呂敬友，徐 嶸，陸 云

(1.國網(wǎng)上海市電力公司電力科學研究院，上海 200437；2.上海上電漕涇發(fā)電有限公司，上海 201507；3.上海吳涇第二發(fā)電有限責任公司，上海 200241)

應對超低排放上海火電環(huán)保設施協(xié)同改造的研究與實踐

呂敬友1，徐 嶸2，陸 云3

(1.國網(wǎng)上海市電力公司電力科學研究院，上海 200437；2.上海上電漕涇發(fā)電有限公司，上海 201507；3.上海吳涇第二發(fā)電有限責任公司，上海 200241)

介紹了上海火電控制燃煤機組建設、節(jié)能降耗、“強饋入、弱開機”、控制燃煤質(zhì)量等措施從源頭上降低了污染排放，分析了采用先進的環(huán)保技術和治理設備所取得顯著的環(huán)保效果，闡述了環(huán)保排放狀況和各類機組污染排放特性，并列舉了燃煤電廠對煙氣污染控制設備進行協(xié)同改造的成功案例，可為其他機組的超低排放改造提供依據(jù)和借鑒。

環(huán)保設施；超低排放改造；火力發(fā)電

2014年9月23日，國家有關部委聯(lián)合印發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014～2020)》，提出了火電的節(jié)能減排和污染物超低濃度排放(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、50 mg/m3)，達到燃氣輪機組排放限值,并將超低排放列入今年總理的政府工作報告。上海2015年啟動第六輪環(huán)保三年行動計劃，安排8個專項232個項目，預計總投入約1 000億元。其中,燃煤電廠PM2.5排放作為重要的控制指標之一。根據(jù)計劃安排，上海600 MW及以上燃煤機組在2016年9月執(zhí)行超低排放，300 MW及以下燃煤機組在2017年9月執(zhí)行超低排放。上?；痣妼⒚媾R新一輪環(huán)保壓力。

1 上海火電發(fā)展和環(huán)保狀況

1.1 上?；痣娧b機容量、發(fā)電量和能耗

2015年納入國網(wǎng)上海電科院技術監(jiān)督范圍的火電機組容量為20 742 MW，其中燃煤機組15 018 MW，燃氣機組5 110 MW，燃油機組614 MW。圖1、2分別為按容量等級和發(fā)電集團機組組成。

圖1 各機組等級裝機容量組成情況

圖2 各發(fā)電集團公司裝機容量組成情況

2015年上?；痣姲l(fā)電量為761.6億kWh，同比下降1.98%；燃煤量為2 923.1萬t，同比下降5.3%。圖3給出2007年至2015年上?；鹆Πl(fā)電廠裝機容量、發(fā)電量、燃煤量的變化情況。燃煤量的降幅略低于發(fā)電量，反映了燃煤質(zhì)量有所提高。

圖3 上海火力發(fā)電廠裝機容量、發(fā)電量、燃煤量的變化情況

1.2 從源頭上控制污染物排放

1.2.1 強饋入、弱開機

根據(jù)《上海市能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》要求，上海市煤炭消費要由2010年的49.2%下降到2015年的40%左右。為促進節(jié)能減排戰(zhàn)略，上海電網(wǎng)通過特高壓/超高壓直流輸電通道最大程度消納西南水電，減小內(nèi)部機組開機及出力，從而大幅降低火電燃料消耗及污染物排放。強饋入：2014年7月11日上海受電規(guī)模1 250萬kW，受電比例54%；弱開機：2014年7月11日上海主力燃煤機組開機僅11臺。上海電網(wǎng)這種“強饋入、弱開機”狀態(tài)大于50%受電比例的時間每年超過6個月，并且將成為新常態(tài)。利用外來綠色發(fā)電有利于減少污染排放，但也帶來了燃煤機組停運的壓力。

1.2.2 控制燃煤機組建設

近幾年，上海停建了燃煤機組，新增用電除區(qū)外來電外，主要是建設燃氣機組，新建的4家燃氣電廠裝機容量達5110 MW，另外崇明燃機2×424 MW機組也已建成即將投運。

