應(yīng)對(duì)超低排放上海煤電環(huán)保設(shè)施協(xié)同改造的研究與實(shí)踐

呂敬友，徐 嶸，陸 云

(1.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200437；2.上海上電漕涇發(fā)電有限公司，上海 201507；3.上海吳涇第二發(fā)電有限責(zé)任公司，上海 200241)

應(yīng)對(duì)超低排放上海煤電環(huán)保設(shè)施協(xié)同改造的研究與實(shí)踐

呂敬友1，徐 嶸2，陸 云3

(1.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200437；2.上海上電漕涇發(fā)電有限公司，上海 201507；
3.上海吳涇第二發(fā)電有限責(zé)任公司，上海 200241)

介紹了上?；痣娍刂迫济簷C(jī)組建設(shè)、節(jié)能降耗、“強(qiáng)饋入、弱開(kāi)機(jī)”、控制燃煤質(zhì)量等措施從源頭上降低了污染排放；分析了采用先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)和治理設(shè)備所取得顯著的環(huán)保效果；闡述了環(huán)保排放狀況和各類(lèi)機(jī)組污染物排放特性；列舉了燃煤電廠(chǎng)對(duì)煙氣污染控制設(shè)備進(jìn)行協(xié)同改造的成功案例，可為其他機(jī)組的超低排放改造提供依據(jù)和借鑒。

環(huán)保設(shè)施；超低排放改造；研究與實(shí)踐

0 引言

為控制我國(guó)嚴(yán)重的霧霾天氣，2014年9月23日，國(guó)家有關(guān)部委聯(lián)合印發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020)》，提出了煤電的節(jié)能減排和污染物超低濃度排放要求(即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于10、35、50mg/m3)，并將超低排放列入今年總理的政府工作報(bào)告。上海2015年啟動(dòng)第六輪環(huán)保三年行動(dòng)計(jì)劃，安排8個(gè)專(zhuān)項(xiàng)232個(gè)項(xiàng)目，預(yù)計(jì)總投入約1000億元。根據(jù)計(jì)劃安排：上海600MW及以上燃煤機(jī)組在2016年9月執(zhí)行超低排放，300MW及以下燃煤機(jī)組在2017年9月執(zhí)行超低排放。

1 上?；痣姲l(fā)展和環(huán)保狀況

1.1 上?；痣娧b機(jī)容量、發(fā)電量和能耗

2015年納入國(guó)網(wǎng)上海電科院技術(shù)監(jiān)督范圍的火電機(jī)組容量為20742MW,其中燃煤機(jī)組15018MW，燃?xì)鈾C(jī)組5110MW，燃油機(jī)組614MW。按裝機(jī)容量等級(jí)，組成如下：300MW等級(jí)機(jī)組容量為2596MW，占12.52%；300MW等級(jí)機(jī)組容量為9626MW，占41.59%；600MW等級(jí)機(jī)組容量為3720MW，占17.93%；1000MW等級(jí)機(jī)組容量為5900MW，占27.96%。按發(fā)電集團(tuán)機(jī)組組成為：上電股份5548MW，申能股份6670MW，華能股份5020MW，其他公司3504MW。

2015年上海火電發(fā)電量為761.6億(kW·h)，同比下降1.98%；燃煤量為2923.1萬(wàn)t，同比下降5.3%。圖1給出2007年至2015年上海火力發(fā)電廠(chǎng)裝機(jī)容量、發(fā)電量、燃煤量的變化情況。燃煤量的降幅略低于發(fā)電量，反映了燃煤質(zhì)量有所提高。

1.2 從源頭上控制污染物排放

1.2.1 強(qiáng)饋入、弱開(kāi)機(jī)

根據(jù)《上海市能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》要求，上海市煤炭消費(fèi)比重要由2010年的49.2%下降到2015年的40%左右。為促進(jìn)節(jié)能減排戰(zhàn)略，上海電網(wǎng)通過(guò)特高壓/超高壓直流輸電通道最大程度消納西南水電，減小內(nèi)部機(jī)組開(kāi)機(jī)及出力，從而大幅降低火電燃料消耗及污染物排放。強(qiáng)饋入：2014年7月11日上海受電規(guī)模1250萬(wàn)kW，受電比例54%；弱開(kāi)機(jī)：2014年7月11日上海主力燃煤機(jī)組開(kāi)機(jī)僅11臺(tái)。上海電網(wǎng)這種“強(qiáng)饋入、弱開(kāi)機(jī)”狀態(tài)大于50%受電比例的時(shí)間每年超過(guò)6個(gè)月，且將成為新常態(tài)。利用外來(lái)綠色電有利于減少污染物排放，但也帶來(lái)了燃煤機(jī)組停運(yùn)的壓力。

