新疆某電廠2×330MW燃煤超低排放改造方案的探討

朱淵 朱新萍

摘要：本文針對新疆某發電廠無法達到國家和新疆地方環保部門“超低排放”要求，在現有處理設施基礎上，對該廠2×330MW超臨界壓力燃煤機組進行超低排放改造。#1和#2兩機組均采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝，新增備用層催化劑，且#1機組進行空預器改造;除塵超低排放改造#1機組采用現有電除塵恢復性檢修+高頻電源+預留相變凝聚器+濕式靜電除塵裝置改造;#2機組在原有除塵裝置基礎上配套高頻電源，同時改造電控技術。煙氣脫硫超低排放改造#1和#2機兩機組均采用雙塔雙循環方案。經對改造工程進行綜合評價，顆粒物、SO2、NOX排放濃度達到限制要求。

關鍵詞：發電廠;燃煤機組;超低排放

中圖分類號：X383 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）05-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.05.158

Discussion on a 2×330MW coal-fired ultra-low emission reconstruction plan for a power plant in Xinjiang

Zhu Yuan1，2，Zhu Xinping1

（1.College of Grass Industry and Environmental Science，Xinjiang Agricultural University，Urumqi Xinjiang 830052，China;

2.General Office of Urumqi Municipal Committee，Urumqi Xinjiang 830000，China）

Abstract：In response to a power plant in Xinjiang failing to meet the “ultra-low emission” requirements of the national and Xinjiang local environmental protection authorities，based on the existing power plant pollutant treatment facilities，it is necessary to carry out ultra-low emissions on the power plants 2×330MW supercritical pressure coal-fired units makeover.Both # 1 and # 2 units use the selective catalytic reduction （SCR） denitration process， new standby layer catalysts are added， and the # 1 unit is retrofitted with an air preheater.Renovation of ultra-low emission of dust removal For the # 1 unit，the existing electric dust removal restorative maintenance + high-frequency power supply + reserved phase-change condensator + wet electrostatic dust removal device reconstruction was adopted，and Unit # 2 is equipped with high-frequency power supply on the basis of the original dust removal device， and at the same time，the electric control technology is modified.The two units of the # 1 and # 2 units of the flue gas desulfurization and ultra-low emission retrofitting both adopt a double tower and double cycle scheme.After comprehensive evaluation of the reconstruction project，the emission concentrations of particulate matter， SO2，and NOX reached the limit.

Key words：Power plants;Coal-fired units;Ultra-low emissions

隨著我國工業化進程加快和經濟的飛速發展，火電廠排放的污染物，特別是SO2、NOx和顆粒物等造成的大氣環境污染問題直接或間接威脅著社會發展和人體健康 [1-3]。若火電行業不及時采取有效的氣體污染物控制措施，則排放的各類污染物將會對區域環境及社會經濟發展造成巨大危害[4]。國家發改委、環境保護部、國家能源局聯合下發的“發改能源〔2014〕2093號關于印發《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020 年）》的通知”[5]，提出超低排放的目標，要求新建燃煤發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;到2020年現役30萬kW及以上公用燃煤發電機組、10萬kW及以上自備燃煤發電機組以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燃氣輪機組排放限值，即顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不超過10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3，并且西部地區要求在2020年前完成，時間進度緊迫，燃煤發電企業必須立刻開展相關改造工作以滿足環保要求。目前在我國火電行業中多種脫硫脫硝除塵技術得以運用[6-8]，根據電廠規模以及實際情況選擇不同，運用效果不同。新疆是我國煤電發展的主要區域之一，某電廠為達到最新的環保排放要求，根據電廠實際情況，對煙塵、SO2和NOx進行改造方案的探討，提出一套切實可行的超低排放改造方案，不僅為同區域電廠后續改造提供借鑒，而且為區域大氣環境污染物減排提供技術方案參考。

1 脫硝改造方案

1.1 脫硝系統改造前概況

該電廠#1、#2號機組煙氣脫硝系統均采用SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原法）脫硝方案，整個SCR煙氣脫硝系統分為兩大部分，即SCR反應器系統和尿素存儲及供應系統，脫硝裝置SCR反應器直接布置在省煤器之后空預器之前，不設置SCR煙氣旁路。尾部煙道支架上部空間作為SCR裝置布置場地，也是原機組建設時預留的脫硝場地位置。根據該電廠#1、#2號機組脫硝系統的運行數據統計表明，隨著鍋爐設備負荷的降低，NOX入口濃度逐漸增加;鍋爐變負荷時脫硝入口NOX濃度也會增加;設備在滿負荷狀態，脫硝入口NOX濃度基本保持在300mg/Nm3以下，最高不超350mg/Nm3;設備負荷在240 MW以上時濃度有超出350 mg/Nm3的情況，其占比較小。滿負荷時設備入口的氮氧化物濃度在350 mg/Nm3（設計進口濃度）以內時，脫硝出口的氮氧化物濃度可控制在70～80 mg/Nm3范圍內，其現有的排放濃度無法滿足超低排放的要求。

