煙氣深度凈化器在燃煤電廠尾部塵霧脫除中的應用

李海平

摘 要：隨著近幾年國內環境的惡化，國家對燃煤電力的大氣污染物排放提出了更為嚴格的要求，要求發電企業達到超低排放。針對這一要求，從塵霧的脫除著手，本文介紹了一種煙氣深度凈化設備，該設備具有整體結構簡單、安裝方便、體積小、維護量小、維護成本低、性能穩定且不衰減、不受煤種限制等特點，為達到超低排放要求提供一種技術解決方案。

關鍵詞：深度凈化 粉塵 超低排放

中圖分類號：X701 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（a）-0126-02

各發電集團一直都非常重視節能減排工作，為完成國家的節能減排任務，達到SO2排放濃度≤35mg/Nm3、煙塵排放濃度≤5mg/Nm3的目標，針對達標超低排放，發電行業也提出了相關的技術路線。但除霧器的工藝設計卻沒有突破性進展，目前常用板式和屋脊式除霧器，運行中阻力大、局部堵塞等問題造成在機組高負荷運行或者煙氣中粉塵增加時，除霧效果下降，出口霧滴粒徑增大，隨著煙氣排放形成“石膏雨”，造成二次污染。

因此如何解決現有脫硫系統下游低濃度微細液滴及顆粒的脫除，滿足燃煤電廠煙塵超低排放限值要求，成為了脫硫后除塵除霧技術發展的重點和難點。

1 煙氣深度凈化器介紹

1.1 工作原理

來自脫硫塔的凈煙氣進入深度凈化器殼體，并進入殼體內并聯的分離渦管，分離渦管把來自脫硫塔凈煙氣中的塵霧進行分離，且通過對渦管的分層設計將分離下來的塵霧與主流隔離，避免煙塵的二次攜帶，收集系統則將分離出來的塵霧進行收集并排入地坑。沖洗系統采用250～300kPa的工藝水，在每月或在啟停機時對核心分離裝置進行沖洗，避免裝置結垢。

1.2 主要特點

煙氣深度凈化器屬于靜態分離設備，其內部流場及性能采用CFD軟件進行計算，同時運用專有軟件對旋風分離裝置的切割粒徑進行計算設計，保證旋風分離裝置的性能。設備截面整體尺寸與凈煙道尺寸基本差不多，現場空間布局可以選擇布置在水平煙道或豎直煙道上，設備制造采用模塊化形式，根據不同機組容量、煙道布置及煙氣量大小設計成標準模塊，方便運輸、安裝、維護及檢修。同時，根據變工況及用戶需要，可以在煙道設計煙氣調節機構，調節進入旋風分離裝置的煙氣速度大小，保證高效的分離性能。

2 工程實施

2015年10～12月期間，華電章丘發電有限公司實施了1號機組（145MW）尾部煙氣超低排放改造項目，即在原有環保工藝條件基礎上，僅在脫硫島出口至煙囪入口的水平凈煙道上加裝尾部煙氣深度凈化器，以達到超低排放水平。

2.1 實施過程

2.1.1 尾部煙氣深度凈化技術調研

針對國國內外脫硫尾部煙氣煙塵凈化技術，尤其是除霧除塵技術，從技術形式、技術特點等方面深入調研，對比分析各類技術優缺點，作為尾部煙氣深度凈化技術研發的參照。

2.1.2 基于高效多相分離技術的煙氣深度凈化技術研究

（1）氣固/氣液分離機理研究。

在分離器中，兩相流體通過分離器入口進入分離器內分離區，不同的分離器結構形式決定了不同的分離機理，包括重力分離、慣性分離、離心分離等。撞擊慣性-重力分離是分離器經常采用的初分離方法，它的分離效率一般都比較低。相比于重力分離和慣性分離，離心分離過程中由于顆粒在分離區所受的離心力是均勻的，避免了撞擊分離的不均勻性。

（2）仿真分析。

基于流體仿真動力學技術，對尾部煙氣高效分離器內部流場及多相流動過程進行仿真分析，獲取分離設備內部流動特性以及分離演化特點，進而為結構優化和運行調試提供技術支持。

煙氣高效分離器計算幾何模型及網格由入口、旋流產生裝置、分離本體及出口組成。結合旋風分離器中大尺度渦團起主導作用的流場特征，本項目采用大渦模擬方法進行計算，采用亞網格動能輸運模型。通過對大渦模擬得到的各個時刻的數據進行統計分析，可以得到流場內各參數的時均值以及脈動特性。能夠得到旋風分離器內的渦團演化過程，對分析計算時假設入口處氣體流速均勻，而且處于充分發展的湍流狀態；本體為壁面，顆粒在壁面的邊界條件設為捕捉；出口設為壓力出口。

2.1.3 煙氣高效分離器設計制造

（1）2015年10月4～31日，完成示范項目的現場實際勘測，并根據初步方案成高效分離器設備、煙風系統的CFD計算，完成項目高效分離器的初步設計。

（2）2015年12月15日完成設備監造、質量驗收等工作。

（3）2015年12月16日部件級組裝完成的主體設備組件和外殼結構運抵章丘公司，12月18日完成了煙氣高效分離器整體組裝。

2.1.4 煙氣高效分離器現場安裝

（1）2015年12月19日完成煙氣高效分離器整體吊裝。

（2）2015年12月22日完成尾部煙道現場施工。

（3）2015年12月23日尾部煙氣高效分離器試投運。

2.1.5 煙氣高效分離器性能測試

2016年5月25日至6月8日，由西安熱工院和華電電科院聯合開展1號機尾部煙氣高效分離器性能試驗。

2.2 運行效果

深度凈化器在章丘電廠一直穩定運行了1年多，根據西安熱工院和華電電科院出具的1號機尾部煙氣高效分離器性能試驗結果，出口煙塵濃度一直低于5mg/m3，滿足超低排放的要求。135MW運行時，壓降約為540Pa，極大地降低了能耗，運行成本低廉。

2.3 效益分析

該項目投資相當于一般濕式除塵器投資費用的1/3，有效地節省了企業成本。同時該項目的施工工期非常短，估計在20d左右，極大地減少了施工安全風險，為企業環保技改工程順利完成提供了安全保障。煙氣深度凈化器正常運行過程中系統用水量很少，一個月沖洗一次，水量使用約5m3/次，有效降低噴淋水泵電耗和廠用電率。煙氣深度凈化器屬于靜態分離設備，結構簡單，日常維護量小，維護成本低廉。另外，由于超低排放改造，政府及相關機構對企業實施獎勵，同時也減少了排污費用，2016年共獲得獎勵及減少排污費用共計800多萬元，分別為：

（1）根據《關于下達燃煤機組超低排放改造獎勵資金預算指標的通知》（魯財建指[2016]42號）文件要求，根據污染物減排量，按照減排1t獎勵5000元的標準，1號機組超低排放獎勵405萬元。

（2）山東省超低電價補貼0.01元/kWh，2016年1號機組發電量為40725.52萬kWh，累計電價補貼407.25萬元。

（3）2016年1號機組利用小時為2809h，減排煙塵排放量為30.96t，節省排污費為3.9萬元。

3 結語

深度凈化器通過在章丘電廠長時間穩定地運行，充分證明了該設備在燃煤電廠尾部煙氣塵霧脫除上的穩定性、可靠性及經濟性。

參考文獻

[1] 環保部.火電廠污染防治最佳可行技術指南[Z].2016.

[2] 陳水龍.電廠脫硫系統中除霧器結垢和局部塌陷問題的分析和對策[J].電力環保與科技，2008，24（4）：14-16.endprint