黃國(guó)新，白玉峰，馬巧春，沈紅林，方埭，沈強(qiáng)

(華能長(zhǎng)興電廠，浙江湖州313105)

煙氣協(xié)同治理超低排放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行實(shí)踐

黃國(guó)新，白玉峰，馬巧春，沈紅林，方埭，沈強(qiáng)

(華能長(zhǎng)興電廠，浙江湖州313105)

為適應(yīng)國(guó)家日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，響應(yīng)大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃，長(zhǎng)興電廠按照煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線進(jìn)行超低排放改造，使機(jī)組投產(chǎn)后大氣污染物排放水平達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組的排放限值要求，實(shí)現(xiàn)煙氣超低排放的目標(biāo)。

煙氣協(xié)同治理;超低排放;燃?xì)廨啓C(jī)組的排放限值

0 引言

華能長(zhǎng)興電廠“上大壓小”工程原大氣污染物設(shè)計(jì)執(zhí)行《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)中特別排放限值的要求，因此原大氣污染物設(shè)計(jì)排放指標(biāo):煙塵≤20mg/m3，SO2≤50mg/m3，NOx≤70mg/m3。2013年12月，浙江省首度發(fā)布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃(2013年－2017年)》，廣東、江蘇、山東、山西、陜西、四川等地陸續(xù)出臺(tái)發(fā)布“燃煤電廠超低排放”相關(guān)文件，機(jī)組排放指標(biāo)為:煙塵＜5mg/m3，SO2＜35mg/m3，NOx＜50mg/m3; 2014年9月三部委發(fā)布《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014－2020年)》要求機(jī)組排放指標(biāo):煙塵＜10mg/m3，SO2＜35mg/m3、NOx＜50mg/m3。

1 煙氣協(xié)同治理超低排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線是在對(duì)日本、歐洲發(fā)電企業(yè)調(diào)研基礎(chǔ)上提出的，技術(shù)路線主要是基于燃煤電廠現(xiàn)有煙氣污染物治理設(shè)備之間存在一定的協(xié)同治理關(guān)系，即各煙氣污染物脫除設(shè)備在進(jìn)行主脫除物的同時(shí)，具有協(xié)助脫除其他煙氣污染物的能力，或則為下一級(jí)污染物脫除創(chuàng)造條件。煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線具體流程為:煙氣脫硝裝置(SCR，裝設(shè)高效汞氧化催化劑，可選擇安裝)→煙氣冷卻器(FGC)→低低溫電除塵器(ESP)→高效除塵的石灰石－石膏濕法煙氣脫硫裝置(FGD)→煙氣再熱器(FGR，可選擇安裝)→煙囪。

按照煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線的華能長(zhǎng)興電廠超低排放工藝流程及各系統(tǒng)間的關(guān)鍵控制指標(biāo)如下:

鍋爐出口NOx≤200mg/m3;煙氣脫硝SCR裝置出口NOx≤50mg/m3;低低溫除塵器出口煙塵≤15mg/m3;SO2≤2690mg/m3;高效除塵FGD裝置出口SO2≤35mg/m3;煙塵≤5mg/m3;煙囪出口煙塵≤5mg/m3;SO2≤35mg/m3，NOx≤50mg/m3。

2 煙氣協(xié)同治理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工程實(shí)踐

2.1 SCR系統(tǒng)

采用水平濃淡低NOx燃燒器、空氣分級(jí)燃燒及選擇性催化還原脫硝裝置協(xié)同脫除NOx。

2.1.1 低氮燃燒技術(shù)措施

采用水平濃淡煤粉燃燒器的應(yīng)用，燃燒器上部設(shè)高位燃燼風(fēng)噴嘴，燃燒器相對(duì)分組可降低爐內(nèi)溫度水平，減少熱力型NOx的生成量;選取28%的燃燼風(fēng)率，設(shè)置6層可調(diào)擺動(dòng)式燃燼風(fēng)，使燃燼風(fēng)在風(fēng)率、角度和投運(yùn)高度上可調(diào)，增加調(diào)節(jié)手段。

2.1.2 SCR系統(tǒng)設(shè)計(jì)

SCR催化劑采用2+1層設(shè)置，鍋爐燃燒器采用低NOx的水平濃淡燃燒器及SOFA燃盡風(fēng)，降低爐膛出口NOx濃度，燃用設(shè)計(jì)煤種，鍋爐負(fù)荷在BRL工況時(shí)鍋爐出口NOx排放不超過(guò)200mg/m3(以NO2計(jì)，O2=6%)，三年催化劑壽命周期內(nèi)脫硝效率不低于80%。

