燃煤電廠超低排放系統(tǒng)評價關(guān)鍵技術(shù)研究

劉曉冰 趙健

（1.華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261000）

（2.浙江大學(xué)能源工程設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310007）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的發(fā)展，能源消耗量逐漸增加，環(huán)境問題也越來越嚴(yán)重，社會也逐漸重視廢氣污染物的排放和治理。目前，我國主要采用脫硝-脫硫-燃煤發(fā)電相結(jié)合的方式實現(xiàn)超低排放技術(shù)的工程設(shè)計，并根據(jù)適合社會發(fā)展的技術(shù)方法進(jìn)行分析比較，是控制污染影響的主要途徑。此外，化石原料消耗的增加將引發(fā)能源危機(jī)，對人們的健康和生活質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。

一、超低排放概述

燃煤電廠的顆粒物排放仍然是我國大氣PM2.5 的主要來源之一。燃煤發(fā)電仍是我國電力供應(yīng)的主要動力，并將繼續(xù)保持電力主導(dǎo)地位，因此，控制燃煤電廠的排放污染仍是我國電力供應(yīng)的主要目標(biāo)之一。目前，全國燃煤電廠超低排放改造已基本完成，重點區(qū)域微塵濃度控制在10mg/m3 以內(nèi)，5mg/m3 以內(nèi)。除了提高現(xiàn)有電除塵系統(tǒng)的效率外，還需要提高濕法脫硫裝置的效率進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，以保證顆粒去除效率，必要時還需要增加濕法電除塵器。允許微粒排放濃度穩(wěn)定在低水平。超低排放是指火電廠燃煤鍋爐采用集成系統(tǒng)技術(shù)，在發(fā)電和處理過程中高效、和諧地去除各種污染物，使大氣污染物濃度基本達(dá)到燃煤排放限值。燃燒單位，即NOx30mg/m3，SO225mg/m3，煙塵5mg/m3。

二、研究背景分析

由于現(xiàn)有清潔能源因使用大量煤炭而無法完全替代煤炭，因此實現(xiàn)超低排放技術(shù)創(chuàng)新、安裝排放控制裝置減少污染物排放、使用排污減排等目標(biāo)是一個漸進(jìn)的轉(zhuǎn)變。國家出臺燃煤改造計劃后，燃煤電廠開始了煙氣凈化系統(tǒng)的升級改造。改造過程中，大唐-南京電廠充分考慮了各種凈化設(shè)備的協(xié)同效應(yīng)和煙氣中各類有害氣體的相互影響，在現(xiàn)有凈化設(shè)備的基礎(chǔ)上，對脫硫塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了升級改造。同時在脫硫塔出口安裝輔助電除塵設(shè)備，主除塵設(shè)備升級為濕式電除塵設(shè)備。在脫硝方面，采用液氨還原脫硝技術(shù)，通過轉(zhuǎn)化，大大減少了廢氣中的有害氣體，使污染物排放達(dá)到超低排放限值，但轉(zhuǎn)化成本較高。超低排放改造技術(shù)主要包括脫硫、脫硝和除塵。其中，脫硫一般采用濕法脫硫技術(shù)，主要是利用石灰石吸附煙塵，使排放的煙塵含硫量降低95%以上，是當(dāng)今廣泛應(yīng)用的一種非常成熟、高效的脫硫技術(shù)。脫硝主要采用非催化脫硝技術(shù)和催化脫硝技術(shù)：非催化脫硝技術(shù)適用于含氮煙氣的一次脫硝，可使煙氣含氮量降低50%。該技術(shù)適用于含氮煙氣二次脫硝，二次脫氮可使煙氣含氮量降低90%。由于后者較貴，通常將兩者結(jié)合使用，以降低煙氣中的氮含量，以達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。除塵主要采用電吸附除塵技術(shù)，現(xiàn)有濕式電吸附除塵裝置可使煙氣中顆粒物減少75%左右。

三、我國現(xiàn)有除塵技術(shù)

（一）靜電除塵器

電除塵器的原理是將煙氣中所含的粉塵通過電極排出，使粉塵帶電，粉塵在電場張力的作用下向電極移動，由電極收集收集。電除塵器壽命長、維護(hù)成本低、應(yīng)用范圍廣當(dāng)國產(chǎn)電除塵器出口煙塵濃度限制在20mg/m3 時，50%以上的煤種適用于現(xiàn)有電除塵器，但靜電除塵器適用于靜電除塵器。除塵器耗電大，設(shè)備復(fù)雜，占地面積大，對粉塵電阻率要求高。

（二）濾袋除塵器

袋式除塵器是利用紡織面料的過濾作用除塵的干式高效除塵器，效率達(dá)到99.9%，排放絕對值基本不受粉塵特性的影響。濾袋壽命很短。由于濾袋過濾的煙塵濃度高，除塵頻率高，特別是大顆粒煙塵和較硬煙塵的細(xì)化磨損嚴(yán)重。因此，濾袋的壽命通常較短，3a。雖然處理高溫高電阻粉塵容易，但布袋除塵壽命主要由濾袋壽命決定。尤其不適用于附著力強(qiáng)、吸濕性強(qiáng)的粉塵。煙氣溫度不能低于露點溫度。否則，可能會發(fā)生冷凝，濾袋可能會堵塞。

