燃煤電廠超低排放系統評價關鍵技術研究

劉曉冰 趙健

（1.華電濰坊發電有限公司，山東 濰坊 261000）

（2.浙江大學能源工程設計研究院有限公司，浙江 杭州 310007）

隨著我國經濟的發展和社會的發展，能源消耗量逐漸增加，環境問題也越來越嚴重，社會也逐漸重視廢氣污染物的排放和治理。目前，我國主要采用脫硝-脫硫-燃煤發電相結合的方式實現超低排放技術的工程設計，并根據適合社會發展的技術方法進行分析比較，是控制污染影響的主要途徑。此外，化石原料消耗的增加將引發能源危機，對人們的健康和生活質量產生負面影響。

一、超低排放概述

燃煤電廠的顆粒物排放仍然是我國大氣PM2.5 的主要來源之一。燃煤發電仍是我國電力供應的主要動力，并將繼續保持電力主導地位，因此，控制燃煤電廠的排放污染仍是我國電力供應的主要目標之一。目前，全國燃煤電廠超低排放改造已基本完成，重點區域微塵濃度控制在10mg/m3 以內，5mg/m3 以內。除了提高現有電除塵系統的效率外，還需要提高濕法脫硫裝置的效率進行調節控制，以保證顆粒去除效率，必要時還需要增加濕法電除塵器。允許微粒排放濃度穩定在低水平。超低排放是指火電廠燃煤鍋爐采用集成系統技術，在發電和處理過程中高效、和諧地去除各種污染物，使大氣污染物濃度基本達到燃煤排放限值。燃燒單位，即NOx30mg/m3，SO225mg/m3，煙塵5mg/m3。

二、研究背景分析

由于現有清潔能源因使用大量煤炭而無法完全替代煤炭，因此實現超低排放技術創新、安裝排放控制裝置減少污染物排放、使用排污減排等目標是一個漸進的轉變。國家出臺燃煤改造計劃后，燃煤電廠開始了煙氣凈化系統的升級改造。改造過程中，大唐-南京電廠充分考慮了各種凈化設備的協同效應和煙氣中各類有害氣體的相互影響，在現有凈化設備的基礎上，對脫硫塔內部結構進行了升級改造。同時在脫硫塔出口安裝輔助電除塵設備，主除塵設備升級為濕式電除塵設備。在脫硝方面，采用液氨還原脫硝技術，通過轉化，大大減少了廢氣中的有害氣體，使污染物排放達到超低排放限值，但轉化成本較高。超低排放改造技術主要包括脫硫、脫硝和除塵。其中，脫硫一般采用濕法脫硫技術，主要是利用石灰石吸附煙塵，使排放的煙塵含硫量降低95%以上，是當今廣泛應用的一種非常成熟、高效的脫硫技術。脫硝主要采用非催化脫硝技術和催化脫硝技術：非催化脫硝技術適用于含氮煙氣的一次脫硝，可使煙氣含氮量降低50%。該技術適用于含氮煙氣二次脫硝，二次脫氮可使煙氣含氮量降低90%。由于后者較貴，通常將兩者結合使用，以降低煙氣中的氮含量，以達到規定的標準。除塵主要采用電吸附除塵技術，現有濕式電吸附除塵裝置可使煙氣中顆粒物減少75%左右。

三、我國現有除塵技術

（一）靜電除塵器

電除塵器的原理是將煙氣中所含的粉塵通過電極排出，使粉塵帶電，粉塵在電場張力的作用下向電極移動，由電極收集收集。電除塵器壽命長、維護成本低、應用范圍廣當國產電除塵器出口煙塵濃度限制在20mg/m3 時，50%以上的煤種適用于現有電除塵器，但靜電除塵器適用于靜電除塵器。除塵器耗電大，設備復雜，占地面積大，對粉塵電阻率要求高。

（二）濾袋除塵器

袋式除塵器是利用紡織面料的過濾作用除塵的干式高效除塵器，效率達到99.9%，排放絕對值基本不受粉塵特性的影響。濾袋壽命很短。由于濾袋過濾的煙塵濃度高，除塵頻率高，特別是大顆粒煙塵和較硬煙塵的細化磨損嚴重。因此，濾袋的壽命通常較短，3a。雖然處理高溫高電阻粉塵容易，但布袋除塵壽命主要由濾袋壽命決定。尤其不適用于附著力強、吸濕性強的粉塵。煙氣溫度不能低于露點溫度。否則，可能會發生冷凝，濾袋可能會堵塞。

