摘要：圍繞某600 MW燃煤機組超低排放改造技術進行討論, 對現有的脫硫、脫硝、除塵技術進行定性分析, 對該機組超低排放所采用技術的可行性、有效性進行簡要論證, 利用現場測試對改造技術的應用效果進行說明, 并對電廠機組超低排放改造的注意事項進行討論。
關鍵詞：超低排放; 燃煤機組; 綜合治理;
火力發電廠燃煤機組運行、治理的過程中, 要采用高效、協同的集成系統技術來控制污染物的排放。2014年, 我國發改委、環保部、能源局聯合下發了《煤電節能減排升級與改造行動計劃 \\(2014-2020年\\) 》的通知, 對我國現階段600 MW及以上的燃煤機組要求到2020年其改造后的大氣污染物的排放濃度要符合國家規定的超低排放的極限值, 即二氧化硫的濃度不超過35mg/Nm, 氮氧化物的濃度不超過50mg/Nm, 煙塵的濃度不超過10mg/Nm。為了使機組排放達到環保要求, 某600 MW燃煤機組進行超低排放改造, 超低排放的改造主要包括了脫硫吸收塔改造、脫硝系統改造、電除塵技術改造、以及MGGH煙氣換熱系統改造。其中, 電除塵的改造采用了余熱利用高效低低溫電除塵器, LSC余熱利用高效低低溫電除塵器是指將煙氣余熱利用、電除塵及其自動控制技術有機融合, 具有高效除塵、除SO3、附帶節能等屬性的一種新型電除塵器。煙氣換熱器改造, 即在除塵器入口各煙道布置煙氣換熱器降溫段 \\(煙氣熱回收器\\) , 在脫硫出口煙道布置煙氣換熱器升溫段 \\(煙氣再加熱器\\) 。在設計工況下, 降溫段可將進入電除塵器之前的煙氣溫度降低, 吸收的熱量滿足將升溫段的煙氣溫度上升到合理溫度值。
1 煙氣超低排放技術路線的選取原則
在對超低排放進行改造的過程中, 我國現階段發展的大趨勢是對多種污染物進行協同綜合治理。采用的總體技術路線是“多種污染物高效協同脫除集成技術”, 即將煙氣脫硝技術、低低溫電除塵技術、煙氣脫硫技術和濕式靜電除塵技術通過管路優化和排列優化進行有機整合, 通過相互連接配合和對多種污染物脫除比例的合理分配, 形成有機整體, 對NOX、煙塵、SO2、PM2.5、SO3等污染物進行漸進式脫除, 使最終出口煙氣中的主要控制污染物含量達到燃氣輪機組排放標準限值以內。工藝流程如圖1所示。
圖1 電廠多種污染物高效協同脫除集成技術工藝流程圖
2 脫硫技術
單塔雙循環技術。單塔雙循環技術是一種濕法脫硫技術, 具體指在脫硫塔內設置合理的積液盤, 可將脫硫區分為上、下循環脫硫區, 同時在兩個階段內完成噴淋空塔中對二氧化硫的吸收氧化過程, 每一個階段可形成一個相對獨立的循環回路。該工藝適合應用在燃燒中、高硫煤產生的煙氣的脫硫過程[1], 不僅將吸收塔對機組負荷、燃料變化的快速反應能力進行提高, 還有利于提升氧化空氣在噴淋塔內的分布效率和供給量, 使得吸收塔內漿液的停留時間得以增加, 此工藝對二氧化硫的脫除效率可以達到98%以上。
3 脫硝技術
脫硝處理具體可分為三個過程:燃燒之前脫硝、燃燒過程中脫硝、燃燒之后脫硝。燃燒之前的脫硝, 目的是將燃料中的含氮量降低;燃燒過程中的脫硝, 大力發展低氮燃燒技術, 嚴格控制燃料的燃燒過程;最后階段燃燒之后的脫硝, 也就是指我們平常生產中提到的煙氣脫硝, 目的是更好的處理燃料燃燒過程煙氣中的氮氧化物。目前階段, 我國對煙氣進行脫硝的技術多種多樣, 而選擇性催化還原技術 \\(SCR\\) 是我國絕大多數企業選擇的脫硝技術, 占據主導地位。SCR技術, 在排氣量較大且排放源連續不間斷時適用, 優點是技術比較成熟, 二次污染比較小, 具有較高的凈化效率, 缺點是成本投入高, 關鍵技術具有較大的難度, 脫硝率為80~90%。SCR技術的原理:氣氨經空氣稀釋至安全濃度 \\(5%體積濃度\\) 以下后, 注入省煤器出口與空預器入口之間的煙道中, 在氨注射系統的母管中被分配到各個支管中, 從與支管連接的噴嘴中噴入氨注射柵格煙道內的原煙氣中, 然后在靜力式混合器的作用下, 使氨/空氣混合氣體與煙氣混合均勻, 充分混合后流經SCR反應器中的蜂窩型催化劑層。在催化劑的作用下, 煙氣中的氮氧化物與氨發生充分的化學還原反應生成N2和H2O, 達到脫硝的目的。
4 除塵改造技術
低低溫電除塵技術是利用汽機凝結水與熱煙氣換熱降溫, 減小汽機凝結水在低加回路系統中所消耗的抽汽量, 降低煤耗。同時使得電除塵入口煙溫由通常的120℃~160℃下降到90℃~100℃低低溫狀態。采用低低溫電除塵技術具有以下優點:
\\(1\\) 除塵效率高。 \\(1\\) 粉塵比電阻下降。通過煙氣換熱系統將煙氣溫度降至酸露點以下, 煙氣中大部分SO3冷凝成硫酸霧, 并吸附在粉塵表面, 使粉塵性質發生了很大變化。根據煙氣溫度與粉塵比電阻的關系, 在低溫區, 表面比電阻占主導地位, 并隨著溫度的降低而降低。低低溫電除塵器入口煙氣溫度降至酸露點以下, 使粉塵比電阻處在電除塵器高效收塵的區域。粉塵性質的變化和煙氣溫度的降低均促使了粉塵比電阻大幅下降, 避免了反電暈現象出現, 從而提高了除塵效率。 \\(2\\) 電場擊穿電壓上升。進入電除塵器的煙氣溫度降低, 有效避免了反電暈, 擊穿電壓的上升幅度將更大, 從而提高除塵效率。實際工程案例表明, 電除塵進口溫度每降低10°C, 電場擊穿電壓將上升3%左右。 \\(3\\) 煙氣流量減小。由于進入電除塵器的煙氣溫度降低, 煙氣流量下降, 電除塵器電場流速降低, 增加了粉塵在電場的停留時間, 同時比集塵面積增大, 提高了除塵效率。
\\(2\\) 去除煙氣中的大部分SO3。由于煙氣溫度降至酸露點以下, 氣態的SO3將冷凝成液態的硫酸霧。因煙氣含塵濃度高, 粉塵總表面積大, 這為硫酸霧的凝結附著提供了良好的條件。低低溫電除塵系統對于SO3去除率一般在80%以上, 最高可達95%, 是目前SO3去除率最高的煙氣處理設備。
\\(3\\) 提高濕法脫硫系統協同除塵效果。低溫電除塵器出口煙氣粉塵的平均粒徑為1~2.5μm, 而低低溫電除塵器出口煙塵平均粒徑要大于3μm, 平均粒徑明顯高于低溫電除塵器, 所以當采用低低溫電除塵器時, 脫硫出口煙塵濃度會明顯降低, 可有效地提高濕法脫硫系統協同除塵效果。
5 煙氣余熱回收-再熱裝置系統組成
該煙氣換熱器裝置改造為MGGH系統, MGGH系統是一個閉式循環系統, 主要由布置于除塵器前的熱回收器和布置于脫硫后的再加熱器, 配套輔助蒸汽加熱器、熱媒水循環水泵、膨脹水箱、凝結水加熱器、加藥系統、吹灰器以及其他輔助系統組成。
熱回收器和再加熱器之間的傳熱媒介為除鹽水, 除鹽水從高位布置的膨脹水箱通過供水管路流經熱回收器、再加熱器直至整個MGGH系統充滿水。在循環水泵的作用下, 除鹽水流經布置于電除塵器前的熱回收器, 吸收煙氣放出的熱量, 然后將熱量帶至布置于脫硫后的再加熱器中加熱脫硫后的煙氣, 除鹽水經再加熱器冷卻后回水到熱媒水循環泵入口。
系統設置輔助蒸汽加熱器, 當系統熱量不足時 \\(啟動工況、冬季40%負荷以下工況、事故工況\\) , 通過輔助蒸汽加熱器加熱熱媒水, 以保證煙氣再加熱器仍能將凈煙氣在煙囪出口前加熱至設計值。
6 實施超低排放改造的注意事項
6.1 符合國家的標準
確定改造的路線一定要以國家環保監管的要求為依據, 嚴格遵循國家的標準。超低排放改造所有設計原則和目標的制定必須以完全達到國家排放要求的目標為準則, 并且對超低排放系統的承受度進行充分的評估。
6.2 符合企業規劃
確定燃煤機組超低排放的設計條件時必須充分考慮到企業自身的經營規劃路線。企業管理的基本出發點和落腳點都是經濟效益和價值思維。伴隨我國經濟技術的不斷發展和科學能力的不斷提高, 國家對環保政策投入的強度在不斷增加, 不同種類的煤之間的價格差異相應的在持續拉開差距, 因此, 很多企業將不斷加大智能配煤燃燒工作的推進力度, 超低排放改造工作不能僅僅局限在實現現有條件下煤種燃燒的超低排放, 要以企業現有的環境、條件和長期的規劃目標為基礎, 確定主要的煤種范圍和智能搭配的目標, 這對確立超低排放改造的路線有至關重要的作用[2]。
7 結語
為了實現對600 MW燃煤機組超低排放的改造, 我國相關技術部門必須從國家的實際情況出發, 不斷學習其他國家成功的典型案例, 分析和研究, 與此同時, 要不斷了解新技術在相同類型的燃煤機組上的使用狀況, 結合我國目前階段現有的燃煤設備和環保環境, 以經濟、環保、安全為基本原則, 確定最佳的改造技術和方案, 真正達到超低排放改造的目的。
參考文獻
[1]習于洪, 劉慷.選擇性催化還原煙氣脫硝技術在玉環電廠1x1000 MW機組上的應用[J].電力環境保護, 2009 \\(6\\) :1~3.
[2]習于洪, 劉慷, 虞宏.等.選擇性催化還原催化劑在燃煤電廠中應用的注意事項[J].廣東電力, 2009 \\(7\\) :75~78.
