摘 要：無論是從包括顆粒物、SO2、NOx 等單個大氣污染物控制而言，還是系統(tǒng)的燃煤電廠超低排放控制技術(shù)，目前都有較為成熟且較為多元化的可選技術(shù)，在具體工程自身實際情況具體分析的基礎(chǔ)上進行選擇。對于燃煤電廠非傳統(tǒng)大氣污染物，需要重點關(guān)注SO3、氨、重金屬的排放與控制。對燃煤電廠SO3、氨、重金屬的產(chǎn)生、危害和控制3 個方面進行分析，在此基礎(chǔ)上從防治技術(shù)政策、排放控制標準、控制技術(shù)路線、工程示范等4 個方面提出燃煤電廠非傳統(tǒng)大氣污染物控制政策建議。

0 引言

中國燃煤電廠超低排放技術(shù)已經(jīng)從技術(shù)單一化逐漸走向技術(shù)多元化，大氣污染物控制也由傳統(tǒng)的顆粒物、SO2、NOx 正逐漸進行擴展。研究表明，在燃煤電廠超低排放之后，火電行業(yè)將要重點關(guān)注的是SO3、重金屬、氨的排放與控制，也是中國燃煤電廠“十三五”中后期到“十四五”期間在大氣污染防治方面的工作重點，目前國內(nèi)部分火電企業(yè)已進行SO3、重金屬、氨的控制措施示范。

1 燃煤電廠傳統(tǒng)大氣污染物超低排放控制

對于SO2、NOx 超低排放而言，主要是通過提高脫硫設(shè)施和脫硝設(shè)施自身脫除效率來實現(xiàn)，目前非脫硫脫硝類設(shè)備基本不具有或只有較低的協(xié)同脫除效果，設(shè)備出口污染物濃度與排放濃度基本一致。

脫硫主要是改變流場的化學場或流場進一步提高傳統(tǒng)一次循環(huán)的脫硫效率，以實現(xiàn)超低排放，

例如旋匯耦合脫硫除塵一體化、湍流管柵、沸騰泡沫等改變流場的技術(shù)，以及單塔雙循環(huán)、雙塔雙循環(huán)、單塔雙區(qū)等改變化學場的技術(shù)。脫硝主要是通過提高低氮燃燒技術(shù)，并增加脫硝催化劑的層數(shù)以進一步提高脫硝效率。而中國燃煤電廠一次除塵技術(shù)和二次除塵技術(shù)一方面通過技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新，另一方面進一步強化協(xié)同脫除效果，主流技術(shù)包括電除塵技術(shù)(低低溫電除塵技術(shù)、濕式電除塵技術(shù)等)、電袋復(fù)合除塵技術(shù)和袋式除塵技術(shù)。

上述脫硫、脫硝、除塵超低排放的組合使用，為實現(xiàn)燃煤電廠超低排放提供了多種技術(shù)方案和路線選擇。

2 燃煤電廠SO3 排放與控制

燃煤電廠中由于選擇性催化還原(SCR)和濕式煙氣脫硫(WFGD)的廣泛使用，SO3 擴散或其水合式H2SO4 問題(藍色羽煙)越來越引起關(guān)注。

2.1 燃煤電廠SO3 的產(chǎn)生

燃煤電廠排放的煙氣中，SO3 主要來自兩方面：

(1)燃燒過程中，煤中可燃性硫燃燒生成SO2，部分SO2 進一步氧化成SO3。在煤燃燒過程中，所有的可燃硫都會受熱被釋放出來，在氧化性氣氛下會被氧化生成SO2，當過量空氣系數(shù)大于1 時， 會有0.5%～ 2.0% 的SO2 進一步轉(zhuǎn)化成SO3。

