基于SPC－3D技術(shù)的煙氣超低排放工程性能評估

孟令媛，朱法華，張文杰，王東歌，張曦丹

(1.南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇，南京 210044; 2.國電環(huán)境保護(hù)研究院，江蘇，南京 210031)

基于SPC－3D技術(shù)的煙氣超低排放工程性能評估

孟令媛1，2，朱法華2，張文杰2，王東歌1，2，張曦丹1

(1.南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇，南京 210044; 2.國電環(huán)境保護(hù)研究院，江蘇，南京 210031)

以山西云岡電廠300MW煤電機(jī)組為研究對象，對基于北京清新環(huán)境的單塔一體化脫硫除塵深度凈化技術(shù)(SPC－3D)的煙氣超低排放工程性能進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)測與評估。結(jié)果表明，該工程煙塵、SO2、NOx排放濃度能夠穩(wěn)定控制在10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3以下;SPC－3D技術(shù)與增加濕式電除塵器的改造方案相比，改造與運(yùn)行費(fèi)用均較低，增加能耗較少，顯示出較好的經(jīng)濟(jì)性。

超低排放;SPC－3D技術(shù);運(yùn)行效果;經(jīng)濟(jì)性

0 引言

依據(jù)2014年9月12日國家發(fā)改委、環(huán)保部、能源局以發(fā)改能源［2014］2093號文發(fā)布的文件精神，當(dāng)在煤質(zhì)較為適宜的情況下，采用經(jīng)濟(jì)可行的煙氣污染治理技術(shù)，使得煙塵、SO2、NOx排放濃度分別小于10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3的煤電機(jī)組，才能稱之為超低排放機(jī)組［1］。

目前國內(nèi)達(dá)到超低排放的燃煤機(jī)組通常是在濕法脫硫后加裝濕式電除塵器［2］，濕式電除塵器占地面積大、改造工期長、投資成本高，此外，部件易被腐蝕，輔助的循環(huán)水泵增加額外的能耗，排出的廢水需要進(jìn)行二次處理，總運(yùn)行費(fèi)用明顯高于相同規(guī)模的干式靜電除塵器［3］。

北京清新環(huán)境針對濕式電除塵器存在的問題，自主研發(fā)了單塔一體化脫硫除塵深度凈化技術(shù)(SPC－3D)，在提高石灰石－石膏濕法脫硫系統(tǒng)的脫硫功能時，顯著提高其除塵功能，期望在不加裝濕式電除塵器的條件下，實(shí)現(xiàn)煙氣污染物的超低排放。該技術(shù)首次在山西云岡電廠3號機(jī)組煙氣超低排放改造工程上應(yīng)用，為客觀評價該技術(shù)的應(yīng)用效果，對山西云岡電廠3號機(jī)組不同運(yùn)行負(fù)荷下的煙氣排放進(jìn)行了全面監(jiān)測。

1 SPC－3D技術(shù)原理

與常規(guī)的石灰石－石膏濕法脫硫系統(tǒng)相比，采用SPC－3D技術(shù)的脫硫塔內(nèi)增加了旋匯耦合裝置、改變了噴淋層結(jié)構(gòu)與噴嘴布置方式、以離心管束式除塵除霧裝置替代傳統(tǒng)的除霧器，核心技術(shù)主要包括旋匯耦合脫硫除塵技術(shù)、高效噴淋技術(shù)及離心管束式除塵技術(shù)三部分。

(1)旋匯耦合脫硫除塵技術(shù)

引風(fēng)機(jī)出口煙氣進(jìn)入吸收塔，首先經(jīng)過旋匯耦合裝置，形成強(qiáng)大的可控湍流空間，使氣、固、液三相充分接觸，提高傳質(zhì)效率，降低液氣比，實(shí)現(xiàn)第一步的高效脫硫和除塵。

(2)高效噴淋技術(shù)

