能达到烧天然气排放标准,这是华中科技大学煤燃烧国家重点实验室张军营团队在燃煤超低排放技术领域取得的重大进展,目前已在多地转化应用,PM2.5细颗粒减排等环保与经济效益明显。

近日从华中科技大学获悉,由煤燃烧国家重点实验室张军营教授团队一项研究表明,运用我国发明的团聚强化除尘新技术对燃煤电厂进行超低排放改造,不但确保烟尘达到超低排放标准,而且可高效协同脱除烟气中三氧化硫,三氧化硫脱除率高达90%。研究成果在1月28日出版的权威学术期刊《中国电机工程学报》上发表。

专家研究表明,这项团聚强化除尘新技术对燃煤电厂进行超低排放改造,如果在全国火电机组均安装,按三氧化硫的脱除率提高60%计算,可以使三氧化硫排放量减少43.16万吨/年。相关研究成果,近日在权威学术期刊《中国电机工程学报》刊发。

这篇题为《超低排放燃煤电厂SO3生成及控制的试验研究》论文表示,2014年国务院常务会议决定在2020年前,对燃煤电厂全面实施超低排放改造。事实上,我国燃煤烟气污染是复合型的,真正意义上的“超低排放”除要求限制的烟尘、二氧化硫、氮氧化物等之外,还应重视三氧化硫污染的排放问题。三氧化硫在炉内燃烧过程和选择性催化还原脱硝系统中均可生成,对设备运行和环境造成危害。

业内专家表示,我国燃煤超低排放技术已达到国际先进水平,在我国“富煤贫油少气”能源结构背景下,煤炭清洁化利用任重道远。打赢防治污染攻坚战和蓝天保卫战,急需加快研发与及时推广燃煤超低排放新兴技术。

据了解,三氧化硫比二氧化硫的毒性高十多倍,且具有强腐蚀性,烟气中的三氧化硫冷凝形成亚微米级的酸雾,排放后会与大气中的碱性物质反应,生成大量的二次硫酸盐细颗粒物,这些硫酸盐细颗粒物在大气中具有很强的消光效应,是造成能见度降低和雾霾加剧的重要原因。此外,三氧化硫还是电厂有色烟羽的罪魁祸首,排入大气形成酸雨。

历经18年啃下煤炭超低排放硬骨头

为了掌握超低排放燃煤电厂三氧化硫生成和排放控制情况,研究团队选取有代表性的江西国电丰城电厂三台34万千瓦超低排放改造机组进行试验研究,探究了该燃煤电厂三氧化硫的生成转化规律,对湿式静电除尘技术和化学团聚强化除尘技术在不同机组不同负荷下对三氧化硫的脱除效果开展了研究。

走进国电江西丰城电厂的4号机组,在一栋占地不到80平方米的设备间内,4个大罐一字排列。前端自动投料的白色团聚剂粉末,在罐内乳化后通过喷枪直接喷入烟道,实现烟尘超低排放。

研究团队进行长达一个月的现场测试,其中,1、2号机组采用湿式静电除尘技术进行超低排放改造,湿式静电除尘装置安装于二级脱硫塔顶部;3号机组采用化学团聚强化除尘技术改造,化学团聚装置设于静电除尘器之前。为研究超低排放改造后三氧化硫的生成及控制,在50%负荷、70%负荷及100%满负荷下对脱硝前、静电除尘器前、脱硫前及烟囱入口的三氧化硫进行多次重复采样测试。

这项团聚强化除尘技术,是华中科技大学煤燃烧国家重点实验室教授张军营团队历经18年研究突破的一项燃煤超低排放新技术。业内评价为,这项技术是降低煤炭燃烧产生PM2.5细微颗粒等污染物的重大突破。

通过对电厂系统测试和研究,结果表明,在煤粉燃烧和脱硝过程中均会产生三氧化硫,燃煤电厂3台34万千瓦机组经超低排放改造后,炉内三氧化硫的转化率为0.8%-1.4%;选择性催化还原装置中三氧化硫的转化率为0.8%-1.3%。湿式静电除尘器和化学团聚系统超低排放改造均能够明显提高燃煤电厂三氧化硫的脱除率。湿式静电除尘器对三氧化硫的脱除率达80%以上,化学团聚系统三氧化硫的脱除率受负荷影响较小,最高可达90%。

PM2.5细颗粒是雾霾主因,对人体呼吸系统、心血管产生严重危害。由国家发改委能源研究所等机构发布的相关报告显示,中国煤炭使用对大气PM2.5年均浓度的贡献估算均值为56%。燃煤PM2.5细颗粒低成本减排,成为污染防治攻坚硬骨头。