（三）濕式靜電除塵器

濕式靜電除塵器將水霧直接噴灑到電極和電暈區(qū)域，水霧在可見電極形成的強(qiáng)電暈場中帶電，然后分裂并進(jìn)一步噴射，使電場力與帶電的霧發(fā)生碰撞。它對塵粒進(jìn)行阻擋、吸附和凝聚，并集中收集，最后在電張力的驅(qū)動下，塵粒到達(dá)集塵極。由于濕式電除塵器目前還沒有統(tǒng)一的設(shè)計選型標(biāo)準(zhǔn)，無法在相同煙氣條件下比較不同濕式電除塵器的設(shè)計參數(shù)。濕式電除塵器置于脫硫系統(tǒng)后，占地面積小，對新機(jī)組布局影響不大，但對投產(chǎn)的老機(jī)組進(jìn)行了改造?？臻g，濕式靜電除塵器的布局將是一個很大的選擇問題。

四、電廠“超清潔排放”工藝流程

電廠采用“超清潔排放”工藝主要包括鍋爐、低氮燃燒、SCR 脫硝、靜電除塵、布袋除塵、單塔雙循環(huán)濕法脫硫、濕法靜電除塵器和煙囪等。在具體實施過程中，電廠鍋爐排出的煙氣首先在鍋爐內(nèi)進(jìn)行低氮燃燒處理，然后進(jìn)行SCR 脫硝處理。其次，相關(guān)工作人員還必須對煙氣進(jìn)行靜電除塵和布袋除塵措施，再使用引風(fēng)機(jī)進(jìn)行除塵處理。第三，工作人員需要加入一定量的石灰石粉，這樣才能進(jìn)行單塔雙循環(huán)濕法脫硫處理。最后，濕式電除塵后，可輕松完成煙氣的深度除塵，使排放的煙氣達(dá)到環(huán)保要求。只有經(jīng)過處理的煙氣才能通過煙囪排出。此外，還需要相關(guān)人員在鍋爐底部安裝廢渣容器，對低氮燃燒處理時產(chǎn)生的干渣進(jìn)行處理。還需要在低氮燃燒過程中實現(xiàn)催化還原脫硝處理。

五、燃煤電廠超低排放技術(shù)實踐分析評估

（一）基本概述

裝機(jī)容量為600MW 的電廠2 機(jī)組采用電除塵器（高頻電源）+石灰石-石膏濕法脫硫（兩塔2 循環(huán)）+濕法電除塵器的技術(shù)路徑。

（二）超低排放技術(shù)的實施

1.雙循環(huán)脫硫結(jié)合濕式電除塵技術(shù)

在脫硫塔后高濕煙氣條件下，濕式電除塵器提高了對顆粒物的帶電能力，大大提高了脫硫塔攜帶的煙氣和石膏、石灰顆粒的顆粒物去除效率。濕法脫硫后加裝濕式電除塵器的技術(shù)路線，可以可靠地將微塵排放濃度控制在較低水平，在部分電廠，對于微塵排放限值為1mg 的電廠來說，是必然選擇/立方米。安裝濕式靜電除塵器。電廠最大顆粒物排放濃度僅為1.5mg/m3，所有顆粒物排放數(shù)據(jù)均分布在5mg/m3 以內(nèi)，其中93.8%分布在1mg/m3 以下。采用雙塔雙循環(huán)濕法脫硫濕法電除塵工藝，93.8%顆粒物排放濃度小于1mg/m3，100%顆粒物濃度小于3mg/m3，雙塔雙循環(huán)濕法脫硫濕法電除塵工藝適應(yīng)性強(qiáng)，對顆粒物的控制能力非常穩(wěn)定高效。有學(xué)者得出結(jié)論，雙塔雙循環(huán)工藝比單塔脫硫具有更好的顆粒去除效果，特別是對于直徑較大的顆粒。通過工藝和數(shù)據(jù)對比，雙塔雙循環(huán)濕法脫硫濕法電除塵工藝是將顆粒物濃度可靠控制在1mg/m3 的技術(shù)路線。

2.除塵技術(shù)

(1)電除塵器吱吱作響引起的二次揚(yáng)塵是電除塵器運(yùn)行時不可避免的現(xiàn)象。也是判斷顆粒物監(jiān)測靈敏度和準(zhǔn)確度的重要依據(jù)。位于主出口的PCME 181WS 顆粒物監(jiān)測器準(zhǔn)確地捕獲了所有三個測試工廠中由靜電除塵器包裹引起的粉塵峰值。其中，在電廠兩塔濕法脫硫和濕法電除塵器的工藝條件下，在181WS 粉塵出口測得的電除塵器振動粉塵峰值僅為0.5mg/m3 左右。

