基于SPC－3D技术的烟气超低排放工程性能评估

孟令媛，朱法华，张文杰，王东歌，张曦丹

(1.南京信息工程大学环境科学与工程学院，江苏，南京 210044; 2.国电环境保护研究院，江苏，南京 210031)

基于SPC－3D技术的烟气超低排放工程性能评估

孟令媛1，2，朱法华2，张文杰2，王东歌1，2，张曦丹1

(1.南京信息工程大学环境科学与工程学院，江苏，南京 210044; 2.国电环境保护研究院，江苏，南京 210031)

以山西云冈电厂300MW煤电机组为研究对象，对基于北京清新环境的单塔一体化脱硫除尘深度净化技术(SPC－3D)的烟气超低排放工程性能进行现场实测与评估。结果表明，该工程烟尘、SO2、NOx排放浓度能够稳定控制在10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3以下;SPC－3D技术与增加湿式电除尘器的改造方案相比，改造与运行费用均较低，增加能耗较少，显示出较好的经济性。

超低排放;SPC－3D技术;运行效果;经济性

0 引言

依据2014年9月12日国家发改委、环保部、能源局以发改能源［2014］2093号文发布的文件精神，当在煤质较为适宜的情况下，采用经济可行的烟气污染治理技术，使得烟尘、SO2、NOx排放浓度分别小于10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3的煤电机组，才能称之为超低排放机组［1］。

目前国内达到超低排放的燃煤机组通常是在湿法脱硫后加装湿式电除尘器［2］，湿式电除尘器占地面积大、改造工期长、投资成本高，此外，部件易被腐蚀，辅助的循环水泵增加额外的能耗，排出的废水需要进行二次处理，总运行费用明显高于相同规模的干式静电除尘器［3］。

北京清新环境针对湿式电除尘器存在的问题，自主研发了单塔一体化脱硫除尘深度净化技术(SPC－3D)，在提高石灰石－石膏湿法脱硫系统的脱硫功能时，显著提高其除尘功能，期望在不加装湿式电除尘器的条件下，实现烟气污染物的超低排放。该技术首次在山西云冈电厂3号机组烟气超低排放改造工程上应用，为客观评价该技术的应用效果，对山西云冈电厂3号机组不同运行负荷下的烟气排放进行了全面监测。

1 SPC－3D技术原理

与常规的石灰石－石膏湿法脱硫系统相比，采用SPC－3D技术的脱硫塔内增加了旋汇耦合装置、改变了喷淋层结构与喷嘴布置方式、以离心管束式除尘除雾装置替代传统的除雾器，核心技术主要包括旋汇耦合脱硫除尘技术、高效喷淋技术及离心管束式除尘技术三部分。

(1)旋汇耦合脱硫除尘技术

引风机出口烟气进入吸收塔，首先经过旋汇耦合装置，形成强大的可控湍流空间，使气、固、液三相充分接触，提高传质效率，降低液气比，实现第一步的高效脱硫和除尘。

(2)高效喷淋技术

优化喷淋层结构，改变喷嘴布置方式，提高单层浆液覆盖率达到300%以上，增大化学反应所需表面积，完成第二步的洗涤。烟气经旋汇耦合装置和高效喷淋装置二次洗涤，可实现烟气中SO2浓度的大幅降低。

(3)离心管束式除尘技术

经高效脱硫及初步除尘后的烟气向上经离心管束式除尘装置进一步完成高效除尘除雾过程，实现对微米级粉尘和细小雾滴的脱除，从而实现粉尘的超低排放。

2 超低排放改造工程概况

山西大唐云冈电厂于2014年对3号300MW燃煤机组实施了超低排放改造，工程于2014年10月投入运行。主要改造内容包括脱硝、除尘、脱硫三部分，SPC－3D技术的脱硫塔主要参数见表1。

表1 SPC－3D技术的脱硫塔改造后主要设计参数

具体改造方案如下:

(1)脱硝。烟气脱硝采用SCR工艺，安装2+1层催化剂的基础上增加一层136m3的催化剂，并配套安装4台蒸汽吹灰器和6台声波吹灰器。

(2)除尘。原配套双室五电场静电除尘器，对其进行改造，在前端烟道上布置低低温省煤器，将一、二电场工频电源改造为三相电源，3、4、5电场工频电源升级改造。

(3)脱硫。脱硫采用石灰石－石膏湿法脱硫工艺，原有装置为三层喷淋层加一代旋汇耦合器。现拆除原有3层喷淋层，更换为新的4层高效喷淋层;将一代旋汇耦合器更换为旋汇耦合装置;拆除原有除雾器，更换为高效管束式除尘除雾装置。