圖1 裝機(jī)容量、發(fā)電量、燃煤量關(guān)系

1.2.2 控制燃煤機(jī)組建設(shè)

近幾年，上海停建了燃煤機(jī)組，新增用電除區(qū)外來(lái)電外，主要是建設(shè)燃?xì)鈾C(jī)組，新建的4家燃?xì)怆姀S(chǎng)裝機(jī)容量達(dá)5110MW，另外崇明燃機(jī)2×424MW機(jī)組也已建成即將投運(yùn)。

1.2.3 控制燃煤質(zhì)量

上海燃煤電廠(chǎng)嚴(yán)格控制煤炭質(zhì)量，燃煤平均硫分基本上控制在0.6%以下，平均灰分逐年下降，煤質(zhì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 燃煤質(zhì)量分析

年份/年200720082009201020112012201320142015燃煤硫分/%0.570.590.570.580.620.580.580.490.52燃煤灰分/%18.319.316.515.815.213.714.214.413.8

燃燒低硫和低灰煤，從源頭上降低了污染物的排放。但繼續(xù)降低的潛力非常有限。

1.3 上?；痣姀S(chǎng)污染物排放分析

1.3.1 污染物排放總量分析

2015年上?；痣姀S(chǎng)煙塵、SO2、NOx排放量分別為0.45、1.40、1.87萬(wàn)t(見(jiàn)圖4)。同比分別降低25.7%、25.1%和46.1%。圖4給出2007年-2015年煙塵、SO2、NOx排放趨勢(shì)。

圖2 2007年-2015年煙氣污染物排放趨勢(shì)

上海2008年開(kāi)始建脫硫裝置，SO2在2009年開(kāi)始大幅下降，2014年全部機(jī)組完成脫硫改造。脫硝于2010年開(kāi)始建設(shè)，至2015年99.8%以上的機(jī)組容量完成脫硝改造。2015年上海燃煤機(jī)組41臺(tái)，配備布袋除塵器的鍋爐17臺(tái)，配備高效電除塵器的鍋爐24臺(tái)。這些脫硫、脫硝、除塵裝置建成使污染物大幅降低，但要進(jìn)一步降低、達(dá)到超低排放還需進(jìn)行綜合改造。

1.3.2 污染物排放率分析

2015年上?；痣姀S(chǎng)煙塵、SO2、NOx污染物排放率分別為0.06、0.18和0.25(g/kW·h)。同比分別下降了23.1%、23.4%和45.6%。

1.3.3 各等級(jí)機(jī)組污染物排放分析

按照小于300MW、300MW等級(jí)、600MW等級(jí)、1000MW等級(jí)及燃?xì)馊加蜋C(jī)組劃分，各機(jī)組等級(jí)煙氣污染物排放情況列于表2。

表2 各等級(jí)機(jī)組的單位發(fā)電量污染物排放率

績(jī)效排放/g·(kW·h)-1小于300MW300MW等級(jí)600MW等級(jí)1000MW等級(jí)燃?xì)馊加蜔焿m0.570.060.020.020.01SO21.020.210.140.130.03NOx2.190.230.120.100.09

從表2可知，小于300MW機(jī)組平均污染物排放率大大超過(guò)其他級(jí)別的機(jī)組。隨著單機(jī)容量的增大，機(jī)組污染物排放率下降，1000MW等級(jí)機(jī)組的污染物排放率最小。主要是大機(jī)組發(fā)電效率高、煤耗低、配備的污染物去除裝置較為齊全、效率較高。特別是1000MW等級(jí)機(jī)組的污染物排放率將接近燃?xì)馊加蜋C(jī)組。

2 應(yīng)對(duì)超低排放煤電環(huán)保設(shè)施協(xié)同改造

為達(dá)到超低排放，部分燃煤機(jī)組已進(jìn)行環(huán)保設(shè)施改造研究，下面分析較有代表性的案例。

2.1 增加濕式電除塵器為主的協(xié)同改造

電廠(chǎng)A建有2×1000MW超超臨界機(jī)組，同步建設(shè)脫硫、脫硝和電除塵器，電除塵器保證效率為≥99.80%。為達(dá)到超低排放和治理“石膏雨”，改造工程采用濕式電除塵器(除塵效率75%)和低氮燃燒技術(shù)(不大于240g/m3)、高效脫硫技術(shù)(不低于98%)、SCR脫硝系統(tǒng)、管式MGGH技術(shù)。

