李德波，曾庭華，廖永進，劉亞明，馮永新，余岳溪

(廣東電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院，廣東 廣州 510080)

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廣東省首臺超潔凈排放燃煤機組現(xiàn)場測試分析

李德波，曾庭華，廖永進，劉亞明，馮永新，余岳溪

(廣東電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院，廣東 廣州 510080)

摘要：對廣州華潤熱電有限公司1號機組超潔凈排放改造后的煙氣脫硫(fluegasdesulfurization，F(xiàn)GD)系統(tǒng)、濕式靜電除塵器(wetelectrostaticprecipitator，WESP)和選擇性催化還原(selectivecatalyticreduction，SCR)系統(tǒng)進行了性能考核試驗，介紹了各系統(tǒng)的試驗方法，對試驗數(shù)據(jù)進行了分析。得出結論：FGD系統(tǒng)的脫硫效率達99%以上，煙囪SO2排放量在35mg/m3以下；WESP的除塵效率為89.09%，煙囪粉塵排放量在5mg/m3以下；SCR系統(tǒng)的脫硝率達到90%以上，NOx排放量在50mg/m3以下。各系統(tǒng)均滿足超潔凈排放的要求。

關鍵詞：超潔凈排放；性能考核試驗；煙氣脫硫；濕式靜電除塵器；選擇性催化還原

當前中國大氣環(huán)境形勢十分嚴峻，經(jīng)常發(fā)生空氣重污染現(xiàn)象，霧霾天氣日益增多，已威脅到人們的身體健康。各級政府陸續(xù)出臺多項政策措施，大力治理大氣污染，改善空氣質(zhì)量。國內(nèi)研究者對火電廠污染物減排進行了大量的現(xiàn)場試驗和數(shù)值模擬工作[1-11]，為火電廠污染物減排提供了重要的改造技術。2014年6月，國家發(fā)展和改革委員會下發(fā)《關于下達2014年煤電機組環(huán)保改造示范項目的通知》(國能綜電力[2014]518號文件)，要求廣州華潤熱電有限公司(以下簡稱“華潤熱電”)1號機組等13個燃煤機組進行超低排放環(huán)保示范改造。同時，廣東省環(huán)境保護廳、廣東省發(fā)展和改革委員會對燃煤電廠提出主要大氣污染物“趨零排放”的目標，廣州市政府也提出按照國家、省對重點地區(qū)燃氣輪機大氣污染物特別排放限值的標準對市燃煤電廠進行超潔凈排放改造，要求華潤熱電開展1號機組超潔凈排放示范工程，實施“50355”工程，使電廠大氣污染物排放量達到氮氧化物50mg/m3以下、二氧化硫35mg/m3以下、煙塵5mg/m3以下的目標。華潤熱電于2014年初啟動1號機組超潔凈排放改造工作，3—7月進行了機組超潔凈排放改造，2014年7月21日隨機組大修后投入運行。超潔凈排放改造主要有脫硫增容改造、高頻電源改造、濕式靜電除塵器(wetelectrostaticprecipitator，WESP)改造、脫硝空預器改造、脫硝流場及噴氨優(yōu)化、脫硝催化劑單元加裝、鈦復合板煙囪改造、煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)(continuousemissionmonitoringsystemoffluegas，CEMS)改造等工作，同時對原環(huán)保設施進行了大修，以確保1號機組實現(xiàn)煙氣污染物超潔凈排放。

本文針對華潤熱電1號機組超潔凈排放改造后的煙氣脫硫(fluegasdesulfurization，F(xiàn)GD)系統(tǒng)、WESP以及選擇性催化還原(selectivecatalyticreduction，SCR)系統(tǒng)進行性能試驗，可為其他電廠開展超凈排放性能測試提供借鑒。

