应对超低排放上海煤电环保设施协同改造的研究与实践

吕敬友，徐 嵘，陆 云

(1.国网上海市电力公司电力科学研究院，上海 200437；2.上海上电漕泾发电有限公司，上海 201507；3.上海吴泾第二发电有限责任公司，上海 200241)

应对超低排放上海煤电环保设施协同改造的研究与实践

吕敬友1，徐 嵘2，陆 云3

(1.国网上海市电力公司电力科学研究院，上海 200437；2.上海上电漕泾发电有限公司，上海 201507；
3.上海吴泾第二发电有限责任公司，上海 200241)

介绍了上海火电控制燃煤机组建设、节能降耗、“强馈入、弱开机”、控制燃煤质量等措施从源头上降低了污染排放；分析了采用先进的环保技术和治理设备所取得显著的环保效果；阐述了环保排放状况和各类机组污染物排放特性；列举了燃煤电厂对烟气污染控制设备进行协同改造的成功案例，可为其他机组的超低排放改造提供依据和借鉴。

环保设施；超低排放改造；研究与实践

0 引言

为控制我国严重的雾霾天气，2014年9月23日，国家有关部委联合印发了《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020)》，提出了煤电的节能减排和污染物超低浓度排放要求(即在基准氧含量6%条件下，烟尘、SO2、NOx排放浓度分别不高于10、35、50mg/m3)，并将超低排放列入今年总理的政府工作报告。上海2015年启动第六轮环保三年行动计划，安排8个专项232个项目，预计总投入约1000亿元。根据计划安排：上海600MW及以上燃煤机组在2016年9月执行超低排放，300MW及以下燃煤机组在2017年9月执行超低排放。

1 上海火电发展和环保状况

1.1 上海火电装机容量、发电量和能耗

2015年纳入国网上海电科院技术监督范围的火电机组容量为20742MW,其中燃煤机组15018MW，燃气机组5110MW，燃油机组614MW。按装机容量等级，组成如下：300MW等级机组容量为2596MW，占12.52%；300MW等级机组容量为9626MW，占41.59%；600MW等级机组容量为3720MW，占17.93%；1000MW等级机组容量为5900MW，占27.96%。按发电集团机组组成为：上电股份5548MW，申能股份6670MW，华能股份5020MW，其他公司3504MW。

2015年上海火电发电量为761.6亿(kW·h)，同比下降1.98%；燃煤量为2923.1万t，同比下降5.3%。图1给出2007年至2015年上海火力发电厂装机容量、发电量、燃煤量的变化情况。燃煤量的降幅略低于发电量，反映了燃煤质量有所提高。

1.2 从源头上控制污染物排放

1.2.1 强馈入、弱开机

根据《上海市能源发展“十二五”规划》要求，上海市煤炭消费比重要由2010年的49.2%下降到2015年的40%左右。为促进节能减排战略，上海电网通过特高压/超高压直流输电通道最大程度消纳西南水电，减小内部机组开机及出力，从而大幅降低火电燃料消耗及污染物排放。强馈入：2014年7月11日上海受电规模1250万kW，受电比例54%；弱开机：2014年7月11日上海主力燃煤机组开机仅11台。上海电网这种“强馈入、弱开机”状态大于50%受电比例的时间每年超过6个月，且将成为新常态。利用外来绿色电有利于减少污染物排放，但也带来了燃煤机组停运的压力。

图1 装机容量、发电量、燃煤量关系

1.2.2 控制燃煤机组建设

近几年，上海停建了燃煤机组，新增用电除区外来电外，主要是建设燃气机组，新建的4家燃气电厂装机容量达5110MW，另外崇明燃机2×424MW机组也已建成即将投运。

1.2.3 控制燃煤质量

上海燃煤电厂严格控制煤炭质量，燃煤平均硫分基本上控制在0.6%以下，平均灰分逐年下降，煤质数据见表1。

表1 燃煤质量分析

年份/年200720082009201020112012201320142015燃煤硫分/%0.570.590.570.580.620.580.580.490.52燃煤灰分/%18.319.316.515.815.213.714.214.413.8

燃烧低硫和低灰煤，从源头上降低了污染物的排放。但继续降低的潜力非常有限。

1.3 上海火电厂污染物排放分析

1.3.1 污染物排放总量分析

2015年上海火电厂烟尘、SO2、NOx排放量分别为0.45、1.40、1.87万t(见图4)。同比分别降低25.7%、25.1%和46.1%。图4给出2007年-2015年烟尘、SO2、NOx排放趋势。