優(yōu)化噴淋層結(jié)構(gòu)，改變噴嘴布置方式，提高單層漿液覆蓋率達(dá)到300%以上，增大化學(xué)反應(yīng)所需表面積，完成第二步的洗滌。煙氣經(jīng)旋匯耦合裝置和高效噴淋裝置二次洗滌，可實(shí)現(xiàn)煙氣中SO2濃度的大幅降低。

(3)離心管束式除塵技術(shù)

經(jīng)高效脫硫及初步除塵后的煙氣向上經(jīng)離心管束式除塵裝置進(jìn)一步完成高效除塵除霧過程，實(shí)現(xiàn)對微米級粉塵和細(xì)小霧滴的脫除，從而實(shí)現(xiàn)粉塵的超低排放。

2 超低排放改造工程概況

山西大唐云岡電廠于2014年對3號300MW燃煤機(jī)組實(shí)施了超低排放改造，工程于2014年10月投入運(yùn)行。主要改造內(nèi)容包括脫硝、除塵、脫硫三部分，SPC－3D技術(shù)的脫硫塔主要參數(shù)見表1。

表1 SPC－3D技術(shù)的脫硫塔改造后主要設(shè)計(jì)參數(shù)

具體改造方案如下:

(1)脫硝。煙氣脫硝采用SCR工藝，安裝2+1層催化劑的基礎(chǔ)上增加一層136m3的催化劑，并配套安裝4臺蒸汽吹灰器和6臺聲波吹灰器。

(2)除塵。原配套雙室五電場靜電除塵器，對其進(jìn)行改造，在前端煙道上布置低低溫省煤器，將一、二電場工頻電源改造為三相電源，3、4、5電場工頻電源升級改造。

(3)脫硫。脫硫采用石灰石－石膏濕法脫硫工藝，原有裝置為三層噴淋層加一代旋匯耦合器?，F(xiàn)拆除原有3層噴淋層，更換為新的4層高效噴淋層;將一代旋匯耦合器更換為旋匯耦合裝置;拆除原有除霧器，更換為高效管束式除塵除霧裝置。

3 排放性能測試與評估

3.1 測試工況

山西云岡電廠3號機(jī)組在性能檢測期間，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，機(jī)組負(fù)荷分別穩(wěn)定在300MW、225MW和150MW，最大波動幅度沒有超過±5%;煤質(zhì)基本不變、燃料配比不變;脫硝、除塵和脫硫系統(tǒng)以及輔助系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 采樣與測試方法

SO2、NOx和粉塵測試參照《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》(GB/T 16157－1996)［4］并進(jìn)行改進(jìn)，液滴測量采用《燃煤煙氣脫硫設(shè)備性能測試方法》(GB/T 21508－2008)中規(guī)定的方法，PM2.5的測試采用國際標(biāo)準(zhǔn)化組織《固定源排放:煙氣中PM10/PM2.5質(zhì)量濃度的測定－低濃度下利用撞擊計(jì)進(jìn)行測量》(ISO 23210－2009)，各分析方法詳見表2。

表2 污染物的采集與分析方法

采樣儀器:德國羅期蒙特NGA 2000煙氣分析儀、嶗應(yīng)用3012H自動煙塵(氣)測試儀、膜法采樣系統(tǒng)、液滴捕集系統(tǒng)、PM2.5采集系統(tǒng)。

3.3 測試結(jié)果

在不同負(fù)荷條件下，現(xiàn)場檢測結(jié)果及煙氣中主要污染物的質(zhì)量濃度和去除效率分別見表3和表4，污染物濃度均指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下、6%O2干煙氣條件。

從表3中可知，SCR煙氣脫硝系統(tǒng)在滿負(fù)荷工況條件下對NOx的去除效率介于86.9%～89.0%之間，平均去除率為87.9%;出口NOx質(zhì)量濃度介于33mg/m3～35mg/m3之間，平均NOx質(zhì)量濃度為34.0mg/m3。在75%負(fù)荷條件下，SCR煙氣脫硝系統(tǒng)對NOx的去除率介于90.8%～91.0%之間，相差不大，比較穩(wěn)定;出口NOx質(zhì)量濃度在30.9mg/m3～33.7mg/m3之間，平均NOx濃度為32.3mg/m3。在兩種負(fù)荷條件下，對煙氣中NOx的去除率均保持在較高的水平，均實(shí)現(xiàn)了NOx＜50mg/m3的超低排放要求。

