燃煤掺烧下1 000 MW机组洁净排放深度优化与实施

孙春农

上海漕泾电厂发电有限公司

燃煤掺烧下1 000 MW机组洁净排放深度优化与实施

孙春农

上海漕泾电厂发电有限公司

介绍了上海漕泾电厂1 000 MW超超临界机组洁净排放项目改造过程中的深度优化与综合技术，以及整个项目改造达到的效果。项目为上海市目前唯一一个洁净排放示范项目，为政府号召的节能减排工作做出了贡献。

洁净排放；优化

根据《BP世界能源统计年鉴》显示，2012年中国首次成为消费世界煤炭半数以上的国家，目前是世界上最大的煤炭生产国和消费国［1］。随着我国电力事业的持续发展，发电用煤的消耗量约占我国原煤总消耗量的50%。由于煤炭需求旺盛、煤源分布分散、煤种多样化等原因，发电企业燃煤机组面临着煤源供应无保证、供煤煤质不稳定等问题。

为了解决机组燃煤供应的紧张局面，降低电厂发电成本，提高燃煤机组发电过程的经济性，发电企业通过对两种或多种煤炭按照一定比例掺配混煤。截至2015年底，上海上电漕泾发电有限公司的经济煤种掺烧率达到了51.57%。但是，由于目前我国的混煤掺烧技术并不成熟，存在挥发分不同造成的掺烧过程中燃料燃烧不够充分、燃料熔融点的不同造成锅炉结渣以及污染物排放量增加等问题。同时，面对日益严峻的环境问题，国家环保部门对火电厂污染物排放的要求越来越高。

针对上述矛盾和问题，本文对环保指标控制的解决方案进行了研究，并在漕泾电厂1 000 MW超超临界机组实施了满足环保控制指标的洁净排放改造项目，这是上海市目前唯一一个洁净排放示范项目，也是中电投集团第一个洁净改造项目。

1　污染深度控制技术优化分析与综合

国家科技部2014年科技支撑计划中提出“大型燃煤电站超净排放控制关键技术及工程示范”项目，根据要求，实现燃煤电厂烟气污染物排放达到现行燃气轮机发电机组排放水平（PM＜4.5 mg/ Nm3、SO2＜20 mg/Nm3、NOx＜30 mg/Nm3），集成开发NOx、SO2、PM2.5高效脱除控制关键技术。

提升燃煤机组的污染控制水平必然采用深度控制技术，投运高效控制设备，但在降低污染物排放浓度的同时也会带来投资、运行与维护费用大幅增加的问题。因此，为了利用现有技术实现高效、低耗、超低排放的目标，同时协同控制多种污染物，提高费效比，而不是各种污染控制单元简单的叠加。必须从改造工程的全流程出发，以PM、NOx、SO2控制为基本目标，最大幅度的兼顾其他污染物控制，充分利用各污染控制设备的协同控制特性与运行性能，通过有机组合、协调控制实现“洁净排放目标”。

同时，为保障高效污染控制，低耗运行以降低运维费用，必须在污染控制全流程实现理想的流态分布。借助改造工程，通过污染控制系统的全流程工艺优化，在必要的投入情况下，充分提升控制系统对多种污染物的协同控制能力，提高费效比，相应的削减单位污染物的投入费用。

采用数值模拟技术，优化各污染控制设备及烟道系统的流场分布，促进湿烟气气液分离与集液，有助于降低阻力、减少冲刷磨蚀，提高设备运行可靠性，为降低运行能耗、减少运维成本打好基础。

2　项目设计优化与实施

漕泾电厂1 000 MW超超临界机组烟气洁净排放改造工程，通过增设湿式电除尘器、脱硫增容改造、脱硝综合优化、加装无泄漏管式换热器MGGH等措施，降低2号机组烟气污染物排放，最终保证污染物排放指标低于GB13223-2011要求的燃机排放标准（烟尘5 mg/Nm3、SO235 mg/ Nm3、NOx50 mg/Nm3）［3］。

