广东省首台超洁净排放燃煤机组现场测试分析

李德波，曾庭华，廖永进，刘亚明，冯永新，余岳溪

(广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州 510080)



广东省首台超洁净排放燃煤机组现场测试分析

李德波，曾庭华，廖永进，刘亚明，冯永新，余岳溪

(广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州 510080)

摘要：对广州华润热电有限公司1号机组超洁净排放改造后的烟气脱硫(fluegasdesulfurization，FGD)系统、湿式静电除尘器(wetelectrostaticprecipitator，WESP)和选择性催化还原(selectivecatalyticreduction，SCR)系统进行了性能考核试验，介绍了各系统的试验方法，对试验数据进行了分析。得出结论：FGD系统的脱硫效率达99%以上，烟囱SO2排放量在35mg/m3以下；WESP的除尘效率为89.09%，烟囱粉尘排放量在5mg/m3以下；SCR系统的脱硝率达到90%以上，NOx排放量在50mg/m3以下。各系统均满足超洁净排放的要求。

关键词：超洁净排放；性能考核试验；烟气脱硫；湿式静电除尘器；选择性催化还原

当前中国大气环境形势十分严峻，经常发生空气重污染现象，雾霾天气日益增多，已威胁到人们的身体健康。各级政府陆续出台多项政策措施，大力治理大气污染，改善空气质量。国内研究者对火电厂污染物减排进行了大量的现场试验和数值模拟工作[1-11]，为火电厂污染物减排提供了重要的改造技术。2014年6月，国家发展和改革委员会下发《关于下达2014年煤电机组环保改造示范项目的通知》(国能综电力[2014]518号文件)，要求广州华润热电有限公司(以下简称“华润热电”)1号机组等13个燃煤机组进行超低排放环保示范改造。同时，广东省环境保护厅、广东省发展和改革委员会对燃煤电厂提出主要大气污染物“趋零排放”的目标，广州市政府也提出按照国家、省对重点地区燃气轮机大气污染物特别排放限值的标准对市燃煤电厂进行超洁净排放改造，要求华润热电开展1号机组超洁净排放示范工程，实施“50355”工程，使电厂大气污染物排放量达到氮氧化物50mg/m3以下、二氧化硫35mg/m3以下、烟尘5mg/m3以下的目标。华润热电于2014年初启动1号机组超洁净排放改造工作，3—7月进行了机组超洁净排放改造，2014年7月21日随机组大修后投入运行。超洁净排放改造主要有脱硫增容改造、高频电源改造、湿式静电除尘器(wetelectrostaticprecipitator，WESP)改造、脱硝空预器改造、脱硝流场及喷氨优化、脱硝催化剂单元加装、钛复合板烟囱改造、烟气连续监测系统(continuousemissionmonitoringsystemoffluegas，CEMS)改造等工作，同时对原环保设施进行了大修，以确保1号机组实现烟气污染物超洁净排放。

本文针对华润热电1号机组超洁净排放改造后的烟气脱硫(fluegasdesulfurization，FGD)系统、WESP以及选择性催化还原(selectivecatalyticreduction，SCR)系统进行性能试验，可为其他电厂开展超净排放性能测试提供借鉴。

1改造前设备概况

李德波，等：广东省首台超洁净排放燃煤机组现场测试分析华润热电的锅炉为上海锅炉股份有限公司生产的亚临界参数、自然循环锅筒锅炉，汽轮机为中国东方电气集团有限公司生产的330MW汽轮机，发电机由上海电气集团股份有限公司制造。FGD工程采用石灰石-石膏湿法FGD技术，脱硫装置为一炉一塔式，设计燃煤的含硫量为1.00%，在燃用设计煤种时每套FGD装置的设计处理烟气量(标准状态，湿基)为1 210 890.9m3/h，设计脱硫效率不低于95.66%，吸收塔为3层带托盘喷淋塔。

