某電廠煙氣脫硝、脫硫和除塵系統(tǒng)改造的研究

徐文勝

(忻州市環(huán)境檢測(cè)站，山西 忻州 034000)

燃煤電廠是我國(guó)能源消耗大戶及污染物排放主要貢獻(xiàn)者。目前，隨著我國(guó)對(duì)節(jié)能減排工作的不斷深入，燃煤電廠的煤炭燃燒排放監(jiān)督已愈發(fā)嚴(yán)格。2015年12月，國(guó)家印發(fā)了《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》，《方案》要求加快燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放改造步伐，到2020年，通過相關(guān)新的技術(shù)手段與設(shè)備，使有條件的新建及現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組達(dá)到超低排放水平[1]。

1 某電廠改造前煙氣處理工藝設(shè)施

某電廠建于90年代，有4臺(tái)機(jī)組，分別為1#、2#、3#、4#鍋爐，功率皆為340 MW。每個(gè)鍋爐配置5臺(tái)磨煤機(jī)，每臺(tái)功率為30 t粉煤/h。本次研究選擇4#機(jī)組，改造前，機(jī)組脫硝裝置采用選擇性催化還原法(SCR)；除塵裝置采用的是雙室六電場(chǎng)靜電除塵器；脫硫裝置采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝。生產(chǎn)工藝流程圖，如圖1所示。

1.1 改造前機(jī)組煙氣各污染物排放狀況

改造前，4#機(jī)組在達(dá)標(biāo)排放情況下，煙氣通過高240 m煙囪(現(xiàn)有)排入大氣。2016年1月18日煙塵、SO2、NOx監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如表1所示。

1.2 改造前煙氣處理各裝置概況及運(yùn)行中存在的問題

1) 脫硝裝置。改造前，該機(jī)組采用“高含塵布置方式”的選擇性催化還原法(SCR)。脫硝技術(shù)方案是采用尿素水解法制備脫硝還原劑氨水，氨水按照一定的速度噴射進(jìn)帶有催化劑的煙氣反應(yīng)設(shè)備中，煙氣中氮氧化物和氨水中的氨發(fā)生化學(xué)還原反應(yīng)，進(jìn)而得到脫銷，還原成氮?dú)夂退?。煙氣停留時(shí)間和氨水的噴射量是脫硝效率的主要影響因素[2]。脫硝工藝流程，如第121頁(yè)圖2所示。

圖1 電廠生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖表1 機(jī)組出口煙氣監(jiān)測(cè)結(jié)果

指標(biāo)污染物/mg·m-3NOxSO2煙塵處理前3803 52610 369處理后1309420.4去除率65.7%97.3%99.80%超低排放要求<50<35<10由檢測(cè)結(jié)果可知,電廠現(xiàn)有的脫硝除塵脫硫裝置未達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

由機(jī)組脫硝裝置自行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，改造前，脫硝效率能滿足現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)要求，但不能達(dá)到超低排放要求。主要原因?yàn)椋孩僭写呋瘎┑母叨炔荒軡M足脫硝效率的要求；②噴氨裝置還需要進(jìn)一步改進(jìn)，進(jìn)一步加大氨的噴射量；③稀釋風(fēng)采用的是熱一次風(fēng)，易造成堵塞。

2) 脫硫裝置。改造前，機(jī)組煙氣脫硫采用1爐1塔、煙塔合一排煙技術(shù)。在塔體底部直接布置漿液池，在塔體上部設(shè)置四層噴淋層。改造前機(jī)組脫硫出口SO2濃度基本穩(wěn)定在50 mg/Nm3～200 mg/Nm3范圍之內(nèi)，脫硫效率不低于95%，排放出口SO2能達(dá)標(biāo)排放，但不能滿足未來超低排放要求。主要原因?yàn)椋孩傥账娏軐幽腹芎椭Ч芤蚴┕べ|(zhì)量差，存在噴嘴嚴(yán)重磨損及少量脫落，影響脫硫安全穩(wěn)定運(yùn)行；②吸收塔氧化風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)壓頭偏小，尤其經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后，故障頻繁，效率下降，軸承溫度高，對(duì)脫硫系統(tǒng)影響較大；③塔外循環(huán)管存在局部磨損嚴(yán)重，在循環(huán)泵出口大小頭及彎頭變徑處經(jīng)常發(fā)生漏漿現(xiàn)象；④自脫硫投運(yùn)以來，脫硫廢水直排入灰漿池，廢水系統(tǒng)一直未投運(yùn)，且相關(guān)管道設(shè)施已腐蝕損壞。