1.2.3 控制燃煤質(zhì)量

上海火電廠燃煤嚴格控制煤質(zhì)量，燃煤平均硫分基本上控制0.6%以下，燃煤平均灰分逐年下降，煤質(zhì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 燃煤質(zhì)量分析

燃燒低硫和低灰煤，從源頭上降低了污染物的排放，但繼續(xù)降低的潛力非常有限。

1.3 上海火電廠污染物排放分析

1.3.1 污染物排放總量分析

2015年上?；痣姀S煙塵排放量為0.45萬t，同比降低25.7%；SO2排放量為1.40萬t，同比降低25.1%，NOx排放量為1.87萬t，大幅降低了46.1%。2007～2015年煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放趨勢如圖4所示。

圖4 2007～2015年煙氣污染物排放趨勢

上海電廠2008年開始建脫硫裝置，SO2在2009年開始大幅下降，2014年全部機組完成脫硫改造。脫硝裝置于2010年開始建設，至2015年99.8%以上的機組容量完成脫硝改造。2015年上海燃煤機組41臺，配備布袋除塵器的鍋爐17臺，配備高效電除塵器的鍋爐24臺。這些脫硫、脫硝、除塵裝置建成使污染物大幅降低，但要進一步降低來達到超低排放還需進行綜合改造。

1.3.2 污染物排放率分析

2015年上海火電廠煙塵、SO2、NOx污染物排放率分別為0.06、0.18、0.25g/kWh。同比分別下降了23.1%、23.4%和45.6%。排污率處于國內(nèi)外領先水平。

1.3.3 各等級機組污染物排放分析

按照小于300 MW、300 MW等級、600 MW等級、1 000 MW等級及燃氣燃油機組劃分，各機組等級煙氣污染物排放情況列于表2。

表2 各機組等級的單位發(fā)電量污染物排放率 g/kWh

由表2可知，小于300 MW機組平均污染物排放率大大超過其他級別的機組。隨著單機容量的增大，機組污染物排放率下降，1 000 MW等級機組的污染物排放率最小。其原因主要是大機組發(fā)電效率高、煤耗低、配備的污染物去除裝置較為齊全、效率較高。特別是1 000 MW等級機組的污染物排放率將接近燃氣燃油機組。

2 應對超低排放火電環(huán)保設施的協(xié)同改造方案

為達到超低排放，部分燃煤機組已進行環(huán)保設施改造研究和實施，較有代表性的改造案例如下。

2.1 增加濕式電除塵器為主的協(xié)同改造

電廠A建有2×1 000 MW超超臨界機組，同步建設脫硫、脫硝和電除塵器。電除塵器保證效率為≥99.80%。為達到超低排放和治理“石膏雨”，改造工程采用濕式電除塵器(除塵效率75%)和低氮燃燒技術(不大于240 g/Nm3)、高效脫硫技術(不低于98%)、SCR脫硝系統(tǒng)、管式MGGH技術。

2.1.1 增加濕式電除塵器

濕式電除塵器技術來源是引進日本三菱重工大型燃煤電站濕式電除塵技術，設置在脫硫出口至煙囪，其主要技術參數(shù)見表3。

表3 濕式電除塵器主要技術參數(shù)

2.1.2 增設管式MGGH

機組增設1套無泄漏式煙氣換熱器(MGGH)設備。MGGH系統(tǒng)包括一級煙氣冷卻器、二級煙氣冷卻器、煙氣加熱器、熱媒補給系統(tǒng)和熱媒輔助加熱系統(tǒng)。THA工況下，72℃水經(jīng)循環(huán)泵后依次進入一級煙氣冷卻器和二級煙氣冷卻器，水溫提升至96.5℃，之后進入煙氣加熱器，水溫從96.5℃降低至72℃。從濕式除塵器出來的煙氣從48℃提升至80℃左右進入煙囪排放。其結構與性能參數(shù)見表4。

表4 煙氣加熱器結構與性能參數(shù)

