大气污染治理技术发展现状
2019-04-09 12:04    来源:中国环保产业协会

  当前中国大气污染治理技术主要集中在颗粒物、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)及挥发性工业有机废气(VOCs)等污染物的治理方面。中国工业烟气治理技术已达世界先进水平,工业烟气净化超低排放技术已由电力行业向非电行业(如钢铁行业)拓展。电除尘、袋除尘、脱硫、低氮燃烧、脱硝等技术装备和工程建设能力已达到国际先进水平。VOCs治理技术也发展迅速,吸附、焚烧、催化等主流技术日益成熟。

  1.除尘技术

  当前工业项目通用的主流除尘技术主要包括(静)电除尘技术、袋(式)除尘技术及其组合技术(电袋复合除尘技术)。

  1.1电除尘技术

  目前,中国已经成为世界电除尘器大国,生产、使用电除尘器的数量均居全球首位,在该领域的全球科技排名也位居前列。中国生产的电除尘器不仅能满足国内需求,还有相当部分出口,电除尘行业已经成为中国环保产业中能与国外厂商相抗衡且最具竞争力的一个行业。

  中国燃煤电厂电除尘技术日臻完善,所有燃煤机组均已配备电除尘器,可达到10mg/m3甚至5mg/m3的超低排放要求,针对高灰煤(Aar>25%)机组,配合湿法脱硫协同除尘,可实现颗粒物排放浓度低于5mg/m3。冶金、燃煤工业锅炉等非电领域电除尘技术也有了很大发展。

  中国燃煤电厂烟气超低排放及其实现超低排放的主流技术备受世界瞩目。典型的颗粒物超低排放技术包括低低温电除尘技术和湿式电除尘技术,形成了以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理技术路线和湿式电除尘技术路线。截至2016年12月,中国低低温电除尘器装机容量超过130000MW,约占全国燃煤机组容量的13.7%;湿式电除尘器装机容量超过150000MW,约占全国燃煤机组容量的15.8%,投运量世界第一,且大于其他国家投运量之和。低低温电除尘器和湿式电除尘器均已有数十台套单机1000MW等级机组投运业绩。其余高效电除尘技术包括旋转电极式电除尘、电凝聚、机电多复式双区电除尘、离线振打、新型高压电源技术等。在供电电源方面,脉冲电源技术也取得了突破,得到了推广应用。

  1.2袋除尘技术

  目前,中国袋除尘技术和装备整体水平较高,已达到国际先进水平,部分技术如预荷电袋除尘技术、煤气干法净化技术等方面甚至接近或达到国际领先水平。中国袋除尘技术除了满足国内需求,部分产品还出口到世界十余个国家和地区,以东南亚国家居多,也不乏有发达国家成套进口。

  目前,中国袋除尘器已形成十余个系列产品,其应用已覆盖到各工业领域,成为中国大气污染控制,特别是细颗粒物排放控制的主流除尘设备。袋除尘器对各种烟(粉)尘都有很好的捕集效果,相比电除尘器,不受粉尘成分及比电阻等特性的影响。袋除尘器对细颗粒物的捕集效率可以达到98%~99%。钢铁行业、水泥行业、电力行业、化工行业以及垃圾焚烧等烟气中粉尘治理都大量采用袋除尘技术。袋除尘器在中国高炉煤气干法除尘、燃煤电厂锅炉烟气除尘、水泥窑头窑尾烟气除尘、垃圾焚烧烟气净化等领域推广应用迅猛并取得显著成效。用于钢铁、水泥、电力行业的袋除尘设备,许多单机的处理烟气量都超过200万m3/h,过滤面积超过数万m2,其中电力行业的袋除尘器单机最大处理烟气量超过300万m3/h,过滤面积在4~5万m2以上。

  1.3电袋复合除尘技术

  电袋复合除尘技术采用“前电后袋”的结构形式,将电除尘的荷电机理和袋除尘的过滤机理相结合,不但可对进入前级荷电区的烟尘进行有效捕集,且荷电烟尘进入袋区后因荷电的影响,袋区的捕集效率和清灰效果均有较大改善,可提高除尘器的除尘效率,降低系统的压降。电袋复合除尘技术可满足处理大烟气量和高浓度烟尘的需求,并具有高效节能和延长滤袋寿命的特点,出口烟尘排放浓度低于20mg/m3,除尘效率达到99.9%以上,系统压降小于1100Pa,滤袋寿命达到4年以上。电袋复合除尘技术主要应用于火电、水泥、化工等行业燃煤锅炉烟气除尘。