图2 2007年-2015年烟气污染物排放趋势

上海2008年开始建脱硫装置，SO2在2009年开始大幅下降，2014年全部机组完成脱硫改造。脱硝于2010年开始建设，至2015年99.8%以上的机组容量完成脱硝改造。2015年上海燃煤机组41台，配备布袋除尘器的锅炉17台，配备高效电除尘器的锅炉24台。这些脱硫、脱硝、除尘装置建成使污染物大幅降低，但要进一步降低、达到超低排放还需进行综合改造。

1.3.2 污染物排放率分析

2015年上海火电厂烟尘、SO2、NOx污染物排放率分别为0.06、0.18和0.25(g/kW·h)。同比分别下降了23.1%、23.4%和45.6%。

1.3.3 各等级机组污染物排放分析

按照小于300MW、300MW等级、600MW等级、1000MW等级及燃气燃油机组划分，各机组等级烟气污染物排放情况列于表2。

表2 各等级机组的单位发电量污染物排放率

绩效排放/g·(kW·h)-1小于300MW300MW等级600MW等级1000MW等级燃气燃油烟尘0.570.060.020.020.01SO21.020.210.140.130.03NOx2.190.230.120.100.09

从表2可知，小于300MW机组平均污染物排放率大大超过其他级别的机组。随着单机容量的增大，机组污染物排放率下降，1000MW等级机组的污染物排放率最小。主要是大机组发电效率高、煤耗低、配备的污染物去除装置较为齐全、效率较高。特别是1000MW等级机组的污染物排放率将接近燃气燃油机组。

2 应对超低排放煤电环保设施协同改造

为达到超低排放，部分燃煤机组已进行环保设施改造研究，下面分析较有代表性的案例。

2.1 增加湿式电除尘器为主的协同改造

电厂A建有2×1000MW超超临界机组，同步建设脱硫、脱硝和电除尘器，电除尘器保证效率为≥99.80%。为达到超低排放和治理“石膏雨”，改造工程采用湿式电除尘器(除尘效率75%)和低氮燃烧技术(不大于240g/m3)、高效脱硫技术(不低于98%)、SCR脱硝系统、管式MGGH技术。

2.1.1 增加湿式电除尘器

湿式电除尘器技术来源是引进日本三菱重工大型燃煤电站湿式电除尘技术，设置在脱硫出口至烟囱，其主要技术参数(标准状态值)见表3。

2.1.2 增设管式MGGH

机组增设1套无泄漏式烟气换热器(MGGH)设备，MGGH系统包括一级烟气冷却器、二级烟气冷却器、烟气加热器、热媒补给系统和热媒辅助加热系统。其结构与性能参数见表4。

2.1.3 脱硫改造

机组增加塔外浆液箱，原吸收塔浆池高度不变。吸收塔顶部改为锥形顶盖样式。在原有喷淋层和除雾器之间增加4m，作为增加第五层喷淋层和新增一级屋脊式除雾器。吸收塔内部加装一层双相整流装置，在第二、三层喷淋层下方各加装一层壁环。在第一层喷淋层下方增加一套双相整流装置和壁环，可以提高脱硫效率15%以上。增加一级屋脊式除雾器，改造后保证吸收塔出口雾滴50mg/m3以下，雾滴含固率低于15%。

2.1.4 改造效果

电厂A于2015年完成改造，改造前后的性能试验结果见表5。

改造后达到超低排放标准，由于污染物排放浓度降低，雾滴大幅降低以及烟温提高，出口无烟色。

2.2 吸收塔内管束式除尘器改造为主的协同改造

电厂B装机容量为2×600MW，2015年12月完成一台机组超低排放改造，主要进行了高频电源、脱硫吸收塔内管束式除尘器改造和抬高脱硫塔高度，并进行了MGGH的改造。

2.2.1 高频电源改造

电厂B将原有双室四电场电除尘器工频电源改装为高频电源，改造前后电除尘效率及烟尘排放浓度见表6。

表3 湿式电除尘器主要技术参数

项 目数 值型号2FW212电除尘台数/台锅炉,电场形式2台,2室1电场阳极板型式及材质平板式,SUS316L阴极线型式及材质针刺线,SUS316L通道/个82极间间距/mm300烟气速度/m·s-12.7设计烟气量/m3·s-1979.6入口烟气温度/℃50入口粉尘浓度/mg·m-318入口雾滴浓度/mg·m-350出口保证值(粉尘包括石膏在内)/mg·m-3<4.5出口水雾浓度/mg·m-3≦50水膜水量(连续使用)(1台锅炉)/t·h-1185NaOH(32%或其他浓度)耗量(单台炉)/t·h-10.18