2超洁净排放改造主要技术特点

2.1脱硝装置和脱硝空预器改造

脱硝装置与机组同步投产，反应器采用固定床平行通道型式，催化剂单元初装2层，2012年加装了第3层，使得NOx排放量在50mg/m3以下。在2014年大修期间加装了部分催化剂单元，同时开展脱硝流场及喷氨优化工作。

为保证机组长期低NOx运行，在本次超洁净排放改造中还进行了脱硝空预器改造，将换热元件更换为镀搪瓷的耐腐蚀材料。

2.2脱硫增容改造

脱硫增容改造采用抬高现有脱硫吸收塔、增加2层喷淋层、改造原吸收塔托盘、更换脱硫除雾器、加大脱硫辅助系统出力的方案。在燃用含硫量为1.5%的煤种时，脱硫效率不小于98.89%，入口SO2质量浓度达4 505mg/m3，出口SO2质量浓度低于50mg/m3；在燃用含硫量为1.2%的煤种时，出口SO2质量浓度低于35mg/m3；在燃用校核煤种时，脱硫系统能够安全稳定运行。

2.3除尘器改造

1号机组WESP改造采用日本三菱集团公司技术，塔外分体卧式布置。WESP布置于脱硫吸收塔后，除尘效率大于80%，要求烟囱排放口粉尘质量浓度稳定在5mg/m3以下。烟气量按设计煤种加10%的裕量设计，除尘器应能在零工况至锅炉最大连续出力(boilermaximumcontinuousrating，BMCR)工况时正常运行，不发生堵塞。为保证低粉尘排放，还进行了高频电源改造，确保WESP入口烟尘质量浓度维持在25mg/m3以下。

2.4烟囱改造

将烟囱钢内筒更换为钛复合板材料，同时将CEMS移位至距离烟囱75m处，确保在线监测数据的准确性。

3测试方法和仪器

3.1FGD系统和WESP的性能测试

FGD系统、WESP性能试验的主要测点位置如图1所示。

3.1.1烟气流量

测点位置为测点3、4(如图1所示)，测量仪器有标定过的皮托管、热电偶、微压计和温度显示表。

测量方法：采用网格法测量各点的烟气流速、静压、温度和氧量，计算出烟气流量，同时从分散控制系统(distributedcontrolsystem，DCS)采集流量数据，二者进行比较，得出烟气流量修正系数。

3.1.2粉尘质量浓度

测点位置为测点1、3、4(如图1所示)，测量仪器有3012型粉尘采样仪、皮托管等。

测量方法：采用网格法，通过粉尘采样仪取样，取样过程中记录样本的烟气体积、烟气温度、烟气压力、大气压力、取样前后粉尘取样滤筒的质量，同时从DCS采集粉尘质量浓度数据，二者进行比较，得出粉尘质量浓度修正系数；WESP的烟尘除去率根据其进出口的烟尘质量浓度计算得到。

3.1.3原烟气和净烟气中SO2和O2的质量浓度

为了减小测量误差，试验前后分别用SO2和O2的标准气体及零气(纯氮气)对测量仪表进行标定，保证试验前后仪表的指针没有飘移现象发生。

原烟气的测点位置为测点1，净烟气的测点位置为测点5(如图1所示)，测量仪器有NGA2000型烟气分析仪、PMA10型氧量分析仪、伴热取样枪、烟气冷却器、抽气泵和标准气体等。

测量方法：先用SO2和O2的标准气体及零气(纯氮气)对CEMS和试验仪器进行量程和零位标定。试验时，把带有伴热的取样管插入测点，烟气经烟气冷却器后分别通入二氧化硫分析仪和氧量测试仪，采用网格法进行逐点测量，对测试数据进行处理后得出实测的SO2和O2质量浓度；同时由DCS采集试验期间SO2和O2质量浓度的数据，两者进行比较，得出SO2和O2质量浓度的修正系数。

3.1.4烟气温度

测点位置为测点1、3，测量仪器有NiCr-Ni热电偶、测温仪等。

测量方法：采用网格法，用NiCr-Ni热电偶逐点测量温度，取各测点温度的算术平均值；同时从DCS采集试验期间相应位置的温度数据，二者进行比较，得出各测点的温度修正系数。

