火電廠“超潔凈排放”改造應對策略研究及問題分析

楊青山

(佛山市順德五沙熱電有限公司，廣東順德528000)

火電廠“超潔凈排放”改造應對策略研究及問題分析

楊青山

(佛山市順德五沙熱電有限公司，廣東順德528000)

隨著環(huán)保減排政策的不斷收緊，火電企業(yè)進行“超潔凈排放”改造勢在必行。介紹了能夠?qū)崿F(xiàn)“超潔凈排放”改造的可行性技術(shù)措施，并分析了改造特點及注意事項，涉及內(nèi)容包括脫硝方面的低氮燃燒技術(shù)和低負荷投運改造方案、脫硫方面的增容改造方案和單塔雙循環(huán)技術(shù)、除塵方面的濕式電除塵技術(shù)和高頻電源技術(shù)。最后，對火電企業(yè)今后面臨的熱點問題進行了展望。

超潔凈排放;改造;脫硝;脫硫;除塵

0 引言

近年來，環(huán)境污染帶來的不良影響已經(jīng)越來越明顯，國家不斷出臺新環(huán)保減排政策和措施來加強污染物排放管理和減量控制?！痘痣姀S大氣污染物排放標準》(GB 13223－2011)從2014年7月1日開始全面執(zhí)行，重點地區(qū)燃煤電廠NOx、SO2和煙塵排放限值分別為100、50、20 mg/m3［1］;2014年初，廣東地區(qū)提出了“超潔凈排放”改造實施方案，該方案要求燃煤機組達到燃氣輪機排放標準，即NOx、SO2和煙塵排放值分別降低至50、35、5 mg/m3;同期，國家下發(fā)《燃煤發(fā)電機組環(huán)保電價及環(huán)保設施運行監(jiān)督辦法》，污染物排放濃度考核方式變更為按單項污染物排放濃度小時均值進行考核，企業(yè)環(huán)保運行壓力進一步加大。

在各項環(huán)保政策的持續(xù)施壓下，以往常規(guī)環(huán)保減排設施已無法滿足現(xiàn)行環(huán)保政策要求，各發(fā)電集團及各火電企業(yè)在確保經(jīng)濟指標的同時，必須繼續(xù)加強環(huán)保工作投入，對現(xiàn)有減排設施進行提效改造，確保在新環(huán)保形勢下各類污染物的達標排放，提升自身節(jié)能環(huán)保水平。本文通過對燃煤電廠常規(guī)減排設施(包括脫硫裝置、脫硝裝置和除塵裝置)的減排能力進行分析，探討了能夠?qū)崿F(xiàn)“超潔凈排放”改造技術(shù)的特點及注意事項，希望對即將進行“超潔凈排放”改造的燃煤電廠提供指導。

1 脫硝方面

燃煤電廠普遍采用的NOx脫除技術(shù)包括:低氮燃燒技術(shù)、選擇性催化還原技術(shù)(SCR法)和非選擇性催化還原技術(shù)(SNCR法)，但單獨采用SNCR法已無法滿足日益嚴格的環(huán)保排放限值要求，因此，欲使氮氧化物排放值達到“超潔凈排放”要求，從現(xiàn)有技術(shù)上看，選擇低氮燃燒和SCR法相結(jié)合的技術(shù)路線更可取。

低氮燃燒技術(shù)作為一種燃燒中脫硝技術(shù)，能夠從源頭上大幅降低鍋爐出口NOx含量，現(xiàn)已投運低氮燃燒設備最低可到達鍋爐出口NOx含量小于200mg/m3，減少了后續(xù)脫硝裝置的還原劑用量，起到了節(jié)能減排作用，但該技術(shù)控制過程中存在的最大問題是對鍋爐效率及煙氣中CO含量的影響。鍋爐效率影響著機組運行經(jīng)濟性，而CO含量的多少又涉及到了污染物的排放，雖然目前國家及地方標準尚未規(guī)定燃煤鍋爐的CO排放指標，但隨著對其關(guān)注度的增加，火電企業(yè)的CO排放指標也可能將進行控制。為了降低后續(xù)脫硝系統(tǒng)的運行壓力，一套優(yōu)異的低氮燃燒設備至關(guān)重要，不同的燃煤鍋爐應根據(jù)自身實際情況進行合理設計，對鍋爐出口NOx含量避免盲目求低，防止出現(xiàn)鍋爐效率損失的同時，增加CO排放量。

