應(yīng)對超低排放上海火電環(huán)保設(shè)施協(xié)同改造的研究與實(shí)踐

呂敬友，徐 嶸，陸 云

(1.國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200437；2.上海上電漕涇發(fā)電有限公司，上海 201507；3.上海吳涇第二發(fā)電有限責(zé)任公司，上海 200241)

應(yīng)對超低排放上海火電環(huán)保設(shè)施協(xié)同改造的研究與實(shí)踐

呂敬友1，徐 嶸2，陸 云3

(1.國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200437；2.上海上電漕涇發(fā)電有限公司，上海 201507；3.上海吳涇第二發(fā)電有限責(zé)任公司，上海 200241)

介紹了上海火電控制燃煤機(jī)組建設(shè)、節(jié)能降耗、“強(qiáng)饋入、弱開機(jī)”、控制燃煤質(zhì)量等措施從源頭上降低了污染排放，分析了采用先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)和治理設(shè)備所取得顯著的環(huán)保效果，闡述了環(huán)保排放狀況和各類機(jī)組污染排放特性，并列舉了燃煤電廠對煙氣污染控制設(shè)備進(jìn)行協(xié)同改造的成功案例，可為其他機(jī)組的超低排放改造提供依據(jù)和借鑒。

環(huán)保設(shè)施；超低排放改造；火力發(fā)電

2014年9月23日，國家有關(guān)部委聯(lián)合印發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014～2020)》，提出了火電的節(jié)能減排和污染物超低濃度排放(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、50 mg/m3)，達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值,并將超低排放列入今年總理的政府工作報告。上海2015年啟動第六輪環(huán)保三年行動計劃，安排8個專項(xiàng)232個項(xiàng)目，預(yù)計總投入約1 000億元。其中,燃煤電廠PM2.5排放作為重要的控制指標(biāo)之一。根據(jù)計劃安排，上海600 MW及以上燃煤機(jī)組在2016年9月執(zhí)行超低排放，300 MW及以下燃煤機(jī)組在2017年9月執(zhí)行超低排放。上海火電將面臨新一輪環(huán)保壓力。

1 上海火電發(fā)展和環(huán)保狀況

1.1 上海火電裝機(jī)容量、發(fā)電量和能耗

2015年納入國網(wǎng)上海電科院技術(shù)監(jiān)督范圍的火電機(jī)組容量為20 742 MW，其中燃煤機(jī)組15 018 MW，燃?xì)鈾C(jī)組5 110 MW，燃油機(jī)組614 MW。圖1、2分別為按容量等級和發(fā)電集團(tuán)機(jī)組組成。

圖1 各機(jī)組等級裝機(jī)容量組成情況

圖2 各發(fā)電集團(tuán)公司裝機(jī)容量組成情況

2015年上海火電發(fā)電量為761.6億kWh，同比下降1.98%；燃煤量為2 923.1萬t，同比下降5.3%。圖3給出2007年至2015年上海火力發(fā)電廠裝機(jī)容量、發(fā)電量、燃煤量的變化情況。燃煤量的降幅略低于發(fā)電量，反映了燃煤質(zhì)量有所提高。

圖3 上海火力發(fā)電廠裝機(jī)容量、發(fā)電量、燃煤量的變化情況

1.2 從源頭上控制污染物排放

1.2.1 強(qiáng)饋入、弱開機(jī)

根據(jù)《上海市能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》要求，上海市煤炭消費(fèi)要由2010年的49.2%下降到2015年的40%左右。為促進(jìn)節(jié)能減排戰(zhàn)略，上海電網(wǎng)通過特高壓/超高壓直流輸電通道最大程度消納西南水電，減小內(nèi)部機(jī)組開機(jī)及出力，從而大幅降低火電燃料消耗及污染物排放。強(qiáng)饋入：2014年7月11日上海受電規(guī)模1 250萬kW，受電比例54%；弱開機(jī)：2014年7月11日上海主力燃煤機(jī)組開機(jī)僅11臺。上海電網(wǎng)這種“強(qiáng)饋入、弱開機(jī)”狀態(tài)大于50%受電比例的時間每年超過6個月，并且將成為新常態(tài)。利用外來綠色發(fā)電有利于減少污染排放，但也帶來了燃煤機(jī)組停運(yùn)的壓力。

1.2.2 控制燃煤機(jī)組建設(shè)