表3 脫硝系統(tǒng)中NOx質(zhì)量濃度與去除效率

從表4可知，SPC－3D一體化脫硫系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時，出口煙塵質(zhì)量濃度平均值為3.24mg/m3，去除效率平均值為85%;75%負(fù)荷運(yùn)行時，出口煙塵質(zhì)量濃度平均值為3.14mg/m3，去除效率平均值為84.4%;50%負(fù)荷運(yùn)行時，出口煙塵質(zhì)量濃度為2.76mg/m3，去除效率為87.1%。除塵效率介于82.5%～87.6%之間，平均去除率為85.5%，除塵效率與機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷基本無關(guān)，這和王東歌等［5］研究結(jié)果相比，明顯高于濕式電除塵器的除塵效率。

SPC－3D一體化脫硫系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時，出口SO2質(zhì)量濃度平均值為17.5mg/m3，脫硫效率平均值為99.3%;75%負(fù)荷運(yùn)行時，出口SO2質(zhì)量濃度平均值為16.4mg/m3，脫硫效率平均值為99.3%; 50%負(fù)荷運(yùn)行時，出口SO2濃度均值17.7mg/m3，脫硫效率平均值為99.1%。脫硫效率與機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷基本無關(guān)。

表4 SPC－3D脫硫系統(tǒng)主要污染物的質(zhì)量濃度和去除效率

從表4中還可看出，5天測試期間，SPC－3D一體化脫硫系統(tǒng)中的4臺漿液循環(huán)泵均沒有全部投運(yùn)，75%以上負(fù)荷時運(yùn)行3臺泵，50%負(fù)荷時僅運(yùn)行2臺泵，說明該系統(tǒng)有足夠的富裕度，確保煤質(zhì)波動時仍可實(shí)現(xiàn)超低排放，也可確保某一臺漿液循環(huán)泵故障時機(jī)組能夠正常運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)超低排放。

為了評估SPC－3D一體化脫硫系統(tǒng)對細(xì)顆粒物PM2.5和液滴的去除效果，測試期間還同時測試了PM2.5和一體化脫硫系統(tǒng)出口的液滴含量，測試結(jié)果也列入表4。從表4可以看出，PM2.5去除效率最高為74.4%，最低為48.5%，平均去除率達(dá)為61.5%，系統(tǒng)出口的PM2.5質(zhì)量濃度平均值為2.16mg/m3，遠(yuǎn)低于王東歌等［6］對濕法脫硫系統(tǒng)的顆粒物去除效果的研究結(jié)果。脫硫系統(tǒng)出口煙氣中液滴含量介于17.9mg/m3～21.3mg/m3之間，遠(yuǎn)低于《火電廠煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范 石灰石－石膏濕法脫硫》(HJ/T 179－2005)中規(guī)定的霧滴濃度應(yīng)不大于75mg/m3的要求。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 投資改造費(fèi)用

山西大唐云岡電廠SPC－3D脫硫除塵一體化系統(tǒng)改造費(fèi)用大概在幾百萬元，而根據(jù)朱法華等［2］研究分析，實(shí)現(xiàn)超低排放環(huán)保一次性投資與運(yùn)行費(fèi)用增加基本都在30%左右，加裝濕式電除塵器投資與運(yùn)行費(fèi)用又得再增加10%左右，基本在千萬元以上。從這一點(diǎn)來看，SPC－3D技術(shù)運(yùn)行和投資成本確實(shí)很低，基本上運(yùn)行費(fèi)用是濕電的20%以下，投資成本是濕電的50%以下。