  2.脱硫技术

  2.1电力行业脱硫技术

  电力行业针对超低排放的要求,基于传统的石灰石-石膏湿法脱硫工艺,不断有新技术发展提升脱硫效率。在采取增加喷淋层、利用流场均化技术、采用高效雾化喷嘴、性能增效环或增加喷淋密度等措施提高传统空塔喷淋技术脱硫性能的基础上,石灰石-石膏湿法脱硫工艺又出现了pH值分区脱硫技术、复合塔脱硫技术等。目前工程应用中较为广泛的pH值分区脱硫技术包括单/双塔双循环、单塔双区、塔外浆液箱pH值分区等,工程应用中较为广泛的复合塔脱硫技术有托盘塔和旋汇耦合等。此外,基于其各自的工艺特点,海水脱硫、循环流化床脱硫及氨法脱硫工艺等在滨海电厂、循环流化床锅炉二级脱硫、化工自备电站等领域超低排放工程中也有应用。

  2.2非电行业脱硫技术

  非电行业中,烟气脱硫主要集中分布在65t/h以上的锅炉部分,主要采用湿法脱硫工艺,包括石灰石-石膏法、氧化镁法、氨法、钠碱法、双碱法等,设计脱硫效率不小于90%。对于65t/h以下的工业锅炉,在保证脱硫效率不低于80%的情况下,综合考虑设备投入和运行成本,可选用旋转喷雾干燥法(SDA)、循环流化床烟气脱硫等半干法脱硫技术以及活性焦/炭吸附法等干法脱硫技术。非电行业环保改造可直接沿用火电行业燃煤机组脱硫技术,无需或只需较少改动。

  3脱硝技术

  3.1电力行业脱硝技术

  火电厂NOx控制技术主要有低氮燃烧和烟气脱硝技术两类,烟气脱硝技术主要有SCR、SNCR和SNCR/SCR联合脱硝技术等。

  低氮燃烧技术通过降低反应区内氧的浓度、缩短燃料在高温区内的停留时间、控制燃烧区温度等方法,从源头控制NOx生成量。目前,低氮燃烧技术主要包括低过量空气技术、空气分级燃烧、烟气循环、减少空气预热和燃料分级燃烧等技术。该类技术已在火电厂NOx排放控制中得到了较多的应用。目前已开发出第三代低氮燃烧技术,在600MW~1000MW超超临界和超临界锅炉中均有应用,NOx浓度在170mg/m3~240mg/m3

  SCR脱硝技术是目前世界上最成熟,实用业绩最多的一种烟气脱硝技术。目前SCR脱硝技术已应用于不同容量机组,脱硝效率一般为80%~90%,结合锅炉低氮燃烧技术后可实现机组NOx排放浓度低于50mg/m3

  SNCR脱硝技术在锅炉炉膛上部烟温850℃~1150℃区域喷入还原剂(氨或尿素),使NOx还原为水和N2。SNCR脱硝效率一般在30%~70%。工程实践表明,煤粉炉SNCR脱硝效率一般为30%~50%;循环流化床锅炉配置SNCR效率一般在60%以上(最高可达80%),结合低NOx的排放特性可以在一定条件下实现机组NOx超低排放。

  SNCR/SCR联合脱硝工艺,主要是针对场地空间有限的循环流化床锅炉NOx治理发展的新型高效脱硝技术。SNCR宜布置于炉膛最佳温度区间,SCR脱硝催化剂宜布置于上下省煤器之间。利用在前端SNCR系统喷入的适当过量的还原剂,在后端SCR系统催化剂的作用下进一步将烟气中的NOx还原,以保证机组NOx排放达标。与SCR脱硝技术相比,SNCR/SCR联合脱硝技术中的SCR反应器一般较小,催化剂层数较少,且一般不再喷氨,而是利用SNCR的逃逸氨进行脱硝。

  3.2非电行业脱硝技术

  非电行业可直接沿用火电行业燃煤机组脱硝技术,无需或只需较少改动。由于运行负荷变化较大,炉内工况较为复杂,燃煤工业锅炉烟气NOx控制难度较大。目前,京津冀等执行特别排放限值的地区,鼓励优先采用低氮燃烧技术、脱硫脱硝除尘一体化控制技术,如果仍不能达标,采用尾端治理技术。在工业锅炉尾端治理技术中,应用较多的是SCR脱硝技术、SNCR脱硝技术、臭氧氧化脱硝技术以及上述各技术的组合。