近幾年，上海停建了燃煤機(jī)組，新增用電除區(qū)外來電外，主要是建設(shè)燃?xì)鈾C(jī)組，新建的4家燃?xì)怆姀S裝機(jī)容量達(dá)5110 MW，另外崇明燃機(jī)2×424 MW機(jī)組也已建成即將投運(yùn)。

1.2.3 控制燃煤質(zhì)量

上海火電廠燃煤嚴(yán)格控制煤質(zhì)量，燃煤平均硫分基本上控制0.6%以下，燃煤平均灰分逐年下降，煤質(zhì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 燃煤質(zhì)量分析

燃燒低硫和低灰煤，從源頭上降低了污染物的排放，但繼續(xù)降低的潛力非常有限。

1.3 上海火電廠污染物排放分析

1.3.1 污染物排放總量分析

2015年上海火電廠煙塵排放量為0.45萬t，同比降低25.7%；SO2排放量為1.40萬t，同比降低25.1%，NOx排放量為1.87萬t，大幅降低了46.1%。2007～2015年煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放趨勢如圖4所示。

圖4 2007～2015年煙氣污染物排放趨勢

上海電廠2008年開始建脫硫裝置，SO2在2009年開始大幅下降，2014年全部機(jī)組完成脫硫改造。脫硝裝置于2010年開始建設(shè)，至2015年99.8%以上的機(jī)組容量完成脫硝改造。2015年上海燃煤機(jī)組41臺，配備布袋除塵器的鍋爐17臺，配備高效電除塵器的鍋爐24臺。這些脫硫、脫硝、除塵裝置建成使污染物大幅降低，但要進(jìn)一步降低來達(dá)到超低排放還需進(jìn)行綜合改造。

1.3.2 污染物排放率分析

2015年上海火電廠煙塵、SO2、NOx污染物排放率分別為0.06、0.18、0.25g/kWh。同比分別下降了23.1%、23.4%和45.6%。排污率處于國內(nèi)外領(lǐng)先水平。

1.3.3 各等級機(jī)組污染物排放分析

按照小于300 MW、300 MW等級、600 MW等級、1 000 MW等級及燃?xì)馊加蜋C(jī)組劃分，各機(jī)組等級煙氣污染物排放情況列于表2。

表2 各機(jī)組等級的單位發(fā)電量污染物排放率 g/kWh

由表2可知，小于300 MW機(jī)組平均污染物排放率大大超過其他級別的機(jī)組。隨著單機(jī)容量的增大，機(jī)組污染物排放率下降，1 000 MW等級機(jī)組的污染物排放率最小。其原因主要是大機(jī)組發(fā)電效率高、煤耗低、配備的污染物去除裝置較為齊全、效率較高。特別是1 000 MW等級機(jī)組的污染物排放率將接近燃?xì)馊加蜋C(jī)組。

2 應(yīng)對超低排放火電環(huán)保設(shè)施的協(xié)同改造方案

為達(dá)到超低排放，部分燃煤機(jī)組已進(jìn)行環(huán)保設(shè)施改造研究和實(shí)施，較有代表性的改造案例如下。

2.1 增加濕式電除塵器為主的協(xié)同改造

電廠A建有2×1 000 MW超超臨界機(jī)組，同步建設(shè)脫硫、脫硝和電除塵器。電除塵器保證效率為≥99.80%。為達(dá)到超低排放和治理“石膏雨”，改造工程采用濕式電除塵器(除塵效率75%)和低氮燃燒技術(shù)(不大于240 g/Nm3)、高效脫硫技術(shù)(不低于98%)、SCR脫硝系統(tǒng)、管式MGGH技術(shù)。

2.1.1 增加濕式電除塵器

濕式電除塵器技術(shù)來源是引進(jìn)日本三菱重工大型燃煤電站濕式電除塵技術(shù)，設(shè)置在脫硫出口至煙囪，其主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 濕式電除塵器主要技術(shù)參數(shù)

2.1.2 增設(shè)管式MGGH

機(jī)組增設(shè)1套無泄漏式煙氣換熱器(MGGH)設(shè)備。MGGH系統(tǒng)包括一級煙氣冷卻器、二級煙氣冷卻器、煙氣加熱器、熱媒補(bǔ)給系統(tǒng)和熱媒輔助加熱系統(tǒng)。THA工況下，72℃水經(jīng)循環(huán)泵后依次進(jìn)入一級煙氣冷卻器和二級煙氣冷卻器，水溫提升至96.5℃，之后進(jìn)入煙氣加熱器，水溫從96.5℃降低至72℃。從濕式除塵器出來的煙氣從48℃提升至80℃左右進(jìn)入煙囪排放。其結(jié)構(gòu)與性能參數(shù)見表4。

