超低排放改造技術(shù)在某630MW燃煤火電機(jī)組的應(yīng)用探討

趙尚昭

摘要：通過(guò)對(duì)已投運(yùn)機(jī)組的調(diào)查摸排發(fā)現(xiàn)，我國(guó)許多燃煤電廠鍋爐排煙溫度普遍高于設(shè)計(jì)值，使得機(jī)組發(fā)電效率下降、煙氣體積流量增大、發(fā)電成本上升。在采用低低溫技術(shù)后，煙溫降低后的煙氣量得以減小，使得原電除塵電場(chǎng)的風(fēng)速也得到相應(yīng)降低，從而實(shí)現(xiàn)廠用電的減少，真正實(shí)現(xiàn)了既節(jié)能又環(huán)保的目的。該項(xiàng)技術(shù)在日本得到迅速發(fā)展，三菱、日立等配套機(jī)組容量累計(jì)已超13000MW，現(xiàn)在幾乎成了日本燃煤電廠一種標(biāo)準(zhǔn)的除塵系統(tǒng)配置方式。在國(guó)內(nèi)也有部分電廠采用低低溫電除塵技術(shù)，比如上海漕涇、粵嘉電力等。本文以我廠3、4號(hào)機(jī)組超低排放改造為例，介紹該技術(shù)的具體實(shí)施情況和效果。

關(guān)鍵詞：超低排放；630MW燃煤機(jī)組；提效方案

隨著我國(guó)環(huán)境問題的日益凸顯，環(huán)保問題已經(jīng)成為了一個(gè)國(guó)民性話題。霧霾、酸雨的頻繁出現(xiàn)使得國(guó)家對(duì)于工廠排放指標(biāo)的要求逐年提高，而傳統(tǒng)燃煤機(jī)組則成為了國(guó)家環(huán)保部門監(jiān)控的重點(diǎn)對(duì)象之一。隨著國(guó)家控制火電廠煙塵排放政策的日益嚴(yán)格、煙塵排污收費(fèi)力度的增大和排放權(quán)交易制度的試行，火電廠實(shí)施煙塵微量排放的必要性進(jìn)一步增大。為此，各大電力企業(yè)均對(duì)燃煤機(jī)組的節(jié)能減排改造投入了大量人力、物力，各種先進(jìn)的減排技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，低低溫靜電除塵技術(shù)就是其中之一。低低溫靜電除塵技術(shù)，是指在鍋爐空氣預(yù)熱器與電除塵器之間的煙道上，加裝一組換熱器（即低低溫?zé)熇淦鳎瑢煔鉁囟冉档偷?5℃左右。同時(shí)，煙氣降低到酸露點(diǎn)以下后，煙氣中大部分的SO3因溫度降低而在換熱系統(tǒng)中冷凝成硫酸霧，并被粉塵吸附、中和，粉塵比電阻顯著降低，反電暈得到有效避免，從而大大提高除塵效率，擴(kuò)大電除塵器對(duì)煤種的適應(yīng)性，并去除大部分的SO3。

1緒論

1.1超低排放的概念

超低排放，是指火電廠燃煤鍋爐在發(fā)電運(yùn)行、末端治理等過(guò)程中，采用多種污染物高效協(xié)同脫除集成系統(tǒng)技術(shù)，使其大氣污染物排放濃度基本符合燃?xì)鈾C(jī)組排放限值，即煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度（基準(zhǔn)含氧量6%）分別不超過(guò)10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3，比《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）中規(guī)定的燃煤鍋爐重點(diǎn)地區(qū)特別排放限值分別下降50%、30%和50%，是燃煤發(fā)電機(jī)組清潔生產(chǎn)水平的新標(biāo)桿[1]。