(2)在SCR 脫硝過程中，煙氣中部分SO2 被SCR 催化劑催化氧化為SO3。一般燃煤電站采用選擇性催化還原(SCR)技術(shù)進行脫硝，使用釩、鎢、鈦系列催化劑。V2O5 對SO2 的氧化過程具有強烈的催化作用。煙氣每經(jīng)過一層催化劑，SO2 的氧化率在0.2%～0.8% 之間。

目前部分地區(qū)開始開展燃煤電廠“ 消白” ，安裝水媒式換熱系統(tǒng)MGGH 后，煙氣中的飛灰會積聚在MGGH 的換熱元件上，飛灰中的重金屬會起催化劑的作用，也會將煙氣中的部分SO2 轉(zhuǎn)化為SO3。

2.2 燃煤電廠SO3 的危害

SO3 的毒性是SO2 的10 倍左右，極易溶于水形成硫酸霧，對人的呼吸道容易產(chǎn)生嚴重的損害，同時還容易造成酸雨。

目前燃煤電廠建設(shè)的脫硫、脫硝、除塵設(shè)施對煙氣中的SO3 的脫除能力有限，并且SCR 脫硝運行后， 在一定程度上增加了煙氣中SO3 的濃度。SO3 是電廠設(shè)備腐蝕、堵塞、藍煙的主要原因，不僅容易造成環(huán)境污染，還容易危及機組的安全運行。

此外，由于煙氣中SO3 濃度的增加，對燃煤電站SCR 及下游設(shè)備的影響也日益突出，有明顯的負作用，主要包括：(1)由于SO3 使露點抬高而降低發(fā)電熱效率和增加下游設(shè)備的腐蝕;

(2)由于SO3 與氨的反應(yīng)使空氣預(yù)熱器和SCR催化器結(jié)垢等。

2.3 燃煤電廠SO3 的控制

結(jié)合近年來燃煤電廠大氣污染物“ 超低排放”的要求，形成了以下可行的SO3 控制技術(shù)。

(1)盡量燃燒低硫煤。電廠使用低硫煤、混煤是降低煙氣中SO2、SO3 最直接的方法。燃燒低硫煤可降低煙氣中SO2 的濃度，從而減少在爐膛內(nèi)或SCR 反應(yīng)器中生成的SO3 的量。當全部更換為低硫煤比較困難時，可進行不同比例的低硫煤摻燒。

(2)環(huán)保設(shè)施協(xié)同控制。濕式靜電除塵器不僅能去除微細顆粒物[，還可以通過相變凝聚脫除SO3。美國Bruce Mans-field 電廠安裝管式濕式靜電除塵器后， 細顆粒物脫除效率為9 6 % ，SO3 脫除效率為92%[。但無法緩解對煙氣脫硫前設(shè)備的不利影響，如SCR 催化劑、空氣預(yù)熱器等。另外，研究表明低低溫電除塵對于SO3 的脫除效率高于80%。

(3)末端治理技術(shù)。燃煤電廠SO3 末端治理技術(shù)主要是向爐內(nèi)噴射堿性吸收劑，以及向爐后噴堿性吸收劑。這些新技術(shù)正在研發(fā)并進行示范。

3 燃煤電廠氨排放與控制

隨著燃煤電廠NOx 控制指標的不斷提高，也帶來了一些問題[19-20]。燃煤電廠超低排放NOx 排放控制指標為50 mg/m3，燃煤電廠為了實現(xiàn)超低排放，SCR 催化劑基本經(jīng)歷了增加備用層，更換運行層等措施，這個過程中氨逃逸成了普遍的問題。

3.1 燃煤電廠氨的產(chǎn)生

燃煤電廠煙氣中氨產(chǎn)生的原因較多，基本都是在運行中產(chǎn)生的，與煤的燃燒基本沒有關(guān)系。

3.1.1 自動調(diào)節(jié)性能不好，導致噴氨量失衡

機組在變負荷運行、啟停制粉系統(tǒng)時，自動調(diào)節(jié)性能不好，噴氨量不能適應(yīng)負荷和脫硝入口NOx 的變化，導致脫硝裝置出口NOx 波動太大，瞬時噴氨量相對過大，引起氨逃逸增加。

