600MW 機組電除塵雙重(NH3 +SO3)煙氣調質技術的應用

□邊東升

國家“十二五”是我國重要的節能減排階段，根據環保部新頒布的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223 -2011)，自2014年7月1日起需要執行煙塵特別排放限值20mg/Nm3的要求。該電廠裝機容量為2 臺600MW 火電機組，每臺機組安裝一套雙室五電場高效靜電除塵器。經調研國內采用靜電除塵器的電廠，進行改造方案評價和選優，并將雙重(NH3+SO3)煙氣調質技術方案運用于該電廠除塵改造。

一、系統簡介

該廠#1、#2 機組為600MW 燃煤發電機組，各采用1 套雙室五電場高效靜電除塵器，燃料為煙煤(燃料特性見表1)，除塵器設計除塵效率為99．86%，兩套系統于2006年1月投入運行。

二、煙氣特點及粉煤灰特性分析

在進行電除塵改造前，該電廠對目前粉煤灰化學成分進行了分析，三氧化二鋁(Al2O3)含量為32．18%，二氧化硅(Si02)含量為52．03%，二者之和達到84%，屬于酸性粉灰，比電阻必大于1011Ω·cm。根據電除塵收集煙塵的理論，當Al2O3和Si02二者含量之和超過80%，粉灰比電阻大于5 ×1010Ω·cm時，電除塵的粉灰收集處于不利的狀態，粉灰在陽極板上放電緩慢，粘灰嚴重，且極易產生反電暈現象，很大程度上降低電除塵的除塵效率，因此要提高電除塵效率，必須降低粉塵比電阻，提高電除塵器的收集能力。

2011年10月該電廠進行了電除塵振打對出口煙塵排放濃度的試驗，通過調整四、五電場陰、陽極振打運行數量，以分析二次飛揚對電除塵的影響，試驗結果見表2。

從試驗結果可以看出，因振打清灰造成的粉灰二次飛揚也是影響該電廠電除塵出口排放濃度的主要因素之一，降低出口煙塵排放濃度則需要減少粉灰的二次飛揚。

在該電廠實際運行中，電除塵三、四、五電場上極板積灰較厚，如果增加振打力度，將會造成粉塵的二次飛揚，尤其隨著運行時間的增加積灰厚度也逐漸增加，對粉塵的收集效果不理想，因此進行技術改造的集中點在于兩點:一是調整粉塵比電阻，降低反電暈現象;二是增加粉塵的聚合力，將粉塵小顆粒聚合成大顆粒，提高電除塵的撲捉能力，同時也降低粉塵的二次飛揚。解決以上兩項問題，即可達到提高電除塵效率、降低煙塵排放濃度的目的，雙重(SO3+NH3)煙氣調質系統就是通過調整此兩項參數以實現電除塵提效。

表2 四、五電場振打試驗結果

三、雙重煙氣調質原理

采用雙重煙氣調質系統改造可以達到提高電除塵效率的目標，其原理為作為調質劑的SO3與煙氣中的水蒸汽快速反應生成H2SO4后附著在粉塵顆粒的表面上，NH3在煙氣中有水蒸汽的條件下與SO3快速反應生成NH4HSO4和少量的(NH4)2SO4，具有粘性的NH4HSO4附著在粉塵顆粒的表面上，分布在煙氣中。附著在粉塵顆粒表面上具有電解質性能的H2SO4和NH4HSO4增加粉塵顆粒的荷電性，降低粉塵比電阻使其調整在合理的范圍內，消除反電暈現象，減少粉塵的二次飛揚。同時附著在粉塵顆粒表面上的NH4HSO4具有很強的粘結性，在煙氣流動過程中，通過粉塵間的碰撞粘附，小于PM10 的粉塵顆粒粘附在大顆粒表面上，相互聚集成大顆粒，大大降低了PM2．5 粉塵的排放，提高電除塵對粉塵的收集能力，從而提高除塵效率。沒有附著在粉塵顆粒表面上的(NH4)2SO4和極少量的NH4HSO4，會很均勻地分布在煙氣中形成空間電荷，改善電場工作環境，提高電場擊穿電壓，也會提高電除塵的除塵效率。

