電廠超低排放環(huán)保改造設(shè)備管理

成都三峰環(huán)保發(fā)電有限公司 牟登洪

電廠作為主要能源供應(yīng)單位之一，在發(fā)電過程中產(chǎn)生了大量的廢氣和廢水，對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。為了降低電廠的排放水平，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，電廠超低排放的環(huán)保改造成為社會迫切的需求。在該環(huán)保改造過程中，優(yōu)化設(shè)備管理尤為重要。然而，電廠超低排放設(shè)備在長期運(yùn)行中常常面臨諸如設(shè)備堵塞、催化劑失效等一系列管理問題，直接影響設(shè)備的運(yùn)行效率、排放達(dá)標(biāo)情況以及設(shè)備壽命。因此，對電廠超低排放設(shè)備的管理問題進(jìn)行深入研究是一項迫切的技術(shù)任務(wù)。

1 電廠超低排放環(huán)保改造的常用設(shè)備

1.1 煙氣脫硫裝置

煙氣脫硫裝置主要由吸收塔、循環(huán)泵、噴淋系統(tǒng)、進(jìn)出口管道、反應(yīng)器、冷卻器、泵和儀表控制系統(tǒng)等組成。其作用機(jī)制主要是利用化學(xué)吸收法，將煙氣中含有的二氧化硫與吸收劑進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生硫酸鈣或硫酸鈉等化合物，從而將煙氣中的二氧化硫去除，減少排放物中的硫含量，達(dá)到環(huán)保要求。同時，通過脫硫裝置去除部分氧化劑，可以減少氧化劑到達(dá)后續(xù)的SCR 脫硝裝置的量，降低SCR 脫硝設(shè)備的成本和壓力，也可延長SCR 脫硝催化劑的使用壽命。

1.2 SCR 脫硝裝置

SCR 脫硝裝置主要由氨水噴霧系統(tǒng)、催化劑層、反應(yīng)器、氮氧化物傳感器和控制系統(tǒng)等組成，如圖1所示。其作用機(jī)制是利用選擇性催化還原技術(shù)（SCR），將煙氣中的氮氧化物與氨水反應(yīng)，生成氮?dú)夂退魵?，其中催化劑是將一些金屬氧化物制成的塊狀物質(zhì)，如V2O5，并摻雜了其他的金屬催化劑，如WO3、TiO2等。SCR 脫硝裝置通過在煙氣中添加足量的氨水，使氮氧化物在催化劑層上與NH3進(jìn)行反應(yīng)生成N2和H2O，從而減少燃煤發(fā)電廠排放的氮氧化物含量，達(dá)到超低排放的要求。

圖1 SCR 脫硝工藝流程圖

1.3 煙氣脫硝裝置

煙氣脫硝裝置的投資成本相對較低，適合小型和中型燃煤發(fā)電廠的運(yùn)營。對氨水的用量要求不高，保護(hù)環(huán)境的同時降低了運(yùn)營成本。且不需要控制煙氣的溫度和氧氣含量，因此適用范圍廣。SCR 脫硝裝置的脫硝效率高，能夠?qū)⑷济喊l(fā)電廠排放的氮氧化物降低到極低水平，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性能，可以應(yīng)用于各種不同類型的燃煤發(fā)電廠。而且運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可以做到在線監(jiān)測，及時掌握運(yùn)行情況，方便維護(hù)。因此，可以需要根據(jù)實(shí)際情況選擇和應(yīng)用該類設(shè)備[1]。

1.4 煙氣凈化設(shè)備

在煙氣凈化設(shè)備中，預(yù)處理器主要通過降低煙氣中的污染濃度，以減輕后續(xù)的凈化任務(wù)；除塵器則利用篩選、慣性沉降、電除塵等方式，去除塵、煙等微小顆粒。其中，電除塵器利用電場使粉塵顆粒帶電，然后運(yùn)用電場力進(jìn)行收集，達(dá)到凈化的效果。這些組件的協(xié)同作用可以使煙氣排放的有害物質(zhì)降至最低限度，達(dá)到環(huán)保需求[2]。此外，在一些特殊行業(yè)和場景（如鋼鐵、煉油廠等），還可加裝活性炭吸附器、等離子體凈化等其他凈化設(shè)備，以更好地清除廢氣中的有害物質(zhì)。

