燃煤機組煙氣超低排放改造技術路線及效果分析

　　概述

　　2014年9月12日，國家發(fā)改委、國家環(huán)保部、國家能源局聯(lián)合發(fā)文“關于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》的通知”中要求，穩(wěn)步推進東部地區(qū)現(xiàn)役30萬千瓦及以上公用燃煤發(fā)電機組和有條件的30萬千瓦以下公用燃煤發(fā)電機組實施大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值的環(huán)保改造。燃煤發(fā)電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值(即在基準氧含量6%條件下,煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50mg/m3)。為更好地適應環(huán)保新形勢，根據(jù)現(xiàn)有環(huán)保設施現(xiàn)狀，決定按行動計劃進行改造，進一步減少污染物排放，達到江蘇省超低排放要求，即煙塵、SO2、NOx排放濃度分別不大于5、35、50mg/Nm3。

　　改造前脫硫、除塵系統(tǒng)簡介

　　機組采用國內(nèi)自主研發(fā)的OI2-WFGD大型燃煤機組石灰石—石膏濕法脫硫技術制造的脫硫系統(tǒng)，脫硫系統(tǒng)于2011年改造投運，脫硫設計效率大于97%，保證效率為95%，目前脫硫排放SO2濃度小于100mg/Nm3，在FGD入口SO2濃度小于1600mg/Nm3情況下，脫硫排放SO2濃度小于50mg/Nm3。電除塵器為蘭州電力修造廠設計制造的雙室四電場靜電除塵器，設計除塵效率≥99.7%，排放濃度小于50mg/m3。

　　超低排放改造技術路線

　　1、脫硫超低排放技術

　　根據(jù)目前運行工況、污染物排放水平及場地空間，為達到改造后脫硫效率大于98.6%，并找出適合的脫硫超低排放改造最佳方案，對目前各環(huán)保公司脫硫技術進行了分析。

　　1)石灰石-石膏法單塔空塔技術

　　煙氣從吸收塔中部進入，從塔頂部離開，從上至下依次為多層噴淋層、多級除霧器。吸收漿液從塔底進入，使得吸收塔底部的漿液pH值升高，并在循環(huán)泵的抽吸作用下，從塔頂噴淋而下，與煙氣形成逆流。隨著SO2吸收過程的進行，pH值逐漸降低，并逐漸完成氧化過程，石膏漿液底部排出。該脫硫技術為傳統(tǒng)脫硫技術，對于當煙氣中二氧化硫濃度不大于3000mg/m3時可以通過加裝4~5層噴淋層實現(xiàn)二氧化硫排放濃度達到35mg/m3以下。

　　圖一：石灰石-石膏法空塔示意圖

　　2)石灰石-石膏法單塔雙循環(huán)

　　在脫硫塔內(nèi)設置積液盤將脫硫區(qū)分隔為上、下循環(huán)脫硫區(qū)，下循環(huán)脫硫區(qū)、下循環(huán)中和氧化池及下循環(huán)泵共同形成下循環(huán)脫硫系統(tǒng)，上循環(huán)脫硫區(qū)、上循環(huán)中和氧化池及上循環(huán)泵共同形成上循環(huán)脫硫系統(tǒng)。下循環(huán)段pH值控制在5.3左右，漿液停留時間在4~6分鐘，完成預吸收及氧化亞硫酸鈣過程，此級循環(huán)的主要功能是保證優(yōu)異的亞硫酸鈣氧化效果和充足的石膏結(jié)晶時間。上循環(huán)段pH值控制在6左右(石灰石相對過量)，實現(xiàn)二氧化硫高效吸收，此級循環(huán)實現(xiàn)主要的脫硫洗滌過程。這樣在一個脫硫塔內(nèi)形成相對獨立的雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)，煙氣的脫硫由雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)共同完成。

　　圖二：石灰石-石膏法單塔雙循環(huán)示意圖

　　3)石灰石-石膏法雙塔雙循環(huán)