化學反應方程式為:NH3+SO3+H2O=NH4HSO4

四、雙重煙氣調質系統的特點

(一)適應的煤質。由于SO3的噴入，改善了粉塵的比電阻，而NH3的噴入，使粉塵具有了粘附性，PM2．5 的細微顆粒粉塵在煙氣碰撞中會自動聚積成較大顆粒粉塵，增大粉塵粒徑，同時增強粉塵荷電能力，以有利于除塵器收集。與煤質不發生沖突，擴大了煤種適用范圍。

(二)采用雙重煙氣調質系統的條件。當煤種的灰分和含硫量之比大于7 時，即灰分/含硫量＞7 時，即可采用雙重煙氣調質。

(三)雙重煙氣調質不會增加硫氧化物的排放。

(四)雙重煙氣調質對除塵器和尾部煙道無腐蝕。雙重煙氣調質運行時，PLC 自動控制系統隨時監控除塵器入口煙氣溫度，當煙氣溫度降低并接近于酸的露點溫度時，調質系統會自動停止SO3噴射，以防止腐蝕。通過機組大小修，對西北某電廠已運行八年多的8 臺煙氣調質電除塵進行檢查，沒有發現任何設備腐蝕現象。

(五)調質系統的優點。設備投資少;運行費用低;技術成熟;穩定可靠;占地面積小;改造不停爐。

(六)除塵效率。40 多年的國內外運行經驗證明，雙重煙氣調質是提高除塵器效率的有效途徑，且性價比高，完全可以滿足20mg/m3的排放要求。

五、可選方案比較

(一)電除塵進行電袋除塵器改造。電袋除塵器改造費用較高，運行費用與電除塵器基本相當，維護費用遠超過移動極板除塵器，同時布袋的使用壽命無法控制，從經驗上估算約使用2 個月后，除塵器的阻力就會不同程度地升高，造成吸風機的能耗增加。此外，經常出現未達到設計壽命出現大面積漏袋，以及更換下的布袋存在二次污染的問題。

(二)五電場陽極板改造為移動極板。移動極板除塵器就是改變陽極板的振打方式來減少陽極板的灰塵粘結與二次揚塵。移動電極除塵器通過陽極板旋轉到電場下端，通過設置在極板下端的清灰刷進行清灰，能有效避免發生極板集塵二次揚塵，且尚能使極板一直保持相對的潔凈狀態，從而可有效提高電除塵效率。移動電極技術雖然在相當程度上解決極板集塵的二次揚塵問題，但是沒有從根本上解決因粉塵比電阻較高而帶來的一系列降低電除塵效率的問題，同時對細小粉塵顆粒的收集也是很困難的。另外由于陽極板為旋轉結構，可靠性較差。

通過對比，經過該廠技術討論，認為對電除塵進行雙重煙氣調質系統改造可以滿足新的排放標準要求，改造成本及運行、維護成本較低，因此確定對電除塵進行雙重(SO3+NH3)煙氣調質改造。

六、方案實施

(一)工藝系統。該電廠為該系統設置了一臺小型減溫減壓器(蒸汽入口參數:P =0．8MPa，t = 178℃;出口參數:P =0．54MPa，t=152℃)。熔硫要求壓力為0．5MPa，采用蒸汽套管伴熱，SO3調質是將純度99．99%的固態硫磺在硫磺罐中被蒸氣溶化，由硫磺泵經計量裝置輸送到硫磺燃燒爐中，與熱空氣混合燃燒生成SO2，SO2經過V2O5催化室生成SO3，經布置在煙道上的SO3噴槍噴入煙道與煙氣中的水分子結合生成H2SO4分子。