圖2 改造前4#機(jī)組脫硝工藝流程圖

3) 除塵裝置。改造前，機(jī)組使用兩臺(tái)臥式雙室六電場(chǎng)靜電除塵器，煙氣出口煙粉塵基本上濃度都控制在30 mg/m3以下，除塵效率>99%，但外排煙塵仍不能滿足超低排放要求。主要原因?yàn)椋红o電除塵器去除細(xì)小的顆粒物有一定局限性，尤其是對(duì)于粒徑在0.1 μm～1.0 μm的煙塵其除塵效果表現(xiàn)更低。

2 煙氣脫硝、脫硫和除塵系統(tǒng)改造的研究

考慮目前市場(chǎng)上常用的脫硝、脫硫、除塵的改造方法，并基于本電廠煙氣處理系統(tǒng)的實(shí)際情況，現(xiàn)對(duì)該機(jī)組進(jìn)行如下改造研究。

2.1 煙氣脫硝改造

改造前電廠采用的是低氮燃燒+SCR脫硝工藝，脫硝原設(shè)計(jì)效率為50%，執(zhí)行NOx的排放限值為200 mg/Nm3。根據(jù)最新要求2020年達(dá)到排放限值為50 mg/Nm3，脫硝率為87.5%。

為了達(dá)到超低排放要求，針對(duì)前述分析，認(rèn)為需要增加脫硝裝置的催化劑裝填高度，并加大氨的噴射量，以進(jìn)一步降低NOx排放濃度。具體措施為：

1) SCR反應(yīng)器區(qū)改造。①催化劑。加裝一層高度975 mm的催化劑(單臺(tái)爐體積168 m3)，第二次為在其達(dá)到化學(xué)壽命后更換，以后每3年更換一次。同時(shí)，增加煙氣在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間。②吹灰系統(tǒng)。取消蒸汽吹灰器，每層新增1臺(tái)聲波吹灰器，并相應(yīng)調(diào)整聲波吹灰高度位置。③氨稀釋噴射系統(tǒng)。每臺(tái)爐更換2臺(tái)計(jì)量模塊，設(shè)計(jì)出力為132.5 kg/h，調(diào)節(jié)范圍為10%～120%。④尿素水解系統(tǒng)。需加大處理，更換大的流量計(jì)量模塊，氨產(chǎn)量需要達(dá)到165 kg/h。⑤流場(chǎng)及渦流混合器。整體更換原稀釋風(fēng)管道和閥門，更換氨空氣混合器，改造后氨耗量為165 kg/h，所需稀釋風(fēng)流量為4 355 Nm3/h。同時(shí)，改用冷一次風(fēng)，并在反應(yīng)器下部設(shè)冷風(fēng)加熱管道。

2) 還原劑存儲(chǔ)及制備。原尿素溶液制備和存儲(chǔ)均能滿足改造后的要求，無(wú)需改造。

3) 實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷脫硝。根據(jù)現(xiàn)有的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，低于最低噴氨溫度的時(shí)間占比約4%，不能滿足98%要求。因此，需要通過拆分省煤器以及省煤器入口加裝旁路煙道、熱水再循環(huán)等技術(shù)，提高低負(fù)荷時(shí)省煤器出口煙溫。

改造后SCR脫硝工藝，如圖3所示。

圖3 改造后4#機(jī)組脫硝工藝流程

2.2 煙氣脫硫改造

本工程脫硫改造后要求排放濃度為35 mg/Nm3，改造后預(yù)期脫硫效率為99.1%。目前改造技術(shù)主要有單塔雙循環(huán)技術(shù)、雙塔雙循環(huán)技術(shù)等。

