燃煤機(jī)組煙氣超低排放改造技術(shù)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(guān)于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃(2014—2020年)》的通知”中要求，穩(wěn)步推進(jìn)東部地區(qū)現(xiàn)役30萬千瓦及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組和有條件的30萬千瓦以下公用燃煤發(fā)電機(jī)組實(shí)施大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值的環(huán)保改造。燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值(即在基準(zhǔn)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(yīng)環(huán)保新形勢，根據(jù)現(xiàn)有環(huán)保設(shè)施現(xiàn)狀，決定按行動計(jì)劃進(jìn)行改造，進(jìn)一步減少污染物排放，達(dá)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(jī)組采用國內(nèi)自主研發(fā)的OI2-WFGD大型燃煤機(jī)組石灰石—石膏濕法脫硫技術(shù)制造的脫硫系統(tǒng)，脫硫系統(tǒng)于2011年改造投運(yùn)，脫硫設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)制造的雙室四電場靜電除塵器，設(shè)計(jì)除塵效率≥99.7%，排放濃度小于50mg/m3。

　　超低排放改造技術(shù)路線

　　1、脫硫超低排放技術(shù)

　　根據(jù)目前運(yùn)行工況、污染物排放水平及場地空間，為達(dá)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(shù)進(jìn)行了分析。

　　1)石灰石-石膏法單塔空塔技術(shù)

　　煙氣從吸收塔中部進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shù)為傳統(tǒng)脫硫技術(shù)，對于當(dāng)煙氣中二氧化硫濃度不大于3000mg/m3時(shí)可以通過加裝4~5層噴淋層實(shí)現(xiàn)二氧化硫排放濃度達(dá)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(shè)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(shí)間在4~6分鐘，完成預(yù)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(shí)間。上循環(huán)段pH值控制在6左右(石灰石相對過量)，實(shí)現(xiàn)二氧化硫高效吸收，此級循環(huán)實(shí)現(xiàn)主要的脫硫洗滌過程。這樣在一個(gè)脫硫塔內(nèi)形成相對獨(dú)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(shù)是單塔技術(shù)的延伸，該工藝采用兩個(gè)吸收塔串聯(lián)運(yùn)行，通過一、二級吸收塔的pH值實(shí)現(xiàn)分區(qū)控制，一級吸收塔低pH值運(yùn)行，利于石膏氧化結(jié)晶，二級吸收塔高pH值運(yùn)行，利于高效脫硫。一級吸收塔設(shè)計(jì)脫硫效率約80～90%，出口SO2濃度約500～700mg/m3;二級吸收塔設(shè)計(jì)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(shè)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(dāng)煙氣進(jìn)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(jìn)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(shí)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(xué)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(diǎn)。

　　圖五：石灰石-石膏法旋匯耦合塔

　　6)各脫硫技術(shù)對比表

　　7)技術(shù)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(gè)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(diǎn)：設(shè)備新、FGD入口SO2含量不高、場地小等特點(diǎn)，結(jié)合單塔雙循環(huán)和單塔空塔技術(shù)，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(jià)、能耗的劇增。

　　2、煙塵超低排放技術(shù)

　　要達(dá)到煙塵超低排放，必須采用協(xié)同除塵技術(shù)，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(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了分析。

　　1)電除塵技術(shù)

　　電除塵器除塵效率易受燃煤、飛灰特性影響，要達(dá)到超低排放要求，需對電除塵器進(jìn)行擴(kuò)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(dāng)達(dá)不到20mg/m3以下時(shí)，可考慮進(jìn)行電除塵器擴(kuò)容改造。

　　2)布袋除塵技術(shù)

　　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(xì)煙塵(電除塵器較難收集)具有較強(qiáng)的優(yōu)勢。但布袋除塵器與電除塵器相比存在設(shè)備阻力大(1200～1500Pa)，維護(hù)費(fèi)用高，對煙氣溫度、煙氣成分較敏感，舊濾袋無法達(dá)到資源化利用等缺點(diǎn)。布袋除塵器一般適宜于不超過25g/m3進(jìn)口煙塵濃度，當(dāng)煙塵中的“SiO2+Al2O3”含量較高時(shí)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(shù)

　　電袋復(fù)合除塵器是靜電除塵和過濾除塵機(jī)理有機(jī)結(jié)合的一種復(fù)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(jìn)入布袋收塵區(qū)。對除塵器進(jìn)行技術(shù)改造時(shí)，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(fù)合除塵器除具有布袋除塵器的優(yōu)點(diǎn)外，相比布袋除塵器還具有運(yùn)行阻力較低(800～1000Pa)、除塵效率高、可適應(yīng)高濃度煙塵、濾袋壽命長等優(yōu)點(diǎn)。但仍然存在維護(hù)費(fèi)用較高，對煙氣溫度、煙氣成分較敏感，舊濾袋無法達(dá)到資源化利用等缺點(diǎn)。電袋復(fù)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(shù)

　　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(jìn)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(shù)，盡量提高脫硫裝置的綜合除塵效率達(dá)到70%以上。

　　5)濕式除塵器技術(shù)

　　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(shù)方案選擇

　　綜合以上分析，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)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(shù)，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(dá)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(shí)輔以電源改造;二、增加低溫省煤器，除塵器本體進(jìn)行電源升級改造，在除塵器前設(shè)置前端換熱器，將除塵器入口煙溫降至煙氣酸露點(diǎn)溫度以下，同時(shí)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(yùn)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(dǎo)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(dǎo)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(shí)試運(yùn)。按照超低排放要求，分別對兩臺機(jī)組進(jìn)行了性能試驗(yàn)，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表：

　　1)脫硫除塵試驗(yàn)數(shù)據(jù)表：

　　2)脫硫除塵試驗(yàn)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(shù)方案是可行且正確的，超低排放改造后，SO2及煙塵均能達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，即煙塵、SO2排放濃度分別不大于5、35mg/Nm3，改造效果良好。