　　雙塔雙循環(huán)技術是單塔技術的延伸，該工藝采用兩個吸收塔串聯(lián)運行，通過一、二級吸收塔的pH值實現(xiàn)分區(qū)控制，一級吸收塔低pH值運行，利于石膏氧化結(jié)晶，二級吸收塔高pH值運行，利于高效脫硫。一級吸收塔設計脫硫效率約80～90%，出口SO2濃度約500～700mg/m3;二級吸收塔設計脫硫效率約93～95%，出口控制在35mg/m3以下。

　　圖三：石灰石-石膏法雙塔雙循環(huán)示意圖

　　4)石灰石-石膏法托盤塔

　　托盤塔是在噴淋空塔的漿液噴嘴下部設置1～2層布滿小孔的塔板，吸收漿液從噴嘴噴出，在塔板上形成一定厚度的液層，當煙氣進入噴淋塔后，被托盤分散成小股氣流，并在托盤液層中鼓泡進行氣液相接觸，完成二氧化硫吸收的過程。托盤可保持一定高度的液膜，增加了煙氣在吸收塔中的停留時間，起到充分吸收煙氣中部分污染成分的作用，從而有效降低液氣比，提高了吸收劑的利用率，增加了脫硫效率。

　　圖四：石灰石-石膏法托盤塔示意圖

　　5)石灰石-石膏法旋匯耦合塔

　　利用氣體動力學原理，通過特制的旋匯耦合裝置產(chǎn)生氣液旋轉(zhuǎn)翻騰的湍流空間，氣液固三相充分接觸，大大降低了氣液膜傳質(zhì)阻力，大大提高傳質(zhì)速率，迅速完成傳質(zhì)過程，由于增加了氣體的漩流速度，具有脫硫效率高和除塵效率高的優(yōu)點。

　　圖五：石灰石-石膏法旋匯耦合塔

　　6)各脫硫技術對比表

　　7)技術方案選擇

　　受脫硫改造場地限制，采用雙塔雙循環(huán)工藝的難度較大，其余幾個方案不增加占地或增加較少，可行性相對較高。根據(jù)現(xiàn)場具體情況和特點：設備新、FGD入口SO2含量不高、場地小等特點，結(jié)合單塔雙循環(huán)和單塔空塔技術，將原有吸收塔加高并增加一臺漿液循環(huán)泵，增加的漿液循環(huán)泵安裝在副吸收塔(增建漿液緩沖氧化池)的方案，此方案既節(jié)約了用地，又避免了造價、能耗的劇增。

　　2、煙塵超低排放技術

　　要達到煙塵超低排放，必須采用協(xié)同除塵技術，如脫硫前電除塵、電袋除塵、布袋除塵，脫硫協(xié)同除塵，脫硫后濕式電除塵等，對各除塵技術特點進行了分析。

　　1)電除塵技術

　　電除塵器除塵效率易受燃煤、飛灰特性影響，要達到超低排放要求，需對電除塵器進行擴容改造，包括低(低)溫電除塵、電場煙氣流場優(yōu)化、配置高效電源、高效清灰優(yōu)化，控制除塵器出口粉塵濃度為20mg/m3以下;當達不到20mg/m3以下時，可考慮進行電除塵器擴容改造。

　　2)布袋除塵技術

　　布袋除塵器出口煙塵排放濃度不受燃煤和煙塵特性的影響，特別是用于收集高比電阻煙塵及微細煙塵(電除塵器較難收集)具有較強的優(yōu)勢。但布袋除塵器與電除塵器相比存在設備阻力大(1200～1500Pa)，維護費用高，對煙氣溫度、煙氣成分較敏感，舊濾袋無法達到資源化利用等缺點。布袋除塵器一般適宜于不超過25g/m3進口煙塵濃度，當煙塵中的“SiO2+Al2O3”含量較高時將會對濾袋的磨損加劇。布袋除塵器出口煙塵排放濃度可控制在20mg/m3以下。