3 排放性能测试与评估

3.1 测试工况

山西云冈电厂3号机组在性能检测期间，机组运行稳定，机组负荷分别稳定在300MW、225MW和150MW，最大波动幅度没有超过±5%;煤质基本不变、燃料配比不变;脱硝、除尘和脱硫系统以及辅助系统处于正常运行状态。

3.2 采样与测试方法

SO2、NOx和粉尘测试参照《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》(GB/T 16157－1996)［4］并进行改进，液滴测量采用《燃煤烟气脱硫设备性能测试方法》(GB/T 21508－2008)中规定的方法，PM2.5的测试采用国际标准化组织《固定源排放:烟气中PM10/PM2.5质量浓度的测定－低浓度下利用撞击计进行测量》(ISO 23210－2009)，各分析方法详见表2。

表2 污染物的采集与分析方法

采样仪器:德国罗期蒙特NGA 2000烟气分析仪、崂应用3012H自动烟尘(气)测试仪、膜法采样系统、液滴捕集系统、PM2.5采集系统。

3.3 测试结果

在不同负荷条件下，现场检测结果及烟气中主要污染物的质量浓度和去除效率分别见表3和表4，污染物浓度均指标准状态下、6%O2干烟气条件。

从表3中可知，SCR烟气脱硝系统在满负荷工况条件下对NOx的去除效率介于86.9%～89.0%之间，平均去除率为87.9%;出口NOx质量浓度介于33mg/m3～35mg/m3之间，平均NOx质量浓度为34.0mg/m3。在75%负荷条件下，SCR烟气脱硝系统对NOx的去除率介于90.8%～91.0%之间，相差不大，比较稳定;出口NOx质量浓度在30.9mg/m3～33.7mg/m3之间，平均NOx浓度为32.3mg/m3。在两种负荷条件下，对烟气中NOx的去除率均保持在较高的水平，均实现了NOx＜50mg/m3的超低排放要求。

表3 脱硝系统中NOx质量浓度与去除效率

从表4可知，SPC－3D一体化脱硫系统满负荷运行时，出口烟尘质量浓度平均值为3.24mg/m3，去除效率平均值为85%;75%负荷运行时，出口烟尘质量浓度平均值为3.14mg/m3，去除效率平均值为84.4%;50%负荷运行时，出口烟尘质量浓度为2.76mg/m3，去除效率为87.1%。除尘效率介于82.5%～87.6%之间，平均去除率为85.5%，除尘效率与机组运行负荷基本无关，这和王东歌等［5］研究结果相比，明显高于湿式电除尘器的除尘效率。

SPC－3D一体化脱硫系统满负荷运行时，出口SO2质量浓度平均值为17.5mg/m3，脱硫效率平均值为99.3%;75%负荷运行时，出口SO2质量浓度平均值为16.4mg/m3，脱硫效率平均值为99.3%; 50%负荷运行时，出口SO2浓度均值17.7mg/m3，脱硫效率平均值为99.1%。脱硫效率与机组运行负荷基本无关。

表4 SPC－3D脱硫系统主要污染物的质量浓度和去除效率

从表4中还可看出，5天测试期间，SPC－3D一体化脱硫系统中的4台浆液循环泵均没有全部投运，75%以上负荷时运行3台泵，50%负荷时仅运行2台泵，说明该系统有足够的富裕度，确保煤质波动时仍可实现超低排放，也可确保某一台浆液循环泵故障时机组能够正常运行并实现超低排放。

为了评估SPC－3D一体化脱硫系统对细颗粒物PM2.5和液滴的去除效果，测试期间还同时测试了PM2.5和一体化脱硫系统出口的液滴含量，测试结果也列入表4。从表4可以看出，PM2.5去除效率最高为74.4%，最低为48.5%，平均去除率达为61.5%，系统出口的PM2.5质量浓度平均值为2.16mg/m3，远低于王东歌等［6］对湿法脱硫系统的颗粒物去除效果的研究结果。脱硫系统出口烟气中液滴含量介于17.9mg/m3～21.3mg/m3之间，远低于《火电厂烟气脱硫工程技术规范 石灰石－石膏湿法脱硫》(HJ/T 179－2005)中规定的雾滴浓度应不大于75mg/m3的要求。