1改造前設備概況

李德波，等：廣東省首臺超潔凈排放燃煤機組現(xiàn)場測試分析華潤熱電的鍋爐為上海鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)鍋筒鍋爐，汽輪機為中國東方電氣集團有限公司生產(chǎn)的330MW汽輪機，發(fā)電機由上海電氣集團股份有限公司制造。FGD工程采用石灰石-石膏濕法FGD技術，脫硫裝置為一爐一塔式，設計燃煤的含硫量為1.00%，在燃用設計煤種時每套FGD裝置的設計處理煙氣量(標準狀態(tài)，濕基)為1 210 890.9m3/h，設計脫硫效率不低于95.66%，吸收塔為3層帶托盤噴淋塔。

2超潔凈排放改造主要技術特點

2.1脫硝裝置和脫硝空預器改造

脫硝裝置與機組同步投產(chǎn)，反應器采用固定床平行通道型式，催化劑單元初裝2層，2012年加裝了第3層，使得NOx排放量在50mg/m3以下。在2014年大修期間加裝了部分催化劑單元，同時開展脫硝流場及噴氨優(yōu)化工作。

為保證機組長期低NOx運行，在本次超潔凈排放改造中還進行了脫硝空預器改造，將換熱元件更換為鍍搪瓷的耐腐蝕材料。

2.2脫硫增容改造

脫硫增容改造采用抬高現(xiàn)有脫硫吸收塔、增加2層噴淋層、改造原吸收塔托盤、更換脫硫除霧器、加大脫硫輔助系統(tǒng)出力的方案。在燃用含硫量為1.5%的煤種時，脫硫效率不小于98.89%，入口SO2質(zhì)量濃度達4 505mg/m3，出口SO2質(zhì)量濃度低于50mg/m3；在燃用含硫量為1.2%的煤種時，出口SO2質(zhì)量濃度低于35mg/m3；在燃用校核煤種時，脫硫系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運行。

2.3除塵器改造

1號機組WESP改造采用日本三菱集團公司技術，塔外分體臥式布置。WESP布置于脫硫吸收塔后，除塵效率大于80%，要求煙囪排放口粉塵質(zhì)量濃度穩(wěn)定在5mg/m3以下。煙氣量按設計煤種加10%的裕量設計，除塵器應能在零工況至鍋爐最大連續(xù)出力(boilermaximumcontinuousrating，BMCR)工況時正常運行，不發(fā)生堵塞。為保證低粉塵排放，還進行了高頻電源改造，確保WESP入口煙塵質(zhì)量濃度維持在25mg/m3以下。

2.4煙囪改造

將煙囪鋼內(nèi)筒更換為鈦復合板材料，同時將CEMS移位至距離煙囪75m處，確保在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。

3測試方法和儀器

3.1FGD系統(tǒng)和WESP的性能測試

FGD系統(tǒng)、WESP性能試驗的主要測點位置如圖1所示。

3.1.1煙氣流量

測點位置為測點3、4(如圖1所示)，測量儀器有標定過的皮托管、熱電偶、微壓計和溫度顯示表。

測量方法：采用網(wǎng)格法測量各點的煙氣流速、靜壓、溫度和氧量，計算出煙氣流量，同時從分散控制系統(tǒng)(distributedcontrolsystem，DCS)采集流量數(shù)據(jù)，二者進行比較，得出煙氣流量修正系數(shù)。

3.1.2粉塵質(zhì)量濃度

測點位置為測點1、3、4(如圖1所示)，測量儀器有3012型粉塵采樣儀、皮托管等。

測量方法：采用網(wǎng)格法，通過粉塵采樣儀取樣，取樣過程中記錄樣本的煙氣體積、煙氣溫度、煙氣壓力、大氣壓力、取樣前后粉塵取樣濾筒的質(zhì)量，同時從DCS采集粉塵質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)，二者進行比較，得出粉塵質(zhì)量濃度修正系數(shù)；WESP的煙塵除去率根據(jù)其進出口的煙塵質(zhì)量濃度計算得到。

