煙氣深度凈化器在燃煤電廠尾部塵霧脫除中的應(yīng)用

李海平

摘 要：隨著近幾年國(guó)內(nèi)環(huán)境的惡化，國(guó)家對(duì)燃煤電力的大氣污染物排放提出了更為嚴(yán)格的要求，要求發(fā)電企業(yè)達(dá)到超低排放。針對(duì)這一要求，從塵霧的脫除著手，本文介紹了一種煙氣深度凈化設(shè)備，該設(shè)備具有整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、體積小、維護(hù)量小、維護(hù)成本低、性能穩(wěn)定且不衰減、不受煤種限制等特點(diǎn)，為達(dá)到超低排放要求提供一種技術(shù)解決方案。

關(guān)鍵詞：深度凈化 粉塵 超低排放

中圖分類號(hào)：X701 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（a）-0126-02

各發(fā)電集團(tuán)一直都非常重視節(jié)能減排工作，為完成國(guó)家的節(jié)能減排任務(wù)，達(dá)到SO2排放濃度≤35mg/Nm3、煙塵排放濃度≤5mg/Nm3的目標(biāo)，針對(duì)達(dá)標(biāo)超低排放，發(fā)電行業(yè)也提出了相關(guān)的技術(shù)路線。但除霧器的工藝設(shè)計(jì)卻沒有突破性進(jìn)展，目前常用板式和屋脊式除霧器，運(yùn)行中阻力大、局部堵塞等問題造成在機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行或者煙氣中粉塵增加時(shí)，除霧效果下降，出口霧滴粒徑增大，隨著煙氣排放形成“石膏雨”，造成二次污染。

因此如何解決現(xiàn)有脫硫系統(tǒng)下游低濃度微細(xì)液滴及顆粒的脫除，滿足燃煤電廠煙塵超低排放限值要求，成為了脫硫后除塵除霧技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1 煙氣深度凈化器介紹

1.1 工作原理

來自脫硫塔的凈煙氣進(jìn)入深度凈化器殼體，并進(jìn)入殼體內(nèi)并聯(lián)的分離渦管，分離渦管把來自脫硫塔凈煙氣中的塵霧進(jìn)行分離，且通過對(duì)渦管的分層設(shè)計(jì)將分離下來的塵霧與主流隔離，避免煙塵的二次攜帶，收集系統(tǒng)則將分離出來的塵霧進(jìn)行收集并排入地坑。沖洗系統(tǒng)采用250～300kPa的工藝水，在每月或在啟停機(jī)時(shí)對(duì)核心分離裝置進(jìn)行沖洗，避免裝置結(jié)垢。

1.2 主要特點(diǎn)

煙氣深度凈化器屬于靜態(tài)分離設(shè)備，其內(nèi)部流場(chǎng)及性能采用CFD軟件進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)運(yùn)用專有軟件對(duì)旋風(fēng)分離裝置的切割粒徑進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)，保證旋風(fēng)分離裝置的性能。設(shè)備截面整體尺寸與凈煙道尺寸基本差不多，現(xiàn)場(chǎng)空間布局可以選擇布置在水平煙道或豎直煙道上，設(shè)備制造采用模塊化形式，根據(jù)不同機(jī)組容量、煙道布置及煙氣量大小設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)模塊，方便運(yùn)輸、安裝、維護(hù)及檢修。同時(shí)，根據(jù)變工況及用戶需要，可以在煙道設(shè)計(jì)煙氣調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)進(jìn)入旋風(fēng)分離裝置的煙氣速度大小，保證高效的分離性能。

2 工程實(shí)施

2015年10～12月期間，華電章丘發(fā)電有限公司實(shí)施了1號(hào)機(jī)組（145MW）尾部煙氣超低排放改造項(xiàng)目，即在原有環(huán)保工藝條件基礎(chǔ)上，僅在脫硫島出口至煙囪入口的水平凈煙道上加裝尾部煙氣深度凈化器，以達(dá)到超低排放水平。

2.1 實(shí)施過程

2.1.1 尾部煙氣深度凈化技術(shù)調(diào)研

針對(duì)國(guó)國(guó)內(nèi)外脫硫尾部煙氣煙塵凈化技術(shù)，尤其是除霧除塵技術(shù)，從技術(shù)形式、技術(shù)特點(diǎn)等方面深入調(diào)研，對(duì)比分析各類技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，作為尾部煙氣深度凈化技術(shù)研發(fā)的參照。

2.1.2 基于高效多相分離技術(shù)的煙氣深度凈化技術(shù)研究

（1）氣固/氣液分離機(jī)理研究。

在分離器中，兩相流體通過分離器入口進(jìn)入分離器內(nèi)分離區(qū)，不同的分離器結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了不同的分離機(jī)理，包括重力分離、慣性分離、離心分離等。撞擊慣性-重力分離是分離器經(jīng)常采用的初分離方法，它的分離效率一般都比較低。相比于重力分離和慣性分離，離心分離過程中由于顆粒在分離區(qū)所受的離心力是均勻的，避免了撞擊分離的不均勻性。

（2）仿真分析。

基于流體仿真動(dòng)力學(xué)技術(shù)，對(duì)尾部煙氣高效分離器內(nèi)部流場(chǎng)及多相流動(dòng)過程進(jìn)行仿真分析，獲取分離設(shè)備內(nèi)部流動(dòng)特性以及分離演化特點(diǎn)，進(jìn)而為結(jié)構(gòu)優(yōu)化和運(yùn)行調(diào)試提供技術(shù)支持。