脫硝裝置入口NOx 分布不均勻，與噴氨格柵(ammonia injection grid，AIG)每個噴嘴的噴氨量不匹配，導致脫硝裝置出口NOx 不均勻，從而使脫硝裝置局部氨逃逸高[21]。同時，噴氨格柵噴氨不均勻，導致脫硝裝置出口NOx 不均勻，致使局部逃逸氨較高。

3.1.2 測量系統(tǒng)不精確，導致噴氨量失衡

一般SCR 裝置左右側(cè)出入口各裝一個測點，在測點發(fā)生表管堵塞、零漂時， 測量系統(tǒng)不準確，測量數(shù)據(jù)不具有代表性，導致自調(diào)系統(tǒng)噴氨過量，從而引起氨逃逸升高。包括NOx 測點、氧量測點、氨逃逸測點在內(nèi)的測點位置不具代表性，或者測點數(shù)量過少，不能隨時比對，當發(fā)生表管堵塞、零漂時不能及時發(fā)現(xiàn)等會導致測量不準，從而引起氨逃逸升高。

測點故障率高，當測點故障時，指示不準，引起自動調(diào)節(jié)切除，只能手動調(diào)節(jié)，難以適應(yīng)自動發(fā)電控制(automatic generation control，AGC)負荷隨時變動的需求。

3.1.3 運行狀況變化，導致噴氨量失衡

在機組變負荷和啟停制粉系統(tǒng)時，脫硝裝置入口NOx 濃度波動大， 從而引起脫硝裝置出口NOx 濃度波動大，噴氨量波動大，引起氨逃逸增加。在實際運行中，尤其在大幅變負荷時，脫硝裝置入口NOx 變化較大，會加大脫硝裝置自動調(diào)節(jié)的難度。

AGC 投入時，機組變負荷時普遍速率較快。為了響應(yīng)負荷的快速變化，燃料量變化太快，風粉配比不能保證脫硝裝置入口NOx 穩(wěn)定。

煙氣溫度變化幅度大。機組在低負荷運行時，煙溫下降，局部煙溫較低，會引起催化劑活性下降，從而引起氨逃逸升高。

3.2 燃煤電廠氨的危害

氨逃逸是指SCR 脫硝系統(tǒng)由于種種原因，會造成脫硝催化劑后的煙氣中氨氣的濃度超標。這會帶來一系列嚴重后果，其中下游設(shè)備的堵塞是主要危害。

催化劑堵塞。由于銨鹽和飛灰小顆粒在催化劑小孔中沉積。阻礙了NOx、NH3、O3 到達催化劑活性表面，引起催化劑鈍化。鈍化后，脫硝效率下降，為了保證NOx 穩(wěn)定達標排放，會噴更多的氨，這將引起惡性循環(huán)。

空氣預(yù)熱器堵塞。銨鹽沉積在空氣預(yù)熱器冷端， 引起空氣預(yù)熱器堵塞， 進一步增加系統(tǒng)阻力，增加風機電耗，高負荷時風量不能滿足運行要求，引起空氣預(yù)熱器冷端低溫腐蝕。

SCR 裝置出口CEMS 過濾器堵塞。SCR 裝置出口CEMS 一般采用抽取式，伴熱溫度為120℃，銨鹽容易沉積堵塞過濾器和取樣管，引起測點不準確以及自動調(diào)節(jié)失靈，大氣污染物排放超標。

電除塵極線積灰和布袋除塵器糊袋。氨逃逸容易引起電除塵極線積灰，陰陽極之間積灰產(chǎn)生搭橋現(xiàn)象導致電除塵電場退出運行。氨逃逸過大會造成銨鹽糊在布袋上， 引起布袋除塵器壓差高，從而導致吸風機電流高，嚴重時影響風量、引起出力受阻。

