燃煤摻燒下1 000 MW機(jī)組潔凈排放深度優(yōu)化與實施

孫春農(nóng)

上海漕涇電廠發(fā)電有限公司

燃煤摻燒下1 000 MW機(jī)組潔凈排放深度優(yōu)化與實施

孫春農(nóng)

上海漕涇電廠發(fā)電有限公司

介紹了上海漕涇電廠1 000 MW超超臨界機(jī)組潔凈排放項目改造過程中的深度優(yōu)化與綜合技術(shù)，以及整個項目改造達(dá)到的效果。項目為上海市目前唯一一個潔凈排放示范項目，為政府號召的節(jié)能減排工作做出了貢獻(xiàn)。

潔凈排放；優(yōu)化

根據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計年鑒》顯示，2012年中國首次成為消費世界煤炭半數(shù)以上的國家，目前是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國［1］。隨著我國電力事業(yè)的持續(xù)發(fā)展，發(fā)電用煤的消耗量約占我國原煤總消耗量的50%。由于煤炭需求旺盛、煤源分布分散、煤種多樣化等原因，發(fā)電企業(yè)燃煤機(jī)組面臨著煤源供應(yīng)無保證、供煤煤質(zhì)不穩(wěn)定等問題。

為了解決機(jī)組燃煤供應(yīng)的緊張局面，降低電廠發(fā)電成本，提高燃煤機(jī)組發(fā)電過程的經(jīng)濟(jì)性，發(fā)電企業(yè)通過對兩種或多種煤炭按照一定比例摻配混煤。截至2015年底，上海上電漕涇發(fā)電有限公司的經(jīng)濟(jì)煤種摻燒率達(dá)到了51.57%。但是，由于目前我國的混煤摻燒技術(shù)并不成熟，存在揮發(fā)分不同造成的摻燒過程中燃料燃燒不夠充分、燃料熔融點的不同造成鍋爐結(jié)渣以及污染物排放量增加等問題。同時，面對日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題，國家環(huán)保部門對火電廠污染物排放的要求越來越高。

針對上述矛盾和問題，本文對環(huán)保指標(biāo)控制的解決方案進(jìn)行了研究，并在漕涇電廠1 000 MW超超臨界機(jī)組實施了滿足環(huán)?？刂浦笜?biāo)的潔凈排放改造項目，這是上海市目前唯一一個潔凈排放示范項目，也是中電投集團(tuán)第一個潔凈改造項目。

1　污染深度控制技術(shù)優(yōu)化分析與綜合

國家科技部2014年科技支撐計劃中提出“大型燃煤電站超凈排放控制關(guān)鍵技術(shù)及工程示范”項目，根據(jù)要求，實現(xiàn)燃煤電廠煙氣污染物排放達(dá)到現(xiàn)行燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組排放水平（PM＜4.5 mg/ Nm3、SO2＜20 mg/Nm3、NOx＜30 mg/Nm3），集成開發(fā)NOx、SO2、PM2.5高效脫除控制關(guān)鍵技術(shù)。

提升燃煤機(jī)組的污染控制水平必然采用深度控制技術(shù)，投運高效控制設(shè)備，但在降低污染物排放濃度的同時也會帶來投資、運行與維護(hù)費用大幅增加的問題。因此，為了利用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)高效、低耗、超低排放的目標(biāo)，同時協(xié)同控制多種污染物，提高費效比，而不是各種污染控制單元簡單的疊加。必須從改造工程的全流程出發(fā)，以PM、NOx、SO2控制為基本目標(biāo)，最大幅度的兼顧其他污染物控制，充分利用各污染控制設(shè)備的協(xié)同控制特性與運行性能，通過有機(jī)組合、協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)“潔凈排放目標(biāo)”。

同時，為保障高效污染控制，低耗運行以降低運維費用，必須在污染控制全流程實現(xiàn)理想的流態(tài)分布。借助改造工程，通過污染控制系統(tǒng)的全流程工藝優(yōu)化，在必要的投入情況下，充分提升控制系統(tǒng)對多種污染物的協(xié)同控制能力，提高費效比，相應(yīng)的削減單位污染物的投入費用。

采用數(shù)值模擬技術(shù)，優(yōu)化各污染控制設(shè)備及煙道系統(tǒng)的流場分布，促進(jìn)濕煙氣氣液分離與集液，有助于降低阻力、減少沖刷磨蝕，提高設(shè)備運行可靠性，為降低運行能耗、減少運維成本打好基礎(chǔ)。