SCR法脫硝技術(shù)因具有較高的脫硝效率，且技術(shù)較為成熟，在我國得到了越來越多的應用［2］，其主要存在的問題是低溫無法投運和催化劑中毒失活。針對低溫無法投運脫硝裝置問題，國內(nèi)已有解決辦法為采用省煤器旁路(如圖1)。該方法雖然能夠解決低負荷不能投運SCR脫硝裝置的難題，但以犧牲省煤器內(nèi)給水換熱量和鍋爐效率為代價，然而，如果采用省煤器限流并結(jié)合在脫硝裝置和空預器間加裝換熱器的方式(如圖2)，既可以不影響鍋爐效率，又可以改善鍋爐排煙溫度［3］對于催化劑中毒失活。在鍋爐燃用重金屬和堿金屬等有毒性物質(zhì)含量較低的煤種情況下，催化劑失活原因主要表現(xiàn)為孔道堵塞和比表面積損失，而隨著國內(nèi)裝機容量的不斷增大和非燃煤機組發(fā)電份額的增加，燃煤機組在低負荷下運行時間勢必增加，脫硝裝置長期處于煙氣流速較低的狀態(tài)下運行，嚴重增加了脫硝裝置積灰的可能，特別是對于吹灰裝置吹灰效果較差或只裝有聲波吹灰器的脫硝裝置，脫硝裝置內(nèi)的積灰程度會明顯增加，脫硝裝置積灰又繼而影響著催化劑壽命、脫硝效率和氨逃逸率等一系列問題。

圖1 省煤器旁路式鍋爐及SCR脫硝裝置示意

圖2 限流式鍋爐及SCR脫硝裝置示意

2 脫硫方面

石灰石－石膏濕法脫硫工藝因其技術(shù)成熟、運行可靠、煤質(zhì)適應范圍廣、脫硫效率高等原因在國內(nèi)外得到了廣泛應用［4］。隨著環(huán)保要求的不斷收緊，濕法脫硫技術(shù)的優(yōu)勢也更加凸顯，并在此基礎上不斷涌現(xiàn)出創(chuàng)新工藝。對于需要通過改造來滿足“超潔凈排放”要求的脫硫系統(tǒng)而言，能夠采取的改造措施主要包括:增加液氣比、增加托盤、單塔雙循環(huán)［5］等，個別系統(tǒng)還有采用更換其他脫硫劑(如白泥［6］、氧化鎂)的方式。

增加液氣比是最直接的增容改造方式，可以分為提高漿液循環(huán)泵漿液循環(huán)量和增加噴淋層兩種，配合使用噴淋層邊界強化裝置，能夠有效提高吸收塔脫硫效率，但此種改造方式會增加系統(tǒng)電耗，且脫硫效率達到一定程度后較難進一步提高;吸收塔內(nèi)增設托盤既能夠起到均布塔內(nèi)煙氣，強化傳質(zhì)的作用，又可以增加漿液停留時間，促進漿液反應程度，缺點是系統(tǒng)阻力增加較多;單塔雙循環(huán)技術(shù)(工藝示意圖見圖3)通過將反應區(qū)與結(jié)晶區(qū)漿液分開布置，可以在一定程度上克服常規(guī)吸收塔脫硫效率無法進一步提高的缺點，大大提高脫硫效率，對于改造場地充足的系統(tǒng)，進行此工藝的改造較適合。該工藝適用于燃煤硫分較高或脫硫效率要求較高的脫硫系統(tǒng)。

圖3 單塔雙循環(huán)技術(shù)示意

3 除塵方面

作為火電企業(yè)重點監(jiān)控指標之一的煙塵排放，國內(nèi)“超潔凈排放”限值要求已經(jīng)達到了世界上最嚴水平。目前，火電企業(yè)普遍采用的除塵方式主要有靜電除塵法、布袋除塵法和電袋復合除塵法，這幾種除塵方式均用于脫硝系統(tǒng)后、脫硫系統(tǒng)前。借助脫硫塔的除塵性能，降低脫硫系統(tǒng)入口煙塵含量有利于脫硫系統(tǒng)出口凈煙氣中煙塵含量的降低，但實際證明，脫硫系統(tǒng)出口煙塵成分的另一個主要來源是未參與脫硫反應的石灰石顆粒和脫硫副產(chǎn)物石膏，而且，脫硫系統(tǒng)出口煙塵含量又與煙氣流速、噴淋層噴淋漿液細度、除霧器效果等相關(guān)，脫硫塔及其除霧設施很難去除PM2.5等細顆粒物，因此，脫硫系統(tǒng)凈煙氣中煙塵含量在降低到一定水平后較難進一步降低。

為達到“超潔凈排放”限值要求，濕式電除塵器已成為火電企業(yè)除塵設施必增項目，濕式電除塵裝置示意見圖4，它作為除塵系統(tǒng)的末級設備，布置在脫硫系統(tǒng)后(含GGH系統(tǒng)的位于脫硫系統(tǒng)和GGH升溫段之間)，可以彌補設置于脫硫系統(tǒng)前的除塵器和脫硫系統(tǒng)不能進一步降低凈煙氣煙塵排放濃度的缺點，大大提高系統(tǒng)除塵效率。濕式電除塵的優(yōu)點主要表現(xiàn)在:以霧化水作為電極沖洗介質(zhì)，可以防止二次揚塵的發(fā)生;避免粘性較強粉塵在電極上發(fā)生粘掛;受粉塵顆粒度影響較小，對PM2.5控制明顯;可以同步進行氮氧化物、硫化物、重金屬的脫除;減少GGH堵塞和腐蝕等。

