協同脫除在火電超低排放的應用

廣東省韶關粵江發電有限責任公司□趙 玉

2014年9月，國家環境保護部為降低燃煤發電機組污染物排放量，聯合發展和改革委員會、國家能源局下發了關于印發 《煤電節能減排升級與改造行動計劃 （2014～2020年）》的通知，文件要求到2020年，現役60萬千瓦及以上燃煤機組、東部地區30萬千瓦及以上公用燃煤發電機組、10萬千瓦級以上自備燃煤發電機組及其他有條件的燃煤發電機組，改造后大氣污染物排放濃度基本達到或接近燃氣輪機組排放限值，煙塵≤10mg/Nm3，SO2≤35mg/Nm3、 NOx≤50mg/Nm3。

我國早在20世紀90年代就引進了以石灰石-石膏法為代表的濕法脫硫技術，并得到廣泛的應用，市場占有率達到80%以上。就目前技術應用情況看，對SO2的脫除性能無論是工藝原理還是系統設計及裝備制造技術都較為成熟，也有達到35mg/Nm3排放濃度的工程應用案例，但對濕法脫硫裝置顆粒物協同脫除性能乃至超低排放控制技術卻鮮有研究，自然也沒有相關的應用案例。因此對濕法脫硫裝置顆粒物協同脫除性能的研究、技術開發及應用是最終實現燃煤電廠煙氣超低排放的關鍵。

1 現有技術忽視的問題

（1）忽視了濕法脫硫協同除塵能力

我國引進的濕法脫硫技術，通過多年消化吸收，已全面掌握，與國外先進技術相比沒有本質上的差異。沒能做到高效除塵，實現超低排放，其關鍵在于理念上的差異，忽視了系統中各設備對污染物的協同脫除作用。主要原因在于濕法脫硫的除塵機理復雜尚無成熟理論可循，攜帶煙塵的煙氣進入吸收塔后，與噴淋層噴出的漿液發生一些列復雜的碰撞、攔截等物理過程，鮮有成熟的機理研究案例和工業示范應用為濕法脫硫的除塵效率提供明確的理論依據。

（2）系統流場不均

濕法脫硫系統的煙氣流場不均是導致粉塵排放濃度高的重要因素之一。濕法脫硫裝置普遍采用單側入口進氣方式，該方式會造成煙氣沿塔截面的流場不均，在入口對側形成高速煙氣流場，致使煙氣到達首層噴淋層入口處流場分布流場嚴重不均：遠離吸收塔入口區域的液氣比較低，而靠近吸收塔入口區域的液氣比較高，引起近塔壁煙氣逃逸，脫除效率偏離設計值，進而導致煙氣在除霧器處的流速超過設計值，除霧性能將大大降低，甚至失效，除霧器也會在高速的煙氣下發生二次攜帶現象，大量的石膏漿液將會隨煙氣被帶入煙囪，出現 “石膏雨”現象，其對煙塵的貢獻值可高達20mg/Nm3。

2 韶關2號機組超低排放改造

韶關電廠2號機組鍋爐型式為∏型布置、單爐膛、一次中間再熱、尾部雙煙道結構、前后墻對沖燃燒方式、旋流燃燒器、平衡通風、固態排渣、全鋼構架并且全懸吊結構露天布置，采用內置式啟動分離系統、三分倉回轉式空氣預熱器、正壓冷一次風機直吹式制粉系統、超超臨界參數變壓直流本生型鍋爐。機組脫硫裝置 （FGD）采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝。一爐一塔處理從鍋爐排出的100%鍋爐最大連續蒸發量（BMCR）的煙氣量，脫硫效率≥96%，SO2排放濃度約為50mg/Nm3，粉塵排放濃度約為12mg/Nm3。

在本項目的改造上，設計人員首先對原吸收塔流場進行了流場優化。初步判斷粉塵排放濃度降低至10mg/Nm3以下可以通過調整吸收塔流場及增加濕式電除塵器就可以達到排放要求，同時，設計人員通過大量的工程設計協同脫除污染物的經驗，增加一層內部均流構件不僅可以調整流場降低粉塵排放，同時還可以增大脫硫塔的脫硫效率，確保原SO2排放濃度由50mg/Nm3降低至35mg/Nm3以下。

煙氣從下部進入脫硫塔后，由于速度的慣性，在塔內形成很大的渦旋；增加塔內構件后，入口處的高速流動受到了限制，煙氣均勻度有顯著提升，煙氣的擴散效果明顯。以第一層噴淋前截面為例，加裝塔內構件后，局部高速區消失，邊壁地區的低速流動也得到了明顯的改善，截面的速度均勻度CV值得到了明顯的提高，CV值由未安裝構件前的42%減小到36%，有助于脫硫效率的進一步提升。同時塔內構件可以使得漿液在構件表面形成持液層，覆蓋面積更大，有利于煙氣的氣液接觸。為了研究構件安裝位置對塔內流場的影響，通過在煙氣入口和第一層噴淋之間調整構件位置進行了分析，以構件距入口上沿高度1.2m、0.8m和0.5m的位置進行了對比。對應的煙氣截面的速度均勻度CV值 （第一層噴淋前截面速度）分別為37.56%、36.31%、36.89%，總體相差不大，在0.5m～0.8m處布置略好。

同時在此基礎上避免液滴、粉塵的過度排放，加裝了濕式電除塵器。濕式電除塵技術是目前效率最高并且最節能的廢氣除塵方法，濕式電除塵技術具體是在電除塵器中，使高壓直流電通過，在高壓直流電的作用下使得粉塵周圍的氣體進行電離，隨后通過濕式法將水霧與廢氣中的粉塵凝結在一起，之后被吸附在電除塵的極板上。濕式除塵技術大致的可以分為荷電、收集、清灰三個階段，在常規的電除塵器中存在著除塵效率受比電阻影響較大的情況，隨后其他污染物除去的效果就無法達到預定效果，而濕式電除塵器能實現粉塵超低排放，并且還能有效的控制廢氣中細微顆粒物的排放，解決長期除塵過程中出現石膏雨的技術難題。

本項目使用的濕式電除塵器具有幾個特點：采用了剛性螺旋芒刺陰極線，360°無死角穩定放電；通過單管單噴，全方位覆蓋沖洗，避免堵塞；高品質高頻高壓恒流電源，放電穩定，功率因數高；利用氣流均布裝置，采用多級布風均流格柵，確保流場均勻；優化絕緣箱加熱裝置，自動控溫，高溫節能；陰極牽拉，720°立體可調，保證其緊固可靠。因此無論從長遠的經濟效益還是社會效益來看，國內燃煤電廠使用濕式脫硫后增設濕式電除塵器都是最好的選擇。

最終確定韶關電廠2號機組超低排放改造工程主要包括以下內容：加裝管束式濕式電除塵器；脫硫部分吸收塔內最下層噴淋層和入口煙道之間加裝一層內部均流件，以提高脫硫效率。于2017年8月的性能測試實驗中全部合格，具體數據見表1。

表1 開關電廠2號機性能實驗表

3 結論

韶關電廠2號機組超低排放改造的成功案例來看，燃煤電廠企業必須積極采用新型的脫硫超低排放技術，以此來達到更低的粉塵排放值，充分考慮各種污染物之間的相互影響作用，利用現有污染物治理設備的協同作用，對污染物進行協同治理，可以達到事半功倍的效果。