系統(tǒng)堵塞后會引起送風機、一次風機、吸風機失速、搶風，出力受阻，排煙溫度失控，甚至引發(fā)保護停機等事故。

氨逃逸過量進入大氣環(huán)境，會對人體健康產(chǎn)生影響。氨被吸入肺后容易通過肺泡進入血液，與血紅蛋白結(jié)合，破壞運氧功能。

3.3 燃煤電廠氨的控制

針對上面分析的燃煤電廠氨產(chǎn)生的原因，主要從以下3 個方面解決問題。

(1)一次系統(tǒng)的優(yōu)化改造，如流場、噴氨設(shè)備的均勻性調(diào)整等。

開展燃燒優(yōu)化試驗，做到在任何負荷下，噴

氨格柵斷面NOx 均勻。例如：可以重新確定各荷下的氧量控制范圍，降低脫硝裝置入口NOx 數(shù)值和波動幅度�？梢栽黾渝仩t自動投切粉、自動啟停磨煤機邏輯，判據(jù)除了引入氧量、負荷、粉量、煤量外，還可以引入脫硝裝置入口NOx 作為前饋，使鍋爐在大擾動的情況下，保證脫硝裝置入口NOx 變化最小。

結(jié)合實際工況進行流場模擬設(shè)計，對噴氨格柵或渦流混合器進行分區(qū)優(yōu)化，運行時實現(xiàn)全截面多點測量與噴氨分區(qū)優(yōu)化及反饋，確保SCR 系統(tǒng)溫度場、濃度場、速度場滿足反應(yīng)要求，實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

開展準確的煙道煙氣流場試驗和煙道噴氨格柵均布試驗，做到在任何負荷下，噴氨格柵斷面噴氨均勻，催化劑斷面煙氣流速均勻，與煙氣量匹配。提高噴氨格柵均勻性，利用網(wǎng)格法實時監(jiān)控噴氨格柵的均勻性。

(2)脫硝控制系統(tǒng)的優(yōu)化，如自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的適應(yīng)性和平穩(wěn)性、測點的可靠性等。

提高自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的適應(yīng)性，保證在任何工況下都能滿足要求，將波動幅度控制到最小，尤其在大幅升降負荷和啟停制粉系統(tǒng)時，避免NOx長時間處于較低的狀態(tài)。

提高CEMS 測點的可靠性，可以通過增加測點數(shù)量或者提高維護質(zhì)量來提高測點的可靠性。盡量降低由于測點故障引起的自動調(diào)節(jié)功能失效時間。

控制脫硝裝置入口煙溫在合理范圍，保證催化劑工作在最佳工作溫度，過高容易燒結(jié)，過低脫硝效率不高，容易中毒和失去活性。

(3)鍋爐燃燒調(diào)整的優(yōu)化，如燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對NOx 的兼顧和前饋等。

優(yōu)化燃燒調(diào)整自動調(diào)節(jié)特性，在燃燒自動調(diào)節(jié)中考慮風粉自動調(diào)節(jié)對脫硝裝置入口NOx 的影響，使脫硝裝置入口NOx 在負荷波動和其他擾動下波動幅度最小，降低脫硝自動調(diào)節(jié)的難度。

優(yōu)化脫硝測點反吹期間的控制策略。在自動調(diào)節(jié)邏輯中引入脫硝裝置入口NOx 前饋信號和凈煙氣NOx 反饋信號。在反吹期間合理選擇被調(diào)量，在反吹結(jié)束后，再切回原來的被調(diào)量，保證在反吹結(jié)束后NOx 參數(shù)平穩(wěn)，不出現(xiàn)大幅跳變。

合理調(diào)整反吹時間和時段。杜絕兩點和三點測點的同時反吹。當由于反吹時間間隔不同而出現(xiàn)同時反吹時，其中一點反吹時間自動提前或后延10 min，避免同時反吹。

合理確定AGC 響應(yīng)速度。長期的負荷波動，給設(shè)備帶來交變應(yīng)力，大大降低使用壽命，對于環(huán)保參數(shù)的控制也極為不利。