2　項目設(shè)計優(yōu)化與實施

漕涇電廠1 000 MW超超臨界機(jī)組煙氣潔凈排放改造工程，通過增設(shè)濕式電除塵器、脫硫增容改造、脫硝綜合優(yōu)化、加裝無泄漏管式換熱器MGGH等措施，降低2號機(jī)組煙氣污染物排放，最終保證污染物排放指標(biāo)低于GB13223-2011要求的燃機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)（煙塵5 mg/Nm3、SO235 mg/ Nm3、NOx50 mg/Nm3）［3］。

圖1　潔凈排放改造工程系統(tǒng)圖

2.1增設(shè)濕式電除塵器

增設(shè)了效率為75%的濕式電除塵器，達(dá)到污染物收集的功能。主要特點包括

（1）電除塵器內(nèi)的電場氣流速度較高及灰斗傾斜角減小，設(shè)備布置可以更加緊湊；

（2）通過避免反電暈現(xiàn)象，抑制機(jī)組的二次揚(yáng)塵；

（3）通過單線連續(xù)噴淋的工藝方法，使得大部分水可以循環(huán)使用，少部分水外排；

（4）外排水直接進(jìn)入脫硫系統(tǒng)作為脫硫補(bǔ)充水，流經(jīng)噴嘴的循環(huán)水流量不隨機(jī)組負(fù)荷變化而變化，使得用水量基本保持不變；

（5）由于沒有如錘擊設(shè)備的運動部件，可靠性較高。

改造后，煙囪出口排放達(dá)到4.5 mg/Nm3以下。濕式電除塵器的除塵效率與傳統(tǒng)除塵方式相比有質(zhì)的提升，對小于1微米的微粒仍然有很高的效率，對PM2.5的去除效率均可高于90%，粉塵排放濃度可低于5 mg/Nm3，酸霧的去除率可超過90%，煙氣濁度降低到10%以下。對于亞微米大小的顆粒，包括微細(xì)顆粒物（PM2.5粉塵）、SO3酸霧、重金屬（汞等）都有較好的收集性能。

2.2脫硫增容改造［2］

（1）在第一層噴淋層下方增加一套雙相整流裝置和壁環(huán)，并增設(shè)塔外漿池，改造后設(shè)計煤種SO2脫除率達(dá)到98.56%。新增一級屋脊式除霧器，改造后的除霧器能滿足出口液滴含量在50 mg/ Nm3以下。

（2）為驗證吸收塔出口SO2和煙塵含量達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，本工程對吸收塔進(jìn)口到出口所有氣相和液相進(jìn)行了計算機(jī)數(shù)值模擬。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，進(jìn)一步優(yōu)化了雙相整流的位置和布置方式、改進(jìn)吸收塔塔頂設(shè)計方式、調(diào)整除霧器布置方式，在吸收塔入口加裝導(dǎo)流板以保證濕式電除塵器入口的流場。

（3）本工程采用遠(yuǎn)達(dá)自主研發(fā)的雙相整流技術(shù)，是遠(yuǎn)達(dá)依托自身研發(fā)技術(shù)，在吸收國內(nèi)外雙相整流優(yōu)點的基礎(chǔ)上研發(fā)的。該技術(shù)除塵率高，兼顧除塵和脫硫兩大功能，可以充分滿足超潔凈排放的要求。

（4）根據(jù)流場模擬結(jié)果，為增加吸收塔液相吸收，減少煙氣吸收塔塔壁效應(yīng)，本工程在噴淋層之間增設(shè)了兩道增效環(huán)。增加煙氣在吸收塔區(qū)局部流速和動能，增加氣液兩相碰撞動能，以此增加脫硫效率。

（5）為減少主機(jī)停機(jī)時間，同事兼顧吸收塔漿液停留時間，本工程采用在原有漿池旁邊增加塔外漿池的方案。塔外漿池與原有漿池通過聯(lián)絡(luò)管道連接，將一臺循環(huán)泵入口接至塔外漿池，通過漿液循環(huán)泵，可以將原有漿池和塔外漿池漿液充分混合。使得塔外漿池充分參與漿液循環(huán)，保證塔外漿池運行時的較高PH值，保障整個吸收系統(tǒng)漿液停留時間。