　　3)電袋除塵技術

　　電袋復合除塵器是靜電除塵和過濾除塵機理有機結(jié)合的一種復合除塵器，一般是在前級采用電除塵器，后級采用布袋除塵器。煙氣中80%左右的煙塵在電場內(nèi)荷電被收集下來，剩余煙塵隨煙氣進入布袋收塵區(qū)。對除塵器進行技術改造時，通常保留一級電場，而將其余電場的空間改造為布袋除塵器。電袋復合除塵器除具有布袋除塵器的優(yōu)點外，相比布袋除塵器還具有運行阻力較低(800～1000Pa)、除塵效率高、可適應高濃度煙塵、濾袋壽命長等優(yōu)點。但仍然存在維護費用較高，對煙氣溫度、煙氣成分較敏感，舊濾袋無法達到資源化利用等缺點。電袋復合除塵器出口煙塵排放濃度可控制在20mg/m3以下。

　　4)濕法脫硫協(xié)同除塵技術

　　石灰石-石膏濕法脫硫具有協(xié)同除塵作用，通過優(yōu)化脫硫吸收塔結(jié)構(gòu)，改進噴嘴型式和噴淋層覆蓋率及采用高效除霧器或增加管式除霧器技術，盡量提高脫硫裝置的綜合除塵效率達到70%以上。

　　5)濕式除塵器技術

　　濕式電除塵器通過電場力及荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并，共同對煙塵粒子起捕集作用，利用水將收塵極上捕獲的煙塵沖刷到灰斗中隨水排出。濕式電除塵器系統(tǒng)阻力小于400Pa，出口煙塵排放濃度小于5mg/m3。

　　6)技術方案選擇

　　綜合以上分析，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，排除了煙氣系統(tǒng)阻力增加很多的電袋或布袋除塵技術，采用脫硫裝置前電除塵、濕法脫硫協(xié)同除塵與脫硫后濕式除塵器相結(jié)合的除塵方式。

　　a)脫硫裝置前電除塵器方案選擇

　　為使現(xiàn)有除塵器，改造后效率達到99.9%，出口排放濃度降至20mg/Nm3，在現(xiàn)有的條件下，又分析了兩種方案：一、將電除塵器改造為旋轉(zhuǎn)電極，同時輔以電源改造;二、增加低溫省煤器，除塵器本體進行電源升級改造，在除塵器前設置前端換熱器，將除塵器入口煙溫降至煙氣酸露點溫度以下，同時輔以電源升級改造。這兩種方案均可將除塵器出口煙塵濃度降至20mg/Nm3，但旋轉(zhuǎn)電極可靠性較低，目前國內(nèi)投運的電廠故障率較高，而增加低溫省煤器的方案既利用了一部分余熱，又能提高除塵效率，因此，脫硫前電除塵選擇低溫省煤器加電源升級方案。

　　b)濕法脫硫協(xié)同除塵方案選擇

　　由于脫硫系統(tǒng)已經(jīng)完成了噴嘴和噴淋層優(yōu)化改造，本次改造增加了管式除霧器。

　　c)脫硫后濕式除塵器方案選擇

　　濕式電除塵器根據(jù)極板材質(zhì)的不同，大致可分為金屬極板濕式電除塵，導電玻璃鋼極板濕式電除塵，及柔性極板濕式電除塵等幾種類型。按布置方式的不同，又可分為臥式布置濕式電除塵器和立式布置濕式電除塵器。

　　根據(jù)以上各方面比較對比，結(jié)合場地等綜合分析，選擇了立式管式導電玻璃鋼濕式電除塵器。

　　改造效果

　　超低排放改造分別于2015年完成，并順利通過了168小時試運。按照超低排放要求，分別對兩臺機組進行了性能試驗，具體試驗數(shù)據(jù)見下表：

　　1)脫硫除塵試驗數(shù)據(jù)表：

　　2)脫硫除塵試驗數(shù)據(jù)表2：

　　從以上數(shù)據(jù)可以看出，脫硫、除塵改造選擇的技術方案是可行且正確的，超低排放改造后，SO2及煙塵均能達到超低排放標準，即煙塵、SO2排放濃度分別不大于5、35mg/Nm3，改造效果良好。