1. 前言
图1为美国B&W 根据普拉茨(Platts UDI World Electric Power Producers Database)、剑桥能源咨询(IHS CERA)和美国环保署(US EPA)等机构组织提供的数据，分析反映出美国燃煤机组四年内新增脱硫份额变化情况，从中可以看出湿法脱硫的装机容量没有变化，增加的15GW 脱硫机组均采用干法脱硫工艺(DSI 亦为干法工艺)[1]。事实上，美国自2009 年以来针对燃煤烟气净化的新建脱硫项目基本上都选择了干法工艺。
图1 美国燃煤机组四年内新增脱硫份额情况
2. 美国采用干法烟气净化工艺，而放弃湿法工艺的原因分析
为什么美国在燃煤烟气脱硫工艺的选择上放弃了之前占主导地位的湿法工艺，而转向干法工艺呢?众所周知，燃煤烟气的治理完全由环保政策所驱动。环保法规的变化直接影响燃煤烟气治理技术的选择。
图2 美国燃煤电厂环保法规要求变化
图2所示为2008 年以来美国燃煤电厂环保法规要求变化情况，从中可以看出其对燃煤电厂的废气、废水、固废发布了越来越多的法规，这些法规在污染物种类、排放限值等方面对燃煤电厂环保治理提出了更严苛的要求，同时影响了治理工艺的选择[1]。
图3 美国ELG 对湿法脱硫废水排放限值(上)&典型的湿法脱硫废水特点(下)
图3 所示为美国EPA 正在推进的废水排放法规Effluent Limitation Guidelines(ELG)对湿法脱硫废水排放限值(上)以及典型的湿法脱硫废水特点(下)，从中可以看出湿法脱硫废水中重金属Hg和Se 的含量分别为法规限值的31-3603 倍和2.5-1447 倍，要满足达标排放十分困难，代价极大[2]。这直接限制了湿法脱硫工艺的应用。
此外，美国National Ambient Air Quality Standards(NAAQS)法规，在颗粒物减排方面，除了对PM2.5 和PM10 分别要求，还针对细微颗粒物PM2.5 的一次粒子(可过滤)和二次粒子(可凝结)做了明确的区分，最新的年平均限值分别是12.0 μg/m3 和15.0 μg/m3[3]。由于湿法脱硫工艺对二次细微颗粒物SO3 的脱除效率低，需在湿法脱硫系统后增加造价昂贵、运行维护复杂的湿式电除尘器方能满足排放要求，这进一步限制了湿法脱硫工艺的进一步应用。
表1 美国最新MATS 烟气污染物的限值要求
针对燃煤烟气污染物减排，美国 EPA 颁布了要求极为严格的Mercury and Air Toxics Standards(MATS)，如表1 所示，该法规要求燃煤烟气污染物排放限值大幅度下降，尤其是针对重金属汞的排放，要求在0.0030 lb/GWh(约为0.45μg/Nm3)以下(征求意见稿中要求更高，为0.00020 lb/GWh，后经讨论修正，在正式颁布执行法规中对限值进行了调整)[4]。由于采用传统的活性炭吸附脱汞技术成本高，美国越来越多的相关组织和技术人员将目光关注到了多污染物协同净化的工艺上，特别是能够同时实现脱硫、脱酸(SO3、HCl、HF 等)、除尘(含PM2.5)以及重金属汞排放控制的干法工艺。近年来，干法烟气净化工艺在多组分污染物协同净化上技术经济性优的特点逐渐为美国人所接受。
图4 美国AES Greenidge 电厂107MW 机组配套烟气循环流化床干法净化装置
图4 所示是由美国DOE 资助的项目—美国AES Greenidge 电厂107MW机组配套烟气循环流化床干法净化装置。该装置成功投运后获得96%的SO2 脱除效率，超过97%的SO3、HCl 和HF 脱除效率，同时具有95%以上的重金属汞脱除效率，成为多污染物协同净化示范工程[5]。
