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1、国家技术发明一等奖国家技术发明一等奖 燃煤机组燃煤机组超低排放超低排放关键技术关键技术路线与应用路线与应用1 月 8 日，国家科学技术奖对外发布，浙江大学能源工程学院高翔教授领衔，与浙江省能源集团有 限公司合作的“燃煤机组超低排放关键技术研发及应用”项目获得国家技术发明奖一等奖。 目前，通过与企业的产学研用合作，这一成果在全国十多个省市的 1000MW、600MW、300MW 等 级燃煤机组和中小型热电机组上实现了规模化应用， 累计装机容量超过 1 亿千瓦， 近三年应用上述 发明成果新增销售 109.6 亿元。何为超低排放？何为超低排放？ 超低排放是指火电厂燃煤锅炉在发电运行、 末端治理等过程
2、中， 采用多种污染物高效协同脱除集成 系统技术使其大气污染物排放浓度达到天然气燃气轮机组标准的排放限值， 即烟尘不超过 5mg/m、 二氧化硫不超过 35mg/m、氮氧化物不超过 50mg/m，比火电厂大气污染物排放标准 (GB13223-2011)中规定的燃煤锅炉重点地区特别排放限值分别下降 75%、30%和 50%，由浙能集团 在 2011 年首次提出，是燃煤发电机组清洁生产水平的新标杆。相关大气污染物排放浓度限值如下 表：在国家和省部级科研项目的持续支持下， 高翔研发团队和浙能集团等单位经过长期的产学研用合作， 对 NOx、PM、SO2、Hg、SO3等多污染物高效协同脱除技术进行了深入研
3、究，研发了高效率、高可 靠、高适应、低成本的燃煤机组超低排放关键技术多污染物高效协同脱除超低排放系统，实现 了复杂煤质和复杂工况下燃煤烟气多种污染物的超低排放，让燃煤变得更加清洁，其技术路线为：1）针对烟尘，采用低低温电除尘、湿式电除尘、高频电源等技术，实现除尘提效，排放浓度不超 过 5mg/m； 2）针对二氧化硫，采用增加均流提效板、提高液气比、脱硫增效环、分区控制等技术，对湿法脱 硫装置进行改进，实现脱硫提效，排放浓度不超过 35mg/m； 3）针对氮氧化物，采用锅炉低氮燃烧改造、SCR 脱硝装置增设新型催化剂等技术，实现脱硝提效， 排放浓度不超过 50mg/m； 4）针对汞及其化合物，采
4、用 SCR 改性催化剂技术，可使汞氧化率达到 50%以上，经过吸收塔脱除 后，排放浓度不超过 3g/m； 5）针对三氧化硫，采用低低温电除尘、湿式电除尘等，排放浓度不超过 5mg/m。在研究过程中，该技术获批了 30 多项发明专利，还有美国、日本等国际专利，解决了多项关键技 术问题。比如： 1）针对细颗粒物在烟气中的脱除问题，通过温-湿调控强化了多场协同下细颗粒物和 SO3的控制脱 除，提升了颗粒的捕集效率； 2）针对催化剂中毒失活、低温活性差等问题，通过构筑多活性中心催化剂，提高了催化剂的抗中 毒、低温活性、协同氧化汞等性能，实现了复杂煤质及低负荷运行等恶劣工况下氮氧化物的高效脱 除，也提高
5、了汞排放控制效果； 3）针对废旧催化剂的处置问题，通过活性组分分次可控负载等方法，可使催化剂活性恢复到新鲜 催化剂的水平，实现废旧催化剂的再生利用及功能化改性； 4）针对系统优化运行问题，通过建立多断面污染物浓度预测模型及优化方法，可实现超低排放的 智能调控。 同时，项目组还牵头或参与制定了国家标准和机械行业标准共 15 项，提升了燃煤污染治理技术及 装备水平。据了解，该技术首先在嘉华电厂 1000MW 在役燃煤机组上进行了超低排放的工程示范，对现役的 两台燃煤机组进行示范改造，使燃煤机组大气污染物排放浓度满足超低排放要求。该项目于 2013 年 8 月 13 日开工建设，8 号机组于 201