2 電廠超低排放環(huán)保改造的設(shè)備管理問題

2.1 煙氣脫硫設(shè)備堵塞問題

設(shè)備內(nèi)部積聚著大量的灰塵、顆粒物等雜質(zhì)，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部空間變窄，阻力增加，影響脫硫效率和穩(wěn)定運(yùn)行。堵塞會導(dǎo)致脫硫劑無法順利通過設(shè)備，造成脫硫劑的噴射比例發(fā)生變化，降低脫硫效果。此外，長期運(yùn)行還會在設(shè)備內(nèi)積累脫硫劑和灰塵，加重堵塞問題。嚴(yán)重的設(shè)備堵塞可能會引起脫硫效率下降、能耗增加、設(shè)備故障率升高，甚至影響電廠的生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)。

2.2 脫硝催化劑失效問題

一方面，催化劑失效后，其脫硝效率會明顯下降，導(dǎo)致氮氧化物排放超標(biāo)。另一方面，催化劑表面積減少會影響催化反應(yīng)速率，使脫硝效率下降。同時，在長期使用催化劑過程中，會受到進(jìn)入的灰塵顆粒等雜質(zhì)的影響，發(fā)生堵塞現(xiàn)象，也會影響脫硝效率[3]。氯、硫等物質(zhì)在高溫下與催化劑反應(yīng)生成毒性物質(zhì)，會使催化劑毒化、失活。此外，高溫脫硝過程中，催化劑表面會形成硫酸銨、硫酸鈉等硫酸鹽，并隨著時間的推移逐漸燒結(jié)，使催化劑表面積減小，導(dǎo)致失效。

2.3 熱風(fēng)爐氧化磨損問題

在高溫燃燒過程中，爐膛內(nèi)壁會和氣體中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致爐膛內(nèi)壁磨損。磨損后的爐膛內(nèi)壁會出現(xiàn)脫落、變形，甚至出現(xiàn)裂縫，影響爐膛的密封性和熱交換效率。熱風(fēng)爐中的火眼是氧氣進(jìn)入爐膛的通道，當(dāng)爐膛內(nèi)壁發(fā)生氧化磨損時，爐膛內(nèi)壁磨粉會隨氣流進(jìn)入火眼，導(dǎo)致火眼堵塞。堵塞的火眼會使氧氣供應(yīng)不足，影響燃燒效果和熱風(fēng)產(chǎn)生的穩(wěn)定性。此外，氧化磨損會使?fàn)t膛內(nèi)壁產(chǎn)生大量的磨粉，磨粉會與爐膛內(nèi)的燃燒產(chǎn)物反應(yīng)形成結(jié)渣，結(jié)渣又堆積在爐膛內(nèi)壁上增加熱阻，降低熱交換效率，還可能導(dǎo)致爐膛內(nèi)部流動不暢，影響燃燒效果[4]。

2.4 污水處理設(shè)備運(yùn)行問題

污水處理設(shè)備長期運(yùn)行后，可能因為設(shè)備堵塞、膜污染、生物膜失活等原因，導(dǎo)致水質(zhì)處理效果下降，未能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)或預(yù)期要求。同時，污水中含有固體顆粒物和有機(jī)物，長期運(yùn)行后會在設(shè)備管道、過濾器、沉淀池等部位形成堵塞或積垢，降低設(shè)備的處理能力和效率，甚至造成設(shè)備故障。此外，運(yùn)行中的污水處理設(shè)備如泵站、攪拌器等耗能設(shè)備，因為設(shè)備老化、維護(hù)不當(dāng)或工藝參數(shù)調(diào)整等原因，增加能耗，加大運(yùn)營成本。

3 優(yōu)化電廠超低排放設(shè)備管理的措施

3.1 建立智能化設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)

智能化設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)利用傳感器、數(shù)據(jù)采集和分析技術(shù)，實(shí)時獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)和性能，對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和診斷，以便及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常和故障，并提供相應(yīng)的維修建議與方案。通過在線傳感器能實(shí)時采集設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括溫度、壓力、流量等關(guān)鍵參數(shù)。通過數(shù)據(jù)分析和模型建立，系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，識別出異常行為，并提前發(fā)出預(yù)警信號。基于采集的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠進(jìn)行故障診斷與分析。通過建立設(shè)備故障數(shù)據(jù)庫和模型，根據(jù)設(shè)備故障特征和規(guī)律，對設(shè)備異常進(jìn)行診斷和判斷，并提供相應(yīng)的故障分析和解決方案。此外，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和故障診斷結(jié)果，智能化設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)可生成維修計劃和工作任務(wù)。系統(tǒng)可以優(yōu)化維修安排，合理分配人力與物力資源，提高維修效率，并減少因設(shè)備故障而引起的停工損失。