（三）濕式靜電除塵器

濕式靜電除塵器將水霧直接噴灑到電極和電暈區域，水霧在可見電極形成的強電暈場中帶電，然后分裂并進一步噴射，使電場力與帶電的霧發生碰撞。它對塵粒進行阻擋、吸附和凝聚，并集中收集，最后在電張力的驅動下，塵粒到達集塵極。由于濕式電除塵器目前還沒有統一的設計選型標準，無法在相同煙氣條件下比較不同濕式電除塵器的設計參數。濕式電除塵器置于脫硫系統后，占地面積小，對新機組布局影響不大，但對投產的老機組進行了改造。空間，濕式靜電除塵器的布局將是一個很大的選擇問題。

四、電廠“超清潔排放”工藝流程

電廠采用“超清潔排放”工藝主要包括鍋爐、低氮燃燒、SCR 脫硝、靜電除塵、布袋除塵、單塔雙循環濕法脫硫、濕法靜電除塵器和煙囪等。在具體實施過程中，電廠鍋爐排出的煙氣首先在鍋爐內進行低氮燃燒處理，然后進行SCR 脫硝處理。其次，相關工作人員還必須對煙氣進行靜電除塵和布袋除塵措施，再使用引風機進行除塵處理。第三，工作人員需要加入一定量的石灰石粉，這樣才能進行單塔雙循環濕法脫硫處理。最后，濕式電除塵后，可輕松完成煙氣的深度除塵，使排放的煙氣達到環保要求。只有經過處理的煙氣才能通過煙囪排出。此外，還需要相關人員在鍋爐底部安裝廢渣容器，對低氮燃燒處理時產生的干渣進行處理。還需要在低氮燃燒過程中實現催化還原脫硝處理。

五、燃煤電廠超低排放技術實踐分析評估

（一）基本概述

裝機容量為600MW 的電廠2 機組采用電除塵器（高頻電源）+石灰石-石膏濕法脫硫（兩塔2 循環）+濕法電除塵器的技術路徑。

（二）超低排放技術的實施

1.雙循環脫硫結合濕式電除塵技術

在脫硫塔后高濕煙氣條件下，濕式電除塵器提高了對顆粒物的帶電能力，大大提高了脫硫塔攜帶的煙氣和石膏、石灰顆粒的顆粒物去除效率。濕法脫硫后加裝濕式電除塵器的技術路線，可以可靠地將微塵排放濃度控制在較低水平，在部分電廠，對于微塵排放限值為1mg 的電廠來說，是必然選擇/立方米。安裝濕式靜電除塵器。電廠最大顆粒物排放濃度僅為1.5mg/m3，所有顆粒物排放數據均分布在5mg/m3 以內，其中93.8%分布在1mg/m3 以下。采用雙塔雙循環濕法脫硫濕法電除塵工藝，93.8%顆粒物排放濃度小于1mg/m3，100%顆粒物濃度小于3mg/m3，雙塔雙循環濕法脫硫濕法電除塵工藝適應性強，對顆粒物的控制能力非常穩定高效。有學者得出結論，雙塔雙循環工藝比單塔脫硫具有更好的顆粒去除效果，特別是對于直徑較大的顆粒。通過工藝和數據對比，雙塔雙循環濕法脫硫濕法電除塵工藝是將顆粒物濃度可靠控制在1mg/m3 的技術路線。

2.除塵技術

(1)電除塵器吱吱作響引起的二次揚塵是電除塵器運行時不可避免的現象。也是判斷顆粒物監測靈敏度和準確度的重要依據。位于主出口的PCME 181WS 顆粒物監測器準確地捕獲了所有三個測試工廠中由靜電除塵器包裹引起的粉塵峰值。其中，在電廠兩塔濕法脫硫和濕法電除塵器的工藝條件下，在181WS 粉塵出口測得的電除塵器振動粉塵峰值僅為0.5mg/m3 左右。