2.1.1 增加濕式電除塵器

濕式電除塵器技術(shù)來(lái)源是引進(jìn)日本三菱重工大型燃煤電站濕式電除塵技術(shù)，設(shè)置在脫硫出口至煙囪，其主要技術(shù)參數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)值)見(jiàn)表3。

2.1.2 增設(shè)管式MGGH

機(jī)組增設(shè)1套無(wú)泄漏式煙氣換熱器(MGGH)設(shè)備，MGGH系統(tǒng)包括一級(jí)煙氣冷卻器、二級(jí)煙氣冷卻器、煙氣加熱器、熱媒補(bǔ)給系統(tǒng)和熱媒輔助加熱系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)與性能參數(shù)見(jiàn)表4。

2.1.3 脫硫改造

機(jī)組增加塔外漿液箱，原吸收塔漿池高度不變。吸收塔頂部改為錐形頂蓋樣式。在原有噴淋層和除霧器之間增加4m，作為增加第五層噴淋層和新增一級(jí)屋脊式除霧器。吸收塔內(nèi)部加裝一層雙相整流裝置，在第二、三層噴淋層下方各加裝一層壁環(huán)。在第一層噴淋層下方增加一套雙相整流裝置和壁環(huán)，可以提高脫硫效率15%以上。增加一級(jí)屋脊式除霧器，改造后保證吸收塔出口霧滴50mg/m3以下，霧滴含固率低于15%。

2.1.4 改造效果

電廠(chǎng)A于2015年完成改造，改造前后的性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

改造后達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，由于污染物排放濃度降低，霧滴大幅降低以及煙溫提高，出口無(wú)煙色。

2.2 吸收塔內(nèi)管束式除塵器改造為主的協(xié)同改造

電廠(chǎng)B裝機(jī)容量為2×600MW，2015年12月完成一臺(tái)機(jī)組超低排放改造，主要進(jìn)行了高頻電源、脫硫吸收塔內(nèi)管束式除塵器改造和抬高脫硫塔高度，并進(jìn)行了MGGH的改造。

2.2.1 高頻電源改造

電廠(chǎng)B將原有雙室四電場(chǎng)電除塵器工頻電源改裝為高頻電源，改造前后電除塵效率及煙塵排放濃度見(jiàn)表6。

表3 濕式電除塵器主要技術(shù)參數(shù)

項(xiàng) 目數(shù) 值型號(hào)2FW212電除塵臺(tái)數(shù)/臺(tái)鍋爐,電場(chǎng)形式2臺(tái),2室1電場(chǎng)陽(yáng)極板型式及材質(zhì)平板式,SUS316L陰極線(xiàn)型式及材質(zhì)針刺線(xiàn),SUS316L通道/個(gè)82極間間距/mm300煙氣速度/m·s-12.7設(shè)計(jì)煙氣量/m3·s-1979.6入口煙氣溫度/℃50入口粉塵濃度/mg·m-318入口霧滴濃度/mg·m-350出口保證值(粉塵包括石膏在內(nèi))/mg·m-3<4.5出口水霧濃度/mg·m-3≦50水膜水量(連續(xù)使用)(1臺(tái)鍋爐)/t·h-1185NaOH(32%或其他濃度)耗量(單臺(tái)爐)/t·h-10.18

表4 煙氣加熱器結(jié)構(gòu)與性能參數(shù)

項(xiàng) 目煙氣加熱器型號(hào)HD-TECH-6003外形尺寸(深×高×厚)/mm12000×11250×8200總換熱面積/m250257換熱效率/%99并聯(lián)管組數(shù)12換熱管型式H型翅片管入口煙氣量(干基,實(shí)際氧)/m3·h-13205927入口煙氣溫度/℃48出口煙氣溫度/℃78.4熱媒水進(jìn)水溫度/℃95.5熱媒水出水溫度/℃72熱媒水流量/t·h-11410