濕式電除塵裝置可以采用的優(yōu)化設計模式如下:噴淋水采用含堿工藝水，使用后的排水經(jīng)過沉降、過濾等處理后可循環(huán)使用，也可直接用于石灰石漿液制備或直接排入吸收塔;噴嘴按煙氣流動方向分段布置，前段可以采用循環(huán)水，后段采用較潔凈的水質(zhì)，利于節(jié)能;放電極和集塵極按煙氣流動方向橫向或縱向分段布置，滿足調(diào)整不同煙氣量或除塵效率的需要。

圖4 典型濕式電除塵裝置示意

此外，高頻電源在電除塵器上的應用，作為火電企業(yè)節(jié)能改造的一項重要措施也得到了較快推廣。與傳統(tǒng)電除塵器相比，采用高頻電源后，可以大幅增加煙塵荷電量，減少電能損耗和“反電暈”現(xiàn)象的發(fā)生，提高除塵效率［7］。

4 結(jié)論與展望

(1)在火電企業(yè)減排技術(shù)不斷完善成熟的背景下，全面實現(xiàn)“超潔凈排放”限值要求必將成為不爭的趨勢，脫硝技術(shù)中的低氮燃燒技術(shù)和SCR脫硝技術(shù)、脫硫技術(shù)中的增容改造技術(shù)和單塔雙循環(huán)技術(shù)、除塵技術(shù)中的高頻電源技術(shù)和濕式電除塵技術(shù)也將成為今后改造熱點。

(2)實現(xiàn)“超潔凈排放”改造后，污染物在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測儀表精度能否提高，也成為眾企業(yè)關(guān)注的焦點，它直接反應并影響著企業(yè)的環(huán)保設施運行狀態(tài)和減排能力評估;同時，環(huán)保監(jiān)管部門的手工監(jiān)測比對標準和方法亦應隨之完善。

(3)長期低負荷運行對火電機組影響較大，主要表現(xiàn)在隨著負荷降低，鍋爐效率降低、脫硝系統(tǒng)效率降低、煙道積灰增加。其中，鍋爐效率降低導致相對節(jié)能量降低，脫硝系統(tǒng)效率降低導致相對氨耗量增加和脫硝催化劑中毒概率增加，而煙道積灰增加會導致鍋爐換熱效率降低等一系列問題。因此，如何避免機組長時間低負荷連續(xù)運行將成為今后火力發(fā)電企業(yè)和電力調(diào)度部門共同探討的問題。

(4)相關(guān)單位可以開展燃煤機組燃燒狀態(tài)和煙氣流速與煙塵沉降關(guān)系研究、GGH超低漏風率(或無泄漏GGH)研究，以及低負荷下單側(cè)煙道運行可行性研究等課題，進一步解決火力發(fā)電企業(yè)今后生產(chǎn)過程中遇到的難題。

［1］GB 13223－2011，火電廠大氣污染排放標準［S］.

［2］廖永進，徐程宏，余岳溪，等.火電廠SCR煙氣脫硝裝置的運行優(yōu)化研究［J］.鍋爐技術(shù)，2008，39(5):60－63.

［3］楊青山，廖永進.降低SCR脫硝裝置最低投運負荷的策略研究［J］.中國電力，2014，47(9):230－232.

［4］李玉蘭，曹建保.石灰石－石膏濕法脫硫中結(jié)垢堵塞等問題的探討［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2009(28):1－6.

［5］王國強，黃成群.單塔雙循環(huán)技術(shù)在300MW燃煤鍋爐中的應用［J］.重慶電力高等?？茖W校學報，2013，18(5):51－54.

［6］楊青山，廖永進.堿廠鈣基廢棄物在煙氣脫硫系統(tǒng)的應用研究［J］.中國電機工程學報，2011(31):235－238.

［7］朱法華，李輝，王強.高頻電源在我國電除塵器上的應用及節(jié)能減排潛力分析［J］.環(huán)境工程技術(shù)學報，2011，1(1):26－32.

The strategy research and problem analysis of“ultra clean emission”transformation for power plant

Along with the environmental policy tightening，the reform of ultra clean emission in thermal power enterprise is imperative.The feasibility of the technology was introduced in this paper which can realize super clean emissions，the characteristics and the matters needing attention were also analyzed，including the low nitrogen combustion technology and the reform project of low load operation in denitrification，the reform project of capacity－increase and the double dual cycle technology in desulfurization，and the wet electrostatic precipitator device technology and the high frequency power supply technology in dust removal.Finally，the hot problem in the thermal power enterprises facing in the future was prospected.

ultra clean emission;reform;denitration;desulfurization;dust removal

X701

B

1674－8069(2015)04－044－03

2015-02-26;

:2015-05-16

楊青山(1983-)，男，黑龍江省人，碩士，工程師，從事火電廠節(jié)能減排相關(guān)工作。E－mail:yangqingshan123@163.com