(2)雙塔雙循環濕法脫硫工藝比單塔雙循環具有更高的協同除塵效率，配備濕式電除塵器可增加并有效降低整個除塵系統的除塵峰值負荷能力。電除塵器的振動同時雙塔雙循環+濕式電除塵器是將顆粒物排放濃度降低到1毫克/立方米的可靠方法。

（三）脫硝技術

濕法氨法脫硫脫硝聯合技術是當今最具性價比的脫硫脫硝技術之一。是對濕法煙氣脫硫進一步研究的結果。它同時有效地去除二氧化硫和氮氧化物。這是一個非常經濟的優勢。其基本原理是在低溫條件下將氧化氮氧化成二氧化氮，然后在水中與亞硫酸鈉化合，在兩級反應器中同時脫除二氧化硫和氮氧化物化合物。濕法氨法脫硫脫硝聯合技術必須同時包括氣體分配系統、等離子氧化系統、吸收反應系統和廢氣凈化系統四部分。濕法氨法脫硫鍵合技術是目前正在研究的最成功的方法之一，如果參數選擇正確，可以顯著提高二氧化硫和氮氧化物的去除效率，同時還具有經濟優勢。

六、鍋爐燃燒控制技術

（一）燃燒控制

給煤量通常隨著負荷變化的需要而變化，但也受煤-空氣比的影響。因此，在改變給煤量的同時，必須相應地改變一次風和二次風的進風量。負荷增加時先放空氣，后放煤，負荷減少時先減少煤，再減少空氣。給煤速度的控制一般通過改變給煤機的速度來實現，給煤機的速度控制應采用線性較好的變頻調速方式。如果多臺給煤機供煤，則必須有自己的校準回路，以實現自動或手動控制不同給煤機之間的無間斷切換。

（二）風量控制

進入鍋爐的氣流包括一次風、二次風、回風、撒煤風等，這比典型的鍋爐控制復雜得多。風量控制包括總風量和一次、二次風量的比例控制。總空氣量主要由燃料輸入量決定，一次空氣的空氣量在調節過程中有一個下限，即保證物料穩定流化的最小空氣量。如果一次風量低于這個下限，物料的流態化被破壞，使燃料不能正常燃燒，出現結焦等問題。一次風與二次風的比例必須根據床溫的變化進行調整。回風通常從一次風道吸入，具有風壓高、風量小的特點，通常可以采用單回路控制的形式實現。該信號控制調節閥的開度以改變空氣量。播煤風的作用是防止鍋爐的熱煙氣返回給煤設備，防止設備損壞，壓力必須高于爐膛壓力。

（三）床壓控制

床壓控制也是循環流化床鍋爐控制的特點之一。由于循環流化床鍋爐在運行時不能直接檢測上清液的厚度，所以只有濃相和稀相的區別。當高密度相區處于靜止狀態時，料層的厚度對鍋爐的經濟運行影響很大。料層太高，排氣口阻力增大，料層太低，不能滿足負荷。鍋爐運行時，物料處于流體狀態，通過測量一次風室與稀釋搭檔之間的壓差和一次風量，可以間接測量出料層的厚度。通過調節床壓，可以控制料層量。床壓的控制可以通過控制排渣來實現。在排渣管底部安裝脈沖閥控制排渣是一種比較有效的方法。一些小型循環流化床排渣管底部采用螺旋排渣器排渣，排渣口必須安裝排渣閥控制排渣。

七、結語

總之，在對燃煤電廠進行超低排放改造評價時，可以重點關注：1、在選擇超低排放改善技術路線時，應具體問題具體分析，根據電廠實際燃煤情況和電廠運行情況，選擇合適的超低排放改善技術。2.在選擇超低排放改造技術時，特別是選擇超低排放改造，既要考慮技術的經濟可行性，又要考慮技術的可靠性、穩定性和精密性。具有節能潛力的技術3.超低排放改造的技術適應性是提高管理和運行水平的重要方面之一。依靠技術手段來解決所有問題是不可能的。如果適當采取技術措施，同時提高管理和運行水平，超低排放轉換將更加經濟和有效。