协同脱除在火电超低排放的应用

2018-04-26广东省韶关粤江发电有限责任公司

机械工业标准化与质量 2018年4期

广东省韶关粤江发电有限责任公司□赵玉

2014年9月，国家环境保护部为降低燃煤发电机组污染物排放量，联合发展和改革委员会、国家能源局下发了关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014～2020年）》的通知，文件要求到2020年，现役60万千瓦及以上燃煤机组、东部地区30万千瓦及以上公用燃煤发电机组、10万千瓦级以上自备燃煤发电机组及其他有条件的燃煤发电机组，改造后大气污染物排放浓度基本达到或接近燃气轮机组排放限值，烟尘≤10mg/Nm3，SO2≤35mg/Nm3、 NOx≤50mg/Nm3。

我国早在20世纪90年代就引进了以石灰石-石膏法为代表的湿法脱硫技术，并得到广泛的应用，市场占有率达到80%以上。就目前技术应用情况看，对SO2的脱除性能无论是工艺原理还是系统设计及装备制造技术都较为成熟，也有达到35mg/Nm3排放浓度的工程应用案例，但对湿法脱硫装置颗粒物协同脱除性能乃至超低排放控制技术却鲜有研究，自然也没有相关的应用案例。因此对湿法脱硫装置颗粒物协同脱除性能的研究、技术开发及应用是最终实现燃煤电厂烟气超低排放的关键。

1 现有技术忽视的问题

（1）忽视了湿法脱硫协同除尘能力

我国引进的湿法脱硫技术，通过多年消化吸收，已全面掌握，与国外先进技术相比没有本质上的差异。没能做到高效除尘，实现超低排放，其关键在于理念上的差异，忽视了系统中各设备对污染物的协同脱除作用。主要原因在于湿法脱硫的除尘机理复杂尚无成熟理论可循，携带烟尘的烟气进入吸收塔后，与喷淋层喷出的浆液发生一些列复杂的碰撞、拦截等物理过程，鲜有成熟的机理研究案例和工业示范应用为湿法脱硫的除尘效率提供明确的理论依据。

（2）系统流场不均

湿法脱硫系统的烟气流场不均是导致粉尘排放浓度高的重要因素之一。湿法脱硫装置普遍采用单侧入口进气方式，该方式会造成烟气沿塔截面的流场不均，在入口对侧形成高速烟气流场，致使烟气到达首层喷淋层入口处流场分布流场严重不均：远离吸收塔入口区域的液气比较低，而靠近吸收塔入口区域的液气比较高，引起近塔壁烟气逃逸，脱除效率偏离设计值，进而导致烟气在除雾器处的流速超过设计值，除雾性能将大大降低，甚至失效，除雾器也会在高速的烟气下发生二次携带现象，大量的石膏浆液将会随烟气被带入烟囱，出现 “石膏雨”现象，其对烟尘的贡献值可高达20mg/Nm3。

2 韶关2号机组超低排放改造

韶关电厂2号机组锅炉型式为∏型布置、单炉膛、一次中间再热、尾部双烟道结构、前后墙对冲燃烧方式、旋流燃烧器、平衡通风、固态排渣、全钢构架并且全悬吊结构露天布置，采用内置式启动分离系统、三分仓回转式空气预热器、正压冷一次风机直吹式制粉系统、超超临界参数变压直流本生型锅炉。机组脱硫装置（FGD）采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺。一炉一塔处理从锅炉排出的100%锅炉最大连续蒸发量（BMCR）的烟气量，脱硫效率≥96%，SO2排放浓度约为50mg/Nm3，粉尘排放浓度约为12mg/Nm3。

在本项目的改造上，设计人员首先对原吸收塔流场进行了流场优化。初步判断粉尘排放浓度降低至10mg/Nm3以下可以通过调整吸收塔流场及增加湿式电除尘器就可以达到排放要求，同时，设计人员通过大量的工程设计协同脱除污染物的经验，增加一层内部均流构件不仅可以调整流场降低粉尘排放，同时还可以增大脱硫塔的脱硫效率，确保原SO2排放浓度由50mg/Nm3降低至35mg/Nm3以下。

烟气从下部进入脱硫塔后，由于速度的惯性，在塔内形成很大的涡旋；增加塔内构件后，入口处的高速流动受到了限制，烟气均匀度有显著提升，烟气的扩散效果明显。以第一层喷淋前截面为例，加装塔内构件后，局部高速区消失，边壁地区的低速流动也得到了明显的改善，截面的速度均匀度CV值得到了明显的提高，CV值由未安装构件前的42%减小到36%，有助于脱硫效率的进一步提升。同时塔内构件可以使得浆液在构件表面形成持液层，覆盖面积更大，有利于烟气的气液接触。为了研究构件安装位置对塔内流场的影响，通过在烟气入口和第一层喷淋之间调整构件位置进行了分析，以构件距入口上沿高度1.2m、0.8m和0.5m的位置进行了对比。对应的烟气截面的速度均匀度CV值（第一层喷淋前截面速度）分别为37.56%、36.31%、36.89%，总体相差不大，在0.5m～0.8m处布置略好。

同时在此基础上避免液滴、粉尘的过度排放，加装了湿式电除尘器。湿式电除尘技术是目前效率最高并且最节能的废气除尘方法，湿式电除尘技术具体是在电除尘器中，使高压直流电通过，在高压直流电的作用下使得粉尘周围的气体进行电离，随后通过湿式法将水雾与废气中的粉尘凝结在一起，之后被吸附在电除尘的极板上。湿式除尘技术大致的可以分为荷电、收集、清灰三个阶段，在常规的电除尘器中存在着除尘效率受比电阻影响较大的情况，随后其他污染物除去的效果就无法达到预定效果，而湿式电除尘器能实现粉尘超低排放，并且还能有效的控制废气中细微颗粒物的排放，解决长期除尘过程中出现石膏雨的技术难题。

本项目使用的湿式电除尘器具有几个特点：采用了刚性螺旋芒刺阴极线，360°无死角稳定放电；通过单管单喷，全方位覆盖冲洗，避免堵塞；高品质高频高压恒流电源，放电稳定，功率因数高；利用气流均布装置，采用多级布风均流格栅，确保流场均匀；优化绝缘箱加热装置，自动控温，高温节能；阴极牵拉，720°立体可调，保证其紧固可靠。因此无论从长远的经济效益还是社会效益来看，国内燃煤电厂使用湿式脱硫后增设湿式电除尘器都是最好的选择。

最终确定韶关电厂2号机组超低排放改造工程主要包括以下内容：加装管束式湿式电除尘器；脱硫部分吸收塔内最下层喷淋层和入口烟道之间加装一层内部均流件，以提高脱硫效率。于2017年8月的性能测试实验中全部合格，具体数据见表1。