3.1.3原煙氣和凈煙氣中SO2和O2的質(zhì)量濃度

為了減小測量誤差，試驗前后分別用SO2和O2的標準氣體及零氣(純氮氣)對測量儀表進行標定，保證試驗前后儀表的指針沒有飄移現(xiàn)象發(fā)生。

原煙氣的測點位置為測點1，凈煙氣的測點位置為測點5(如圖1所示)，測量儀器有NGA2000型煙氣分析儀、PMA10型氧量分析儀、伴熱取樣槍、煙氣冷卻器、抽氣泵和標準氣體等。

測量方法：先用SO2和O2的標準氣體及零氣(純氮氣)對CEMS和試驗儀器進行量程和零位標定。試驗時，把帶有伴熱的取樣管插入測點，煙氣經(jīng)煙氣冷卻器后分別通入二氧化硫分析儀和氧量測試儀，采用網(wǎng)格法進行逐點測量，對測試數(shù)據(jù)進行處理后得出實測的SO2和O2質(zhì)量濃度；同時由DCS采集試驗期間SO2和O2質(zhì)量濃度的數(shù)據(jù)，兩者進行比較，得出SO2和O2質(zhì)量濃度的修正系數(shù)。

3.1.4煙氣溫度

測點位置為測點1、3，測量儀器有NiCr-Ni熱電偶、測溫儀等。

測量方法：采用網(wǎng)格法，用NiCr-Ni熱電偶逐點測量溫度，取各測點溫度的算術平均值；同時從DCS采集試驗期間相應位置的溫度數(shù)據(jù)，二者進行比較，得出各測點的溫度修正系數(shù)。

3.1.5脫硫效率

根據(jù)凈煙氣、原煙氣中SO2和O2的質(zhì)量濃度，對試驗過程中的值取算術平均值，并用修正系數(shù)進行修正，最后計算脫硫效率。脫硫效率

式中ρSO2-rawgas和ρSO2-cleangas分別為折算至標準狀態(tài)、O2體積分數(shù)φ(O2)=6%下的原煙氣、凈煙氣SO2質(zhì)量濃度。

3.1.6除霧器出口液滴攜帶量

測點位置為測點3，測量儀器有TH-880Ⅳ型煙塵采樣儀、冷凝罐、冰槽等。

測量方法：采用鎂離子示蹤法，由DCS采集凈煙氣中O2的質(zhì)量濃度；采用網(wǎng)格法，由煙塵采樣儀進行煙氣取樣，煙氣中的霧滴放入冷凝罐內(nèi)冷凝，冷凝罐置于冰槽中；取樣后用雙蒸水沖洗冷凝罐，沖洗液定容后帶回實驗室進行Mg2+質(zhì)量濃度分析；記錄取樣過程中煙氣體積、煙氣溫度、煙氣壓力和大氣壓力，同時分次采集吸收塔漿液，混合后分析漿液濾液中Mg2+的質(zhì)量濃度；最后計算煙氣中霧滴的質(zhì)量濃度。煙氣中霧滴的質(zhì)量濃度

式中：ρ1為冷凝水中Mg2+的質(zhì)量濃度，ρ2為吸收塔漿液濾液中Mg2+的質(zhì)量濃度，m為冷凝水質(zhì)量，V為煙氣體積。

3.1.7SO3脫除率

測點位置為測點3、4，測量儀器有石英棉過熱器、加熱取樣槍、水浴鍋及蛇形吸收管、煙塵動態(tài)平衡采樣儀、抽氣泵及氧量計等,其中氧量計的作用是檢測管道連接處是否泄漏。

試驗方法：采用代表點法，由煙塵動態(tài)平衡采樣儀進行取樣，設定加熱槍溫度為260 ℃，水浴溫度為75～85 ℃，開始升溫；待溫度升至指定值后開啟抽氣泵，調(diào)節(jié)抽氣速率至10L/min，保持抽氣速率并抽氣30min，記錄抽氣時間和抽氣體積，用50mL左右的去離子水分3次沖洗螺旋管及其連接處，取樣拿回實驗室化驗；最后計算SO3脫除率。SO3脫除率