3.2 提高設(shè)備清潔與維護(hù)技術(shù)

通過采用先進(jìn)的清潔與維護(hù)技術(shù)，可以保證設(shè)備的良好運(yùn)行狀態(tài)，提高設(shè)備的工作效率和脫硫、脫硝等的排放效果。針對超低排放設(shè)備中的關(guān)鍵部件，如脫硝催化劑、過濾器、除塵器等，采用高壓水射流清洗、超聲波、化學(xué)洗滌劑和溶劑等清潔技術(shù)對設(shè)備進(jìn)行溶解和清洗，以達(dá)到高效的清洗效果。同時，加強(qiáng)設(shè)備的常規(guī)性維護(hù)和預(yù)防性維護(hù)工作，通過設(shè)備的日常清洗、潤滑、緊固，以及定期檢查設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、檢測設(shè)備的故障和異常情況等工作保證設(shè)備正常運(yùn)行。此外，使用先進(jìn)的檢測技術(shù)對設(shè)備進(jìn)行檢測和評估。例如，通過紅外熱像儀對設(shè)備進(jìn)行熱像檢測，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的熱點(diǎn)和異常熱源，及時修復(fù)和調(diào)整；采用超聲波檢測儀對設(shè)備進(jìn)行聲音檢測，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的松動和磨損，及時進(jìn)行維修和更換[5]。

3.3 設(shè)備運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)

通過對設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，可以提高設(shè)備的性能和效率，減少排放物的生成和排放量。如利用信息技術(shù)優(yōu)化鍋爐的燃燒溫度、氧氣濃度、燃料分配等工藝參數(shù)，可以提高燃燒效率和燃料利用率。同時，促進(jìn)設(shè)備運(yùn)行模型和算法優(yōu)化，對設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行狀態(tài)和性能。通過監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和參數(shù)變化，及時識別設(shè)備的潛在故障和異常情況，并采取相應(yīng)措施避免發(fā)生設(shè)備故障。通過能耗管理和節(jié)能措施，減少能源消耗和排放物的生成。例如，采用余熱回收技術(shù)，利用廢熱進(jìn)行蒸汽發(fā)生器的預(yù)熱，提高能源利用效率。

3.4 先進(jìn)的污水處理技術(shù)

目前，生物膜反應(yīng)器技術(shù)結(jié)合了生物處理和膜分離技術(shù)，能夠有效去除廢水中的懸浮物、有機(jī)物和微生物。通過使用微孔膜過濾器，可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的水處理和固液分離效果，同時減少處理設(shè)備的占地面積。反滲透技術(shù)通過高壓驅(qū)動，將廢水中的溶解性離子、重金屬和有機(jī)物質(zhì)從水中分離出來。反滲透膜的孔徑非常小，可以過濾掉幾乎所有的離子和溶質(zhì)，從而獲得高純度的水質(zhì)。高級氧化工藝通過利用氧化劑，如臭氧、氫過氧化物或紫外線輻射等，對難降解有機(jī)物進(jìn)行氧化分解。這種技術(shù)可以有效去除廢水中的有機(jī)物和微污染物，提高水質(zhì)的處理效果，見表1。生物活性炭是一種特殊的吸附劑，具有大量的微生物附著表面，一些規(guī)模較大的電力廠，其污水范圍已經(jīng)影響了周邊生態(tài)系統(tǒng)，此時，可以通過活性炭的生物降解和吸附作用，去除廢水中的有機(jī)物和營養(yǎng)物質(zhì)。

表1 某電廠污水處理高級氧化工藝數(shù)據(jù)表（部分）

4 結(jié)語

綜上所述，建立智能化設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)，能夠及時監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和預(yù)警異常情況。提高設(shè)備的清潔和維護(hù)技術(shù)，可以延長設(shè)備的使用壽命和穩(wěn)定性。采用設(shè)備運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)，能夠優(yōu)化設(shè)備的操作參數(shù)，提高設(shè)備的運(yùn)行效率。而先進(jìn)的污水處理技術(shù)則可實(shí)現(xiàn)廢水資源的回收利用，減少對環(huán)境的影響。通過科學(xué)有效管理，可以提高設(shè)備的性能和運(yùn)行效率，降低排放水平，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)的雙贏。