1.2 脫硝系統改造

1.2.1 脫硝系統超低排放改造的技術思路

根據該電廠脫硝系統的運行狀況，超低排放改造可從以下幾方面解決：（1）目前電廠采用的是SCR選擇性催化還原反應脫除氮氧化物，原設計效率為75%，現有工藝無法滿足最新標準要求，需將脫硝效率提升至86%以上。（2）由于煙氣設計灰分未變，原有催化劑型號可滿足要求，但由于脫硝效率增加，出口NOx濃度降低，催化劑體積偏小無法滿足工藝需求，可試圖增加催化劑體積，提高脫硝效率。（3）煙氣在通過SCR催化劑時，形成的SO3與逃逸的NH3在空氣預熱器中下層形成硫酸氫氨，硫酸氫氨在146℃～207℃溫度范圍捕捉大量飛灰，其結合物附著于預熱器傳熱元件上形成融鹽狀的積灰，造成預熱器的腐蝕、堵灰等，進而影響預熱器的換熱及機組的正常運行。

1.2.2 脫硝改造方案選擇

根據上述思路及工程的實施時間，改造方案如下：

1.2.2.1增加催化劑

增加催化劑可采用兩種方案：一種改造時新增備用層催化劑，一種為改造時更換原有兩層催化劑。兩種方案見表1。由上述可知，方案一加裝備用層催化劑的用量較小，能充分利用現有催化劑的性能，投資較低，本次改造采用加裝備用層催化劑。

1.2.2.2空預器改造

為解決現有空預器易被灰分堵塞，影響預熱器的換熱及機組的正常運行等問題，對脫硝改造時已增設的省煤器灰斗加強運行管理，保證省煤器灰斗定期排灰以及暖風器的正常運行。空預器改造以改動量最小為原則，僅對轉子內部換熱元件進行改造，具體改造方案為：拆除全部換熱元件，其中熱端（h=1 000mm）換熱元件與冷端（h=333mm）換熱元件利舊，現場清洗處理;將扇形板割薄上提，剔除熱端及中間兩層柵架，向上拼接隔板;按尺寸焊接新設計的兩層柵架，安裝新設計的冷端鍍搪瓷換熱元件（h=900mm）及清洗之后的兩層換熱元件;安裝徑向、軸向、旁路密封片;恢復封倉板及保溫;利舊冷端蒸汽吹灰器，并移至熱端，在冷端安裝新設計雙介質高壓水吹灰器。

2 除塵改造方案

2.1 除塵系統改造前概況

該電廠#1、#2機組采用電除塵器裝置，#2機組在脫硫后增設濕法電除塵器裝置。電除塵器配置蘭州電力修造廠生產的臥式、板式雙室四電場干式靜電除塵器，供電設備采用GGAj02-1.1A/72kv型高壓硅整流設備。電除塵器設計保證效率≥99.6%，保證電除塵器出口煙塵濃度<100mg/Nm3。濕式電除塵器分4個供電區，陰、陽極長度>6m，設計處理煙氣量為1 709 907m3/h，設計濕式電除塵器出口煙塵濃度<20mg/Nm3。

2.2 除塵系統組改造

2.2.1 除塵系統超低排放改造的技術思路

根據該電廠脫硝系統的運行狀況，#1機組除塵設備煙塵排放30～50mg/Nm3，無法滿足最新的排放標準，需進行改造。目前#2機組濕法脫硫后已加裝濕法電除塵裝置，可滿足最新的排放標準限值，本次改造為配套高頻電源，同時改造電控技術，其可具備20%的除塵提效效果，同時也具備一定節能效果。

2.2.2 除塵改造方案選擇

根據2臺機組除塵設備的現運行狀況，針對#1除塵設備的改造方案有兩個：方案1為高頻電源+濕式電除塵，方案2為擴容+脫硫提效。具體方案內容及對比見表2。根據上述兩種方案的對比，方案一采用高頻電源電除塵改造+加裝濕式電除塵裝置對機組工況的適應性較強，改造后煙囪煙塵排放濃度能滿足超低排放要求，改造后對引風機影響較小;對其他污染物具有去除效果，達到綜合治理的目的;預留濕除提效的空間，具備煙囪煙塵排放濃度<5mg/Nm3的潛力。