图1　洁净排放改造工程系统图

2.1增设湿式电除尘器

增设了效率为75%的湿式电除尘器，达到污染物收集的功能。主要特点包括

（1）电除尘器内的电场气流速度较高及灰斗倾斜角减小，设备布置可以更加紧凑；

（2）通过避免反电晕现象，抑制机组的二次扬尘；

（3）通过单线连续喷淋的工艺方法，使得大部分水可以循环使用，少部分水外排；

（4）外排水直接进入脱硫系统作为脱硫补充水，流经喷嘴的循环水流量不随机组负荷变化而变化，使得用水量基本保持不变；

（5）由于没有如锤击设备的运动部件，可靠性较高。

改造后，烟囱出口排放达到4.5 mg/Nm3以下。湿式电除尘器的除尘效率与传统除尘方式相比有质的提升，对小于1微米的微粒仍然有很高的效率，对PM2.5的去除效率均可高于90%，粉尘排放浓度可低于5 mg/Nm3，酸雾的去除率可超过90%，烟气浊度降低到10%以下。对于亚微米大小的颗粒，包括微细颗粒物（PM2.5粉尘）、SO3酸雾、重金属（汞等）都有较好的收集性能。

2.2脱硫增容改造［2］

（1）在第一层喷淋层下方增加一套双相整流装置和壁环，并增设塔外浆池，改造后设计煤种SO2脱除率达到98.56%。新增一级屋脊式除雾器，改造后的除雾器能满足出口液滴含量在50 mg/ Nm3以下。

（2）为验证吸收塔出口SO2和烟尘含量达到国家标准，本工程对吸收塔进口到出口所有气相和液相进行了计算机数值模拟。根据数值模拟结果，进一步优化了双相整流的位置和布置方式、改进吸收塔塔顶设计方式、调整除雾器布置方式，在吸收塔入口加装导流板以保证湿式电除尘器入口的流场。

（3）本工程采用远达自主研发的双相整流技术，是远达依托自身研发技术，在吸收国内外双相整流优点的基础上研发的。该技术除尘率高，兼顾除尘和脱硫两大功能，可以充分满足超洁净排放的要求。

（4）根据流场模拟结果，为增加吸收塔液相吸收，减少烟气吸收塔塔壁效应，本工程在喷淋层之间增设了两道增效环。增加烟气在吸收塔区局部流速和动能，增加气液两相碰撞动能，以此增加脱硫效率。

（5）为减少主机停机时间，同事兼顾吸收塔浆液停留时间，本工程采用在原有浆池旁边增加塔外浆池的方案。塔外浆池与原有浆池通过联络管道连接，将一台循环泵入口接至塔外浆池，通过浆液循环泵，可以将原有浆池和塔外浆池浆液充分混合。使得塔外浆池充分参与浆液循环，保证塔外浆池运行时的较高PH值，保障整个吸收系统浆液停留时间。

2.3加装MGGH换热器

烟气加热器采用了模块化的设计方式，沿烟气流动方向设计了3组模块，左右2组模块，上下6组模块，每台炉烟气加热器共计36组模块。通过隔离阀、对法兰的相互配合，使每组模块均可单独投入或退出水侧运行，增加了事故处理和实际运行的灵活性。

烟气加热器迎风面模块的24排换热器管采用了24排光管设计，其中前8排材料选用254smo（1.4547），后16排材料选用了316L，在最大程度上避免了氯离子、硫酸根离子的腐蚀。

沿烟气流动方向烟气加热器的第二组的12个模块全部采用了H型翅片管，材料选用316L。H型翅片管相对于螺旋翅片管，换热器效率更高，流动阻力更低，更不容易积灰结垢。且通过选用316L材料，使设备的耐腐蚀性提高。

沿烟气流动方向烟气加热器的第三组12个模块仍然采用了H型翅片管，但材料选用了ND钢。烟气经过前2组模块的加热，流动到此处时，已经是过热烟气，腐蚀的风险大大降低，因此选用了成本较低但耐腐蚀特性突出的低合金碳钢—ND钢（09CrCuSb），在避免腐蚀风险的基础上，降低了改造成本。而且，MGGH的烟气冷却器部分成功利用了原先的低温省煤器，使MGGH系统的造价得以降低。

对MGGH循环水系统进行了优化设计，通过计算、选择适合的运行水温，使烟气加热器和烟气冷却器的换热端差基本相同，从而确保换热性能接近，系统更平稳的运行。

烟气冷却器进水温度为72℃，高于一般设计值（65～70℃），使烟气冷却器不容易发生低温腐蚀，提高了运行可靠性。系统循环水泵采用变频设计，在不同的运行负荷下，可通过自动调节循泵出力来调节循环水量，降低了MGGH系统的能耗。

MGGH系统的烟气加热器还增加了调节旁路，以提高系统对变工况运行的适应性。在低负荷工况，烟气加热器的换热能力过剩时，可通过调节旁路限制其换热能力，使烟气加热器出口水温始终能满足烟气冷却器对进水温度的要求。另外，MGGH系统设置了辅助蒸汽加热系统，当烟气冷却器的吸热量不足时，投入辅助蒸汽，确保烟气加热器的出口烟温达到设计值。辅助蒸汽系统、烟气加热器调节旁路、变频循环水泵的巧妙结合，使MGGH系对各种工况具备适应能力，在任何工况下都能运行在最低的电耗、蒸汽消耗状态下。