2.3加裝MGGH換熱器

煙氣加熱器采用了模塊化的設(shè)計方式，沿?zé)煔饬鲃臃较蛟O(shè)計了3組模塊，左右2組模塊，上下6組模塊，每臺爐煙氣加熱器共計36組模塊。通過隔離閥、對法蘭的相互配合，使每組模塊均可單獨投入或退出水側(cè)運行，增加了事故處理和實際運行的靈活性。

煙氣加熱器迎風(fēng)面模塊的24排換熱器管采用了24排光管設(shè)計，其中前8排材料選用254smo（1.4547），后16排材料選用了316L，在最大程度上避免了氯離子、硫酸根離子的腐蝕。

沿?zé)煔饬鲃臃较驘煔饧訜崞鞯牡诙M的12個模塊全部采用了H型翅片管，材料選用316L。H型翅片管相對于螺旋翅片管，換熱器效率更高，流動阻力更低，更不容易積灰結(jié)垢。且通過選用316L材料，使設(shè)備的耐腐蝕性提高。

沿?zé)煔饬鲃臃较驘煔饧訜崞鞯牡谌M12個模塊仍然采用了H型翅片管，但材料選用了ND鋼。煙氣經(jīng)過前2組模塊的加熱，流動到此處時，已經(jīng)是過熱煙氣，腐蝕的風(fēng)險大大降低，因此選用了成本較低但耐腐蝕特性突出的低合金碳鋼—ND鋼（09CrCuSb），在避免腐蝕風(fēng)險的基礎(chǔ)上，降低了改造成本。而且，MGGH的煙氣冷卻器部分成功利用了原先的低溫省煤器，使MGGH系統(tǒng)的造價得以降低。

對MGGH循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，通過計算、選擇適合的運行水溫，使煙氣加熱器和煙氣冷卻器的換熱端差基本相同，從而確保換熱性能接近，系統(tǒng)更平穩(wěn)的運行。

煙氣冷卻器進(jìn)水溫度為72℃，高于一般設(shè)計值（65～70℃），使煙氣冷卻器不容易發(fā)生低溫腐蝕，提高了運行可靠性。系統(tǒng)循環(huán)水泵采用變頻設(shè)計，在不同的運行負(fù)荷下，可通過自動調(diào)節(jié)循泵出力來調(diào)節(jié)循環(huán)水量，降低了MGGH系統(tǒng)的能耗。

MGGH系統(tǒng)的煙氣加熱器還增加了調(diào)節(jié)旁路，以提高系統(tǒng)對變工況運行的適應(yīng)性。在低負(fù)荷工況，煙氣加熱器的換熱能力過剩時，可通過調(diào)節(jié)旁路限制其換熱能力，使煙氣加熱器出口水溫始終能滿足煙氣冷卻器對進(jìn)水溫度的要求。另外，MGGH系統(tǒng)設(shè)置了輔助蒸汽加熱系統(tǒng)，當(dāng)煙氣冷卻器的吸熱量不足時，投入輔助蒸汽，確保煙氣加熱器的出口煙溫達(dá)到設(shè)計值。輔助蒸汽系統(tǒng)、煙氣加熱器調(diào)節(jié)旁路、變頻循環(huán)水泵的巧妙結(jié)合，使MGGH系對各種工況具備適應(yīng)能力，在任何工況下都能運行在最低的電耗、蒸汽消耗狀態(tài)下。

對煙氣加熱器的煙氣流場進(jìn)行了數(shù)模分析，并根據(jù)CFD計算結(jié)果設(shè)計了導(dǎo)流裝置，使煙氣流動更均勻，換熱更平穩(wěn)，局部磨損風(fēng)險大幅降低。

2.4CEMS測點布置的優(yōu)化

為便于煙氣排放指標(biāo)的在線監(jiān)測，提高監(jiān)測精度和可靠性，提供客觀真實的環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)，我們對現(xiàn)有排放監(jiān)控的煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）進(jìn)行了技術(shù)改造。取樣點移到煙囪55米處，并將CEMS小室移到煙囪內(nèi)50米鋼平臺，提高測量的即時性。CEMS改型為直接抽取式，避免了原有方式對監(jiān)測設(shè)備的腐蝕，提高了監(jiān)測儀表的穩(wěn)定性和精度。

為便于環(huán)保數(shù)據(jù)的搜集和監(jiān)測設(shè)備的及時維護(hù)，保證檢修維護(hù)人員工作安全，此次改造過程中煙囪配套煙囪升降機(jī)，為上海地區(qū)燃煤電廠首家。

