新型烟气超低排放技术的研究与应用

2019-12-11王继伦华电国际十里泉发电厂

节能与环保 2019年11期

文_王继伦华电国际十里泉发电厂

1 研究背景

根据国家发改委、环保部、能源局2014年下发的《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》要求，东部地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值（即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50mg/Nm3）。

山东省发改委、环保厅下发《关于尽快制定现役燃煤机组节能减排升级与改造计划的通知》（鲁发改能交[2014]1147号）要求：山东省现役30万kW及以上公用燃煤发电机组，改造后大气污染物排放浓度要达到燃气轮机组排放限值。

目前，我国环境治理的形式非常严峻，尤其对燃煤电厂烟气超低排放、废水零排放、节能降耗等均提出了更加严格的要求。

2 研究意义

在保证烟气超低排放的前提下，尽可能的降低投资、减少设备运行维护成本、减少废水、降低厂用电是燃煤电厂对炉后环保设施选择的主攻方向。经过调研发现，不采用湿式除尘器方案不仅可以优化设备布置，减少设备投资和后续设备维护，而且可以实现节能降耗，同时杜绝相应废水产生，减少治污成本。从环保和节能两个方面分析，在满足烟气超低排放的前提下，不采用湿式除尘器方案具有较大的优越性。

3 研究路线

华电国际十里泉发电厂“上大压小”2×660MW超超临界机组执行燃气轮机组超低排放标准，探索并应用一种超低排放技术路线，建设节能、环保、高效机组是我们的研究的主要内容。

烟气超低排放的关键和难点在于高效脱硫协同除尘系统与高效除尘措施相结合，合理利用炉后设备间的相互配合。通过借鉴日本燃煤火力发电厂在环保方面提出的“环保岛”概念，引入（SCR）全负荷脱硝、烟气余热利用、低低温、FGD PLUS等先进技术，合理融合并经过充分论证，本期工程技术路线为：（SCR）全负荷脱硝技术+低低温静电除尘器+高效脱硫及高效协同除尘+MGGH。

本工程投产以来，真正实现取消湿式除尘器、达到超低排放效果。烟尘、二氧化硫、氮氧化物等排放浓度均达到并优于国家最新标准且优于设计值，两台机组先后顺利通过竣工环保验收，此技术路线属于同类型机组中首创。

3.1 （SCR）全负荷脱硝技术

SCR反应器布置在锅炉省煤器和空气预热器之间（高含尘区布置）。省煤器出口的烟气垂直进入SCR反应器，经过各层催化剂模块将NOx还原为无害的N2、H2O。

本期工程采用选择性催化还原法SCR脱硝装置，在设计煤种及校核煤种、锅炉最大工况（BMCR）、处理100%烟气量条件下，脱硝效率不小于86%，催化剂层数按2＋2选型布置安装，配备尿素热解制氨系统。

3.2 低低温静电除尘器

根据多个运行项目调研总结，烟气温度与粉尘比电阻为抛物线关系。在低温区，表面比电阻占主导地位，随着温度的降低而降低；在高温区，体积比电阻占主导地位，随着温度的升高而降低；温度介于两者之间，二者都起作用，且比电阻处于抛物线的顶点区域，属于比电阻高点。

试验研究证明烟温与比电阻密切相关，并直接影响到电除尘效率。比电阻最大降幅降低到1个数量级以上，而使电除尘效率得到大幅提高。分析认为，烟气经换热降温后，烟气的体积流量、烟气流速得以降低，同时烟气中的SO3会发生冷凝，形成液态粒子混合在烟气中形成气溶胶，这会快速与粉尘颗粒之间发生物理和化学吸附，从而提高粉尘颗粒表面的电导率，降低其比电阻。

本工程采用“余热利用+低低温电除尘”的结合技术，建设独具特色的余热利用低低温静电除尘器。使电除尘器运行在90～110℃的烟温区间，降低比电阻、降低烟气量、提高运行电压，提高电除尘效率。实现烟温调节、工况自动分析、机电一体化协同控制，达到系统运行最优、节能最佳的控制效果，低低温静电除尘器出口烟尘浓度低于15mg/Nm3。