2.1.3 低氮+SCR協(xié)同脫除NOx

(1)SCR反應(yīng)器進(jìn)口NOx濃度＜200mg/m3時(shí)，控制噴氨流量，保證煙囪出口NOx濃度瞬時(shí)不大于50mg/m3，時(shí)均煙囪出口NOx濃度＜50mg/m3;

(2)SCR反應(yīng)器進(jìn)口NOx濃度大于200mg/m3、小于250mg/m3時(shí)，適當(dāng)增加噴氨流量，保證煙囪出口NOx濃度瞬時(shí)和時(shí)均值不大于50mg/m3，注意鍋爐燃燒調(diào)整;

(3)SCR反應(yīng)器進(jìn)口NOx濃度較長(zhǎng)時(shí)間大于250mg/m3時(shí)，增加噴氨流量至最大值，同時(shí)保證氨逃逸不大于3μL/L，鍋爐按空氣分級(jí)燃燒，確保時(shí)均煙囪出口NOx濃度＜50mg/m3。

2.1.4 低氮+SCR投運(yùn)效果

工程投運(yùn)后，鍋爐燃燒系統(tǒng)表現(xiàn)出了良好的低氮性能，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的降NOx調(diào)整(在保證風(fēng)壓足夠的基礎(chǔ)上氧量維持3.0%左右，全開(kāi)兩層以上SOFA風(fēng)門(mén)擋板)，脫硝入口NOx可以穩(wěn)定達(dá)到200mg/m3以下，最低可達(dá)150mg/m3，且NOx排放值隨SOFA風(fēng)開(kāi)度開(kāi)大而下降的線性十分明顯。

低氮燃燒配合SCR運(yùn)行NOx排放值可以穩(wěn)定的達(dá)到50mg/m3以下且還有較多裕量。

2.2 低低溫省煤器系統(tǒng)

低低溫省煤器是保證煙氣協(xié)同治理系統(tǒng)達(dá)到協(xié)同效果的關(guān)鍵設(shè)備之一。煙氣經(jīng)過(guò)低低溫省煤器，煙氣溫度降低，導(dǎo)致煙塵比電阻降低，從而可以提高除塵效率，同時(shí)還可脫除吸附在灰塵中的SO3和汞。煙塵在低低溫條件下，煙塵粒徑加大，而濕法脫硫?qū)Υ罅椒鄣拿摮Ч鼮轱@著。低低溫省煤器采用螺旋鰭片管，豎向布置，換熱元件采用模塊化結(jié)構(gòu)，提高了換熱效率。

低低溫省煤器投運(yùn)后，煙氣溫度的調(diào)節(jié)性能良好，能保證煙氣溫度在酸露點(diǎn)以下運(yùn)行。通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)閥組與煙溫進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，使得兩側(cè)煙氣均能以90±1℃度的煙溫狀態(tài)進(jìn)入低低溫電除塵，該系統(tǒng)能以最優(yōu)方式配合其他煙氣協(xié)同治理設(shè)備運(yùn)行。

2.3 低低溫電除塵器

煙氣經(jīng)過(guò)低低溫省煤器，煙氣溫度降至90℃左右，煙塵比電阻降低，從而提高除塵效率，同時(shí)還可脫除吸附在灰塵中的SO3和汞。為應(yīng)對(duì)低低溫狀態(tài)下的可能低溫腐蝕和灰的流動(dòng)性變差，需要對(duì)低低溫電除塵采用特殊設(shè)計(jì)。

2.3.1 低低溫電除塵器的設(shè)計(jì)參數(shù)

電除塵采用雙室五電場(chǎng);五電場(chǎng)全采用高頻電源;比集塵面積為162m2/m3/s。要求出口排放在入口煙溫90℃±1℃情況下、鍋爐燃用設(shè)計(jì)煤種、校核1煤種時(shí)，煙塵含量不高于15mg/m3。

2.3.2 針對(duì)低低溫特點(diǎn)采取的特殊設(shè)計(jì)

(1)對(duì)灰斗采用ND鋼材質(zhì)。在人孔門(mén)內(nèi)、人孔門(mén)周?chē)?m范圍內(nèi)的煙氣接觸面采用ND鋼，防止低低溫狀態(tài)下的腐蝕;