3　結(jié)論

漕涇電廠2號機(jī)組煙氣潔凈排放改造工程，通過加裝濕式電除塵器、脫硫增容改造、脫硝綜合優(yōu)化、加裝MGGH加熱器及增壓風(fēng)機(jī)增容改造等措施，大大降低了煙氣污染物排放，最終污染物排放指標(biāo)遠(yuǎn)低于國標(biāo)（GB13223-2011）要求的燃煤機(jī)組機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。

表1　2號機(jī)改造前后污染物排放對比mg·（Nm）-3

本項目基于成熟技術(shù)的綜合優(yōu)化，通過對現(xiàn)有環(huán)保設(shè)施污染控制潛力的深度挖掘，將對燃煤機(jī)組大氣污染物深度治理發(fā)揮良好的示范推廣作用，尤其是對上海市燃煤機(jī)組和國家電投集團(tuán)下屬燃煤電廠清潔高效發(fā)展起到積極的推動作用。確保能源清潔、綠色供應(yīng)，對國家空氣質(zhì)量改善做出切實貢獻(xiàn)。

同時，確立燃煤排放新標(biāo)桿，帶動傳統(tǒng)燃煤電廠環(huán)保轉(zhuǎn)型升級，打破高排放對傳統(tǒng)燃煤機(jī)組發(fā)展的限制，依托環(huán)保出效益，走出一條清潔綠色能源的發(fā)展之路。

［1］BP公司，BP能源統(tǒng)計年鑒［J］，2015

［2］周波.馬電NO.8機(jī)組煙氣脫硫項目方案選擇與綜合評價［D］.華北電力大學(xué)（保定），2011.

［3］ GB13223－2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》

肯尼亞移動廁所 “藍(lán)色盒”環(huán)保節(jié)能

肯尼亞一家企業(yè)推出了一種移動式廁所，特點是利用太陽能將糞便轉(zhuǎn)換成新型廚房燃料，既改善了衛(wèi)生環(huán)境狀況，又提供了環(huán)保能源。

在距首都內(nèi)羅畢90 km處的奈瓦沙地區(qū)，這家企業(yè)向沒有廁所的家庭提供上述設(shè)施。它被民眾稱為“藍(lán)色盒子”，無需安裝固定的管道，用戶只要每月付費以維持一周兩次的維護(hù)保養(yǎng)即可。目前，這家企業(yè)已經(jīng)推出80個“藍(lán)色盒子”，可供400戶家庭使用。這種廁所采用太陽能技術(shù)，高溫加熱糞便與木炭粉、植物廢料形成的混合物，不僅消毒殺菌，還制成新型無煙燃料，確保使用衛(wèi)生。

（新華）

新型納米泡沫讓“窗戶”更節(jié)能

美國能源部阿貢國家實驗室的研究者們通過使用二氧化釩納米材料，研發(fā)出具有單一窗格的窗戶，從而提高了能源的利用效率，改善了商業(yè)及住宅樓單一窗格窗戶的效率。該團(tuán)隊研發(fā)的納米泡沫含有超熱絕緣性和隔音性的納米網(wǎng)狀復(fù)合物，利用直徑小于100 nm的氣體泡沫以阻隔熱量和聲音的傳遞，與此同時，同普通玻璃類似，允許可見光透過。

納米泡沫被擠壓成厚度為3 mm的片狀，通過使用微小氣泡起到絕熱效應(yīng)，以減少氣體分子間的碰撞，從而減少了熱能的傳遞。當(dāng)氣泡減小到很小的尺寸時，超熱絕緣也成為可能。

根據(jù)高級能源研究計劃局統(tǒng)計，單一窗格的窗戶的導(dǎo)熱性至少是雙層窗的兩倍，改進(jìn)這些窗戶每年可減少能源消耗約120億美元。

（中科）

Deep Optimization and Implementation of 1000MW Unit Clean Emission under Mixed Burning of Coal Condition

Sun Chunnong
Shanghai Caojing Electric Power Plant Power Generation Co.，Ltd

The article introduces deep optimization and comprehensive technology of 1000MW ultra-critical unit clean emission renovation project at Shanghai caojing electric power plant. The project is the only clean emission demonstration project in Shanghai， which contributes to energy-saving and emission-reducing work promoted by Shanghai municipal government.

Clean Emission， Optimization

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.06.017