第三节 热力环境污染治理措施及其排放控制
一、热力环境污染治理措施
热力过程引起的环境污染涉及大气、水、固废和噪声等多个领域，以下分别简要介绍各领域的污染治理措施。
1.大气污染治理措施
（1）全面规划、合理布局。环境规划是经济、社会发展规划的重要组成部分，是体现环境污染综合防治以预防为主的最重要手段。我国明确规定，新建和改、扩建的工程项目，要先做环境影响评价，论证该项目的建设可能会产生的环境影响和采取的环保措施等。大型热力发电厂的建设，是工农业生产、国防建设、提高人民物质文化生活的重要物质基础，在建设前，需进行环境保护工程设计。环保工程与主体工程应实施同时设计、同时施工、同时投产的“三同时制度”。
（2）严格环境管理。完整的环境管理体制由环境立法、环境监测和环境保护管理机构3部分组成。我国的环境管理体制已逐步建立和成熟，在火电环境保护方面，先后制定了4项专门法律、20多项行政法规及230项环保标准。
（3）实施控制大气污染的技术措施。控制大气污染的技术措施主要包括实施清洁生产、实施可持续发展的能源战略和建立综合性工业基地。
（4）实施控制大气污染的经济措施。控制大气污染的经济措施包括：保证必要的环境保护投资，实行“污染者和使用者支付原则”。我国已实行的经济政策包括排污收费制度、SO2排污收费、排污许可证制度、治理污染的排污费返还和低息贷款制度，以及综合利用产品的减免税制度。2017年，我国还在全国范围内推行CO2排放权交易市场。
（5）安装废气净化装置。废气净化措施是控制环境空气质量的基础，也是实行环境规划和管理等项综合防治措施的前提。各种净化装置的结构原理、性能特点和设计计算等，是本书的重要内容。
2.节约水资源及废水资源化
对于新建电厂，由于其建厂起点高、基础好，可从水资源选择、方案制定、设计和施工环节入手，从电厂设计阶段就将节水的思想贯彻到设计人员中。实行“三同时，四到位”制度，即节水设施必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投运，用水计划到位、节水目标到位、节水措施到位和管水制度到位。主要的节水途径如下：
（1）选择合理的冷却方式。富煤缺水地区应采用空冷技术。合理利用海水冷却，节约淡水资源。
（2）优化水系统设计。提高循环水浓缩倍率。目前，我国还有不少电厂循环冷却水浓缩倍率在2甚至1.5以下，节水潜力很大。尽可能采用干除灰渣技术。用机械除灰和气力除灰代替水力除灰，可以较大节约除灰渣系统的用水。水力除灰时尽量采用高灰水比冲灰。采用水力除灰的燃煤电厂，要根据排灰量调整冲灰水量。尽可能回收冲灰渣水、灰场澄清水，实现灰水闭式循环。在缺水地区，新建燃煤电厂在采用水力输灰系统时，原则上要采用高浓度输灰方式。优化水汽系统。锅炉排污及疏放水水质较好，设计施工中可将其回用于冷却塔补水。设计时，尽量考虑在线检测化学取样排放水的回收，并回用于循环水系统。
对于建成电厂，其节水途径如下：
（1）落实和强化水系统运行指标。对装置的能力、处理效果、稳定性以及用水和排放水水质和水量等进行认真的核实。
（2）实施各类排水的梯级利用。根据各子系统排放废水水质情况，制定排放废水梯级利用方案。对水质要求较高的用水设备采用第一级供水，由净水站净化后的清水供给；第二级供水系统水源为循环水；第三级供水系统的水源主要为冷却塔排污水和经处理合格后的工业废水、生活污水等，供给对水质要求不高的系统，如脱硫系统、输煤系统和除灰渣系统等。
（3）加强用水排水监控。配备并完善水质、水量监控系统。做到现代水务管理精细化，提高水资源的利用率。及时收集、汇总和分析水质、水量监控数据。
（4）强化水量的调节与储存。
（5）强化与电厂工艺流程相结合的水系统管理。