1.2論文研究背景及意義

傳統(tǒng)的燃煤電廠歷來(lái)被視為大氣污染物的主要來(lái)源，是國(guó)家環(huán)保監(jiān)管的重點(diǎn)。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的高度重視，實(shí)施煙氣超低排放改造既滿足了國(guó)家日趨嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的需要，又是國(guó)有企業(yè)保證環(huán)境質(zhì)量、保護(hù)公眾健康的社會(huì)責(zé)任；是創(chuàng)新傳統(tǒng)燃煤發(fā)電發(fā)展方式，也是發(fā)電企業(yè)拓展燃煤發(fā)電產(chǎn)業(yè)的新思路；有助于推廣先進(jìn)的高效協(xié)同污染物控制技術(shù)，推進(jìn)環(huán)保產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

2改造內(nèi)容

我廠二期2×630MW燃煤機(jī)組同步配套建有SCR脫硝系統(tǒng)及石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)，目前機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。本改造工程只對(duì)二期實(shí)施超低排放改造，對(duì)現(xiàn)有的除塵、脫硫、脫硝系統(tǒng)進(jìn)行提效，采用高效協(xié)同脫除技術(shù)，使機(jī)組煙氣的主要污染物（煙塵、二氧化硫、氮氧化物）排放濃度達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放控制水平（煙塵5mg/Nm3，二氧化硫35mg/Nm3，氮氧化物50mg/Nm3），實(shí)現(xiàn)煙氣超低排放。

3改造方案

3.1脫硝系統(tǒng)提效

3.1.1原有SCR脫硝系統(tǒng)簡(jiǎn)介

二期機(jī)組采用哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的超臨界壓力變壓運(yùn)行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)的本生直流爐，已安裝低NOx燃燒器。原二期機(jī)組煙氣脫硝改造采用美國(guó)巴威公司的選擇性催化還原（SCR）技術(shù)。煙氣從省煤器引出，一臺(tái)爐配置兩個(gè)反應(yīng)器，經(jīng)過(guò)脫硝后，煙氣接入空預(yù)器。配有煙氣系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器吹灰系統(tǒng)、氨空氣混合及噴射系統(tǒng)等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)脫硝效率為70%。

3.1.2SCR脫硝裝置提效方案

通過(guò)脫硝系統(tǒng)提效的方式，使得SCR的出口NOx濃度降低到50mg/Nm3以下，SCR系統(tǒng)按照85%效率進(jìn)行設(shè)計(jì)。

二期機(jī)組脫硝裝置原設(shè)計(jì)初裝兩層催化劑，設(shè)計(jì)脫硝效率70%，預(yù)留第三層催化劑安裝空間。本次脫硝提效需增加催化劑體積，加裝預(yù)留層或者更換初裝兩層原催化劑，使脫硝效率由80%提高至85%。

SCR提效前后的還原劑消耗量減小，原有系統(tǒng)絕大部分設(shè)備可利舊，只需在預(yù)留層新增催化劑及吹灰器，SCR氨氣調(diào)節(jié)閥需更換，可在機(jī)組檢修時(shí)進(jìn)行方案的實(shí)施。

3.2除塵系統(tǒng)提效

3.2.1原有除塵系統(tǒng)情況簡(jiǎn)介

3.2.1.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)起點(diǎn)低。該系統(tǒng)于2009年隨機(jī)組同時(shí)投入運(yùn)行，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB13223-2003，設(shè)計(jì)入口煙塵濃度為33.306g/m3、除塵效率不小于99.75%，設(shè)計(jì)的出口煙塵濃度為83.3mg/m3，無(wú)法滿足GB13223-2011新的環(huán)保排放要求。

3.2.1.2除塵器入口煙溫偏高。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)得，望亭電廠3、4號(hào)機(jī)組除塵器入口煙溫在140℃左右，超出原設(shè)計(jì)入口煙溫127℃。煙溫偏高導(dǎo)致除塵器入口煙氣量增大，這也造成當(dāng)前實(shí)際排放濃度明顯超出除塵器原設(shè)計(jì)值。