(2)前三電場(chǎng)陰極芒刺線采用304不銹鋼，后二電場(chǎng)陰極螺旋線采用316L高鎳不銹鋼;

(3)每臺(tái)爐增設(shè)4套熱風(fēng)強(qiáng)制吹掃裝置，確保絕緣子在煙氣露點(diǎn)溫度以上安全可靠運(yùn)行;

(4)增設(shè)氣流分布板振打裝置，保證氣流分布板在低低溫環(huán)境造成粉塵粘性大的條件下始終處于清潔狀態(tài);

(5)增加灰的流動(dòng)性?；叶穬A角由常規(guī)的60°增加到65°，灰斗加熱面積由灰斗口以上1/3增加到2/3，并且采用蒸汽加熱。

2.3.3 低低溫電除塵器的投運(yùn)情況

低低溫電除塵器投運(yùn)后，除部分電場(chǎng)由于輸灰不暢引起電場(chǎng)升壓困難外，大部分電場(chǎng)升壓正常，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用稱(chēng)重法對(duì)1號(hào)機(jī)電除塵器4個(gè)出口粉塵排放檢測(cè)值分別為:7.9mg/m3、10.2mg/m3、9.8mg/m3、11.3mg/m3。

低低溫電除塵器需要引起重視的問(wèn)題是低低溫狀態(tài)下灰的流動(dòng)性變差，容易引起下灰不暢，以及一電場(chǎng)的灰量顯著增加。因此，保證蒸汽加熱系統(tǒng)的正常投運(yùn)以及一電場(chǎng)輸灰設(shè)計(jì)裕度非常重要。

2.4 高效除塵脫硫系統(tǒng)

FGD系統(tǒng)是煙氣協(xié)同治理系統(tǒng)的最后一級(jí)污染物脫除設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)高效除塵和深度脫硫保證超低排放目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這其中吸收塔高效除塵也是整個(gè)煙氣協(xié)同治理系統(tǒng)的難點(diǎn)、核心所在。

FGD出口煙塵濃度是由三部分組成:首先是由脫硫裝置前端電除塵帶入的，經(jīng)過(guò)吸收塔洗滌、吸收后殘余的煙塵;第二部分是煙氣流經(jīng)除霧器后帶出的漿液液滴，液滴中所含的石膏、石灰石等固體顆粒被計(jì)入到煙塵濃度中;另一部分是漿液中的可溶性鹽，因此，要控制脫硫裝置出口煙塵濃度，達(dá)到高效除塵的目的，必須從上述幾方面進(jìn)行綜合考慮。需要說(shuō)明的是:高效除塵設(shè)計(jì)中大部分對(duì)煙塵排放控制措施也能帶來(lái)脫硫效率的進(jìn)一步提高。

2.4.1 提高前端煙塵脫除能力的技術(shù)措施

(1)托盤(pán)設(shè)計(jì)。吸收塔入口煙道與噴淋層之間共設(shè)置2層托盤(pán)，改善吸收塔內(nèi)流場(chǎng)均勻度，提高煙氣與漿液的接觸機(jī)率，增大持液層高度，提高微細(xì)粉塵的捕集效率。由于托盤(pán)的除塵包括氣泡、液膜對(duì)煙塵的捕集作用，一般的泡沫除塵器的除塵效果比噴霧塔除塵器的除塵效率高，因此托盤(pán)的除塵性能可相當(dāng)于噴淋層的除塵效率甚至更高。同時(shí)，托盤(pán)還能起到均布?xì)饬鞯淖饔?，可提高后續(xù)噴淋層漿液的除塵效果和除霧器的除霧效果。

(2)噴嘴設(shè)計(jì)。噴嘴形式由90°單頭噴嘴改為120°高效雙頭噴嘴，噴淋覆蓋率有3倍以上提高，單層覆蓋率達(dá)到840%。與傳統(tǒng)噴嘴相比，雙頭噴嘴通過(guò)二次霧化增加了液滴與煙氣接觸的比表面積，強(qiáng)化了傳質(zhì)效果，在同等壓力條件下使用雙頭噴嘴可以提高脫硫效率和除塵效率。

(3)噴淋層設(shè)計(jì)。為保證噴淋層噴淋效果，提高噴嘴安裝精度，F(xiàn)RP噴淋層采用工廠化預(yù)組裝方式進(jìn)行施工，噴淋與支管之間設(shè)計(jì)為法蘭連接。