(2)雙塔雙循環(huán)濕法脫硫工藝比單塔雙循環(huán)具有更高的協(xié)同除塵效率，配備濕式電除塵器可增加并有效降低整個除塵系統(tǒng)的除塵峰值負(fù)荷能力。電除塵器的振動同時雙塔雙循環(huán)+濕式電除塵器是將顆粒物排放濃度降低到1毫克/立方米的可靠方法。

（三）脫硝技術(shù)

濕法氨法脫硫脫硝聯(lián)合技術(shù)是當(dāng)今最具性價比的脫硫脫硝技術(shù)之一。是對濕法煙氣脫硫進(jìn)一步研究的結(jié)果。它同時有效地去除二氧化硫和氮氧化物。這是一個非常經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢。其基本原理是在低溫條件下將氧化氮氧化成二氧化氮，然后在水中與亞硫酸鈉化合，在兩級反應(yīng)器中同時脫除二氧化硫和氮氧化物化合物。濕法氨法脫硫脫硝聯(lián)合技術(shù)必須同時包括氣體分配系統(tǒng)、等離子氧化系統(tǒng)、吸收反應(yīng)系統(tǒng)和廢氣凈化系統(tǒng)四部分。濕法氨法脫硫鍵合技術(shù)是目前正在研究的最成功的方法之一，如果參數(shù)選擇正確，可以顯著提高二氧化硫和氮氧化物的去除效率，同時還具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

六、鍋爐燃燒控制技術(shù)

（一）燃燒控制

給煤量通常隨著負(fù)荷變化的需要而變化，但也受煤-空氣比的影響。因此，在改變給煤量的同時，必須相應(yīng)地改變一次風(fēng)和二次風(fēng)的進(jìn)風(fēng)量。負(fù)荷增加時先放空氣，后放煤，負(fù)荷減少時先減少煤，再減少空氣。給煤速度的控制一般通過改變給煤機(jī)的速度來實現(xiàn)，給煤機(jī)的速度控制應(yīng)采用線性較好的變頻調(diào)速方式。如果多臺給煤機(jī)供煤，則必須有自己的校準(zhǔn)回路，以實現(xiàn)自動或手動控制不同給煤機(jī)之間的無間斷切換。

（二）風(fēng)量控制

進(jìn)入鍋爐的氣流包括一次風(fēng)、二次風(fēng)、回風(fēng)、撒煤風(fēng)等，這比典型的鍋爐控制復(fù)雜得多。風(fēng)量控制包括總風(fēng)量和一次、二次風(fēng)量的比例控制。總空氣量主要由燃料輸入量決定，一次空氣的空氣量在調(diào)節(jié)過程中有一個下限，即保證物料穩(wěn)定流化的最小空氣量。如果一次風(fēng)量低于這個下限，物料的流態(tài)化被破壞，使燃料不能正常燃燒，出現(xiàn)結(jié)焦等問題。一次風(fēng)與二次風(fēng)的比例必須根據(jù)床溫的變化進(jìn)行調(diào)整?；仫L(fēng)通常從一次風(fēng)道吸入，具有風(fēng)壓高、風(fēng)量小的特點，通常可以采用單回路控制的形式實現(xiàn)。該信號控制調(diào)節(jié)閥的開度以改變空氣量。播煤風(fēng)的作用是防止鍋爐的熱煙氣返回給煤設(shè)備，防止設(shè)備損壞，壓力必須高于爐膛壓力。

（三）床壓控制

床壓控制也是循環(huán)流化床鍋爐控制的特點之一。由于循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行時不能直接檢測上清液的厚度，所以只有濃相和稀相的區(qū)別。當(dāng)高密度相區(qū)處于靜止?fàn)顟B(tài)時，料層的厚度對鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響很大。料層太高，排氣口阻力增大，料層太低，不能滿足負(fù)荷。鍋爐運(yùn)行時，物料處于流體狀態(tài)，通過測量一次風(fēng)室與稀釋搭檔之間的壓差和一次風(fēng)量，可以間接測量出料層的厚度。通過調(diào)節(jié)床壓，可以控制料層量。床壓的控制可以通過控制排渣來實現(xiàn)。在排渣管底部安裝脈沖閥控制排渣是一種比較有效的方法。一些小型循環(huán)流化床排渣管底部采用螺旋排渣器排渣，排渣口必須安裝排渣閥控制排渣。

七、結(jié)語

總之，在對燃煤電廠進(jìn)行超低排放改造評價時，可以重點關(guān)注：1、在選擇超低排放改善技術(shù)路線時，應(yīng)具體問題具體分析，根據(jù)電廠實際燃煤情況和電廠運(yùn)行情況，選擇合適的超低排放改善技術(shù)。2.在選擇超低排放改造技術(shù)時，特別是選擇超低排放改造，既要考慮技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性，又要考慮技術(shù)的可靠性、穩(wěn)定性和精密性。具有節(jié)能潛力的技術(shù)3.超低排放改造的技術(shù)適應(yīng)性是提高管理和運(yùn)行水平的重要方面之一。依靠技術(shù)手段來解決所有問題是不可能的。如果適當(dāng)采取技術(shù)措施，同時提高管理和運(yùn)行水平，超低排放轉(zhuǎn)換將更加經(jīng)濟(jì)和有效。