環(huán)保技術(shù)在超超臨界1000MW火電機組的應(yīng)用分析

李 坤

(山東能源內(nèi)蒙古盛魯電力有限公司)

0 引言

為了緩解電力產(chǎn)業(yè)在社會發(fā)展中的高耗能問題,解決社會經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)與環(huán)保建設(shè)的矛盾關(guān)系, 國家提出了針對火電機組運營的改造與升級計劃。我國是一個以燃煤為主的國家, 一次能源中以煤為主的燃料占到了75%以上。隨著國內(nèi)電力工業(yè)行業(yè)的發(fā)展, 火力發(fā)電廠開始逐步朝著大容量、自動化、低能耗等方向發(fā)展, 在此過程中, 如何實現(xiàn)對火電機組排放的控制, 成為了電力企業(yè)的關(guān)注重點。

火力發(fā)電廠排放的大氣污染物主要有粉塵、SO2、NOx 和多種微量重金屬。為了減少火力發(fā)電廠的排放, 我國出臺了一系列的環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn), 并對火電機組在運營中的排放情況進行了監(jiān)測。為應(yīng)對與之方面相關(guān)工作的深化, 監(jiān)測單位將火電機組排放數(shù)據(jù)與各地環(huán)保局進行了聯(lián)網(wǎng), 進行機組排放的實時監(jiān)控。盡管管理單位投入了大量資金、人力用于改造機組以減少其污染物的排放, 但根據(jù)監(jiān)管單位的反饋可知, 現(xiàn)有的減排方案根本無法在實際應(yīng)用中發(fā)揮預(yù)期的效果, 針對此方面問題, 本次研究引進環(huán)保技術(shù), 以1000MW 為例, 開展如下所示的設(shè)計研究。

1 1000MW 火電機組的排放性能分析

為掌握1000MW 火電機組在投入使用后的優(yōu)勢,在設(shè)計前, 將其與某地區(qū)發(fā)電廠現(xiàn)用的300MW 火電機組在使用中的污染物排放量進行對比, 見表1。

表1 1000MW 火電機組的排放性能分析

根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)可以看到, 隨著火電機組單機容量的增加, 即使用高效率、大容量的臨界火電機組, 在增加了機組發(fā)電量的同時, 燃煤量反而呈現(xiàn)降低趨勢, 與此同時, 火電機組在運行過程中的污染物排放量(包括SO2排放量、煙塵排放量、NOx 排量等) 也呈現(xiàn)對應(yīng)的趨勢。綜合上述分析可以說明:1000MW 火電機組在投入使用后的綜合性能優(yōu)于300MW 火電機組的的綜合性能。

2 1000MW 火電機組概況

在進行1000MW 火電機組環(huán)保設(shè)計前, 對電廠機組的基本情況進行分析。在此過程中, 應(yīng)明確本文研究的火電廠是一種將煤炭作為核心燃料的電能生產(chǎn)單位, 煤炭燃燒的過程便是電能生產(chǎn)的過程。煤炭燃燒時, 需要將塊狀煤進行加工與研磨, 塊狀煤形成粉末后, 被送到爐膛中進行燃燒, 燃燒過程會釋放大量的熱能, 熱能可以用于加熱鍋爐中的給水, 使液態(tài)水成為水蒸氣, 從而實現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能, 對火電廠的生產(chǎn)流程展開分析。

本次研究的火電機組為2 ×1000MW 屬于超超臨界直流機組, 其關(guān)鍵參數(shù)見表2。

表2 超超臨界火電機組的主要技術(shù)參數(shù)

3 環(huán)保技術(shù)在超超臨界1000MW 火電機組的應(yīng)用

3.1 超超臨界1000MW 火電機組脫硝處理

采用SCR 脫硝工藝能夠?qū)⒚撓跣士刂圃?5%以上, 為滿足環(huán)保要求, 按照80%的控制, 再加上對低氮燃燒系統(tǒng)的改造, 對原有系統(tǒng)進行催化劑增加處理, 從而確保脫硝系統(tǒng)的提效效果能夠滿足預(yù)期要求[1]。針對原有脫硝系統(tǒng), 在建設(shè)的過程中, 按照80%進行設(shè)計, 并結(jié)合“2 +1”方案完成布置。鍋爐出口的NOx 濃度通常在300mg/m3左右, 此次改造,按照入口NOx 濃度不超過350mg/m3進行設(shè)計。若達到NOx 排放濃度不超過40mg/m3, 只需要將脫硝效率增大到88%, 在原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上, 設(shè)置一層新的催化劑結(jié)構(gòu), 解決脫硝問題[2]。一般情況下, 催化劑用量越大, SO3轉(zhuǎn)化率越高, 但也會增大空預(yù)器中硫酸氫銨的堵塞概率。在相同SO3濃度條件下, 氨氣含量較低, 因此, 本項目提出在空預(yù)器投入后, 通過氨氣均勻度的檢測和調(diào)整, 來降低空預(yù)器的運行風(fēng)險[3]。原來SCR 工藝中, 沒有在備用層段增設(shè)吹灰裝置,使用的是一個單級反應(yīng)器, 每個層段有7 個。此次的改造, 是根據(jù)原來的設(shè)計, 為每臺機組增加14 臺聲波吹灰器, 2 臺機組, 總計增加28 臺聲波吹灰器, 因此, 應(yīng)該對其進行相應(yīng)地增加壓縮空氣管線。

