新型煙氣超低排放技術(shù)的研究與應(yīng)用

文_王繼倫 華電國際十里泉發(fā)電廠

1 研究背景

根據(jù)國家發(fā)改委、環(huán)保部、能源局2014年下發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》要求，東部地區(qū)新建燃煤發(fā)電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值（即在基準氧含量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/Nm3）。

山東省發(fā)改委、環(huán)保廳下發(fā)《關(guān)于盡快制定現(xiàn)役燃煤機組節(jié)能減排升級與改造計劃的通知》（魯發(fā)改能交[2014]1147號）要求：山東省現(xiàn)役30萬kW及以上公用燃煤發(fā)電機組，改造后大氣污染物排放濃度要達到燃氣輪機組排放限值。

目前，我國環(huán)境治理的形式非常嚴峻，尤其對燃煤電廠煙氣超低排放、廢水零排放、節(jié)能降耗等均提出了更加嚴格的要求。

2 研究意義

在保證煙氣超低排放的前提下，盡可能的降低投資、減少設(shè)備運行維護成本、減少廢水、降低廠用電是燃煤電廠對爐后環(huán)保設(shè)施選擇的主攻方向。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，不采用濕式除塵器方案不僅可以優(yōu)化設(shè)備布置，減少設(shè)備投資和后續(xù)設(shè)備維護，而且可以實現(xiàn)節(jié)能降耗，同時杜絕相應(yīng)廢水產(chǎn)生，減少治污成本。從環(huán)保和節(jié)能兩個方面分析，在滿足煙氣超低排放的前提下，不采用濕式除塵器方案具有較大的優(yōu)越性。

3 研究路線

華電國際十里泉發(fā)電廠“上大壓小”2×660MW超超臨界機組執(zhí)行燃氣輪機組超低排放標準，探索并應(yīng)用一種超低排放技術(shù)路線，建設(shè)節(jié)能、環(huán)保、高效機組是我們的研究的主要內(nèi)容。

煙氣超低排放的關(guān)鍵和難點在于高效脫硫協(xié)同除塵系統(tǒng)與高效除塵措施相結(jié)合，合理利用爐后設(shè)備間的相互配合。通過借鑒日本燃煤火力發(fā)電廠在環(huán)保方面提出的“環(huán)保島”概念，引入（SCR）全負荷脫硝、煙氣余熱利用、低低溫、FGD PLUS等先進技術(shù)，合理融合并經(jīng)過充分論證，本期工程技術(shù)路線為：（SCR）全負荷脫硝技術(shù)+低低溫靜電除塵器+高效脫硫及高效協(xié)同除塵+MGGH。

本工程投產(chǎn)以來，真正實現(xiàn)取消濕式除塵器、達到超低排放效果。煙塵、二氧化硫、氮氧化物等排放濃度均達到并優(yōu)于國家最新標準且優(yōu)于設(shè)計值，兩臺機組先后順利通過竣工環(huán)保驗收，此技術(shù)路線屬于同類型機組中首創(chuàng)。

3.1 （SCR）全負荷脫硝技術(shù)

SCR反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器和空氣預熱器之間（高含塵區(qū)布置）。省煤器出口的煙氣垂直進入SCR反應(yīng)器，經(jīng)過各層催化劑模塊將NOx還原為無害的N2、H2O。

本期工程采用選擇性催化還原法SCR脫硝裝置，在設(shè)計煤種及校核煤種、鍋爐最大工況（BMCR）、處理100%煙氣量條件下，脫硝效率不小于86%，催化劑層數(shù)按2＋2選型布置安裝，配備尿素熱解制氨系統(tǒng)。

3.2 低低溫靜電除塵器

根據(jù)多個運行項目調(diào)研總結(jié)，煙氣溫度與粉塵比電阻為拋物線關(guān)系。在低溫區(qū)，表面比電阻占主導地位，隨著溫度的降低而降低；在高溫區(qū)，體積比電阻占主導地位，隨著溫度的升高而降低；溫度介于兩者之間，二者都起作用，且比電阻處于拋物線的頂點區(qū)域，屬于比電阻高點。

試驗研究證明煙溫與比電阻密切相關(guān)，并直接影響到電除塵效率。比電阻最大降幅降低到1個數(shù)量級以上，而使電除塵效率得到大幅提高。分析認為，煙氣經(jīng)換熱降溫后，煙氣的體積流量、煙氣流速得以降低，同時煙氣中的SO3會發(fā)生冷凝，形成液態(tài)粒子混合在煙氣中形成氣溶膠，這會快速與粉塵顆粒之間發(fā)生物理和化學吸附，從而提高粉塵顆粒表面的電導率，降低其比電阻。

本工程采用“余熱利用+低低溫電除塵”的結(jié)合技術(shù)，建設(shè)獨具特色的余熱利用低低溫靜電除塵器。使電除塵器運行在90～110℃的煙溫區(qū)間，降低比電阻、降低煙氣量、提高運行電壓，提高電除塵效率。實現(xiàn)煙溫調(diào)節(jié)、工況自動分析、機電一體化協(xié)同控制，達到系統(tǒng)運行最優(yōu)、節(jié)能最佳的控制效果，低低溫靜電除塵器出口煙塵濃度低于15mg/Nm3。

