火电厂“超洁净排放”改造策略研究

2015-06-05杨青山毛玲玲赵湖滨曹伟何绍全庞晓坤

综合智慧能源 2015年5期

关键词：烟尘除尘燃煤

杨青山，毛玲玲，赵湖滨，曹伟，何绍全，庞晓坤

（1.佛山市顺德五沙热电有限公司，广东顺德 528000；2.佛山市禅城区环境监测站，广东佛山 528000）

火电厂“超洁净排放”改造策略研究

杨青山1，毛玲玲2，赵湖滨1，曹伟1，何绍全1，庞晓坤1

（1.佛山市顺德五沙热电有限公司，广东顺德 528000；2.佛山市禅城区环境监测站，广东佛山 528000）

随着环保减排政策的不断收紧，火电企业进行“超洁净排放”改造势在必行。介绍了实现“超洁净排放”改造的可行性技术措施，包括脱硝方面的低氮燃烧技术和低负荷投运改造方案、脱硫方面的增容改造方案和单塔双循环技术、除尘方面的湿式电除尘技术和高频电源技术。最后，对火电企业今后面临的热点问题进行了展望。

火电厂；超洁净排放；脱硝；脱硫；除尘

0 引言

近年来，环境污染带来的不良影响已经越来越明显，国家不断出台新环保减排政策和措施来加强污染物排放管理和减量控制。GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》从2014年7月1日开始全面执行，重点地区燃煤电厂氮氧化物、二氧化硫和烟尘排放质量浓度限值分别降低至100，50，20 mg／m3［1］。2014年年初，广东地区提出了“超洁净排放”改造实施方案，该方案要求燃煤机组达到燃气轮机排放标准，即氮氧化物、二氧化硫和烟尘排放质量浓度限值分别降低至50，35，5mg／m3；同期，国家下发《燃煤发电机组环保电价及环保设施运行监督办法》，污染物排放质量浓度考核方式变更为按单项污染物排放质量浓度小时均值进行考核，企业环保运行压力进一步加大。

在各项环保政策的持续施压下，常规环保减排设施已无法满足现行环保政策的要求，各发电集团及各火电企业在确保经济指标的同时，必须加强环保工作投入，对现有减排设施进行提效改造，确保在新环保形势下各类污染物的达标排放。本文通过对燃煤电厂常规减排设施（脱硫装置、脱硝装置和除尘装置）的减排能力进行分析，探讨了实现“超洁净排放”改造技术的特点及注意事项，希望对即将进行“超洁净排放”改造的燃煤电厂提供指导。

1 脱硝改造技术

燃煤电厂普遍采用的氮氧化物脱除技术包括：低氮燃烧技术、选择性催化还原（SCR）技术和非选择性催化还原（SNCR）技术，但单独采用SNCR技术已无法满足日益严格的环保排放限值要求，因此，欲使氮氧化物排放值达到“超洁净排放”要求，从现有技术上看，选择低氮燃烧与SCR相结合的技术路线更可取。

低氮燃烧技术作为一种燃烧中的脱硝技术，能够从源头上大幅降低锅炉出口NOx含量，现已投运的低氮燃烧设备可使锅炉出口NOx质量浓度降低200mg／m3以下，减少了后续脱硝装置的还原剂用量，起到了节能减排作用，但该技术控制过程中存在的最大问题是对锅炉效率及对烟气中一氧化碳含量的影响。锅炉效率影响着机组运行的经济性，而一氧化碳含量的多少又涉及污染物的排放，虽然目前国家及地方标准尚未规定燃煤锅炉一氧化碳的排放指标，但随着对其关注度的增加，火电企业的一氧化碳排放指标也将榜上有名。为了降低后续脱硝系统的运行压力，一套优异的低氮燃烧设备至关重要，不同的燃煤锅炉应根据自身实际情况进行合理设计，避免盲目追求锅炉出口NOx质量浓度低，防止出现锅炉效率损失及一氧化碳排放量增加。