式中：ρSO3-i為WESP入口的SO3質(zhì)量濃度，ρSO3-o為WESP出口的SO3質(zhì)量濃度。

3.1.8FGD系統(tǒng)出口HF和HCL質(zhì)量濃度和脫除率

用煙氣采樣儀在FGD系統(tǒng)出口(即測點3)進行煙氣取樣，煙氣中的HF、HCl被吸收瓶中的NaOH溶液吸收，取樣過程中記錄取樣煙氣體積、煙氣溫度、煙氣壓力和大氣壓，吸收液帶回實驗室進行F、Cl離子分析，最后計算得到煙氣中HF和Cl的質(zhì)量濃度和脫除率。

在標準狀態(tài)、φ(O2)=6%下，HF的質(zhì)量濃度

式中：ρF-為定容后吸收液中F-的質(zhì)量濃度，Vliq為定容后吸收液總體積。

HF的脫除率

式中ρHF-rawgas、ρHF-cleangas分別為折算至標準狀態(tài)、φ(O2)=6%下的原煙氣、凈煙氣中HF的質(zhì)量濃度。

在標準狀態(tài)、φ(O2)=6%下，HCl的質(zhì)量濃度

HCl的脫除率

式中ρHCl-rawgas、ρHCl-cleangas分別為折算至標準狀態(tài)、φ(O2)=6%下的原煙氣、凈煙氣HCl質(zhì)量濃度。

3.1.9石灰石消耗量及鈣硫物質(zhì)的量比

在BMCR工況下進行石灰石消耗量試驗，在整個試驗期間，由DCS采集凈煙氣、原煙氣中SO2和O2的質(zhì)量濃度，取算術平均值, 并用修正系數(shù)進行修正；取石灰石粉樣進行石灰石純度分析，取石膏樣進行CaSO4·2H2O、CaSO3·0.5H2O和CaCO3的分析，由鈣硫物質(zhì)的量比和脫硫量計算石灰石消耗量。石灰石消耗量

式中：MCaCO3為CaCO3摩爾質(zhì)量，100.09kg/kmol；MSO2為SO2摩爾質(zhì)量，64.06kg/kmol；ρSO2，rogas、ρSO2,reingas分別為折算至標準狀態(tài)、φ(O2)=6%下原煙氣、凈煙氣中SO2的質(zhì)量濃度；qV-RG為標準狀態(tài)、干煙氣、φ(O2)=6%下煙氣體積流量；St為鈣硫物質(zhì)的量比；FR為石灰水純度。3.1.10FGD系統(tǒng)、WESP工藝水和工業(yè)水消耗量

由DCS采集FGD工藝水泵出口母管和脫硫工業(yè)水母管流量數(shù)據(jù)，對測試期間的數(shù)據(jù)取算術平均值；記錄WESP的補充水量和時間，計算系統(tǒng)消耗的水量。

3.1.11FGD系統(tǒng)和WESP電耗

在FGD系統(tǒng)6kV進線斷路器位置，通過電能表測試輸入母線的有功功率數(shù)據(jù)，對試驗期間的數(shù)據(jù)取算術平均值；同時記錄FGD系統(tǒng)主要運行電流、電壓等數(shù)據(jù)。

3.1.12FGD系統(tǒng)和WESP壓力損失

壓力損失測點位置為測點1、2、3、4、5。測量方法：連接好各壓力測點的測量儀表(微壓計)后，在設計工況下采集和記錄各測量儀表的壓力數(shù)據(jù)，同時測量各點的標高和大氣壓；計算FGD系統(tǒng)及WESP的壓力損失。

3.1.13石膏品質(zhì)