通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較可知，兩種方案造價(jià)及阻力均差別不大。結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況，充分利用現(xiàn)有設(shè)備，并考慮雙塔方案停爐時(shí)間較短，可靠性及對(duì)硫分適應(yīng)性更高，本項(xiàng)目?jī)?yōu)先采用雙塔雙循環(huán)技術(shù)。具體措施為：1) 原有吸收塔基本無(wú)需改造，將原塔作為一級(jí)塔，新建塔作為二級(jí)塔；2) 在現(xiàn)有吸收塔出口增設(shè)臨時(shí)煙囪，以減少停爐時(shí)間；3) 拆除管式煙氣換熱器(GGH)，利用取消GGH位置布置新建吸收塔；4) 每臺(tái)爐新建塔徑為13 m的二級(jí)塔，設(shè)置三層石灰水噴淋層，兩層攪拌，每層設(shè)置三臺(tái)攪拌器用于石灰石漿池?cái)嚢?，同時(shí)設(shè)置兩臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)，一用一備，用于二級(jí)塔漿池氧化。

2.3 煙氣除塵改造

由前文分析可知，現(xiàn)有干式除塵器已增至6電場(chǎng)，煙塵排放濃度已經(jīng)很接近超凈除塵，但仍不能滿足超低排放要求，主要原因是靜電除塵對(duì)這種細(xì)顆粒的處理能力比較差。綜合考慮技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)性、現(xiàn)場(chǎng)條件等多種因素，并通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，可以采用更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠團(tuán)聚除塵[3]。除塵改造工藝流程，如圖4所示。

圖4 改造后4#機(jī)組除塵工藝流程

3 電廠煙氣超凈排放改造實(shí)施效果

3.1 改造后污染物排放狀況

2016年12月10日，4#機(jī)組已經(jīng)基本完成超凈改造，正式投入運(yùn)行。根據(jù)改造要求，4#鍋爐煙氣實(shí)現(xiàn)超低排放。鍋爐煙氣通過高240 m煙囪(現(xiàn)有)排入大氣，且少量氨逃逸可滿足《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 14554-93)。2017年5月4日煙塵、SO2、NOx監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 機(jī)組出口煙氣監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.2 改造后的經(jīng)濟(jì)效益

通過對(duì)4#機(jī)組脫硝、除塵和脫硫的超凈改造，脫硝系統(tǒng)、脫硫裝置、除塵系統(tǒng)改造增加的靜態(tài)投資分別為836.8萬(wàn)元、3 682.6萬(wàn)元、436.9萬(wàn)元，增加的靜態(tài)發(fā)電單位成本分別約為1.454 9元/MWh、6.833 2元/MWh、1.261 1元/MWh。但是，經(jīng)過計(jì)算分析，通過2017年～2018年改造后的超低排放系統(tǒng)運(yùn)行，由于超凈改造電價(jià)補(bǔ)助為0.010元/度電，且由于排放污染物減少，4#機(jī)組的排污費(fèi)可減少150萬(wàn)元/年。不但減少污染物排放，也沒有增加企業(yè)生產(chǎn)成本費(fèi)用，由此可知，對(duì)此電廠4#機(jī)組的煙氣脫硝、脫硫和除塵系統(tǒng)改造，具有重大意義。

4 結(jié)論

綜上所述，針對(duì)某電廠現(xiàn)有煙氣排放不能滿足最新超凈排放要求的情況，立足電廠現(xiàn)有煙氣凈化裝置，進(jìn)行了如下改造：1) 煙氣脫硝改造是增加一層975mm高度的催化劑層(反應(yīng)時(shí)間由0.3 s增加至0.55 s)；2) 脫硫改造是通過增加一個(gè)吸收塔，采用雙塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)；3) 除塵改造是在靜電除塵器前增加一個(gè)PM2.5團(tuán)聚系統(tǒng)。根據(jù)國(guó)家和地方政府的要求，通過改造，不但減少污染物排放，達(dá)到了超凈排放要求，而且也沒有增加企業(yè)生產(chǎn)成本費(fèi)用，因此具有實(shí)際意義，值得推廣。