6、4 年 5 月 30 日完成改造，7 号机组于 2014 年 6 月 10 日完 成改造投入运行。嘉华电厂因此被国家能源局授予“国家煤电节能减排示范电站”荣誉称号，该成果也于 2017 年 6 月亮相阿斯塔纳世博会，得到了观展各国人士的赞赏。 以上技术路线与项目应用体现了该超低排放系统的高效率、高可靠与高适应性。对于低成本，据介 绍，根据机组容量和现场条件不同，设备的初始投资成本也不同，超低排放系统设备投资和运维成 本匀摊到每度电上成本增加约1分钱。 对于今后的研发重点， 高翔表示计划将研究成果推广应用在工业锅炉等非电领域， 实现多污染源多 污染物的超低排放。同时，也为这个领域培养更多的年轻优
7、秀人才。拓展延伸拓展延伸 目前， 湿式、 低低温电除尘技术已成为燃煤电厂满足 “超低排放” 的主流技术。 但燃煤电厂实现“超 低排放” ，除了采用湿式、低低温电除尘等本体技术外，先进的电除尘用高压供电技术起着重要作 用。一、一、低低温电除尘技术低低温电除尘技术 我国环保企业从 2009 年开始加强低低温电除尘技术研究，目前已有多套设备投运，现已掌握低温 腐蚀、二次扬尘、提效幅度及对 WFGD 协同除尘效果的影响等核心问题，并取得一定的工程经验， 提出了防止低温腐蚀、二次扬尘的对策措施。 目前，低低温电除尘技术在国内已有多项应用： 1.大唐宁德电厂#4 炉 600MW 机组改造，将电除尘器入口烟
8、气温度降低至 95左右。2013 年 4 月， 经测试，除尘器入口烟气温度 92时，电除尘器出口烟尘浓度由 60mg/m降低到 20.2mg/m。 2.中电投江西新昌电厂 700MW 机组改造，将入口烟气温度降至 95，对电除尘器本体及电控系统 进行升级。 2013 年 9 月， 经测试， 低低温电除尘器出口烟尘浓度降至 17.25mg/m， SO3脱除率 88.1%， PM2.5 脱除率达 99.8%以上，气态汞捕集效率达 40%以上，节省煤耗 2.53g/kWh。 3.浙江浙能嘉华发电有限公司 1000MW 机组改造，将烟气温度降至 90左右，电除尘器总集尘面 积不变，将所有电场采用高频电
9、源。2014 年 7 月投运，经测试，改造后电除尘器出口烟尘浓度降 至 20mg/m。 4.华能榆社电厂 300MW 机组采用以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理技术路线：脱硝+热 回收器+低低温电除尘器+WFGD+烟气再热器。2014 年 8 月投入运行，经测试，电除尘器出口烟尘 浓度为 18mg/m，经湿法脱硫系统后，烟尘排放浓度为 8mg/m。 5.华能长兴电厂 2660MW 机组采用以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理技术路线，系统 中不设置 WESP，每台炉配套两台双室五电场电除尘器，设计烟气温度 90。2014 年 12 月投入使 用， 经初步测试， 电除尘器出口烟尘浓度约为
10、12mg/m， 经湿法脱硫后， 出口烟尘排放约为 3.5mg/m ，湿法脱硫协同除尘效果约 70%。 6.浙江浙能台州第二发电厂 21000MW 机组、浙能温州电厂四期 2660MW 机组新建工程、华能 玉环电厂 1000MW 机组改造工程均采用低低温电除尘技术，设计烟气温度 8590，设计除尘 器出口烟尘浓度为 15mg/m，均将于 2015 年投入使用。天津国投津能发电有限公司一期工程#1 炉 1000MW 机组改造工程，改造后烟温降为 88，电除尘器出口烟尘浓度设计值 20mg/m，2014 年 12 月投运。华电江苏望亭发电分公司#3、#4 炉 660MW 机组改造工程，烟温改造后降为
11、 95， 电除尘器出口烟尘浓度设计值 20mg/m，计划 2015 年 2 月投运。二二、湿式电除尘技术湿式电除尘技术 我国环保企业从 2009 年开始进行燃煤电厂 WESP 的研究和开发，通过自主研发或引进技术，已掌 握核心技术。WESP 的研发也得到国家科技部的高度重视和大力支持，被列入国家 863 计划和国家 国际科技合作专项。 目前，WESP 在我国已有多项应用： 1.华电淄博电厂 6 号机（330MW）配套 WESP。机组于 2013 年 10 月投运，经测试，WESP 出口烟尘排放为 5mg/m。 2.神华国华舟山电厂二期#4 号炉 350MW 机组 WESP 新建工程，工艺路线为