4 燃煤電廠重金屬排放與控制

隨著燃煤電廠超低排放的推進并接近全面完成，從排放角度，燃煤電廠重金屬污染越來越成為關(guān)注的重點。從環(huán)境角度，燃煤對大氣、天然水體的重金屬污染也越來越受到重視。所以專門對燃煤進行重金屬的分析、分布研究，進而進一步采取控制措施很有必要。

4.1 燃煤電廠重金屬的產(chǎn)生

燃煤電廠煙氣中重金屬產(chǎn)生的原因主要是來自于煤種，不同煤種的重金屬分布不一樣[。其中，砷、汞、鉻、鎘、鈷、鎳、錫、鋅、鉛和釩等是煤的燃燒中最值得關(guān)注的10 種對環(huán)境和人類健康造成危害的痕量重金屬元素。

國內(nèi)外學者對中國燃煤電廠2 0 0 5 — 2 0 1 0 年產(chǎn)生的部分代表性重金屬排放量進行了研究，得到As 大約排放量在236.1~550.08 t，Se 大約排放量在543.8~786.8 t， Sb 在32.9~211.8 t， Pb 在4 556 t 左右。進入2015 年之后，重金屬排放量會隨著超低排放全面展開而大幅下降。

4.2 燃煤電廠中重金屬的危害

燃煤電廠中重金屬的危害，主要不是對電廠系統(tǒng)自身的危害，而是對社會環(huán)境的危害。重金屬的危害在于它不能被微生物分解且能在生物體內(nèi)富集形成其他毒性更強的化合物。在環(huán)境中重金屬經(jīng)歷地質(zhì)和生物雙重循環(huán)遷移轉(zhuǎn)化，最終通過大氣、飲水、食物等渠道，以氣溶膠、粉塵顆�；蛘羝男问奖蝗宋塍w內(nèi)。

重金屬不僅危害人體的呼吸系統(tǒng)，甚至隨著血液循環(huán)，在體內(nèi)長期積蓄，有的會與體內(nèi)某些有機物結(jié)合并轉(zhuǎn)化為毒性更強的金屬有機化合物。

4.3 燃煤電廠中重金屬的控制

目前燃煤電廠針對重金屬進行控制的只有汞及其化合物，其余重金屬沒有系統(tǒng)提出控制措施和排放標準，也都是在除塵、脫硫、脫硝中進行協(xié)同控制。

僅以汞的控制進行說明。燃煤電廠汞污染防治技術(shù)可分為3 類：燃燒前控制、燃燒中控制和技術(shù)，燃燒中控制主要通過改變優(yōu)化燃燒和在爐膛中噴入添加劑氧化吸附等方式，結(jié)合后續(xù)設(shè)施加以控制。

燃燒后控制主要有3 種：一是基于現(xiàn)有非汞控制設(shè)施的協(xié)同控制技術(shù)，利用現(xiàn)有非汞污染物控制設(shè)施(包括SCR、ESP、FGD 等)對汞的協(xié)同控制作用[28];二是基于現(xiàn)有設(shè)施改進的單項控汞技術(shù)，如改性SCR 催化劑汞氧化技術(shù)、除塵器前噴射吸附劑(如活性炭、改性飛灰、其他多孔材料等)、脫硫塔內(nèi)添加穩(wěn)定劑、脫硫廢水中加絡(luò)合(螯合)劑等技術(shù)，實現(xiàn)更高的汞控制效果;三是通過專門的多污染物控制技術(shù)(等離子、臭氧、活性焦、有機胺、雙氧水等) 及裝備實現(xiàn)汞、硫、氮等多污染物聯(lián)合脫除。此外，汞的監(jiān)測和檢測技術(shù)發(fā)展迅速，既可以在線監(jiān)測，又可以手工采樣監(jiān)測。