1）循环冷却水系统。根据全厂水量平衡，通过提高循环水的浓缩倍率，减少排污损失来降低电厂的耗水率，同时相应减少冷却塔排污量。
2）锅炉补给水处理系统。采用反渗透处理装置，可控制75%的回收率。对膜系统的安全运行更为有利，同时可减少加药量和化学清洗。虽然膜系统本身有较高水耗，但其排放的浓水仍然可以用于脱硫、除渣和灰加湿。
3）工业废水处理系统。燃煤电厂的其他工业废水处理应遵循“清污分流”和“以废制废”的原则，按照废水的性质分别储存、处理和梯级利用。
4）烟气脱硫系统。当采用干除灰技术时，脱硫废水应考虑对其作深度处理，处理后的水回到循环水或其他工艺系统中重复利用。
3.灰渣治理及综合利用
灰渣综合利用原则是“储用结合，因地制宜，多种途径，积极利用，讲究实际”,并为此制定了多种优惠政策，如“谁投资、谁受益”、减免税收，优惠贷款及奖励政策等。我国开发的灰渣综合利用技术已达200多项，进入工程应用的50多项。如粉煤灰生产建筑材料（水泥、砖、砌块、加气混凝土和耐热耐火材料等），粉煤灰用于建筑工程等。
4.噪声控制
热力发电厂中，噪声源相对集中、噪声幅量大，并且噪声种类繁多。汽机房和锅炉房是强噪声集中区。噪声的控制方法主要是从声源、噪声传播途径和受声敏感目标自身上来降低噪声。对于火电厂噪声防治的主要措施有：合理设计火电厂，充分考虑噪声的控制问题；加装消声设备，尽可能降低排汽噪声；集中力量，控制关键设备及位置的噪声；选择优质吸音与隔音材料降噪；合理布置并增大绿化面积，以降低环境噪声。
二、火电锅炉机组排放要求
燃煤电厂是烟尘、二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）等大气污染物的主要排放源。2011年7月环境保护部和国家质量监督检验检疫总局联合发布《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13233—2011），该标准规定的大气污染物排放限值见表1-9。
表1-9 火电锅炉机组大气污染物排放限值 单位：mg/Nm3
（1）位于广西壮族自治区、重庆市、四川省和贵州省的火力发电锅炉执行该限值。
（2）采用W形火焰炉膛的火力发电锅炉，现有循环流化床火力发电锅炉，以及2003年12月31日前建成投产或通过建设项目环境影响报告书审批的火力发电锅炉执行该限值。
三、燃煤火电机组超净排放及其技术措施
2014年9月12日，国家发展和改革委员会、环境保护部、国家能源局联合发文“关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》的通知”中要求，稳步推进东部地区现役30万kW及以上公用燃煤发电机组和有条件的30万kW以下公用燃煤发电机组实施大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值的环保改造。燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值，即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放浓度分别不高于10mg/m3、35mg/m3和50mg/m3。该要求被称为火力发电厂的超低排放（超净排放、近零排放），进一步又提出了升级版的超洁净排放方案，即“50355加53”，其中氮氧化物排放小于50mg/Nm3、二氧化硫排放小于35mg/Nm3、粉尘排放小于5mg/Nm3，三氧化硫排放小于5mg/Nm3、汞及化合物排放小于3μg/Nm3。