SCR脱硝技术较为成熟且具有较高的脱硝效率（可达90%以上），在我国得到了越来越多的应用［2］，其存在的主要问题是低温无法投运和催化剂中毒失活。针对低温无法投运的问题，国内采用省煤器旁路式锅炉及SCR脱硝装置（如图1所示），虽然能够解决低负荷不能投运SCR脱硝装置的难题，但是以牺牲省煤器内给水换热量和锅炉效率为代价的；如果采用省煤器限流以及在脱硝装置和空气预热器间加装换热器的方式（如图2所示），既不影响锅炉效率，又可以改善锅炉排烟温度［3］。在锅炉燃用重金属和碱金属等有毒性物质含量较低煤种的情况下，催化剂失活原因主要为孔道堵塞和比表面积损失，而随着国内装机容量的不断增大和非燃煤机组发电份额的增加，燃煤机组在低负荷下运行时间势必增加，脱硝装置长期处于烟气流速较低的状态下运行，严重增加了脱硝装置积灰的可能，特别是吹灰装置吹灰效果较差或只装有声波吹灰器的脱硝装置，脱硝装置内的积灰程度会明显增加，继而影响催化剂寿命、脱硝效率以及氨逃逸率等。

图1 省煤器旁路式锅炉及SCR脱硝装置

图2 限流式锅炉及SCR脱硝装置

2 脱硫改造技术

石灰石-石膏湿法脱硫工艺因技术成熟、运行可靠、煤质适应范围广、脱硫效率高等原因在国内外得到了广泛应用［4］。随着环保要求的不断提高，湿法脱硫技术的优势也更加凸显，并在此基础上不断涌现出新工艺。对于需要通过改造来满足“超洁净排放”要求的脱硫系统而言，能够采取的改造措施主要包括增加液气比、增加托盘、单塔双循环［5］等，个别系统还采用更换其他脱硫剂（如白泥［6］、氧化镁）的方式。

增加液气比是最直接的增容改造方式，可以分为提高浆液循环泵浆液循环量和增加喷淋层2种，配合使用喷淋层边界强化装置，能够有效提高吸收塔脱硫效率，但会增加系统电耗，且脱硫效率达到一定程度后较难进一步提高；吸收塔内增设托盘既能够起到均布塔内烟气、强化传质的作用，又可以增加浆液停留时间，促进浆液反应程度，缺点是系统阻力增加较多；单塔双循环技术（如图3所示）将反应区与结晶区浆液分开布置，可以在一定程度上克服常规吸收塔脱硫效率无法进一步提高的缺点，大大提高脱硫效率，对于改造场地充足的系统，采用此工艺较适合，该工艺的主要特点如下：

图3 单塔双循环技术示意

（1）适用于燃煤含硫量较高或脱硫效率要求较高的烟气脱硫（FGD）系统；

（2）一级循环pH值控制在4.5～5.3，有利于石灰石的溶解、亚硫酸钙的氧化和石膏的结晶，能够得到品质很高的石膏；

（3）二级循环pH值控制在5.8～6.4，能够得到较高的脱硫效率，降低液气比和能耗；

（4）烟气在一级循环经过预处理，降低了灰尘，HCl，HF的含量，有利于二级循环达到高脱硫效率；

（5）每个循环独立控制，易于优化和快速调整，能适应含硫量和负荷的大幅变化；

（6）独立的一级循环浆液池和二级循环浆液池能够减小事故浆罐的储存容积。

3 除尘改造技术

作为火电企业重点监控指标之一的烟尘，国内“超洁净排放”限值要求已经达到了世界上最严水平。目前，火电企业普遍采用的除尘方式有静电除尘法、布袋除尘法和电-袋复合除尘法，这几种除尘方式均用于脱硝系统后、脱硫系统前。借助脱硫塔的除尘性能，降低脱硫系统入口烟尘含量有利于脱硫系统出口净烟气中烟尘含量降低，但实际证明，脱硫系统出口烟尘中，另外两个主要成分是未参与脱硫反应的石灰石颗粒和脱硫副产物石膏，而且脱硫系统出口烟尘含量又与烟气流速、喷淋层喷淋浆液细度、除雾效果等相关，脱硫塔及其除雾设施很难去除PM2.5类的微小颗粒物，因此，脱硫系统净烟气中烟尘含量在降到一定水平后较难进一步降低。