3.1.5脱硫效率

根据净烟气、原烟气中SO2和O2的质量浓度，对试验过程中的值取算术平均值，并用修正系数进行修正，最后计算脱硫效率。脱硫效率

式中ρSO2-rawgas和ρSO2-cleangas分别为折算至标准状态、O2体积分数φ(O2)=6%下的原烟气、净烟气SO2质量浓度。

3.1.6除雾器出口液滴携带量

测点位置为测点3，测量仪器有TH-880Ⅳ型烟尘采样仪、冷凝罐、冰槽等。

测量方法：采用镁离子示踪法，由DCS采集净烟气中O2的质量浓度；采用网格法，由烟尘采样仪进行烟气取样，烟气中的雾滴放入冷凝罐内冷凝，冷凝罐置于冰槽中；取样后用双蒸水冲洗冷凝罐，冲洗液定容后带回实验室进行Mg2+质量浓度分析；记录取样过程中烟气体积、烟气温度、烟气压力和大气压力，同时分次采集吸收塔浆液，混合后分析浆液滤液中Mg2+的质量浓度；最后计算烟气中雾滴的质量浓度。烟气中雾滴的质量浓度

式中：ρ1为冷凝水中Mg2+的质量浓度，ρ2为吸收塔浆液滤液中Mg2+的质量浓度，m为冷凝水质量，V为烟气体积。

3.1.7SO3脱除率

测点位置为测点3、4，测量仪器有石英棉过热器、加热取样枪、水浴锅及蛇形吸收管、烟尘动态平衡采样仪、抽气泵及氧量计等,其中氧量计的作用是检测管道连接处是否泄漏。

试验方法：采用代表点法，由烟尘动态平衡采样仪进行取样，设定加热枪温度为260 ℃，水浴温度为75～85 ℃，开始升温；待温度升至指定值后开启抽气泵，调节抽气速率至10L/min，保持抽气速率并抽气30min，记录抽气时间和抽气体积，用50mL左右的去离子水分3次冲洗螺旋管及其连接处，取样拿回实验室化验；最后计算SO3脱除率。SO3脱除率

式中：ρSO3-i为WESP入口的SO3质量浓度，ρSO3-o为WESP出口的SO3质量浓度。

3.1.8FGD系统出口HF和HCL质量浓度和脱除率

用烟气采样仪在FGD系统出口(即测点3)进行烟气取样，烟气中的HF、HCl被吸收瓶中的NaOH溶液吸收，取样过程中记录取样烟气体积、烟气温度、烟气压力和大气压，吸收液带回实验室进行F、Cl离子分析，最后计算得到烟气中HF和Cl的质量浓度和脱除率。

在标准状态、φ(O2)=6%下，HF的质量浓度

式中：ρF-为定容后吸收液中F-的质量浓度，Vliq为定容后吸收液总体积。

HF的脱除率

式中ρHF-rawgas、ρHF-cleangas分别为折算至标准状态、φ(O2)=6%下的原烟气、净烟气中HF的质量浓度。

在标准状态、φ(O2)=6%下，HCl的质量浓度

HCl的脱除率

式中ρHCl-rawgas、ρHCl-cleangas分别为折算至标准状态、φ(O2)=6%下的原烟气、净烟气HCl质量浓度。

3.1.9石灰石消耗量及钙硫物质的量比

在BMCR工况下进行石灰石消耗量试验，在整个试验期间，由DCS采集净烟气、原烟气中SO2和O2的质量浓度，取算术平均值, 并用修正系数进行修正；取石灰石粉样进行石灰石纯度分析，取石膏样进行CaSO4·2H2O、CaSO3·0.5H2O和CaCO3的分析，由钙硫物质的量比和脱硫量计算石灰石消耗量。石灰石消耗量