試驗期間，在真空皮帶脫水機末端進行石膏取樣，在電廠實驗室進行化學分析。

3.1.14FGD系統(tǒng)和WESP廢水排放量

采集FGD系統(tǒng)和WESP廢水排放量數(shù)據(jù)，然后對其進行算術平均值計算；采集WESP廢水排放量數(shù)據(jù)，然后對其進行算術平均值計算。

3.1.15WESP的NaOH溶液消耗量

試驗期間記錄NaOH溶液的消耗總量，然后對其進行算術平均值計算。

3.1.16WESP的漏風率

用網(wǎng)格法在測點3、4處測量煙氣流量，對試驗過程中的值取算術平均值，然后計算出WESP的漏風率。

3.1.17FGD裝置可用率

FGD裝置的可用率

式中：tA為統(tǒng)計期間FGD裝置可運行時間，tB為統(tǒng)計期間FGD裝置強迫停運時間，tC為統(tǒng)計期間FGD裝置強迫降低出力等效停運時間。

整套FGD裝置的可用率為100%。

3.2SCR系統(tǒng)的性能測試

3.2.1NOx、O2質(zhì)量濃度

采用網(wǎng)格法，在SCR系統(tǒng)反應器的進口(噴氨格柵之前)和出口測量NO和O2的質(zhì)量濃度，用以計算脫硝率。脫硝率

式中：ρNOx-i為SCR系統(tǒng)入口的NOx質(zhì)量濃度，ρNOx-o為SCR系統(tǒng)出口的NOx質(zhì)量濃度。

3.2.2NH3逃逸量

采用代表點法，在SCR系統(tǒng)反應器出口進行NH3取樣，每個反應器取3個點，取得的樣品拿回實驗室進行分析，得出NH3的質(zhì)量濃度。

3.2.3NH3消耗量

以氨為還原劑的消耗量

其中

式中：qV、ρNOx分別為折算到標準狀態(tài)、干基、φ(O2)=6%下的SCR反應器入口煙氣體積流量、煙氣中NOx的質(zhì)量濃度，ρslipNH3為折算到標準狀態(tài)、干基、φ(O2)=6%下的氨逃逸量，MNH3為NH3的摩爾質(zhì)量，MNO2為NO2的摩爾質(zhì)量，n為氨氮物質(zhì)的量比。

4改造后現(xiàn)場運行情況

4.1FGD系統(tǒng)

2015年8月26日下午，在325MW負荷下測量了FGD系統(tǒng)入口原煙氣、吸收塔出口和煙囪上凈煙氣中SO2的質(zhì)量濃度和O2的體積分數(shù)。原煙氣與CEMS中O2體積分數(shù)之比為4.31∶4.24，煙囪與CEMS中O2體積分數(shù)之比為4.35∶4.65，SO2質(zhì)量濃度和總脫硫效率見表1。

表1脫硫效率實測結果

從表1可知：系統(tǒng)的脫硫效率很高，在5臺循環(huán)泵全部運行的情況下，脫硫效率高達99.50%以上，煙囪中SO2質(zhì)量濃度在10mg/m3以下。

4.2WESP

在設計煤種下進行了2種工況的粉塵測試，其中工況1的電除塵采用高效運行模式，工況2的電除塵為節(jié)能模式。試驗期間入爐煤質(zhì)分析結果：全水分質(zhì)量分數(shù)10%，收到基灰分質(zhì)量分數(shù)21.11%，收到基揮發(fā)分質(zhì)量分數(shù)21.04%，收到基硫分質(zhì)量分數(shù)1.07%，收到基低位發(fā)熱量22.099 7MJ/kg。

粉塵質(zhì)量濃度和粉塵去除率測量結果見表2。

表2粉塵質(zhì)量濃度和粉塵去除率測量結果

從表2可知：在電除塵器處于2種不同模式時，脫硫塔出口粉塵質(zhì)量濃度有一定程度的變化，調(diào)整為節(jié)能模式后粉塵(包括石膏液滴)質(zhì)量濃度增加了4mg/m3左右，但WESP出口粉塵質(zhì)量濃度還是低于5mg/m3的排放水平；在2種工況下，WESP出口粉塵質(zhì)量濃度平均值為3.12mg/m3，粉塵平均去除率為89.09%。