团聚强化除尘技术是张军营教授发明的一种除尘新技术,不同于静电除尘等物理除尘技术,团聚强化除尘技术是一项主动性、革命性的技术,标志着我国除尘技术从物理除尘时代进入化学除尘时代,变被动除尘为主动除尘。该技术原理是通过特殊的团聚剂,让粉尘细颗粒润湿、絮凝、团聚变成“大胖子”落网,从而有效提高电除尘和袋式除尘对粉尘细颗粒物的捕集效率。同时,团聚剂对三氧化硫酸雾也有明显的团聚作用,促进三氧化硫酸雾长大。由于细颗粒物脱除率的提高附着在细颗粒物上三氧化硫等脱除率也会得到提高,因此化学团聚技术能协同脱除三氧化硫、重金属等污染物,实现“近零排放”。

丰城电厂环保工程师高为飞介绍,我国燃煤发电机组排放标准中,烟尘排放已从20毫克/立方米降至10毫克/立方米,“颗粒物直径越小,其憎水性、气溶胶等特性让静电除尘与布袋除尘等传统技术减排空间十分有限,收集难度加大,减排成本提高。”

论文第一作者、华中科技大学能源学院硕士研究生李高磊表示,近年来,我国在燃煤电厂脱硫脱硝方面取得了很大进展,而脱硫主要是脱除二氧化硫,但是由于大量燃用高硫煤及选择性催化还原脱硝系统的安装,三氧化硫浓度明显升高,局部地区有色烟羽排放增加,大气中PM2.5前驱体—三氧化硫气溶胶排放浓度增加。而目前我国“超低排放”只追求二氧化硫的减排,却忽视了三氧化硫的污染问题。希望研究导师张军营教授发明的新的化学除尘技术对三氧化硫的脱除情况,为国家制订控制三氧化硫排放标准提供科学数据。

长期以来,燃煤减排是一项世界性难题。博士毕业后就一直从事燃煤污染防治研究的张军营,一次在吃饭时突发奇想:米粒太小,容易漏掉,一旦结成饭团,就容易收集和处理。若把PM2.5细微颗粒聚成“饭团”,“捕捉”起来就方便了。经过10多年研究,他们研制出一种特殊的团聚剂,让烟尘细颗粒润湿、絮凝、团聚变成“大胖子”,有效提高PM2.5捕捉效率,降低PM2.5排放浓度。

李高磊的导师、华中科技大学煤燃烧国家重点实验室张军营教授表示,目前三氧化硫脱除手段主要为湿法脱硫技术、湿式静电除尘技术以及低低温电除尘技术等。湿法脱硫装置对三氧化硫的脱除率不高于50%,湿式静电除尘技术改造成本较高,而化学团聚系统改造成本低,适用性广,协同脱除三氧化硫等污染物能力强,能够显著提高协同脱除率,应对不同烟气条件下的三氧化硫脱除。这次试验结果再次证实了化学团聚技术对于三氧化硫排放控制的优越性。团聚强化除尘技术协同脱除三氧化硫效率最高达到90%,且不同负荷下三氧化硫的排放浓度均低于每立方米10毫克,因此对研究结果比较满意。

这项燃煤超低排放新技术,获得科技部“863计划”和国家自然科学基金支持,相关改造项目已通过环保验收。由中国工程院院士、清华大学热能系教授岳光溪牵头的评审专家组认为,这项技术解决了憎水性细颗粒物高效脱除问题,开发了细颗粒物团聚技术及大型化应用工艺系统,达到国际先进水平。

张军营教授表示,国家对燃煤电厂三氧化硫排放没有标准,电厂没有相关数据记录和措施,只有部分研究人员做过一点研究。然而三氧化硫危害比二氧化硫要大,而且并未引起国家层面的重视,因此这项研究对防治雾霾有十分重要的现实意义。国内也有专家研究表明,假设我国燃煤平均含硫量1%,则一台30万千瓦燃煤机组排放的三氧化硫的量至少为每小时57.8公斤,全国火电机组三氧化硫排放量71.94万吨/年,强调三氧化硫对雾霾的贡献值远高于“超低排放”二氧化硫的减排值,重视三氧化硫的减排、多污染物协同治理是我国空气污染治理的大势所趋。如果全国火电机组均安装化学团聚系统,按三氧化硫的脱除率提高60%计算,可以使三氧化硫排放量减少43.16万吨/年,这对蓝天保卫战是一个不小的贡献。

目前,丰城电厂4台机组中,两台机组已采用团聚技术完成超低排放改造。西安热工研究院评定检测,经过改造后机组烟尘排放浓度降至每立方米3.51毫克,低于天然气火电机组的每立方米5毫克排放标准。

成本优势突出多污染物一体控制

一些燃煤电厂反映,当前环保约束日益趋紧,环保减排设备投资与运营费用占企业总投资、总成本已达15%左右,“装不起、用不起”问题突出。除颗粒物减排效果明显,以团聚技术为核心的燃煤超低排放新技术,存在两方面明显优势:

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