淺談煙氣協(xié)同治理技術在燃煤電廠的應用

彭宇泉

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

淺談煙氣協(xié)同治理技術在燃煤電廠的應用

彭宇泉

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

通過對某燃煤電廠煙氣治理改造系統(tǒng)的分析，論述了煙氣協(xié)同治理控制技術在項目上的應用，旨在為燃煤電廠在考慮煙氣凈化處理工藝選擇和控制集成時提供一些參考。

煙氣凈化；燃煤電廠；集中控制；協(xié)同治理技術；煙氣治理島

1 背景

隨著我國環(huán)保標準的日趨嚴格，特別是史上最嚴標準《火電廠大氣污染物排放標準》于2014年7月1日起正式施行，京津冀屬于重點地區(qū)，也是霧霾及各種污染物的重災區(qū)，新標準要求SO2排放濃度限值為50mg/Nm3，NOx排放濃度限值為100mg/Nm3，粉塵排放濃度限值為20mg/Nm3。某燃煤熱電廠地處京津冀地區(qū)，廠區(qū)離市區(qū)僅5公里，屬于重點監(jiān)控地區(qū)。該熱電廠已投運鍋爐4臺，4#、5#、6#鍋爐額定蒸發(fā)量為75t/h，1#鍋爐額定蒸發(fā)量為130t/h。該廠對脫硫、脫硝、除塵輸灰系統(tǒng)進行統(tǒng)一改造，使改造后的煙氣排放符合國家最新標準。

2 各改造系統(tǒng)及工藝概況

2.1 脫硫系統(tǒng)

改造共配置2套全煙氣脫硫石灰石-石膏濕法系統(tǒng)：2×75t/h（4#、5#鍋爐）配置1套脫硫裝置（簡稱FGD2）；75t/h 、130t/h鍋爐（6#、1#鍋爐）配置1套脫硫裝置（簡稱FGD1），其他輔助系統(tǒng)按2套鍋爐全煙氣脫硫考慮。脫硫工藝采用噴淋吸收塔作為吸收設備，采用石灰石-石膏法脫硫工藝，對引風機及6kV高壓變頻更換改造，不設增壓風機，每臺塔設置5層噴淋，在脫硫塔入口SO2濃度小于4000mg/Nm3時，脫硫塔出口SO2濃度小于50mg/Nm3。

出口SO2濃度是該子系統(tǒng)中最重要的參數(shù)，無論鍋爐負荷及煙氣含硫量如何變化，都必須保證參數(shù)值。濕法脫硫中，影響出口SO2濃度的主要參數(shù)有：鍋爐負荷、煙氣含硫量、入口粉塵、噴淋層數(shù)、漿液pH值、石灰石細度及活性。脫硫系統(tǒng)需對上述參數(shù)進行協(xié)調控制，以保證出口SO2排放濃度符合要求。

2.2 除塵及輸灰系統(tǒng)

除塵系統(tǒng)采用電袋復合式除塵器控制工藝，通過前部分電除塵器收集60%以上的粉塵，后部分袋區(qū)收集細微及較難荷電的粉塵。普通的電除塵器，對煤種的適應性較差，且是采用振打的方式清灰，容易造成二次揚塵，基本無法達到小于20mg/Nm3的排放濃度，而采用電袋復合式除塵器，前部分采用電收塵能減少整個系統(tǒng)的阻力，后部分的袋區(qū)能有效捕集電區(qū)收塵產生的二次揚塵，且袋區(qū)收塵對煤種變化的適應性強，能長期有效保證除塵效率。濾袋的選擇是影響電袋控制系統(tǒng)排放效果及阻力的關鍵。袋區(qū)控制系統(tǒng)的特點有：采用定時清灰及定壓清灰兩種方式，在保證系統(tǒng)排放達標的同時，對布袋進行有序清灰，以減少整個系統(tǒng)的阻力。清灰次數(shù)過多，會影響布袋的使用壽命，增加運行成本；清灰次數(shù)過少，容易增加系統(tǒng)阻力，增大引風機出力，增加能耗，因此對清灰方式及清灰間隔的選擇是整個系統(tǒng)運行的關鍵。影響出口粉塵濃度的主要參數(shù)有：鍋爐負荷、入口煙氣粉塵濃度、入口煙氣溫度、煙氣流速、電區(qū)高壓供電方式、電區(qū)振打方式、袋區(qū)噴吹方式及噴吹間隔等。通過對上述參數(shù)的綜合控制，以期達到粉塵出口排放標準。

2.3 脫硝系統(tǒng)

目前，國內的小型鍋爐主要采用SNCR技術脫除氮氧化物，該技術由于不用催化劑，成本較低。該項目采用尿素作為還原劑，尿素價格低廉，儲存方便，安全性能比氨水高。脫硝系統(tǒng)由還原劑制備模塊、輸送模塊、計量分配模塊三部分組成。還原劑制備模塊配置出一定濃度的尿素溶液，通過輸送模塊將配置好的尿素溶液輸送到計量分配模塊，通過計量分配模塊的調節(jié)閥將一定量的溶液噴進鍋爐。噴槍的布置位置及數(shù)量是影響脫硝系統(tǒng)排放效果的關鍵，SNCR脫硝的有效溫度范圍為800℃～1100℃，因此噴槍需布置在有效溫度范圍內才能達到最佳效果。影響出口氮氧化物的主要參數(shù)有：鍋爐負荷、噴射溫度、煙氣流速。