2.1.3 脫硫改造

機組增加塔外漿液箱，原吸收塔漿池高度不變。吸收塔頂部改為錐形頂蓋樣式。在原有噴淋層和除霧器之間增加4m，作為增加第五層噴淋層和新增一級屋脊式除霧器。吸收塔內(nèi)部加裝一層雙相整流裝置，在第二、三層噴淋層下方各加裝一層壁環(huán)。在第一層噴淋層下方增加一套雙相整流裝置和壁環(huán)，可以提高脫硫效率15%以上。增加一級屋脊式除霧器，改造后保證吸收塔出口霧滴50 mg/Nm3以下，霧滴含固率低于15%。

2.1.4 改造效果

2015年完成改造，改造前后的性能試驗結果見表5。

表5 改造前后污染物排放指標比較

由表5可知，改造后達到超低排放標準，由于污染物排放濃度降低，霧滴大幅降低以及煙溫提高，出口無煙色。

2.2 脫硫吸收塔內(nèi)管束式除塵器改造為主的協(xié)同改造

電廠B裝機容量為2×600 MW，2015年12月完成一臺機組超低排放改造，主要進行了高頻電源、脫硫吸收塔內(nèi)管束式除塵器改造和抬高脫硫塔高度。并進行了MGGH的改造。

2.2.1 高頻電源改造

將原有雙室四電場工頻電源改裝高頻脈沖電源。改造前后效果見表6。

表6 改造前后電除塵效率及排放濃度對比

2.2.2 脫硫吸收塔內(nèi)管束式除塵器改造

管束式除塵器的使用環(huán)境是含有大量液滴的50℃飽和凈煙氣，除塵主要是脫除漿液液滴和塵顆粒。大量的細小液滴與顆粒在高速運動條件下碰撞機率大幅增加，易于凝聚成為大顆粒，從而實現(xiàn)從氣相的分離。

氣體旋轉(zhuǎn)流速越大，離心分離效果越佳，捕悉液滴量越大，形成的液膜厚度越大，運行阻力越大，越容易發(fā)生二次霧滴的生成。因此采用了多級分離器，分別在不同流速下對霧滴進行脫除，保證較低運行阻力下的高效除塵效果。

2.2.3 脫硫吸收塔改造

脫硫系統(tǒng)完成了增容改造，吸收塔加高2 m，增裝一層噴淋層，噴淋層達到4用1備，保證SO2排放濃度達到35 mg/m3以下。

2.2.4 增設管式MGGH

MGGH系統(tǒng)主要是利用閉式循環(huán)的熱媒水從煙氣冷卻器處吸收熱量后在煙氣加熱器處放出熱量。煙氣冷卻器處煙氣溫度從140℃降至90℃，煙氣加熱器處煙氣溫度從50℃升至80℃。在煙氣冷卻器放出熱量多余的情況下，多余的熱量通過凝結水加熱器去加熱汽機凝結水；在煙氣冷卻器放出熱量不足的情況下，不足的熱量通過輔助蒸汽加熱器加熱熱媒水提供。煙氣冷卻器換熱管采用H型鰭片橢圓管。

2.2.5 改造效果

管束式除塵裝置設計除塵效率為80%，靜電除塵器處理過的含塵量低于25 mg/Nm3時，經(jīng)過管束式除塵器后，煙塵排放濃度<5 mg/Nm3，達到燃機排放標準，改造效果見表7。

表7 改造前后污染物排放指標比較

由表7可知，改造后達到超低排放標準，“石膏雨”基本消除。

3 結語

上?；痣姀S通過停建燃煤機組，采用“強饋入、弱開機”機組，建設燃氣機組，控制燃煤質(zhì)量，建設先進、高效的環(huán)保設施，使得SO2、NOx和煙塵三種污染物排放總量從2010年的21.3萬t降至2015年的3.7萬t，降幅為82.5%。隨著超低排放政策的出臺，上海火電將面臨新一輪的大規(guī)模環(huán)保改造。目前部分機組已完成環(huán)保設施改造達到超低排放的要求，可為其它機組的改造提供借鑒。在上海燃煤機組全部通過環(huán)保超低排放改造后，可使煙氣三種主要污染物排放總量再降30%～40%，可為緩解上海的霧霾作出貢獻。