(二)NH3調質。NH3調質是將NH3與蒸汽空氣混合后由噴槍噴入煙道，NH3與煙道中的H2SO4化合生成NH4HSO4。

工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 雙重煙氣調質工藝流程圖

(三)PLC 控制界面。整個系統由PLC 自動控制，全自動運行。三氧化硫和氨蒸氣的噴射量，可根據煤質變化、煙氣成分變化、鍋爐負荷、煙氣濁度和煙氣溫度等輸入信號決定。當工況發生變化時，系統會自動調整，使雙重調質運行在最佳工況。

(四)調質系統的主要設備。雙重煙氣調質系統設備主要包括硫磺儲罐、硫磺輸送設備、系統集裝箱、系統噴槍、電控系統和氨系統，其中包括管道的連接、風機及空氣過濾預熱裝置、燃硫爐、催化轉化塔等。

1．硫磺儲罐。硫磺儲罐包括:硫磺泵、蒸氣加熱裝置、管道閥門等。

2．集成箱。系統集成箱包括:系統風機、空氣加熱器、硫磺燃燒室、V2O5催化劑室、PLC 控制柜、氨蒸氣計量調整裝置。

3．系統噴槍。每臺爐根據煙氣量和煙道尺寸，設計配置16支三氧化硫和氨噴槍。噴槍安裝在空氣預熱器下游、電除塵入口之前的豎直或水平煙道上，具體安裝位置和數量根據現場實際情況而定。

七、項目運行及經濟效益現狀

(一)煙氣調質系統的出力。該電廠#1 機組煙氣調質系統自168h 移交試運行至今滿足設計處理煙氣量320 萬m3/h 要求。

(二)自動化投入率。自動化投入率達100%，經過一段時間的運行考核，整個煙氣調質系統自動調節品質正常。

(三)在#1 爐電除塵煙氣調質。系統運行期間電除塵出口煙塵排放濃度小于20mg/Nm3，脫硫入口SO2無明顯增加，SO3轉化率滿足要求。

(四)硫磺消耗量30kg/h。蒸汽消耗量1．3t/h;硫磺間及集成箱耗電量200kw/h。

#1 電除塵系統雙重煙氣調質改造一次性投資約1，350 萬元，年運行、維護費用約150 萬元，系統投運后，電除塵各項指標良好，達到設計標準，自動化投入率達100%，整個煙氣調質系統自動調節品質正常;經華北電科院1 號電除塵煙氣調質提效改造后電除塵監測試驗(見表3:1 號電除塵測試報告結果)，在設計煤種、鍋爐BMCR 工況、處理100%煙氣量條件下，只投入SO3調質時，除塵效率提高至99．96%，除塵器出口排放濃度達到17．5～18 mg/Nm3;雙重煙氣調質全部投運后，除塵效率提高至99．96%～99．97%，除塵器出口排放濃度達到14～14．5 mg/Nm3，完全滿足國家環保要求，按照年上網電量32 億kwh 計算，每年可增加企業銷售收入640 萬元。

表3 1號電除塵煙氣調質提效改造后電除塵測試報告結果

八、結語

本文詳細介紹了國內某600MW 機組電除塵雙重(NH3+SO3)煙氣調質技術的應用的應用方案和工藝流程，通過對比分析，選擇最適合、最經濟的方案，取得了良好的減排效果和經濟效益，本研究對類似電廠的除塵改造具有一定的借鑒意義。

［1］郭健，章汝平，李磊，洪舜華，肖蘭美．SO3煙氣調質技術在電除塵器上的應用［J］．龍巖學院學報，2006，24(3):58～60

［2］#1、#2 鍋爐電除塵煙氣調質提效改造工程可行性研究報告［R］．華北電力設計院工程有限公司，2013，10

［3］孫玉華．影響電除塵器運行的主要原因及對策［J］．雞西大學學報(綜合版)，2009，5

［4］蔡廣宇，胡春濤，張成銳．SO3煙氣調質系統在托電的應用［J］．華北電力技術，2005，12:19～20