煙氣高效分離器計(jì)算幾何模型及網(wǎng)格由入口、旋流產(chǎn)生裝置、分離本體及出口組成。結(jié)合旋風(fēng)分離器中大尺度渦團(tuán)起主導(dǎo)作用的流場(chǎng)特征，本項(xiàng)目采用大渦模擬方法進(jìn)行計(jì)算，采用亞網(wǎng)格動(dòng)能輸運(yùn)模型。通過對(duì)大渦模擬得到的各個(gè)時(shí)刻的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以得到流場(chǎng)內(nèi)各參數(shù)的時(shí)均值以及脈動(dòng)特性。能夠得到旋風(fēng)分離器內(nèi)的渦團(tuán)演化過程，對(duì)分析計(jì)算時(shí)假設(shè)入口處氣體流速均勻，而且處于充分發(fā)展的湍流狀態(tài)；本體為壁面，顆粒在壁面的邊界條件設(shè)為捕捉；出口設(shè)為壓力出口。

2.1.3 煙氣高效分離器設(shè)計(jì)制造

（1）2015年10月4～31日，完成示范項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘測(cè)，并根據(jù)初步方案成高效分離器設(shè)備、煙風(fēng)系統(tǒng)的CFD計(jì)算，完成項(xiàng)目高效分離器的初步設(shè)計(jì)。

（2）2015年12月15日完成設(shè)備監(jiān)造、質(zhì)量驗(yàn)收等工作。

（3）2015年12月16日部件級(jí)組裝完成的主體設(shè)備組件和外殼結(jié)構(gòu)運(yùn)抵章丘公司，12月18日完成了煙氣高效分離器整體組裝。

2.1.4 煙氣高效分離器現(xiàn)場(chǎng)安裝

（1）2015年12月19日完成煙氣高效分離器整體吊裝。

（2）2015年12月22日完成尾部煙道現(xiàn)場(chǎng)施工。

（3）2015年12月23日尾部煙氣高效分離器試投運(yùn)。

2.1.5 煙氣高效分離器性能測(cè)試

2016年5月25日至6月8日，由西安熱工院和華電電科院聯(lián)合開展1號(hào)機(jī)尾部煙氣高效分離器性能試驗(yàn)。

2.2 運(yùn)行效果

深度凈化器在章丘電廠一直穩(wěn)定運(yùn)行了1年多，根據(jù)西安熱工院和華電電科院出具的1號(hào)機(jī)尾部煙氣高效分離器性能試驗(yàn)結(jié)果，出口煙塵濃度一直低于5mg/m3，滿足超低排放的要求。135MW運(yùn)行時(shí)，壓降約為540Pa，極大地降低了能耗，運(yùn)行成本低廉。

2.3 效益分析

該項(xiàng)目投資相當(dāng)于一般濕式除塵器投資費(fèi)用的1/3，有效地節(jié)省了企業(yè)成本。同時(shí)該項(xiàng)目的施工工期非常短，估計(jì)在20d左右，極大地減少了施工安全風(fēng)險(xiǎn)，為企業(yè)環(huán)保技改工程順利完成提供了安全保障。煙氣深度凈化器正常運(yùn)行過程中系統(tǒng)用水量很少，一個(gè)月沖洗一次，水量使用約5m3/次，有效降低噴淋水泵電耗和廠用電率。煙氣深度凈化器屬于靜態(tài)分離設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，日常維護(hù)量小，維護(hù)成本低廉。另外，由于超低排放改造，政府及相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)企業(yè)實(shí)施獎(jiǎng)勵(lì)，同時(shí)也減少了排污費(fèi)用，2016年共獲得獎(jiǎng)勵(lì)及減少排污費(fèi)用共計(jì)800多萬元，分別為：

（1）根據(jù)《關(guān)于下達(dá)燃煤機(jī)組超低排放改造獎(jiǎng)勵(lì)資金預(yù)算指標(biāo)的通知》（魯財(cái)建指[2016]42號(hào)）文件要求，根據(jù)污染物減排量，按照減排1t獎(jiǎng)勵(lì)5000元的標(biāo)準(zhǔn)，1號(hào)機(jī)組超低排放獎(jiǎng)勵(lì)405萬元。

（2）山東省超低電價(jià)補(bǔ)貼0.01元/kWh，2016年1號(hào)機(jī)組發(fā)電量為40725.52萬kWh，累計(jì)電價(jià)補(bǔ)貼407.25萬元。

（3）2016年1號(hào)機(jī)組利用小時(shí)為2809h，減排煙塵排放量為30.96t，節(jié)省排污費(fèi)為3.9萬元。

3 結(jié)語

深度凈化器通過在章丘電廠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地運(yùn)行，充分證明了該設(shè)備在燃煤電廠尾部煙氣塵霧脫除上的穩(wěn)定性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)

[1] 環(huán)保部.火電廠污染防治最佳可行技術(shù)指南[Z].2016.

[2] 陳水龍.電廠脫硫系統(tǒng)中除霧器結(jié)垢和局部塌陷問題的分析和對(duì)策[J].電力環(huán)保與科技，2008，24（4）：14-16.endprint