表4 煙氣加熱器結(jié)構(gòu)與性能參數(shù)

2.1.3 脫硫改造

機(jī)組增加塔外漿液箱，原吸收塔漿池高度不變。吸收塔頂部改為錐形頂蓋樣式。在原有噴淋層和除霧器之間增加4m，作為增加第五層噴淋層和新增一級屋脊式除霧器。吸收塔內(nèi)部加裝一層雙相整流裝置，在第二、三層噴淋層下方各加裝一層壁環(huán)。在第一層噴淋層下方增加一套雙相整流裝置和壁環(huán)，可以提高脫硫效率15%以上。增加一級屋脊式除霧器，改造后保證吸收塔出口霧滴50 mg/Nm3以下，霧滴含固率低于15%。

2.1.4 改造效果

2015年完成改造，改造前后的性能試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 改造前后污染物排放指標(biāo)比較

由表5可知，改造后達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，由于污染物排放濃度降低，霧滴大幅降低以及煙溫提高，出口無煙色。

2.2 脫硫吸收塔內(nèi)管束式除塵器改造為主的協(xié)同改造

電廠B裝機(jī)容量為2×600 MW，2015年12月完成一臺機(jī)組超低排放改造，主要進(jìn)行了高頻電源、脫硫吸收塔內(nèi)管束式除塵器改造和抬高脫硫塔高度。并進(jìn)行了MGGH的改造。

2.2.1 高頻電源改造

將原有雙室四電場工頻電源改裝高頻脈沖電源。改造前后效果見表6。

表6 改造前后電除塵效率及排放濃度對比

2.2.2 脫硫吸收塔內(nèi)管束式除塵器改造

管束式除塵器的使用環(huán)境是含有大量液滴的50℃飽和凈煙氣，除塵主要是脫除漿液液滴和塵顆粒。大量的細(xì)小液滴與顆粒在高速運(yùn)動條件下碰撞機(jī)率大幅增加，易于凝聚成為大顆粒，從而實(shí)現(xiàn)從氣相的分離。

氣體旋轉(zhuǎn)流速越大，離心分離效果越佳，捕悉液滴量越大，形成的液膜厚度越大，運(yùn)行阻力越大，越容易發(fā)生二次霧滴的生成。因此采用了多級分離器，分別在不同流速下對霧滴進(jìn)行脫除，保證較低運(yùn)行阻力下的高效除塵效果。

2.2.3 脫硫吸收塔改造

脫硫系統(tǒng)完成了增容改造，吸收塔加高2 m，增裝一層噴淋層，噴淋層達(dá)到4用1備，保證SO2排放濃度達(dá)到35 mg/m3以下。

2.2.4 增設(shè)管式MGGH

MGGH系統(tǒng)主要是利用閉式循環(huán)的熱媒水從煙氣冷卻器處吸收熱量后在煙氣加熱器處放出熱量。煙氣冷卻器處煙氣溫度從140℃降至90℃，煙氣加熱器處煙氣溫度從50℃升至80℃。在煙氣冷卻器放出熱量多余的情況下，多余的熱量通過凝結(jié)水加熱器去加熱汽機(jī)凝結(jié)水；在煙氣冷卻器放出熱量不足的情況下，不足的熱量通過輔助蒸汽加熱器加熱熱媒水提供。煙氣冷卻器換熱管采用H型鰭片橢圓管。

2.2.5 改造效果

管束式除塵裝置設(shè)計除塵效率為80%，靜電除塵器處理過的含塵量低于25 mg/Nm3時，經(jīng)過管束式除塵器后，煙塵排放濃度<5 mg/Nm3，達(dá)到燃機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)，改造效果見表7。

表7 改造前后污染物排放指標(biāo)比較

由表7可知，改造后達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，“石膏雨”基本消除。

3 結(jié)語

上海火電廠通過停建燃煤機(jī)組，采用“強(qiáng)饋入、弱開機(jī)”機(jī)組，建設(shè)燃?xì)鈾C(jī)組，控制燃煤質(zhì)量，建設(shè)先進(jìn)、高效的環(huán)保設(shè)施，使得SO2、NOx和煙塵三種污染物排放總量從2010年的21.3萬t降至2015年的3.7萬t，降幅為82.5%。隨著超低排放政策的出臺，上海火電將面臨新一輪的大規(guī)模環(huán)保改造。目前部分機(jī)組已完成環(huán)保設(shè)施改造達(dá)到超低排放的要求，可為其它機(jī)組的改造提供借鑒。在上海燃煤機(jī)組全部通過環(huán)保超低排放改造后，可使煙氣三種主要污染物排放總量再降30%～40%，可為緩解上海的霧霾作出貢獻(xiàn)。

[1] 薛建明,柏 源,李忠華,等.燃煤電站環(huán)保設(shè)施多污染物控制能力分析及對策[J].電力科技與環(huán)保,2014,30(6):10-12.