3.3 高效脱硫及高效协同除尘

高效脱硫协同除尘系统按一炉两塔、三层喷淋层、双塔双循环的方案建设。脱硫效率不小于99.37%，出口烟气SO2浓度小于35mg/Nm3，粉尘排放浓度小于5mg/Nm3。一级吸收塔入口脱硫效率85%，二级吸收塔脱硫效率96%，除尘效率70%。

通过在吸收塔入口和喷淋层之间增加一层FGD PLUS，使得烟气在吸收塔的截面上均匀分布，从而确保烟气与浆液能充分均匀接触，提高脱硫效率；同时浆液在PLUS层上会形成一层液膜，烟气通过液膜，传质面积会增加，烟气与浆液的接触时间延长，脱硫效率和除尘效率得到提高。

FGD PLUS技术特点如下。

①形成持液层，强化气液接触，提高脱硫和除尘能力。FGD PLUS设置在喷淋层下方，大量的循环浆液在PLUS上形成了一个持液层，降低了气液两相的反应阻力，增加了传质面积。同时烟气穿过持液层，增加了气体和液体接触的时间。浆液穿过PLUS，增强20%～30%的脱硫能力，一层喷淋层的脱硫效率与1.5个喷淋层相当，在提高脱硫效率的同时提高除尘的效率。

②对进入吸收塔的烟气进行整流。浆液在FGD PLUS上形成了一层持液层，进入吸收塔内分布不均匀的烟气在穿过持液层时，FGD PLUS产生的阻力造成气体流量尽量均匀地分布在塔截面。在气体和浆液刚接触时形成了这种阻力使浆液均布，并惠及到吸收区。因此，浆液和烟气的接触在整个吸收区域都被优化。

本工程吸收塔采用FGD PLUS技术及相关措施保证脱硫效率达到99.6%，超过设计目标值99.37%。

针对本项目的低浓度粉尘排放要求，通过采用以下技术措施，吸收塔的除尘效率提高到85%以上。

③增加FGD PLUS，提高除尘效率。在吸收塔内安装FGD PLUS，在其表面会形成持液层，烟气中夹带的粉尘通过持液层后，大部分的粉尘被脱除。

④利用CFD流场模拟，提高烟气分布均匀度。气体经过PLUS后、喷淋层之间、除雾器入口的速度分布满足速度偏差不大于15%，有效提高喷嘴出口液滴与粉尘颗粒的碰撞几率，提高吸收塔内喷淋浆液对粉尘的脱除效率。

⑤优化喷淋层布置，提高覆盖率。根据CFD流场的模拟，优化喷淋层布置及喷嘴分布，提高浆液在塔截面分布的均匀性，单层喷淋层喷嘴的覆盖率达到200%以上，提高除尘效率。

⑥优化喷嘴选型，降低液滴粒径，提高效率。喷嘴采用高效同向双头喷嘴，采用此喷嘴产生更小的雾滴，气液接触面积增大，提高尘的脱除率。

⑦降低塔内烟气流速，提高粉尘捕捉几率。吸收塔内烟气流速为3.46m/s，延长烟气在吸收塔内的停留时间，增强液滴捕捉粉尘颗粒的几率。

⑧降低除雾器出口液滴含量，减少液滴浆液颗粒夹带。以上措施保证本项目实现烟囱入口处尘含量小于5mg/Nm3（标、干、6%O2）。

3.4 MGGH

设置两级换热器，在除尘器前设低低温省煤器，利用烟气余热加热凝结水，回收热量；在烟囱入口设烟气加热器，以循环水为媒介，吸收电除尘前的烟气热量，提高排烟温度至75℃，消除或减轻烟囱出口“白烟”现象。

4 应用效果

本期工程机组投产后，经过性能试验及环保检测，烟尘、二氧化硫、氮氧化物等排放指标均达到并优于国家最新标准且优于设计值。真正实现了不设置湿式除尘器，达到超低排放效果，且直接减少投资约4000万元。截止目前，项目投运已两年有余，各项指标依然满足超低排放要求，此项技术真正经受住时间的检验，应用前景十分广泛。