(4)增效環(huán)設(shè)計(jì)。增加周邊噴嘴流量和設(shè)置增效環(huán)的方式，防止塔壁煙氣逃逸，提高脫硫和除塵效率;除了通過(guò)噴淋層布置和噴嘴選型的優(yōu)化，可以提高氣液分布的均勻性和增大氣液接觸面積，采用塔壁增效環(huán)措施，也可以有效減少煙氣的邊緣效應(yīng)，從而提高脫硫除塵效率。

2.4.2 降低液滴攜帶和漿液中可溶性鹽的措施

采用進(jìn)口高效三級(jí)屋脊式除霧器，除霧器出口霧滴含量小于20mg/m3，以減少霧滴攜帶粉塵量。采用原裝進(jìn)口除霧器是因其設(shè)計(jì)水平、制造精度、材料選擇、安裝精度均大大高于國(guó)產(chǎn)品牌，且部分進(jìn)口除霧器完整的水力模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠幫助我們更好的分析和控制除霧器的分離效率。

通過(guò)計(jì)算分析，當(dāng)煙塵排放小于5mg/m3時(shí)，除霧器的液滴攜帶產(chǎn)生的煙塵已大大超過(guò)殘余煙塵，因此，為了降低吸收塔總的煙塵排放濃度，采用高性能、屋脊式除霧器是一個(gè)必要的選項(xiàng)。

2.4.3 精細(xì)化的全過(guò)程控制

(1)CFD設(shè)計(jì)。從引風(fēng)機(jī)出口至煙囪入口全程進(jìn)行高密度網(wǎng)格CFD模擬，通過(guò)增加導(dǎo)流板、調(diào)整噴嘴布置等措施確保吸收塔各截面速度偏差在規(guī)定范圍內(nèi)。

(2)物理模型試驗(yàn)。委托加拿大NELS公司建設(shè)一套針對(duì)本工程的FGD物理模型，根據(jù)物理模型的模擬結(jié)果，對(duì)上述CFD數(shù)字模擬邊界條件進(jìn)行修正，從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)方案的調(diào)整，確保吸收塔出口粉塵排放達(dá)標(biāo)。

(3)精細(xì)化的安裝質(zhì)量控制。由于噴嘴的安裝角度、安裝位置以及除霧器的安裝質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，將直接影響到除塵效率，因此，在安裝過(guò)程中必須嚴(yán)格控制各道工序，嚴(yán)格按照安裝圖紙和廠家指導(dǎo)文件進(jìn)行安裝，安裝完畢后施工單位應(yīng)派遣專(zhuān)職質(zhì)量控制人員進(jìn)行100%檢查，確保安裝質(zhì)量。

2.4.4 高效除塵脫硫系統(tǒng)投運(yùn)情況

FGD投運(yùn)后，在原煙氣入口SO2濃度在800～1100mg/m3、粉塵濃度在10～15mg/m3之間時(shí)，采用稱(chēng)重法手工測(cè)試出口粉塵濃度在2～3.5mg/m3之間、出口SO2濃度基本維持在10mg/m3以下。

2.5 消除煙囪“石膏雨”的設(shè)計(jì)措施

在對(duì)FGD采用高效除霧器的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)煙囪進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化。將最大流速控制在最佳流速以下，并通過(guò)加大煙囪內(nèi)筒直徑，在煙囪頂部采用收口設(shè)計(jì)降低內(nèi)筒筒壁冷凝液被煙氣攜帶的可能等方式控制“石膏雨”的產(chǎn)生。事實(shí)證明，除在風(fēng)速較小的狀況下，煙囪有不含石膏的水滴飄落以外，沒(méi)有“石膏雨”的產(chǎn)生，避免了大部分濕煙氣煙囪的“石膏雨”問(wèn)題。

3 煙氣協(xié)同治理系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)踐

3.1 運(yùn)行控制規(guī)程化

煙氣協(xié)同治理系統(tǒng)同樣需要精細(xì)化的運(yùn)行控制水平來(lái)保證系統(tǒng)運(yùn)行效果。為此電廠編制了系統(tǒng)內(nèi)第一本《煙氣協(xié)同治理運(yùn)行規(guī)程》?！兑?guī)程》按照煙氣協(xié)同治理的技術(shù)特點(diǎn)，確定了運(yùn)行的關(guān)鍵控制參數(shù)，確定了單項(xiàng)污染物出現(xiàn)偏差時(shí)，各系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方向和調(diào)節(jié)目標(biāo)。