3.3 高效脫硫及高效協(xié)同除塵

高效脫硫協(xié)同除塵系統(tǒng)按一爐兩塔、三層噴淋層、雙塔雙循環(huán)的方案建設(shè)。脫硫效率不小于99.37%，出口煙氣SO2濃度小于35mg/Nm3，粉塵排放濃度小于5mg/Nm3。一級吸收塔入口脫硫效率85%，二級吸收塔脫硫效率96%，除塵效率70%。

通過在吸收塔入口和噴淋層之間增加一層FGD PLUS，使得煙氣在吸收塔的截面上均勻分布，從而確保煙氣與漿液能充分均勻接觸，提高脫硫效率；同時漿液在PLUS層上會形成一層液膜，煙氣通過液膜，傳質(zhì)面積會增加，煙氣與漿液的接觸時間延長，脫硫效率和除塵效率得到提高。

FGD PLUS技術(shù)特點如下。

①形成持液層，強化氣液接觸，提高脫硫和除塵能力。FGD PLUS設(shè)置在噴淋層下方，大量的循環(huán)漿液在PLUS上形成了一個持液層，降低了氣液兩相的反應(yīng)阻力，增加了傳質(zhì)面積。同時煙氣穿過持液層，增加了氣體和液體接觸的時間。漿液穿過PLUS，增強20%～30%的脫硫能力，一層噴淋層的脫硫效率與1.5個噴淋層相當，在提高脫硫效率的同時提高除塵的效率。

②對進入吸收塔的煙氣進行整流。漿液在FGD PLUS上形成了一層持液層，進入吸收塔內(nèi)分布不均勻的煙氣在穿過持液層時，F(xiàn)GD PLUS產(chǎn)生的阻力造成氣體流量盡量均勻地分布在塔截面。在氣體和漿液剛接觸時形成了這種阻力使?jié){液均布，并惠及到吸收區(qū)。因此，漿液和煙氣的接觸在整個吸收區(qū)域都被優(yōu)化。

本工程吸收塔采用FGD PLUS技術(shù)及相關(guān)措施保證脫硫效率達到99.6%，超過設(shè)計目標值99.37%。

針對本項目的低濃度粉塵排放要求，通過采用以下技術(shù)措施，吸收塔的除塵效率提高到85%以上。

③增加FGD PLUS，提高除塵效率。在吸收塔內(nèi)安裝FGD PLUS，在其表面會形成持液層，煙氣中夾帶的粉塵通過持液層后，大部分的粉塵被脫除。

④利用CFD流場模擬，提高煙氣分布均勻度。氣體經(jīng)過PLUS后、噴淋層之間、除霧器入口的速度分布滿足速度偏差不大于15%，有效提高噴嘴出口液滴與粉塵顆粒的碰撞幾率，提高吸收塔內(nèi)噴淋漿液對粉塵的脫除效率。

⑤優(yōu)化噴淋層布置，提高覆蓋率。根據(jù)CFD流場的模擬，優(yōu)化噴淋層布置及噴嘴分布，提高漿液在塔截面分布的均勻性，單層噴淋層噴嘴的覆蓋率達到200%以上，提高除塵效率。

⑥優(yōu)化噴嘴選型，降低液滴粒徑，提高效率。噴嘴采用高效同向雙頭噴嘴，采用此噴嘴產(chǎn)生更小的霧滴，氣液接觸面積增大，提高塵的脫除率。

⑦降低塔內(nèi)煙氣流速，提高粉塵捕捉幾率。吸收塔內(nèi)煙氣流速為3.46m/s，延長煙氣在吸收塔內(nèi)的停留時間，增強液滴捕捉粉塵顆粒的幾率。

⑧降低除霧器出口液滴含量，減少液滴漿液顆粒夾帶。以上措施保證本項目實現(xiàn)煙囪入口處塵含量小于5mg/Nm3（標、干、6%O2）。

3.4 MGGH

設(shè)置兩級換熱器，在除塵器前設(shè)低低溫省煤器，利用煙氣余熱加熱凝結(jié)水，回收熱量；在煙囪入口設(shè)煙氣加熱器，以循環(huán)水為媒介，吸收電除塵前的煙氣熱量，提高排煙溫度至75℃，消除或減輕煙囪出口“白煙”現(xiàn)象。

4 應(yīng)用效果

本期工程機組投產(chǎn)后，經(jīng)過性能試驗及環(huán)保檢測，煙塵、二氧化硫、氮氧化物等排放指標均達到并優(yōu)于國家最新標準且優(yōu)于設(shè)計值。真正實現(xiàn)了不設(shè)置濕式除塵器，達到超低排放效果，且直接減少投資約4000萬元。截止目前，項目投運已兩年有余，各項指標依然滿足超低排放要求，此項技術(shù)真正經(jīng)受住時間的檢驗，應(yīng)用前景十分廣泛。

5 結(jié)語

此超低排放技術(shù)路線，真正實現(xiàn)了無濕式除塵器，達到超低排放效果，為后續(xù)的火電機組新建或爐后超低排放改造提供了重要的技術(shù)參考價值。