3.2.1.3振打引起的二次揚(yáng)灰。由于粉塵本身具有一定的粘附性，能夠粘附在電極上，電極上的粉塵量雖小，但對(duì)放電影響較大，如粉塵未及時(shí)清除掉，就會(huì)增大局部擊穿的可能性，因此及時(shí)地清除電極上粉塵，是保證電除塵器正常工作的重要條件之一。望亭電廠3、4號(hào)機(jī)組電除塵器運(yùn)行過(guò)程中振打系統(tǒng)的振打力及振打頻率均進(jìn)行過(guò)調(diào)整，但由于燃煤煤質(zhì)的差異較大，振打方式調(diào)整無(wú)法滿足煤質(zhì)的變化，易造成極板、極針積灰及二次揚(yáng)塵，影響除塵效率。

3.2.2除塵提效方案

鍋爐空預(yù)器出口的煙氣經(jīng)過(guò)管式GGH煙氣冷卻器降溫至90℃以下，然后進(jìn)入低低溫電除塵，經(jīng)過(guò)除塵后通過(guò)聯(lián)合風(fēng)機(jī)進(jìn)入吸收塔，吸收塔出口的煙氣進(jìn)入一電場(chǎng)濕式靜電除塵器，除塵凈化后進(jìn)入管式GGH煙氣加熱器升溫至80℃后，通過(guò)煙囪排放[2]。

經(jīng)過(guò)同類型機(jī)組調(diào)研及機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，考慮到望亭電廠3、4號(hào)機(jī)組SO2排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步嚴(yán)格化，必須取消GGH。而取消GGH后將面臨煙囪防腐的問題。因此為解決煙囪防腐和煙囪“白煙”的問題，最終決定采用低低溫電除塵技術(shù)改造方案。現(xiàn)有除塵器入口平均煙溫在140℃左右，進(jìn)行低低溫?zé)煔庥酂崂酶脑欤粌H可以降低除塵器入口的煙溫，減少入口煙氣量，又可進(jìn)一步降低煙塵的比電阻，提高粉塵的驅(qū)進(jìn)速度。低低溫電除塵技術(shù)相對(duì)于常規(guī)電除塵器所增加的成本非常低，在提高除塵器除塵效果的同時(shí)可有效實(shí)現(xiàn)煙氣余熱綜合利用、節(jié)省電煤消耗，另外通過(guò)降低煙氣溫度，使得進(jìn)入電除塵的煙氣量減少10%～15%左右，從而有效減小電除塵電場(chǎng)內(nèi)的煙氣流速，延長(zhǎng)煙氣處理時(shí)間，減小二次揚(yáng)塵，進(jìn)一步提高和穩(wěn)定電除塵效率，減緩粉塵顆粒對(duì)內(nèi)部構(gòu)件的沖刷磨損，提高裝備壽命，同時(shí)減輕除塵相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行能耗。在低低溫技術(shù)煙氣余熱利用方面，根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，主要有加熱汽輪機(jī)凝結(jié)水、加熱鍋爐燃燒用空氣和脫硫凈煙氣再加熱三種方式。但是如將煙氣余熱用來(lái)加熱凝結(jié)水將會(huì)使改造范圍擴(kuò)大，使系統(tǒng)更復(fù)雜。且在中低負(fù)荷或冬季時(shí)，排煙溫度一般在130℃～135℃，所能回收的熱量十分有限。因此，本次實(shí)踐將余熱利用段回收的熱量全部用來(lái)加熱再熱段煙氣。

3.3脫硫系統(tǒng)提效

3.3.1原有脫硫系統(tǒng)簡(jiǎn)介

二期機(jī)組原脫硫裝置采用石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)，無(wú)旁路、有GGH，無(wú)增壓風(fēng)機(jī)（脫硝改造已拆除，已并入聯(lián)合風(fēng)機(jī)）。其中吸收塔采用帶托盤的逆向噴淋塔，設(shè)計(jì)有三臺(tái)循環(huán)泵及三層標(biāo)準(zhǔn)型噴淋層，一層托盤。脫硫裝置設(shè)計(jì)煤種含硫量為0.7%，設(shè)計(jì)脫硫效率95%，煙囪出口SO2濃度為81mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，6%O2）。