式中：MCaCO3为CaCO3摩尔质量，100.09kg/kmol；MSO2为SO2摩尔质量，64.06kg/kmol；ρSO2，rogas、ρSO2,reingas分别为折算至标准状态、φ(O2)=6%下原烟气、净烟气中SO2的质量浓度；qV-RG为标准状态、干烟气、φ(O2)=6%下烟气体积流量；St为钙硫物质的量比；FR为石灰水纯度。3.1.10FGD系统、WESP工艺水和工业水消耗量

由DCS采集FGD工艺水泵出口母管和脱硫工业水母管流量数据，对测试期间的数据取算术平均值；记录WESP的补充水量和时间，计算系统消耗的水量。

3.1.11FGD系统和WESP电耗

在FGD系统6kV进线断路器位置，通过电能表测试输入母线的有功功率数据，对试验期间的数据取算术平均值；同时记录FGD系统主要运行电流、电压等数据。

3.1.12FGD系统和WESP压力损失

压力损失测点位置为测点1、2、3、4、5。测量方法：连接好各压力测点的测量仪表(微压计)后，在设计工况下采集和记录各测量仪表的压力数据，同时测量各点的标高和大气压；计算FGD系统及WESP的压力损失。

3.1.13石膏品质

试验期间，在真空皮带脱水机末端进行石膏取样，在电厂实验室进行化学分析。

3.1.14FGD系统和WESP废水排放量

采集FGD系统和WESP废水排放量数据，然后对其进行算术平均值计算；采集WESP废水排放量数据，然后对其进行算术平均值计算。

3.1.15WESP的NaOH溶液消耗量

试验期间记录NaOH溶液的消耗总量，然后对其进行算术平均值计算。

3.1.16WESP的漏风率

用网格法在测点3、4处测量烟气流量，对试验过程中的值取算术平均值，然后计算出WESP的漏风率。

3.1.17FGD装置可用率

FGD装置的可用率

式中：tA为统计期间FGD装置可运行时间，tB为统计期间FGD装置强迫停运时间，tC为统计期间FGD装置强迫降低出力等效停运时间。

整套FGD装置的可用率为100%。

3.2SCR系统的性能测试

3.2.1NOx、O2质量浓度

采用网格法，在SCR系统反应器的进口(喷氨格栅之前)和出口测量NO和O2的质量浓度，用以计算脱硝率。脱硝率

式中：ρNOx-i为SCR系统入口的NOx质量浓度，ρNOx-o为SCR系统出口的NOx质量浓度。

3.2.2NH3逃逸量

采用代表点法，在SCR系统反应器出口进行NH3取样，每个反应器取3个点，取得的样品拿回实验室进行分析，得出NH3的质量浓度。

3.2.3NH3消耗量

以氨为还原剂的消耗量

其中

式中：qV、ρNOx分别为折算到标准状态、干基、φ(O2)=6%下的SCR反应器入口烟气体积流量、烟气中NOx的质量浓度，ρslipNH3为折算到标准状态、干基、φ(O2)=6%下的氨逃逸量，MNH3为NH3的摩尔质量，MNO2为NO2的摩尔质量，n为氨氮物质的量比。

4改造后现场运行情况

4.1FGD系统

2015年8月26日下午，在325MW负荷下测量了FGD系统入口原烟气、吸收塔出口和烟囱上净烟气中SO2的质量浓度和O2的体积分数。原烟气与CEMS中O2体积分数之比为4.31∶4.24，烟囱与CEMS中O2体积分数之比为4.35∶4.65，SO2质量浓度和总脱硫效率见表1。

表1脱硫效率实测结果

从表1可知：系统的脱硫效率很高，在5台循环泵全部运行的情况下，脱硫效率高达99.50%以上，烟囱中SO2质量浓度在10mg/m3以下。

4.2WESP

在设计煤种下进行了2种工况的粉尘测试，其中工况1的电除尘采用高效运行模式，工况2的电除尘为节能模式。试验期间入炉煤质分析结果：全水分质量分数10%，收到基灰分质量分数21.11%，收到基挥发分质量分数21.04%，收到基硫分质量分数1.07%，收到基低位发热量22.099 7MJ/kg。