XUE Jian-ming, (BAI|BO) ((yuan)), LI Zhong-hua, et al. Ability analysis and strategy of multi pollutant control for environmental protection facilities in coal-fired power plants[J].Electric Power Environmental Protection, 2014, 30(6): 10-12.

[2]王永政,王聆燕,李紫龍.煙氣多污染物系統(tǒng)一體化控制技術(shù)的研究[J].電力科技與環(huán)保,2014,30(6):13-15.

WANG Yong-zheng, WANG Ling-yan, Li Zilong. Study on system integrated control technology of multi-pollutants from flue gas[J].Electric Power Environmental Protection, 2014, 30(6): 13-15.

[3]郭 俊,馬果駿,閻 冬,等.論燃煤煙氣多污染物協(xié)同治理新模式--兼談龍凈環(huán)保“煙氣治理島”模式[J].電力科技與環(huán)保,2012,28(3):13-16.

GUO Jun, MA Guo-jun, YAN Dong, et al. Discussion on new model for coal-fired flue gas multi-pollutant co-benefit control system-longking" flue gas treatment island" system[J].Electric Power Environmental Protection, 2012, 28(3): 13-16.

[4]華建平.燃煤電廠濕式電除塵器應(yīng)用情況介紹及建議[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè),2014(9):27-30.

HUA Jian-ping. Application analysis and suggestion on wet process of electrostatic precipitators in coal-fired power plant[J].China Environmental Protection Industry, 2014(9): 27-30.

[5]莫 華,朱法華,王 圣,等.濕式電除塵器在燃煤電廠的應(yīng)用及其對PM2.5的減排作用[J].中國電力,2013,46(11):62-65.

MO Hua, ZHU Fa-hua, WANG Sheng, et al. Application of wesp in coal-fired power plants and its effect on emission reduction of PM2.5[J].Electric Power, 2013, 46(11): 62-65.

[6]莊 敏.某600 MW燃煤機(jī)組超低排放改造技術(shù)及應(yīng)用效果[J].江蘇電機(jī)工程,2015,34(3):78-80.

ZHUANG Min. Ultralow emission transform technology and application for one 600 mw coal-fired unit[J].Jiangsu Electrical Engineering, 2015, 34(3): 78-80.

[7]盧泓樾.燃煤機(jī)組煙氣污染物超低排放研究[J].電力科技與環(huán)保,2014,30(5):8-11.

LU Hong-yue. Research of the domestic 600 MW supercritical coal- fIred units ultra in low emissions of flue gas[J].Electric Power Environmental Protection, 2014, 30(5): 8-11.

[8]翟德雙.燃煤電廠鍋爐超凈排放技術(shù)改造探討[J].華東電力,2014,42(10):2218-2221.

ZHAI Des-huang. Boiler super-clean emission technological renovation for coal-fired power plants[J].East China Electric Power, 2014, 42(10): 2218-2221.

[9]聶鵬飛.某電廠600MW火電機(jī)組脫硫增容改造方案探討[J].電力科技與環(huán)保,2015,31(3):32-34.

NIE Peng-fei. Study of capacity extension schemes for 600 MW units wet fgd in a power plant[J].Electric Power Environmental Protection, 2015, 31(3): 32-34.

[10]郭彥鵬,潘丹萍,楊林軍.濕法煙氣脫硫中石膏雨的形成及其控制措施[J].中國電力,2014,47(3):152-154,159.

GUO Yan-peng, PAN Dan-ping, YANG Lin-jun. Formation and control of gypsum rain in wet flue gas desulfurization[J].Electric Power, 2014, 47(3): 152-154,159.

[11]郭長仕.石灰石—石膏濕法脫硫“石膏雨”現(xiàn)象原因分析及治理措施[J].環(huán)境工程, 2012,30(S2): 221-223.

[12]馬永明.閉環(huán)控制技術(shù)在高頻電源除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力科技與環(huán)保,2015,31(3):44-45.

MA Yong-ming. Application of closed-loop control technology in high frequency power dust removal system[J].Electric Power Environmental Protection, 2015, 31(3): 44-45.