二期機(jī)組自投運(yùn)以來(lái)，燃煤的實(shí)際含硫量約為0.25%-0.6%，脫硫裝置入口SO2濃度范圍為580～1395mg/Nm3。此時(shí)一般運(yùn)行二臺(tái)循環(huán)泵，脫硫效率94%-95.5%，煙囪出口SO2濃度為26～86mg/Nm3。

3.3.2脫硫系統(tǒng)提效技術(shù)方案

采用拆除GGH+雙層交互式噴淋層+雙托盤方案。

a）拆除原有的三層噴淋母管及支撐梁，將第二、三層標(biāo)準(zhǔn)型噴淋母管及噴嘴改為交互式噴淋系統(tǒng)；原第一層循環(huán)泵增加揚(yáng)程后與原第二層循環(huán)泵構(gòu)成第一層交互式噴淋系統(tǒng)；同時(shí)增加一臺(tái)備用循環(huán)泵，與原第三層循環(huán)泵構(gòu)成第二層交互式噴淋系統(tǒng)。

b）對(duì)原有三臺(tái)漿液循環(huán)泵進(jìn)行改造；另新增一臺(tái)循環(huán)泵。由于原有第一、三層循環(huán)泵的揚(yáng)程有所變化，因此需進(jìn)行改造。

c）在第一層噴淋母管拆除后留下的空間新增設(shè)一層合金托盤及支撐梁；與原有的一層托盤構(gòu)成雙托盤系統(tǒng)。

d）托盤的開孔率由33%調(diào)整為32%。

e）增加一臺(tái)備用循環(huán)泵后，相應(yīng)增加配套的土建、電氣及儀控設(shè)施。

f）原有第一層與第三層的漿液循環(huán)泵互換時(shí)，土建基礎(chǔ)無(wú)須改動(dòng)。

g）拆除GGH及附屬設(shè)備，并改造GGH進(jìn)出口煙道及支架。

3.4聯(lián)合風(fēng)機(jī)改造

現(xiàn)有聯(lián)合風(fēng)機(jī)在提效改造后已無(wú)法滿足要求，必須進(jìn)行改造。

a）提效改造后聯(lián)合風(fēng)機(jī)入口流量：

根據(jù)MGGH設(shè)備廠家提供的方案，經(jīng)MGGH降溫后聯(lián)合風(fēng)機(jī)入口煙氣溫度降低到約92℃，此時(shí)聯(lián)合風(fēng)機(jī)入口煙氣流量減少到393.35m3/s。

b）由于改造后煙氣阻力增加較多，現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)已無(wú)法滿足改造后的工況要求，需擴(kuò)容改造，改造后引風(fēng)機(jī)參數(shù)為（TB工況）：風(fēng)機(jī)入口體積流量444.6m3/s，風(fēng)機(jī)入口溫度100℃，風(fēng)機(jī)入口全壓-6758Pa，風(fēng)機(jī)出口全壓6204Pa，風(fēng)機(jī)全壓升12962Pa，電機(jī)功率約7000kW。

4結(jié)論

借鑒日本等國(guó)際的成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，二期機(jī)組通過(guò)增加備用層催化劑、省煤器分級(jí)、低低溫靜電除塵系統(tǒng)、增設(shè)濕式電除塵（一電場(chǎng)）、雙托盤、交互式噴淋系統(tǒng)改造等多項(xiàng)技術(shù)措施后，設(shè)計(jì)煙氣污染物排放值能夠達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放控制水平，實(shí)現(xiàn)煙氣超低排放。

參考文獻(xiàn)

[1]漲知識(shí)，什么是火電機(jī)組超低排放[OL].北極星電力網(wǎng).

[2]薛建明，縱寧生.濕式電除塵器的特性及其發(fā)展方向[J].1997（3）.

[3]國(guó)務(wù)院：全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造[OL].中國(guó)新聞網(wǎng)，2015-12-02.

（作者單位：大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司）