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(本文編輯：趙艷粉)

電力簡訊

國家能源局印發(fā)《生物質(zhì)能發(fā)展"十三五"規(guī)劃》

12月5日，國家能源局印發(fā)了《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，對我國生物質(zhì)能可再生能源發(fā)展作出具體規(guī)劃，提出到2020年，生物質(zhì)能基本實現(xiàn)商業(yè)化和規(guī)?；茫镔|(zhì)能產(chǎn)業(yè)新增投資約1960億元。據(jù)悉，生物質(zhì)能是重要的可再生能源，具有綠色、低碳、清潔、可再生等特點。加快生物質(zhì)能開發(fā)利用，是推進能源生產(chǎn)和消費革命的重要內(nèi)容，是改善環(huán)境質(zhì)量、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的重要任務?！兑?guī)劃》提出，預計到2020年，生物質(zhì)能合計可替代化石能源總量約5 800萬噸，年減排二氧化碳約1.5億噸，減少粉塵排放約5 200萬噸，減少二氧化硫排放約140萬噸，減少氮氧化物排放約44萬噸。從生物質(zhì)能乃至可再生能源整體占比情況來看，《規(guī)劃》更多作用在于前瞻性布局和戰(zhàn)略卡位，短期內(nèi)對能源結構的優(yōu)化比較有限。與傳統(tǒng)能源行業(yè)相比，生物質(zhì)能具有可再生、污染低、分布廣等特性。從全球外部環(huán)境約束以及我國可持續(xù)發(fā)展內(nèi)在訴求兩方面來看，生物質(zhì)能發(fā)展符合未來能源行業(yè)的發(fā)展方向。從我國能源結構和發(fā)展環(huán)境來看，中長期我國生物質(zhì)能發(fā)展前景廣闊。一是我國生物質(zhì)能資源非常豐富，農(nóng)作物秸稈、農(nóng)業(yè)加工剩余物、林業(yè)木質(zhì)剩余物資源量超過7.5億噸可作能源使用；二是隨著碳化等技術的不斷突破，原料成本將不斷降低，大規(guī)模商業(yè)化逐步成為現(xiàn)實?？偟膩砜矗镔|(zhì)能有望成為繼煤炭、石油、天然氣之后的又一大能源，是未來一個重要發(fā)展方向。此外，《規(guī)劃》的出臺，將帶動生物質(zhì)能相關技術和設備領域的投資，相關的綠色金融工具也會逐步進入。

(本刊訊)

ResearchandApplicationofShanghaiThermalPowerPlantsEnvironmentalProtectionFacilitiesCooperativeReformtoMeetUltra-LowEmission

LVJing-you1,XURong2,LUYun3

(1.StateGridElectricPowerResearchInstitute,SMEPC,Shanghai200437,China; 2.ShanghaiShangdianCaojingPowerGenerationCo.,Ltd.,Shanghai201507,China; 3.ShanghaiWujingNo. 2PowerGenerationCo.,Ltd.,Shanghai200241,China)

MeasuresforShanghaithermalpowerplantstocontrolcoal-firedpowerunitdevelopment,energysavingandconsumptionreduction, "SubstantialPowerImportandRestrictedDispatchableGeneration",andcoalquality,havedecreasedpollutantemissionfromsources.Thispaperanalyzestheobviousenvironmentalprotectioneffectsbyapplyingadvancedenvironmentalprotectiontechnologyandfluegastreatmentdevices.Italsodescribespollutantemissionsituationandalltypesofunitspollutantemissioncharacteristics.Successfulcasesofthefluegasmulti-pollutantco-benefitcontrolreformarelisted.Thisresearchcanprovidethebasisandreferenceforultra-lowemissionreformofothergeneratingunits.

environmentalprotectionfacilities；ultra-lowemissionreform；researchandapplication

10.11973/dlyny201606020

呂敬友(1957)，男，碩士，高級工程師，長期從事電力環(huán)境保護研究工作。

TM611;X

B

2095-1256(2016)06-0757-05

2016-08-11