4 经济性分析

4.1 投资改造费用

山西大唐云冈电厂SPC－3D脱硫除尘一体化系统改造费用大概在几百万元，而根据朱法华等［2］研究分析，实现超低排放环保一次性投资与运行费用增加基本都在30%左右，加装湿式电除尘器投资与运行费用又得再增加10%左右，基本在千万元以上。从这一点来看，SPC－3D技术运行和投资成本确实很低，基本上运行费用是湿电的20%以下，投资成本是湿电的50%以下。

4.2 能耗分析

3号机组脱硫系统的用电率改造前(2014年6月、7月和8月)与改造后(2014年12月、2015年1月和2月)对比见图1。

图1 改造前后用电率情况

从图1可以看出，改造前后3号机组脱硫系统用电率增加不多，性能试验期间用电率比改造前增加量也较少，SPC－3D技术在能耗方面具有一定的优势。

5 结语

(1)山西云冈电厂的3号机组改造后，测试期间脱硝效率在86.9%～91%之间，NOx排放浓度在33.2mg/m3左右。SPC－3D一体化脱硫系统的脱硫效率稳定达到99%以上，SO2排放质量浓度最高为18.9mg/m3;一体化脱硫系统的除尘效率介于82.5%～87.6%，粉尘排放浓度最高3.98mg/m3。 SPC－3D一体化脱硫系统的脱硫效率与除尘效率很稳定，且与机组负荷基本无关。主要污染物指标全部达到超低排放要求，且有较大的富裕度。

(2)SPC－3D一体化脱硫系统不仅除尘、脱硫效果好，而且可以显著减少液滴与PM2.5的排放。测试结果表明SPC－3D一体化脱硫系统去除PM2.5的效率介于48.5%～74.4%之间，液滴排放水平介于17.9mg/m3～21.3mg/m3，远小于《火电厂烟气脱硫工程技术规范石灰石－石膏湿法脱硫》规定的雾滴浓度应不大于75mg/m3的要求。

(3)SPC－3D技术具有除尘脱硫效率高、能耗低、改造工期短、系统运行稳定、彻底消除湿法脱硫系统产生的“石膏雨”等特点，而且在投资方面也比常规通用技术节省约30%～50%。该技术在山西云冈电厂300MW机组的成功应用，为低成本高效率地实现燃煤电厂的超低排放提供了技术途径。

［1］朱法华，王临清.煤电超低排放的技术经济与环境效益分析［J］.环境保护，2014，42(21):28－33.

［2］王临清，朱法华，赵秀勇.燃煤电厂超低排放的减排潜力及其PM2.5环境效益［J］.中国电力，2014，47(11):150－154.

［3］徐勤云，刘果，吴胜.浅谈湿式电除尘器的优缺点及运行中主要故障并原因分析［J］.工业，2015(5):78－78.

［4］GB16157－1996，固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法［S］.

［5］王东歌，朱法华，王圣，等.煤电机组烟尘超低排放改造及其经济技术分析［J］.环境科技，2015，28(3):27－30.

［6］王东歌，朱法华，易玉萍，等.基于实测的湿法脱硫系统对颗粒物去除效果的研究［J］.环境监测与管理技术，2015，27(5):21－24.

Evaluation engineering performance of ultra of low emission of flue gas on SPC－3D techndogy

Taking 300MW coal－fired power generating unit in Yungang Power Plant as a research objects，to test the engineering performance based on the new research called single tower integrated desulphurization and dust removal purification technology(SPC－3D).Results showed that the technology enables ultra of low em issions，under stable operationg conditions，dust，SO2and NOxem ission control in 10mg/m3，35mg/m3，50mg/m3; SPC－3D technology compared w ith other reconstruction scheme for desulphurization and dust removal，rebuilding costs，not covers，consume less，show ing optimaleconm y.

ultra of low em ission;SPC－3D technology;operating results;econom ic efficiency

X701

:B

:1674－8069(2016)01－013－04

2015-09-19;

:2015-11-16

孟令媛(1992-)，女，江苏连云港人，在读硕士研究生，研究方向为火电厂超低排放。E－mail:1207751311@qq.com