表4 烟气加热器结构与性能参数

项 目烟气加热器型号HD-TECH-6003外形尺寸(深×高×厚)/mm12000×11250×8200总换热面积/m250257换热效率/%99并联管组数12换热管型式H型翅片管入口烟气量(干基,实际氧)/m3·h-13205927入口烟气温度/℃48出口烟气温度/℃78.4热媒水进水温度/℃95.5热媒水出水温度/℃72热媒水流量/t·h-11410

表5 电厂A改造前后污染物排放指标比较 mg/m3

表6 电厂B改造前后电除尘效率及烟尘排放浓度对比

项目改造前改造后除尘效率/%99.7≥99.8烟尘排放浓度/mg·m-335～50≤30

2.2.2 脱硫吸收塔内管束式除尘器改造

管束式除尘器的使用环境是含有大量液滴的50℃饱和净烟气，主要是脱除浆液液滴和尘颗粒。大量的细小液滴与颗粒在高速运动条件下碰撞机率大幅增加，易于凝聚成为大颗粒，从而实现从气相中的分离。气体旋转流速越大，离心分离效果越佳，捕悉液滴量越大，形成的液膜厚度越大，运行阻力越大，越容易发生二次雾滴的生成；因此其采用多级分离器，分别在不同流速下对雾滴进行脱除，保证较低运行阻力下的高效除尘效果。

2.2.3 脱硫吸收塔改造

脱硫系统完成了增容改造，吸收塔加高2m，增装一层喷淋层，喷淋层达到4用1备，保证SO2排放浓度达到35mg/m3以下。

2.2.4 增设管式MGGH

MGGH系统主要是利用闭式循环的热媒水从烟气冷却器处吸收热量后在烟气加热器处放出热量。在烟气冷却器放出热量多余的情况下，多余的热量通过凝结水加热器去加热汽机凝结水；在烟气冷却器放出热量不足的情况下，不足的热量通过辅助蒸汽加热器加热热媒水提供。烟气冷却器换热管采用H型鳍片椭圆管。

2.2.5 改造效果

管束式除尘装置设计除尘效率为80%，静电除尘器处理过的含尘量低于25mg/m3时，经过管束式除尘器后，烟尘排放浓度<5mg/m3，达到燃机排放标准，改造效果见表7。改造后达到超低排放要求，“石膏雨”基本消除。

表7 电厂B改造前后污染物排放指标比较 mg/m3

3 结语

上海火电厂通过停建燃煤机组，“强馈入、弱开机”，建设燃气机组，控制燃煤质量，建设先进、高效的环保设施，使得SO2、NOx和烟尘三种污染物排放总量从2010年的21.3万t降至2015年的3.7万t，降幅为82.5%。随着国家超低排放政策的出台，上海火电将面临新一轮的大规模环保改造。目前部分机组已完成环保设施改造达到超低排放的要求，可为其他机组的改造提供借鉴。在上海燃煤机组全部通过环保超低排放改造后，可使烟气SO2、NOx和烟尘三种主要污染物排放总量再降30%～40%，为缓解上海的雾霾做出贡献。

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Research and application of Shanghai thermal power plants environmental protection facilities co-benefit control retrofit to meet ultra-low emission

Measures which Shanghai thermal power plants controlling coal-fired power building,energy saving and consumption reduction,Substantial Power Import and Restricted Dispatchable Generation,controlling Coal quality,decrease pollutant emission from resource are introduced.Advanced environmental protection technology and flue gas treatment device obtained obviously environmental effect have been analyzed.It describes pollutant emission situation and all types of units pollutant emission characteristic.Success cases of The flue gas multi-pollutant co-benefit control reform are listed. Ultra-low emission reform are provided the basis for reference on other crew.

environmental protection facilities；Ultra-low emission reform；Research and Application

X701

B

1674-8069(2017)02-015-04

2016-10-22；

2016-11-03

吕敬友(1957-)，男，浙江台州市人，硕士，高级工程师，长期从事电力环境保护研究。E-mail:lvjy@sh.sgcc.com.cn