12、：低氮燃烧+SCR+ESP+ 海水脱硫装置+WESP。 机组于 2014 年 6 月投运， 经测试， 常规电除尘器出口烟尘浓度为 16.53mg/m ， 脱硫出口烟尘浓度为10.76mg/m， WESP出口烟尘浓度2.55mg/m、 SO22.86mg/m、 NOx20.5mg/m 。 3.浙能嘉华发电厂 21000MW 机组改造工程配套 WESP，设计除尘效率不低于 70%。机组于 2014 年 6 月投运，经测试，WESP 出口烟尘排放为 2mg/m。 4. 广 州 恒 运 发 电 厂 #9 号 炉 330MW 机 组 WESP 改 造 工 程 ， 工 艺 路 线 为 ： 低 氮 燃 烧
13、+SCR+ESP+FF+WFGD+WESP。 机组于2014年7月投运， 经测试， WESP出口烟尘1.94mg/m， SO24mg/m 、NOx25mg/m。 5.浙能六横发电厂 21000MW 机组新建工程配套湿式电除尘器，采用的工艺路线为： SCR+ESP+FF+WFGD+WESP+MGGH。 机组于 2014 年 7 月投运， 经测试， WESP 出口烟尘排放为 2mg/m 。 6.广州华润热电厂#1 炉 300MW 机组 WESP 改造，2014 年 7 月投运。经测试，WESP 出口排放：烟 尘 3.12mg/m，除尘效率 89.09%。 7.大唐黄岛电厂#6 炉 670MW 机组
14、 WESP 技术改造，在脱硫塔后新增双列两电场 WESP。2014 年 8 月投运，经测试，WESP 出口烟尘浓度为 2.8mg/m。 8.三河发电有限责任公司#2号炉350MW机组 WESP改造工程， 此项目作为国家大型湿式电除尘863 课题示范工程，设计出口烟尘排放3mg/m，于 2014 年 11 月投运，经测试，WESP 出口烟尘排 放为 2.05mg/m。 9.河北国华定州发电有限责任公司#3、#4 号炉 WESP 改造工程，设计烟尘排放5mg/m。#3 号炉 2014 年 11 月投运，经测试，WESP 出口烟尘排放 2mg/m。#4 号炉也改造完毕，正在调试。 10.济南黄台发电
15、厂 9 号机（350MW）WESP 改造工程，设计除尘效率不低于 83%。机组于 2014 年 9 月投运，经测试，WESP 除尘效率大于 85%，出口烟尘浓度为 2.6mg/m。 11.神华国华惠电#1 号炉 330MW 机组环保近零排放改造工程， 配套低低温电除尘技术+湿式电除尘 器，工艺路线为 SCR+（LSC+ESP）+WFGD+WESP，WESP 设计除尘效率不低于 80%。机组于 2014 年 12 月投运，经测试，WESP 出口烟尘浓度为 1.4mg/m。三、三、电除尘用高压供电技术电除尘用高压供电技术 近年来，国内电除尘电控企业加大研发力度，以高频电源、三相电源为代表的一批新型
16、高效电源技 术创新成果令国际同行刮目相看。同时，也在积极研发或引进脉冲电源技术，为电除尘器实现低排 放和节能创造有利条件。 1.高频高压电源 高频高压电源是新一代电除尘器供电电源，其调压的控制方式为调频调压控制、间歇脉冲控制、调 幅高频控制，工作频率为几十 kHz。它不仅具有重量轻、体积小、结构紧凑、三相负载对称、功率 因数和转换效率高等特点，相比工频电源，还有更优越的供电性能，能克服一般工频电源输出电压 脉动大、平均电压低的不足，可在逼近电除尘的击穿电压下稳定工作。近几年，随着高频电源技术 发展，其输出功率、控制特性均有提高，目前输出功率达 2.4A/80kV 的高频电源已投入工程应用。 大量工程实例证明，基于脉冲工作的高频电源在提高除尘效率、节约