为达到“超洁净排放”限值要求，湿式电除尘器已成为火电企业除尘设施的必增项目，它作为除尘系统的末级设备，布置在脱硫系统后（含烟气换热器（GGH）系统的位于脱硫系统和GGH升温段之间），可以弥补设置于脱硫系统前的除尘器和脱硫系统不能进一步降低净烟气烟尘排放质量浓度的缺点，大大提高系统除尘效率。湿式电除尘的优点主要表现在：以雾化水作为电极冲洗介质，可以防止二次扬尘；避免黏性较强的粉尘在电极上黏挂；受粉尘颗粒度影响较小，对PM2.5控制明显；可以同步进行氮氧化物、硫化物、重金属的脱除；减少GGH堵塞和腐蚀等。

湿式电除尘装置可采用的优化设计模式如下。

（1）喷淋水采用含碱工艺水，使用后的排水经沉降、过滤等处理后可循环使用，也可直接用于石灰石浆液制备或直接排入吸收塔。

（2）喷嘴按烟气流动方向分段布置，前段采用循环水，后段采用较洁净的水质，利于节能。

（3）放电极和集尘极按烟气流动方向横向或纵向分段布置，满足调整烟气量或除尘效率的需要。

此外，高频电源在电除尘器上的应用，作为火电企业节能改造的一项重要措施也得到了较快推广。与传统电除尘器相比，采用高频电源后，可以大幅增加烟尘荷电量，减少电能损耗和“反电晕”现象的发生，提高除尘效率［7］。

4 结论与展望

（1）在火电企业减排技术不断完善的背景下，全面实现“超洁净排放”限值要求必将成为不争的趋势，脱硝技术中的低氮燃烧技术和SCR技术、脱硫技术中的增容改造技术和单塔双循环技术、除尘技术中的高频电源技术和湿式电除尘技术也将成为今后的改造热点。

（2）实现“超洁净排放”改造后，污染物在线监测系统的监测仪表精度能否提高，也成为众企业关注的焦点，它直接反映并影响着企业环保设施的运行状态和减排能力评估；同时，环保监管部门的手工监测比对标准和方法亦应随之完善。

（3）长期低负荷运行对火力发电机组影响较大，主要表现在随着负荷降低，锅炉及脱硝系统效率降低、烟道积灰增加。锅炉效率降低导致相对节能量降低，脱硝系统效率降低导致相对氨耗量增加和脱硝催化剂中毒概率增加；而烟道积灰增加会导致锅炉换热效率降低（锅炉效率降低）、系统堵塞、烟气流速和温度偏差加大、吹灰器吹灰效率降低等一系列问题。因此，如何避免机组长时间低负荷运行将成为今后火力发电企业和电力调度部门共同探讨的问题。

（4）相关单位可以开展燃煤机组燃烧状态和烟气流速与烟尘沉降的关系、GGH超低漏风率（或无泄漏GGH）以及低负荷下单侧烟道运行可行性研究等课题，进一步解决火力发电企业今后生产过程中遇到的难题。

［1］GB 13223—2011火电厂大气污染排放标准［S］.

［2］廖永进，徐程宏，余岳溪，等.火电厂SCR烟气脱硝装置的运行优化研究［J］.锅炉技术，2008，39（5）：60-63.

［3］杨青山，廖永进.降低SCR脱硝装置最低投运负荷的策略研究［J］.中国电力，2014，47（9）：230-232.

［4］李玉兰，曹建保.石灰石-石膏湿法脱硫中结垢堵塞等问题的探讨［J］.企业技术开发，2009（28）：1-6.

［5］王国强，黄成群.单塔双循环技术在300MW燃煤锅炉中的应用［J］.重庆电力高等专科学校学报，2013，18（5）：51-54.

［6］杨青山，廖永进.碱厂钙基废弃物在烟气脱硫系统的应用研究［J］.中国电机工程学报，2011（31）：235-238.

［7］朱法华，李辉，王强.高频电源在我国电除尘器上的应用及节能减排潜力分析［J］.环境工程技术学报，2011，1（1）：26-32.

（本文责编：刘芳）

X 773

：B

：1674-1951（2015）05-0063-03