5 燃煤電廠非傳統(tǒng)大氣污染物控制政策建議

由于國家層面當前還沒有出臺燃煤電廠SO3、氨、重金屬等非傳統(tǒng)大氣污染物系統(tǒng)的控制政策與技術(shù)，所以針對燃煤電廠上述非傳統(tǒng)大氣污染物的控制，建議盡快加大研究力度，盡快加大工程示范。

5.1 盡快出臺防治技術(shù)政策

結(jié)合全國煤種分布、燃煤電廠區(qū)域分布以及排放情況，盡快研究制定出針對地方SO3、氨、重金屬的控制技術(shù)政策，分別出臺《火電廠三氧化硫污染防治技術(shù)政策》、《火電廠氨污染防治技術(shù)政策》、《火電廠重金屬污染防治技術(shù)政策》，為全國火電行業(yè)SO3、氨、重金屬等非傳統(tǒng)大氣污染物的污染防治以及相關(guān)的大氣污染物協(xié)同治理的技術(shù)選擇，環(huán)境管理部門的監(jiān)管，以及企業(yè)污染防治工作提供宏觀的技術(shù)政策支撐。

5.2 盡快出臺排放控制標準

針對包括燃煤電廠鍋爐在內(nèi)的鍋爐排放標準，目前國內(nèi)已經(jīng)有北京、上海、天津、廣東、山東等省市出臺，包括河北、陜西在內(nèi)的部分省份尚在征求意見。杭州也出臺了《鍋爐大氣污染物排放標準》(征求意見稿)，在全國范圍內(nèi)首次提出了包括現(xiàn)有、新建的燃煤鍋爐(包括燃煤發(fā)電鍋爐)、燃油鍋爐、燃氣鍋爐、燃生物質(zhì)鍋爐、摻燒垃圾污泥的鍋爐的SO3、氨的控制。

建議結(jié)合當前生態(tài)環(huán)境的形勢，在充分的技術(shù)經(jīng)濟性調(diào)研基礎(chǔ)上，向國家環(huán)境保護主管部門提出相關(guān)控制政策建議以及對應(yīng)的環(huán)保經(jīng)濟政策。建議全國盡快出臺相關(guān)排放控制標準， 把SO3、氨、部分重金屬作為重點大氣污染物納入標準控制體系，在火電廠大氣污染防治從政策、標準，到技術(shù)路線形成一個完整的體系。

5.3 盡快出臺控制技術(shù)路線

在出臺相關(guān)排放控制標準的同時，積極組織相關(guān)科研院所、高校等技術(shù)力量，全面調(diào)研與評估全國不同地區(qū)火電行業(yè)SO3、氨、重金屬的排放水平。在此基礎(chǔ)上，以燃煤電廠SO3、氨治理為重點，同時考慮重金屬的污染防治，兼顧其余相關(guān)的污染物協(xié)同控制與治理， 對中國火電廠SO3、氨、重金屬等污染治理措施進行系統(tǒng)梳理與研究，特別是燃煤電廠SO3、氨的達標排放可行技術(shù)路線研究，結(jié)合當前中國宏觀的環(huán)境管理戰(zhàn)略要求，進一步提出引領(lǐng)火電行業(yè)非傳統(tǒng)大氣污染物污染防治技術(shù)的技術(shù)路線與發(fā)展方向。

5.4 盡快開展相關(guān)工程示范

結(jié)合上述從政策、標準到技術(shù)路線的建議，需要同步開展相關(guān)工程示范。由于中國部分電力行業(yè)科研院所，以及部分重點高校，已經(jīng)針對煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的SO3、氨、重金屬等非傳統(tǒng)大氣污染物進行了重點研究，在治理技術(shù)上也有了很多技術(shù)儲備，有些甚至已經(jīng)形成了成果，所以需要從國家層面，尤其是科技部、生態(tài)環(huán)境部等政府層面，以重點科研項目的形式和途徑，盡快立項開展工程示范工作。