4.2 能耗分析

3號機(jī)組脫硫系統(tǒng)的用電率改造前(2014年6月、7月和8月)與改造后(2014年12月、2015年1月和2月)對比見圖1。

圖1 改造前后用電率情況

從圖1可以看出，改造前后3號機(jī)組脫硫系統(tǒng)用電率增加不多，性能試驗(yàn)期間用電率比改造前增加量也較少，SPC－3D技術(shù)在能耗方面具有一定的優(yōu)勢。

5 結(jié)語

(1)山西云岡電廠的3號機(jī)組改造后，測試期間脫硝效率在86.9%～91%之間，NOx排放濃度在33.2mg/m3左右。SPC－3D一體化脫硫系統(tǒng)的脫硫效率穩(wěn)定達(dá)到99%以上，SO2排放質(zhì)量濃度最高為18.9mg/m3;一體化脫硫系統(tǒng)的除塵效率介于82.5%～87.6%，粉塵排放濃度最高3.98mg/m3。 SPC－3D一體化脫硫系統(tǒng)的脫硫效率與除塵效率很穩(wěn)定，且與機(jī)組負(fù)荷基本無關(guān)。主要污染物指標(biāo)全部達(dá)到超低排放要求，且有較大的富裕度。

(2)SPC－3D一體化脫硫系統(tǒng)不僅除塵、脫硫效果好，而且可以顯著減少液滴與PM2.5的排放。測試結(jié)果表明SPC－3D一體化脫硫系統(tǒng)去除PM2.5的效率介于48.5%～74.4%之間，液滴排放水平介于17.9mg/m3～21.3mg/m3，遠(yuǎn)小于《火電廠煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范石灰石－石膏濕法脫硫》規(guī)定的霧滴濃度應(yīng)不大于75mg/m3的要求。

(3)SPC－3D技術(shù)具有除塵脫硫效率高、能耗低、改造工期短、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、徹底消除濕法脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的“石膏雨”等特點(diǎn)，而且在投資方面也比常規(guī)通用技術(shù)節(jié)省約30%～50%。該技術(shù)在山西云岡電廠300MW機(jī)組的成功應(yīng)用，為低成本高效率地實(shí)現(xiàn)燃煤電廠的超低排放提供了技術(shù)途徑。

［1］朱法華，王臨清.煤電超低排放的技術(shù)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益分析［J］.環(huán)境保護(hù)，2014，42(21):28－33.

［2］王臨清，朱法華，趙秀勇.燃煤電廠超低排放的減排潛力及其PM2.5環(huán)境效益［J］.中國電力，2014，47(11):150－154.

［3］徐勤云，劉果，吳勝.淺談濕式電除塵器的優(yōu)缺點(diǎn)及運(yùn)行中主要故障并原因分析［J］.工業(yè)，2015(5):78－78.

［4］GB16157－1996，固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法［S］.

［5］王東歌，朱法華，王圣，等.煤電機(jī)組煙塵超低排放改造及其經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析［J］.環(huán)境科技，2015，28(3):27－30.

［6］王東歌，朱法華，易玉萍，等.基于實(shí)測的濕法脫硫系統(tǒng)對顆粒物去除效果的研究［J］.環(huán)境監(jiān)測與管理技術(shù)，2015，27(5):21－24.

Evaluation engineering performance of ultra of low emission of flue gas on SPC－3D techndogy

Taking 300MW coal－fired power generating unit in Yungang Power Plant as a research objects，to test the engineering performance based on the new research called single tower integrated desulphurization and dust removal purification technology(SPC－3D).Results showed that the technology enables ultra of low em issions，under stable operationg conditions，dust，SO2and NOxem ission control in 10mg/m3，35mg/m3，50mg/m3; SPC－3D technology compared w ith other reconstruction scheme for desulphurization and dust removal，rebuilding costs，not covers，consume less，show ing optimaleconm y.

ultra of low em ission;SPC－3D technology;operating results;econom ic efficiency

X701

:B

:1674－8069(2016)01－013－04

2015-09-19;

:2015-11-16

孟令媛(1992-)，女，江蘇連云港人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榛痣姀S超低排放。E－mail:1207751311@qq.com