3 脫硫改造方案

3.1 脫硫系統改造前概況

該電廠脫硫系統采用石灰石—石膏就地強制氧化濕法煙氣脫硫工藝，脫硫裝置按一爐一塔單元布置。每套脫硫裝置的煙氣處理能力為相應鍋爐BMCR（Boile Maximum Continuous Rating，最大連續蒸發量）工況時的100 %煙氣量;當燃煤含硫量為1.7%時，脫硫效率高于96%。公用系統主要有吸收劑制備及供應石膏脫水系統、工藝水系統、排空系統、廢水處理系統。脫硫副產品—石膏在脫水后含濕量<10%。#1機組煙塵和脫硫尚未改造，其二氧化硫的排放濃度分別為100～200 mg/Nm3。#2機組除塵和脫硫正在改造中，采用雙塔雙循環工藝設計，設置兩級吸收塔，吸收塔均采用空塔噴淋，設計二氧化硫的排放限值分別為50mg/Nm3;改造后要求二氧化硫低于35mg/Nm3。

3.2 脫硫系統組改造

3.2.1 脫硫系統超低排放改造的技術思路

根據該電廠脫硫系統的運行狀況，超低排放改造可從以下幾方面解決：

（1）吸收塔原設計氧化槽容積偏小、流速稍高，在硫分和煙氣量均有增加的情況下吸收塔各參數不能滿足現有排放標準的要求，必須對吸收塔系統進行改造。

（2）氧化風機及管道無法適應現有改造燃煤硫分的運行工況，需對氧化風系統進行擴容改造。

（3）根據實際運行情況，現有廢水系統的處理能力偏小，導致脫硫系統的氯離子濃度偏高。

3.2.2 脫硫改造方案選擇

根據兩臺機組運行情況的不同，采取的改造方案分析如下：

3.2.2.1 #1機組脫硫系統改造工程方案

（1）吸收塔改造。目前改造技術主要有單塔雙循環技術、雙塔雙循環技術等，該機組采用雙塔雙循環技術。改造內容見表3。（2）氧化空氣系統改造。由于硫分增加較多，原有氧化風機不能滿足要求，故一級吸收塔需更換兩臺氧化風機，改造方案為：更換為兩臺單級高速離心風機，一用一備。

3.2.2.2 #2機組脫硫系統改造工程方案

由上述性能評估可知，#2機組采用雙塔雙循環工藝設計，設置兩級吸收塔，吸收塔均采用空塔噴淋，且機組及脫硫公用系統均能滿足電廠脫硫超低排放改造的要求，無須再改造，但#2機組一級塔（原塔）噴淋支管磨損嚴重，需更換。

3.2.2.3脫硫廢水系統改造

根據對脫硫系統的分析，需更換大流量廢水旋流給料泵和廢水旋流器;采用NaOH作為廢水用堿，新增一臺卸堿泵，一座堿罐及兩臺堿計量泵;由于現有澄清池容量偏小，本次新建一座澄清池;對污泥處理系統進行更換原板框壓濾機。

4 電廠超低排放技術改造工程綜合評估

對該電廠1#、2#機組超低排放技術改造工程進行綜合評估，監測結果表明，監測期間在相同煤種和工況（75%以上穩定工況）條件下，1#機組顆粒物、SO2、NOX排放濃度值分別為7.1mg/m3、13mg/m3、6mg/m3，2#機組顆粒物、SO2、NOX排放濃度值分別為7.6 mg/m3、12 mg/m3、44 mg/m3。均符合《關于做好燃煤發電機組超低排放改造項目評估監測工作的通知》（新環發〔2016〕389號）的要求限值污染物低濃度排放要求（煙塵濃度<10mg/Nm3，SO2<35mg/Nm3，NOX<50mg/Nm3）。

5 結論

對該廠2×330MW超臨界壓力燃煤機組煙氣脫硝超低排放改造，兩機組均采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝，新增備用層催化劑，且#1機組改造空預器;除塵超低排放改造#1機組采用現有電除塵恢復性檢修+高頻電源+預留相變凝聚器+濕式靜電除塵裝置改造;#2機組在原有除塵裝置基礎上配套高頻電源，同時改造電控技術。煙氣脫硫超低排放改造#1和#2機組均采用雙塔雙循環方案，經對改造工程進行綜合評價，顆粒物、SO2、NOX排放濃度達到要求限制。

參考文獻

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收稿日期：2020-03-21

作者簡介：朱淵（1989-），男，漢族，本科學歷，研究方向為污染環境控制與管理。

通訊作者：朱新萍（1978- ），女，漢族，博士，教授，研究生導師，研究方向為環境污染控制工程。