3.2 基于環(huán)保技術(shù)的機組綜合除塵處理

原有超超臨界1000MW 火電機組在采取相應(yīng)措施后, 粉塵排放濃度能夠達到15mg/m3～20mg/m3的水平, 但無法實現(xiàn)將其控制在5mg/m3以下的水平。為了使煙道出口的煙塵濃度不超過5mg/m3, 或者不超過10mg/m3, 就必須采取更為細致的煙道除塵技術(shù)[4]。對此, 引入環(huán)保技術(shù), 對機組綜合除塵處理進行改造。該項目原有的除塵系統(tǒng)根據(jù)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)進行整體除塵, 其中靜電除塵器的除塵效率按99.84%進行計算, 在燃燒設(shè)計及校核煤種時,靜電除塵器的除塵濃度均為50mg/m3, 在采用濕式脫硫噴淋塔沖洗后, 其出塵濃度降至30mg/m3以下, 滿足國家規(guī)定。本文提出一種全新的“超潔凈”目標(biāo),即在環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用下, 電除塵器只能選用低低溫型[5]。在電除塵器進口處, 需安裝一個低溫型的省煤器, 使煙氣溫度降低到接近露點的溫度, 從而大大提升電除塵器的收塵效率, 并將廢熱量送入回?zé)嵯到y(tǒng),從而達到節(jié)能降耗的目的。

在低低溫度條件下, 碳煙的比阻系數(shù)下降, 碳煙的電粘附能力下降, 碳煙的荷電性增加; 結(jié)果表明:煙氣的容積率減小, 電場的速度減小, 在電場中的滯留時間增加, 單位容積內(nèi)的塵埃質(zhì)量濃度增加; 降低了煙塵中的微粒和氣體分子的熱轉(zhuǎn)移性, 增加了空氣的擊穿電壓, 從而增加了粉塵的收塵效果?？梢? 在煙氣降溫后進行操作, 可以從多個角度改善靜電收塵器的工作特性, 從而達到優(yōu)化操作的目的。在設(shè)計低低溫靜電除塵器時, 其關(guān)鍵在于對其進口煙溫的選取要合適, 根據(jù)國外已有的生產(chǎn)實踐, 爐溫控制在90℃以內(nèi)是最佳的效果。

3.3 脫硫改造

為實現(xiàn)對超超臨界1000MW 火電機組的脫硫處理, 引入石灰石——石膏濕法。通常情況下, 該工藝的應(yīng)用可以使脫硫效率達到95%以上。在選擇石灰石材料時, 需要考慮其硬度條件, 利用石灰石的可磨指數(shù)可以實現(xiàn)對其硬度的判定。石灰石可磨指數(shù)可用符號BWI 表示, 在此基礎(chǔ)上, 針對球磨機能耗與硬度粒度的關(guān)系進行估算:

式中,W為能耗,P為八成的產(chǎn)品可通過篩網(wǎng)孔徑,F為八成的入料可通過的篩網(wǎng)孔徑,CF為修正系數(shù), 需要進行無量綱化處理。

若需要進一步對其脫硫效率進行提升, 還需要采用相關(guān)輔助措施。在石灰石-石膏濕法基礎(chǔ)上, 為達到環(huán)保超低排放, 為吸收塔增設(shè)一臺漿液循環(huán)泵裝置, 并在塔內(nèi)增設(shè)噴淋層以及增效裝置。

在吸收塔當(dāng)中增設(shè)一臺漿液循環(huán)泵裝置, 該裝置的流量應(yīng)當(dāng)控制在13000m3/h 以上, 揚程可根據(jù)需要設(shè)置為28m 或30m, 對應(yīng)的軸功率分別為1450kW 和1500kW。電機功率通常為1500kW/1800kW。在此基礎(chǔ)上, 還需要增設(shè)土建和電氣等基礎(chǔ)設(shè)施。在需要進行改造的噴淋層上, 再增設(shè)一層。要求噴淋層木管的直徑應(yīng)當(dāng)控制在1300cm ～1500cm 范圍內(nèi), 其材質(zhì)的選擇應(yīng)當(dāng)盡可能選用FRP。吸收塔液位應(yīng)當(dāng)按照原始高度抬高1.1m, 吸收塔的入口與第一層噴淋層均需要抬高1m, 并將除霧器的位置抬高2.5m。

按照上述內(nèi)容進行改造, 吸收塔標(biāo)高提升5m 以上, 燃用校核煤種時, 其排放的二氧化硫濃度能夠有效控制在30mg/m3以內(nèi)。

4 應(yīng)用后機組運行試驗

為確保相關(guān)工作實施達到預(yù)期效果, 完成環(huán)保技術(shù)在火電機組中的應(yīng)用后, 采集1000MW 火電機組在改造升級前與改造升級后的出口煙氣, 通過對煙氣的分析, 掌握環(huán)保技術(shù)在機組改造工程中的應(yīng)用效果。

完成采樣后, 對機組1 與機組2 出口污染物排放量進行統(tǒng)計, 其結(jié)果見表3。

表3 環(huán)保技術(shù)應(yīng)用前與應(yīng)用后機組1 與機組2 出口污染物排放量對比分析

5 結(jié)束語

根據(jù)上述研究, 得到如下結(jié)論: 環(huán)保技術(shù)應(yīng)用前機組污染物排放量＜環(huán)保技術(shù)應(yīng)用后機組污染物排放量, 說明本文提出的環(huán)保技術(shù)在應(yīng)用中效果良好, 此項技術(shù)可以有效控制1000MW 火電機組的污染物排放, 通過此種方式, 降低火電廠在運行過程中對生態(tài)環(huán)境的污染。