图5 美国TXU Sandow 电厂2×315MW CFB 机组配套烟气循环流化床干法净化装置
图5 所示是美国德克萨斯州Sandow 电厂2×315MWCFB机组配套烟气循环流化床干法净化装置。该装置利用CFB 锅炉炉内脱硫产生的飞灰中活性CaO 作为吸收剂，仅外加少量消石灰即可获得出口SO2 的达标排放，同时脱除超过98%的SO3、HCl 和HF，并且具备70%的总汞脱除效率[3]。
图6 美国Big stone 电厂495MW 机组配套烟气循环流化床干法净化装置
图6 所示是在建的美国Big stone 电厂495MW 机组配套烟气循环流化床干法净化装置。该装置的设计充分借鉴中国十一五863 项目“600MW 燃煤电站半干法脱硫除尘一体化技术与装备”研究成果—示范工程“邯峰电厂2×660MW 干法烟气净化装置”的应用经验，采用“一炉两塔”的方案，将干法烟气净化技术配套用于大型燃煤机组[6]。
随着示范工程以及一大批典型干法项目的带动影响下，干法烟气净化工艺在美国已经越来越受到青睐。尤其是在2008 年整体完成的Greenidge 示范工程项目，由于有系统执行和详细报告的说服力，使以循环流化床工艺为代表的新一代脱除多污染物的干法烟气净化工艺开始被美国电力工业接受，成为干法在2009 年后在美国广泛推广应用的转折点。表2 所列为美国2009 年以来燃煤电厂配套新建干法烟气净化装置清单。
表2 美国2009 年以来燃煤电厂配套新建干法烟气净化装置清单(部分)
3. 对以解决雾霾为出发点的中国新一轮烟气净化治理的启示
近十年来，我国投入了数千亿元进行大规模的烟气脱硫治理、不断地升级改造除尘器、脱硝改造。付出了巨大努力和巨额投资，也取得了相应的成果：我国“十二五”SO2 排放总量比“十一五末”下降了10%以上、烟尘的直接排放值也大幅度下降。但外在的表现上，我国的“蓝天数量不升反降”。去年以来横扫中国南北主要城市的严重雾霾，以及严重超标且目前还看不到缓解迹象的PM2.5 浓度，像一块沉重的石头压在每一个中国人的心头，严重影响着国民的身体健康安全和生活品质，成为影响民生的一件大事。面对如此严峻现状，全国上下正积极开展行动，以解决雾霾为出发点，首先重点针对主要污染来源的燃煤烟气展开新一轮的净化治理。
雾霾的成因较为复杂，就燃煤烟气排放造成的影响而言，目前基本上已经形成了面上的共识，即影响雾霾形成的排放物质不是单一的粉尘、SO2 或其它污染物，而是烟气中多种污染物排放共同作用造成的综合结果。因此，要降低燃煤烟气排放污染对雾霾的影响，需要开展多种污染物协同净化，而不能只关注单一污染物的排放指标。
像美国一样，这种多污染物综合治理的要求已经逐渐在中国政府相关环保政策制定中得到体现，例如最新的火电厂大气污染排放标准中就增加了重金属汞的排放要求。在其它污染物种类如SO3 的单独指标要求，PM2.5 的细分排放要求，废水排放中重金属Se 的要求等等，在环保政策制定层面，美国的经验可以给中国提供很好的借鉴作用。同样，伴随着政策法规的颁布执行，相应的可行性技术选择和实际应用，美国的发展历程也可为中国当下以及今后的发展提供方向性的参考。
4. 结束语
因重金属 Hg、PM2.5 和废水等环保要求提高，美国燃煤电厂的烟气治理从技术经济性方面综合考虑，将目光一致转向具有多污染物高效协同净化处理能力和没有废水排放的干法烟气净化工艺上，这对以解决雾霾为出发点的中国新一轮烟气净化治理具有极大的启示意义。