表5 電廠(chǎng)A改造前后污染物排放指標(biāo)比較 mg/m3

表6 電廠(chǎng)B改造前后電除塵效率及煙塵排放濃度對(duì)比

項(xiàng)目改造前改造后除塵效率/%99.7≥99.8煙塵排放濃度/mg·m-335～50≤30

2.2.2 脫硫吸收塔內(nèi)管束式除塵器改造

管束式除塵器的使用環(huán)境是含有大量液滴的50℃飽和凈煙氣，主要是脫除漿液液滴和塵顆粒。大量的細(xì)小液滴與顆粒在高速運(yùn)動(dòng)條件下碰撞機(jī)率大幅增加，易于凝聚成為大顆粒，從而實(shí)現(xiàn)從氣相中的分離。氣體旋轉(zhuǎn)流速越大，離心分離效果越佳，捕悉液滴量越大，形成的液膜厚度越大，運(yùn)行阻力越大，越容易發(fā)生二次霧滴的生成；因此其采用多級(jí)分離器，分別在不同流速下對(duì)霧滴進(jìn)行脫除，保證較低運(yùn)行阻力下的高效除塵效果。

2.2.3 脫硫吸收塔改造

脫硫系統(tǒng)完成了增容改造，吸收塔加高2m，增裝一層噴淋層，噴淋層達(dá)到4用1備，保證SO2排放濃度達(dá)到35mg/m3以下。

2.2.4 增設(shè)管式MGGH

MGGH系統(tǒng)主要是利用閉式循環(huán)的熱媒水從煙氣冷卻器處吸收熱量后在煙氣加熱器處放出熱量。在煙氣冷卻器放出熱量多余的情況下，多余的熱量通過(guò)凝結(jié)水加熱器去加熱汽機(jī)凝結(jié)水；在煙氣冷卻器放出熱量不足的情況下，不足的熱量通過(guò)輔助蒸汽加熱器加熱熱媒水提供。煙氣冷卻器換熱管采用H型鰭片橢圓管。

2.2.5 改造效果

管束式除塵裝置設(shè)計(jì)除塵效率為80%，靜電除塵器處理過(guò)的含塵量低于25mg/m3時(shí)，經(jīng)過(guò)管束式除塵器后，煙塵排放濃度<5mg/m3，達(dá)到燃機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)，改造效果見(jiàn)表7。改造后達(dá)到超低排放要求，“石膏雨”基本消除。

表7 電廠(chǎng)B改造前后污染物排放指標(biāo)比較 mg/m3

3 結(jié)語(yǔ)

上?；痣姀S(chǎng)通過(guò)停建燃煤機(jī)組，“強(qiáng)饋入、弱開(kāi)機(jī)”，建設(shè)燃?xì)鈾C(jī)組，控制燃煤質(zhì)量，建設(shè)先進(jìn)、高效的環(huán)保設(shè)施，使得SO2、NOx和煙塵三種污染物排放總量從2010年的21.3萬(wàn)t降至2015年的3.7萬(wàn)t，降幅為82.5%。隨著國(guó)家超低排放政策的出臺(tái)，上?；痣妼⒚媾R新一輪的大規(guī)模環(huán)保改造。目前部分機(jī)組已完成環(huán)保設(shè)施改造達(dá)到超低排放的要求，可為其他機(jī)組的改造提供借鑒。在上海燃煤機(jī)組全部通過(guò)環(huán)保超低排放改造后，可使煙氣SO2、NOx和煙塵三種主要污染物排放總量再降30%～40%，為緩解上海的霧霾做出貢獻(xiàn)。

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Research and application of Shanghai thermal power plants environmental protection facilities co-benefit control retrofit to meet ultra-low emission

Measures which Shanghai thermal power plants controlling coal-fired power building,energy saving and consumption reduction,Substantial Power Import and Restricted Dispatchable Generation,controlling Coal quality,decrease pollutant emission from resource are introduced.Advanced environmental protection technology and flue gas treatment device obtained obviously environmental effect have been analyzed.It describes pollutant emission situation and all types of units pollutant emission characteristic.Success cases of The flue gas multi-pollutant co-benefit control reform are listed. Ultra-low emission reform are provided the basis for reference on other crew.

environmental protection facilities；Ultra-low emission reform；Research and Application

X701

B

1674-8069(2017)02-015-04

2016-10-22；

2016-11-03

呂敬友(1957-)，男，浙江臺(tái)州市人，碩士，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事電力環(huán)境保護(hù)研究。E-mail:lvjy@sh.sgcc.com.cn