根据上述要求，目前在除尘、脱硫、脱硝等方面采用超低排放控制技术主要有低低温除尘器、电袋复合除尘器、湿式电除尘器、单塔双循环、托盘、低低氮燃烧改造等技术，本书中相关章节会做详细介绍，这里仅简单介绍。
1.除尘技术
（1）低低温电除尘。在电除尘前增设热回收器，降低除尘器入口温度，利用了烟气体积流量随温度降低而变小和粉尘比电阻随温度降低而下降的特性。目前回收热量主要有两种用法：①热媒水管式烟气换热器（MGGH），即在吸收塔后增加再加热器，利用烟气余热抬升烟气温度，防止下游设备腐蚀，无烟气泄漏，可基本消除白烟及石膏雨；②低温省煤器，即将回收的热量用于加热汽机房凝结水。两种改造路线各有优势，MGGH具有很好的环保效果，而低温省煤器则可以有效降低煤耗，提高经济性。
（2）湿式电除尘。湿式电除尘器是一种用来处理含微量粉尘和微颗粒的新除尘设备，主要用来除去含湿气体中的尘、酸雾、水滴、气溶胶、臭味和PM2.5等有害物质。
（3）电袋复合除尘。电袋复合型除尘器是集成电除尘和袋除尘优势而开发的一种新型除尘设备，具有效率高、稳定的优点，目前在国内火力发电机组尤其是中小型机组应用较多。
（4）电除尘高频电源改造。该方法成本较低，且效果明显，成为目前在各个电厂超低排放改造中普遍使用的一种辅助除尘增效改造方式。
比较而言，湿式电除尘和低低温电除尘都具有十分明显的除尘效果，并且都能去除部分SO3，湿式电除尘还具有脱汞、去除酸雾、水滴、气溶胶、臭味等作用，但另一方面在使用过程中也会产生废水。单纯从除尘方面的投资和运行维护的角度来讲，湿电除尘略占优势，但是低低温电除尘施工工期较短，如果采用MGGH，就能去除“白烟”，对于改善电厂的形象具有非常正面的作用，MGGH能够减少烟气冷凝，大大减缓强酸性冷凝水对烟囱的腐蚀速度，解决电厂目前烟囱腐蚀严重的问题，大大减少维护成本、提高设备安全性。而如果采用低温省煤器，则可以在提高除尘性能的同时回收烟气余热，降低煤耗，效果也很明显，但是无法解决白烟和烟囱腐蚀的问题。同时，用低低温电除尘降低吸收塔入口烟温，可以大大减少吸收塔的蒸发量，节水效果十分明显。
2.脱硫改造
（1）脱硫除尘一体化技术。该技术装置是旋汇耦合装置、高效节能喷淋装置、管束式除尘装置三套系统优化组合的一体化设备，应用于湿法脱硫塔二氧化硫去除。
（2）单塔双分区高效脱硫除尘技术。浆液双分区浆液池设计，是将浆液池分隔成上、下两层（上层低pH值区和下层高pH值区），上层主要负责氧化，下层主要负责吸收，通过功能分区可以明显提高脱硫效率。
（3）双托盘技术。双托盘脱硫系统在原有单层托盘的基础上新增一层合金托盘，从而起到脱硫增效的作用。
（4）双塔双循环技术。双循环技术源于德国，双循环技术在吸收塔外另设一个罐体用于SO2的吸收，而吸收塔浆液池则负责氧化。
3.脱硝改造
（1）低低氮燃烧器改造。常规低氮燃烧器约75%的NOx是在燃尽风区域产生的，低低氮燃烧器是通过改造燃烧器，调整二次风和燃尽风的配比，增加燃尽风的比例，大幅度减少燃尽风区域产生的NOx，从而有效降低NOx排放。
（2）脱硝催化剂增加备用层。通过增加催化剂和喷氨量，可以进一步增加烟气中NOx和氨的反应量，减少NOx排放。
4.超低排放技术改造建议
（1）加快调研进度，逐步启动可研招标工作。要进行调研工作，确定主要考虑的线路，同时对同类线路的投产机组开展深入调研，了解改造效果和经验教训。
（2）进一步发挥超低排放小组的专职攻关作用。
（3）持续关注超低排放技术的发展变化，及时作出调整改进。电厂仍要持续关注领域内的技术革新情况，关注各电厂相关技术应用的情况，吸取经验教训，确保超低排放的效果。
（4）超前考虑。在可研和设计上要超前考虑，为今后进一步降低排放指标和汞等重金属的脱除留下余地。附表2列出了我国部分燃煤电厂的超低排放机组建设、技术路线及运行情况。