3 煙氣協(xié)同治理技術的開發(fā)及應用

隨著對煙氣治理系統(tǒng)的深入理解及技術的不斷創(chuàng)新，在該脫硫、脫硝、除塵輸灰改造的基礎上提出煙氣治理島的綜合治理方案，以解決各分散系統(tǒng)之間的資源共享、協(xié)同控制，在滿足污染物排放標準的基礎上，使各子系統(tǒng)、設備整體性能達到最優(yōu)，最大程度地減少能耗，實現(xiàn)整個煙氣治理過程的優(yōu)化控制。

按照正常的工藝，脫硫、脫硝、除塵三個系統(tǒng)一般的布置方式是脫硝在前，除塵居中，脫硫在后（如圖1），因此需要考慮脫硝系統(tǒng)對除塵系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)的影響，除塵器系統(tǒng)對脫硫系統(tǒng)的影響。在脫硝系統(tǒng)中，噴射的尿素溶液如果太多，NH3逃逸量過大，容易對后續(xù)的空氣預熱器造成腐蝕、結垢甚至堵塞，但尿素溶液與氮氧化物發(fā)生還原反應產生的水能降低粉塵的比電阻，增加粉塵的荷電性，對后續(xù)除塵比較有利；但噴射的尿素溶液若太少，則無法達到脫硝效果。在除塵系統(tǒng)中，應盡可能減少粉塵排放，如果排放濃度過高，會降低吸收塔漿液及副產品石膏的品質，使石膏變黑且很難脫水干燥，降低新加入的石灰石漿液的活性，最終有可能導致漿液中毒，使脫硫效率大大降低；但若僅強調除塵效果（如小于10mg/Nm3），增加袋區(qū)的布袋噴吹頻率，勢必會增加電區(qū)的耗電量，從而大大增加能耗及減少布袋的使用壽命，因此要在控制好煙氣各項指標的同時，進行協(xié)調控制，最終達到最大程度地節(jié)水、節(jié)電。

圖1 煙氣治理系統(tǒng)工藝流程示意圖

經過對各子系統(tǒng)的充分了解，決定將各控制系統(tǒng)集中控制，采用同一工程師站及操作員站，使每臺操作員站均可以獨立地對各系統(tǒng)進行監(jiān)視及控制，以減少監(jiān)控人員的數(shù)量及勞動強度，減少工程師站及操作員站的數(shù)量，降低成本。將所有信號集中控制，鍋爐公用信號如鍋爐負荷、煙氣量等參數(shù)只需接到其中一個子系統(tǒng)即可在所有子系統(tǒng)控制邏輯中很方便地應用，減少了各子系統(tǒng)分別取這些公用信號的電纜數(shù)量及減少DCS點數(shù)。整個煙氣治理島采用北京四方DCS控制系統(tǒng)，在脫硫系統(tǒng)設置4對DPU，分別是1#吸收塔DPU，2#吸收塔DPU，公用系統(tǒng)DPU1，公用系統(tǒng)DPU2；脫硝系統(tǒng)設置1對DPU；除塵輸灰系統(tǒng)設置1對DPU；設置1對冗余百兆工業(yè)級交換機。系統(tǒng)網絡結構圖如圖2。

圖2 某熱電廠煙氣治理島網絡結構圖

網絡控制結構構成整個煙氣治理島系統(tǒng)的“指揮部”，該控制系統(tǒng)引入鍋爐負荷、爐膛噴射溫度、煙氣量、空氣預熱器出口溫度等作為前饋，與各實際污染物排放量構成前饋-反饋控制系統(tǒng)，當鍋爐負荷、爐膛噴射溫度、煙氣量、空氣預熱器出口溫度等發(fā)生變化時，各控制子系統(tǒng)能迅速提前動作，以減少鍋爐各參數(shù)變化時對后續(xù)設備及各實際污染物排放量的影響。各子系統(tǒng)之間也能迅速根據(jù)彼此的運行狀況做出相應的調整，最終達到最佳的運行效果。煙氣治理島各控制參數(shù)集中控制如圖3。

圖3 煙氣治理島各系統(tǒng)參數(shù)圖

4 結語

經過對某燃煤熱電廠脫硫、脫硝、除塵輸灰系統(tǒng)的改造，對各分散控制系統(tǒng)進行煙氣治理島控制模式集中協(xié)調控制的處理，該廠的排放指標完全達到了國家最新標準，并積累了一定的經驗，可為類似的改造項目提供思路及示例，值得推廣。但煙氣協(xié)同治理技術的發(fā)展不應只停留在控制上，后續(xù)應在工藝上、控制上同時發(fā)力，將軟件與硬件協(xié)調起來，使整個煙氣治理島系統(tǒng)更加智能、完善。

[1] 原永濤，林國鑫，等.火力發(fā)電廠電除塵技術應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.

[2] 郭東明.脫硫工程技術與設備[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.

[3] 鄭國強.一種基于最優(yōu)控制和多參量反饋的節(jié)能系統(tǒng)開發(fā)與應用[C].第11屆國際電除塵器會議論文集，2008.

[4] 董慶武.煙氣治理島集成控制系統(tǒng)的探討[C].龍凈環(huán)保第5屆科技大會論文集，2011.

Discussion on Application of Flue Gas Cooperative Control Technology in Coal-fired Power Plant

PENG Yu-quan
(Fujian Longking Co., Ltd, Fujian Longyan 364000, China)

In accordance with the analysis on the reform system of flue gas treatment in a certain coal-fired power plant, the paper discusses the application of the control technology of the flue gas collaborative treatment in the project. The paper aims at providing some reference suggestions for the coal-fired power plants in consideration of the selections of flue gas purification and treatment process and control integration.

desulfurization; dust removal; denitration; centralized control; coordinated control technology; flue gas treatment island

X701

A

1006-5377（2016）12-0048-03