粉尘质量浓度和粉尘去除率测量结果见表2。

表2粉尘质量浓度和粉尘去除率测量结果

从表2可知：在电除尘器处于2种不同模式时，脱硫塔出口粉尘质量浓度有一定程度的变化，调整为节能模式后粉尘(包括石膏液滴)质量浓度增加了4mg/m3左右，但WESP出口粉尘质量浓度还是低于5mg/m3的排放水平；在2种工况下，WESP出口粉尘质量浓度平均值为3.12mg/m3，粉尘平均去除率为89.09%。

4.3SCR系统

脱硝效率及NOx排放量测试是在SCR喷氨优化调整后进行的，测量反应器进、出口烟气的NO质量浓度和O2体积分数，并计算出脱硝率。计算结果见表3。

表3SCR系统脱硝率测量和计算结果

由表3可得：SCR系统的平均脱硝率为92.2%，出口NOx平均排放量为32.2mg/m3，小于50mg/m3的超净排放量要求。

5结论

本文系统地总结了华润热电1号机组烟气污染物超洁净排放性能试验的关键技术，得出主要结论如下：

a)改造后FGD系统的主要性能指标均满足设计要求，脱硫效率可达99%以上，烟囱SO2排放量在35mg/m3以下，满足超洁净排放的要求。

b)WESP的粉尘去除率满足设计要求，除尘效率为89.09%，烟囱粉尘排放量在5mg/m3以下，满足超洁净排放的要求。

c)通过喷氨调节使SCR系统的脱硝率达到90%以上，NOx排放量在50mg/m3以下，满足超洁净排放的要求。

d)该电厂实施超洁净排放改造是成功的，达到了预计的目标。

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李德波(1984 )，男，土家族，湖北宜昌人。高级工程师，工学博士，主要从事煤粉燃烧污染物控制，超超临界燃煤机组调试、试验、技术监督，煤粉燃烧高级数值模拟，大规模并行计算方法和程序开发等方面的研究工作。

曾庭华(1969)，男，浙江建德人。教授级高级工程师，工学博士，主要从事电厂脱硫、脱硝系统试验和技术监督工作。

廖永进(1971)，男，陕西西安人。教授级高级工程师，工学博士，主要从事电厂脱硫、脱硝系统试验和技术监督工作。

(编辑李丽娟)

AnalysisontheTestforFirstSetofUltra-cleanEmissionCoal-firedUnitinGuangdongProvince

LIDebo,ZENGTinghua,LIAOYongjin,LIUYaming,FENGYongxin,YUYuexi

(ElectricPowerResearchInstituteofGuangdongPowerGridCo.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510080,China)

Keywords：ultra-cleanemission;performancetest;fluegasdesulfurization(FGD);wetelectrostaticprecipitator(WESP);selectivecatalyticreduction(SCR)

Abstract：Performancetestsonfluegasdesulfurization(FGD)system,wetelectrostaticprecipitator(WESP)systemandselectivecatalyticreduction(SCR)systemofNo.1unitofGuangzhouHuarunthermalpowerlimitedcompanyafteritsultra-cleanemissiontransformareconducted,testmethodforeachsystemisintroducedandtestdataisanalyzed.ItisconcludedthatdesulfurizationefficiencyoftheFGDsystemisabove99%,SO2emissionloadofthechimneyisbelow35mg/m3,dedustingefficiencyofWESPsystemis89.09%,dustemissionloadofthechimneyisbelow5mg/m3,denitrificationrateoftheSCRsystemreachesabove90%andNOxemissionloadisbelow50mg/m3.Eachsystemcansatisfyrequirementforultra-cleanemission.

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.04.003

收稿日期：2015-09-10

基金项目：国家自然科学基金资助项目(51376161)。

中图分类号：X502

文献标志码：B

文章编号：1007-290X(2016)04-0016-06

作者简介：