  4 VOCs控制技术

  由于市场需求大,近年来中国VOCs治理技术得到了快速发展。主流的治理技术,如吸附技术、焚烧技术、催化技术不断发展完善,生物治理技术的适用范围不断拓宽,一些新的治理技术如常温催化氧化技术等也在不断完善。

  (1)吸附回收技术

  在有机废气治理领域,溶剂回收往往具有很好的经济效益,很多行业的VOCs治理涉及到溶剂吸附回收技术。如油气回收、包装印刷、石油化工、化学化工、原料药制造、涂布等领域和行业。

  (2)吸附浓缩技术

  在大部分工业行业中VOCs是以低浓度、大风量的形式排放的,为降低治理费用,通常是利用吸附材料首先对低浓度废气进行吸附浓缩,然后再进行冷凝回收、催化燃烧或高温焚烧处理。吸附浓缩技术的应用近年来发展迅速,特别是以沸石(分子筛)为吸附材料的旋转式吸附浓缩技术(盘式转轮和立式转塔,采用多种类型的硅铝分子筛配伍作为吸附剂)已经成为很多行业低浓度VOCs治理的主流技术。该技术净化效率高,尾气排放浓度稳定,采用高温热气流再生时安全性好,是目前诸如汽车制造等喷涂行业的最佳可行治理技术,应用范围非常广泛。

  (3)蓄热式(催化)燃烧技术

  催化燃烧技术和高温焚烧技术是目前VOCs治理的主流技术之一。近年来蓄热式热力焚烧技术(RTO)和蓄热式催化燃烧技术(RCO)得到了广泛地应用,技术水平也得到了很大的提升。蓄热系统是使用具有高热容量的陶瓷蓄热体,采用直接换热的方法将燃烧尾气中的热量蓄积在蓄热体中,高温蓄热体直接加热待处理废气,换热效率可达到90%以上,而传统的间接换热器的换热效率一般在50%~70%。蓄热式(催化)燃烧技术的发展大大拓宽了催化燃烧技术和高温焚烧技术的应用范围,可以在较低浓度下使用,并在很多行业中逐步替代了传统的(催化)燃烧技术(特别是在低浓度范围的VOCs废气治理),近年来得到了大量推广应用。

  (4)生物净化技术

  生物法最早应用于废气脱臭。近年来随着对有机污染物治理技术研究的不断深入,生物法逐步被应用于有机污染物的治理领域。生物法具有设备简单,投资及运行费用低,无二次污染等优点。但由于生物法对有机污染物的降解速率较低,只适用于净化低浓度的有机废气。此外,生物菌种对有机物的降解具有专一性,只适合于易生物降解有机物的净化,普适性较差。由于具有绿色环保和处理费用较低等优点,近年来生物法处理有机废气的研究工作进展很快,各种生物菌剂和新的生物填料的开发不断取得突破,除了在除臭领域的应用外,近年来逐步拓展到酮类、醛类、脂类等多种类型有机物的净化(在低浓度情况下使用),已经成为某些行业有机废气(特别是恶臭气体)治理的主要技术之一,适用范围不断拓宽。

  (5)常温催化氧化技术

  近年来在常温氧化催化剂的开发方面取得了较大的进展,常温催化剂在臭氧辅助下可以促进大部分异味化合物的分解,净化效率高,近年来在制药、农药、化工、工业废水处理尾气等行业得到了较多的应用。

  (6)组合净化技术

  VOCs治理的难点在于成分极其复杂,不同类型的化合物性质各异,在大多数行业中所产生的VOCs又是混合物形式。因此采用单一治理技术往往难以达到治理效果,在经济上也不合理,通常情况下需要采用多种治理技术的组合治理工艺。因此近年来各种组合治理工艺发展迅速,如吸附浓缩+催化燃烧技术、吸附浓缩+高温焚烧技术、吸附浓缩+吸收技术等。采用组合治理技术,从净化效果上考虑是为了实现污染物的达标排放,从成本上则可以降低治理费用,以最低的代价实现治理效果。从目前的治理实践来看,大部分的行业中VOCs的治理都需要采用组合技术,有些行业甚至需要采用两种以上的组合技术才能达到治理效果。