对烟气加热器的烟气流场进行了数模分析，并根据CFD计算结果设计了导流装置，使烟气流动更均匀，换热更平稳，局部磨损风险大幅降低。

2.4CEMS测点布置的优化

为便于烟气排放指标的在线监测，提高监测精度和可靠性，提供客观真实的环保监测数据，我们对现有排放监控的烟气在线监测系统（CEMS）进行了技术改造。取样点移到烟囱55米处，并将CEMS小室移到烟囱内50米钢平台，提高测量的即时性。CEMS改型为直接抽取式，避免了原有方式对监测设备的腐蚀，提高了监测仪表的稳定性和精度。

为便于环保数据的搜集和监测设备的及时维护，保证检修维护人员工作安全，此次改造过程中烟囱配套烟囱升降机，为上海地区燃煤电厂首家。

3　结论

漕泾电厂2号机组烟气洁净排放改造工程，通过加装湿式电除尘器、脱硫增容改造、脱硝综合优化、加装MGGH加热器及增压风机增容改造等措施，大大降低了烟气污染物排放，最终污染物排放指标远低于国标（GB13223-2011）要求的燃煤机组机排放标准（见表1）。

表1　2号机改造前后污染物排放对比mg·（Nm）-3

本项目基于成熟技术的综合优化，通过对现有环保设施污染控制潜力的深度挖掘，将对燃煤机组大气污染物深度治理发挥良好的示范推广作用，尤其是对上海市燃煤机组和国家电投集团下属燃煤电厂清洁高效发展起到积极的推动作用。确保能源清洁、绿色供应，对国家空气质量改善做出切实贡献。

同时，确立燃煤排放新标杆，带动传统燃煤电厂环保转型升级，打破高排放对传统燃煤机组发展的限制，依托环保出效益，走出一条清洁绿色能源的发展之路。

［1］BP公司，BP能源统计年鉴［J］，2015

［2］周波.马电NO.8机组烟气脱硫项目方案选择与综合评价［D］.华北电力大学（保定），2011.

［3］ GB13223－2011《火电厂大气污染物排放标准》

肯尼亚移动厕所 “蓝色盒”环保节能

肯尼亚一家企业推出了一种移动式厕所，特点是利用太阳能将粪便转换成新型厨房燃料，既改善了卫生环境状况，又提供了环保能源。

在距首都内罗毕90 km处的奈瓦沙地区，这家企业向没有厕所的家庭提供上述设施。它被民众称为“蓝色盒子”，无需安装固定的管道，用户只要每月付费以维持一周两次的维护保养即可。目前，这家企业已经推出80个“蓝色盒子”，可供400户家庭使用。这种厕所采用太阳能技术，高温加热粪便与木炭粉、植物废料形成的混合物，不仅消毒杀菌，还制成新型无烟燃料，确保使用卫生。

（新华）

新型纳米泡沫让“窗户”更节能

美国能源部阿贡国家实验室的研究者们通过使用二氧化钒纳米材料，研发出具有单一窗格的窗户，从而提高了能源的利用效率，改善了商业及住宅楼单一窗格窗户的效率。该团队研发的纳米泡沫含有超热绝缘性和隔音性的纳米网状复合物，利用直径小于100 nm的气体泡沫以阻隔热量和声音的传递，与此同时，同普通玻璃类似，允许可见光透过。

纳米泡沫被挤压成厚度为3 mm的片状，通过使用微小气泡起到绝热效应，以减少气体分子间的碰撞，从而减少了热能的传递。当气泡减小到很小的尺寸时，超热绝缘也成为可能。

根据高级能源研究计划局统计，单一窗格的窗户的导热性至少是双层窗的两倍，改进这些窗户每年可减少能源消耗约120亿美元。

（中科）

Deep Optimization and Implementation of 1000MW Unit Clean Emission under Mixed Burning of Coal Condition

Sun Chunnong
Shanghai Caojing Electric Power Plant Power Generation Co.，Ltd

The article introduces deep optimization and comprehensive technology of 1000MW ultra-critical unit clean emission renovation project at Shanghai caojing electric power plant. The project is the only clean emission demonstration project in Shanghai， which contributes to energy-saving and emission-reducing work promoted by Shanghai municipal government.

Clean Emission， Optimization

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.06.017