3.2 煙溫聯(lián)動(dòng)控制

低低溫省煤器煙氣溫度的調(diào)節(jié)性能良好，能夠保證煙氣溫度在酸露點(diǎn)以下運(yùn)行。通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)閥組與煙溫進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，使得兩側(cè)煙氣均能以90± 1℃的煙溫狀態(tài)進(jìn)入低低溫電除塵，使得系統(tǒng)能夠以最優(yōu)方式配合其他煙氣協(xié)同治理設(shè)備運(yùn)行。

3.3 提升輸灰系統(tǒng)裕度

針對(duì)低低溫電除塵器需要引起重視的問(wèn)題是低低溫狀態(tài)下灰的流動(dòng)性變差，容易引起下灰不暢，以及一電場(chǎng)的灰量顯著增加的情況。運(yùn)行中在保證蒸汽加熱系統(tǒng)的正常投運(yùn)，加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)視。針對(duì)低低溫狀況下需要顯著提高輸灰系統(tǒng)裕度的問(wèn)題，正在組織對(duì)輸灰系統(tǒng)進(jìn)行必要的優(yōu)化改造，使得輸灰系統(tǒng)能夠更加適應(yīng)低低溫工況下的運(yùn)行。

3.4 FGD系統(tǒng)精細(xì)化控制

針對(duì)FGD系統(tǒng)，嚴(yán)格除霧器的沖洗，保證除霧器的清潔運(yùn)行，根據(jù)進(jìn)口除霧器的特點(diǎn)，適當(dāng)提高沖洗水壓力，提高沖洗效率，F(xiàn)GD系統(tǒng)的補(bǔ)水不再通過(guò)除霧器沖洗水以外的方式提供。嚴(yán)格FGD運(yùn)行參數(shù)控制，保證吸收塔的PH值控制在合理的范圍內(nèi)，只有在PH值控制在合理范圍內(nèi)的前提下才允許采用停漿液循環(huán)泵的節(jié)能運(yùn)行的方式，通過(guò)諸如此類(lèi)的參數(shù)控制措施，保證SO2的吸收效率，并控制煙塵排放。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

華能長(zhǎng)興工程是國(guó)內(nèi)首套基于煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線的超低排放系統(tǒng)，工程投運(yùn)至今，污染物排放水平穩(wěn)定的控制在超低排放限值以下。浙江省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心對(duì)該機(jī)組滿負(fù)荷試運(yùn)期間的污染物排放進(jìn)行了同步監(jiān)測(cè)?？偱欧趴诒O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 總放口排監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)mg/m3

與同地區(qū)、同時(shí)期、同容量建設(shè)機(jī)組采用濕式電除塵器實(shí)現(xiàn)超低排放技術(shù)路線超低排放系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比如表2所示。

對(duì)比數(shù)據(jù)表明，采用煙氣協(xié)同治理技術(shù)與在設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用上具有明顯優(yōu)勢(shì)。

表2 不同技術(shù)路線超低排放技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)華能?chē)?guó)際電力股份有限公司為期3年的科學(xué)研究、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試以及長(zhǎng)興等電廠投運(yùn)1年多的運(yùn)行結(jié)果表明，燃煤電廠煙氣協(xié)同治理路線是一條理論先進(jìn)、技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)性良好的超低排放路線，可以進(jìn)行大規(guī)模推廣和工程應(yīng)用。燃煤電廠超低排放也只有結(jié)合政府的鼓勵(lì)政策，通過(guò)選擇合適的技術(shù)路線，控制建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本，這種經(jīng)濟(jì)行為的結(jié)果才是最有效率和持續(xù)的。

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Design and operation practice of the ultra－low pollutant emission system with flue gas co－benefit control

In order to meet the increasingly stringent environmental requirements and respond to the action plan of air pollution control，the pollutant emission system of Changxing Power Plant has been improved in accordance with the flue gas co－benefit control technical route.During the operation of the units，the pollutant emissions reached the emission limit requirements of gas turbine units，which achieves the goal of ultra－low pollutant emission.

flue gas co－benefit control;ultra－low pollutant emission;emission limit requirements of gas turbines units

X701.7

B

1674－8069(2016)03－024－04

2016-01-04

黃國(guó)新(1973-)，男，浙江湖州人，本科，從事煙氣協(xié)同治理技術(shù)管理工作。E－mail:huang_guoxin@sina.com