[13]上海市環(huán)境保護(hù)局.上海公布PM2.5八大來源 3年投103億治理大氣污染[R].2012.

[14]呂敬友,劉俊峰.2015年度上海市發(fā)電企業(yè)環(huán)境保護(hù)技術(shù)監(jiān)督總結(jié)[R].華東電力試驗(yàn)研究院有限公司,2016.

(本文編輯：趙艷粉)

電力簡訊

國家能源局印發(fā)《生物質(zhì)能發(fā)展"十三五"規(guī)劃》

12月5日，國家能源局印發(fā)了《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，對我國生物質(zhì)能可再生能源發(fā)展作出具體規(guī)劃，提出到2020年，生物質(zhì)能基本實(shí)現(xiàn)商業(yè)化和規(guī)模化利用，生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)新增投資約1960億元。據(jù)悉，生物質(zhì)能是重要的可再生能源，具有綠色、低碳、清潔、可再生等特點(diǎn)。加快生物質(zhì)能開發(fā)利用，是推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命的重要內(nèi)容，是改善環(huán)境質(zhì)量、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要任務(wù)。《規(guī)劃》提出，預(yù)計到2020年，生物質(zhì)能合計可替代化石能源總量約5 800萬噸，年減排二氧化碳約1.5億噸，減少粉塵排放約5 200萬噸，減少二氧化硫排放約140萬噸，減少氮氧化物排放約44萬噸。從生物質(zhì)能乃至可再生能源整體占比情況來看，《規(guī)劃》更多作用在于前瞻性布局和戰(zhàn)略卡位，短期內(nèi)對能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化比較有限。與傳統(tǒng)能源行業(yè)相比，生物質(zhì)能具有可再生、污染低、分布廣等特性。從全球外部環(huán)境約束以及我國可持續(xù)發(fā)展內(nèi)在訴求兩方面來看，生物質(zhì)能發(fā)展符合未來能源行業(yè)的發(fā)展方向。從我國能源結(jié)構(gòu)和發(fā)展環(huán)境來看，中長期我國生物質(zhì)能發(fā)展前景廣闊。一是我國生物質(zhì)能資源非常豐富，農(nóng)作物秸稈、農(nóng)業(yè)加工剩余物、林業(yè)木質(zhì)剩余物資源量超過7.5億噸可作能源使用；二是隨著碳化等技術(shù)的不斷突破，原料成本將不斷降低，大規(guī)模商業(yè)化逐步成為現(xiàn)實(shí)。總的來看，生物質(zhì)能有望成為繼煤炭、石油、天然氣之后的又一大能源，是未來一個重要發(fā)展方向。此外，《規(guī)劃》的出臺，將帶動生物質(zhì)能相關(guān)技術(shù)和設(shè)備領(lǐng)域的投資，相關(guān)的綠色金融工具也會逐步進(jìn)入。

(本刊訊)

ResearchandApplicationofShanghaiThermalPowerPlantsEnvironmentalProtectionFacilitiesCooperativeReformtoMeetUltra-LowEmission

LVJing-you1,XURong2,LUYun3

(1.StateGridElectricPowerResearchInstitute,SMEPC,Shanghai200437,China; 2.ShanghaiShangdianCaojingPowerGenerationCo.,Ltd.,Shanghai201507,China; 3.ShanghaiWujingNo. 2PowerGenerationCo.,Ltd.,Shanghai200241,China)

MeasuresforShanghaithermalpowerplantstocontrolcoal-firedpowerunitdevelopment,energysavingandconsumptionreduction, "SubstantialPowerImportandRestrictedDispatchableGeneration",andcoalquality,havedecreasedpollutantemissionfromsources.Thispaperanalyzestheobviousenvironmentalprotectioneffectsbyapplyingadvancedenvironmentalprotectiontechnologyandfluegastreatmentdevices.Italsodescribespollutantemissionsituationandalltypesofunitspollutantemissioncharacteristics.Successfulcasesofthefluegasmulti-pollutantco-benefitcontrolreformarelisted.Thisresearchcanprovidethebasisandreferenceforultra-lowemissionreformofothergeneratingunits.

environmentalprotectionfacilities；ultra-lowemissionreform；researchandapplication

10.11973/dlyny201606020

呂敬友(1957)，男，碩士，高級工程師，長期從事電力環(huán)境保護(hù)研究工作。

TM611;X

B

2095-1256(2016)06-0757-05

2016-08-11