4.3SCR系統(tǒng)

脫硝效率及NOx排放量測試是在SCR噴氨優(yōu)化調(diào)整后進行的，測量反應器進、出口煙氣的NO質(zhì)量濃度和O2體積分數(shù)，并計算出脫硝率。計算結果見表3。

表3SCR系統(tǒng)脫硝率測量和計算結果

由表3可得：SCR系統(tǒng)的平均脫硝率為92.2%，出口NOx平均排放量為32.2mg/m3，小于50mg/m3的超凈排放量要求。

5結論

本文系統(tǒng)地總結了華潤熱電1號機組煙氣污染物超潔凈排放性能試驗的關鍵技術，得出主要結論如下：

a)改造后FGD系統(tǒng)的主要性能指標均滿足設計要求，脫硫效率可達99%以上，煙囪SO2排放量在35mg/m3以下，滿足超潔凈排放的要求。

b)WESP的粉塵去除率滿足設計要求，除塵效率為89.09%，煙囪粉塵排放量在5mg/m3以下，滿足超潔凈排放的要求。

c)通過噴氨調(diào)節(jié)使SCR系統(tǒng)的脫硝率達到90%以上，NOx排放量在50mg/m3以下，滿足超潔凈排放的要求。

d)該電廠實施超潔凈排放改造是成功的，達到了預計的目標。

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李德波(1984 )，男，土家族，湖北宜昌人。高級工程師，工學博士，主要從事煤粉燃燒污染物控制，超超臨界燃煤機組調(diào)試、試驗、技術監(jiān)督，煤粉燃燒高級數(shù)值模擬，大規(guī)模并行計算方法和程序開發(fā)等方面的研究工作。

曾庭華(1969)，男，浙江建德人。教授級高級工程師，工學博士，主要從事電廠脫硫、脫硝系統(tǒng)試驗和技術監(jiān)督工作。

廖永進(1971)，男，陜西西安人。教授級高級工程師，工學博士，主要從事電廠脫硫、脫硝系統(tǒng)試驗和技術監(jiān)督工作。

(編輯李麗娟)

AnalysisontheTestforFirstSetofUltra-cleanEmissionCoal-firedUnitinGuangdongProvince

LIDebo,ZENGTinghua,LIAOYongjin,LIUYaming,FENGYongxin,YUYuexi

(ElectricPowerResearchInstituteofGuangdongPowerGridCo.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510080,China)

Keywords：ultra-cleanemission;performancetest;fluegasdesulfurization(FGD);wetelectrostaticprecipitator(WESP);selectivecatalyticreduction(SCR)

Abstract：Performancetestsonfluegasdesulfurization(FGD)system,wetelectrostaticprecipitator(WESP)systemandselectivecatalyticreduction(SCR)systemofNo.1unitofGuangzhouHuarunthermalpowerlimitedcompanyafteritsultra-cleanemissiontransformareconducted,testmethodforeachsystemisintroducedandtestdataisanalyzed.ItisconcludedthatdesulfurizationefficiencyoftheFGDsystemisabove99%,SO2emissionloadofthechimneyisbelow35mg/m3,dedustingefficiencyofWESPsystemis89.09%,dustemissionloadofthechimneyisbelow5mg/m3,denitrificationrateoftheSCRsystemreachesabove90%andNOxemissionloadisbelow50mg/m3.Eachsystemcansatisfyrequirementforultra-cleanemission.

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.04.003

收稿日期：2015-09-10

基金項目：國家自然科學基金資助項目(51376161)。

中圖分類號：X502

文獻標志碼：B

文章編號：1007-290X(2016)04-0016-06

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