林歡

（永清環(huán)保股份有限公司，長沙 410330）

引言

2014年9月，國家發(fā)展和改革委員會(huì)、原環(huán)境保護(hù)部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014～2020年）》，要求東部地區(qū)11省市新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃機(jī)排放限值，即NOx≤50mg/Nm3、SO2≤35mg/Nm3、粉塵≤10mg/Nm3。中部地區(qū)原則上接近或達(dá)到燃機(jī)排放限值，鼓勵(lì)西部地區(qū)接近或達(dá)到燃機(jī)排放限值[1]。根據(jù)《山西省人民政府關(guān)于推進(jìn)全省燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放的實(shí)施意見》（晉政辦發(fā)〔2014〕62號(hào)）[2]要求：到2020年，全省單機(jī)30萬千瓦及以上燃煤發(fā)電機(jī)組煙氣超低排放，常規(guī)燃煤發(fā)電機(jī)組達(dá)到天然氣燃?xì)廨啓C(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)，NOx≤50mg/Nm3、SO2≤35mg/Nm3、粉塵≤5mg/Nm3。為響應(yīng)山西省加嚴(yán)煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的號(hào)召，某公司對(duì)現(xiàn)有的燃煤機(jī)組環(huán)保設(shè)施進(jìn)行煙氣超低排放改造。

1 工程概況

某公司2×300MW發(fā)電機(jī)組同步建設(shè)SCR脫硝工藝、雙室五電場靜電除塵器和濕式石灰石/石膏法脫硫工藝（一爐一塔），并于2010年12月底投入運(yùn)營。NOx入口和出口濃度分別為650mg/Nm3和130mg/Nm3。設(shè)計(jì)煤含硫1.9%；脫硫效率96.5%。設(shè)計(jì)入口含塵38g/Nm3、煤灰分30%、除塵效率99.86%，每爐兩臺(tái)除塵器；2013年、2014年分別對(duì)2#和1#機(jī)組進(jìn)行了低氮燃燒器改造及其除霧器屋脊式改造。改造后NOx排放濃度≤100mg/Nm3、SO2排放濃度≤169mg/Nm3、粉塵出口濃度≤50mg/Nm3。煙氣脫硫入口煙氣參數(shù)見下表。

煙氣脫硫入口煙氣參數(shù)表

根據(jù)《山西省人民政府關(guān)于推進(jìn)全省燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放的實(shí)施意見》（晉政辦發(fā)〔2014〕62號(hào)）要求，改造后的煙氣污染物排放濃度達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，即NOx排放濃度≤50mg/Nm3、SO2排放濃度≤35mg/Nm3、粉塵排放濃度≤5mg/Nm3。

2 超低排放技術(shù)分析

2.1 控制NO x

超低排放改造可通過增加催化劑用量（層數(shù)）、低氮燃燒器改造、流場優(yōu)化等技術(shù)控制NOx。增加催化劑的用量是最直接、最簡單有效控制NOx的方法?？赏ㄟ^增加催化劑層高實(shí)現(xiàn)催化劑體積增容，實(shí)現(xiàn)脫硝增效[3]。催化劑增加一層后，形成3+1層的布置方案。增加催化劑的用量，提高噴氨量，可提高煙氣中NOx和氨的反應(yīng)量，從而減少NOx的排放。

鍋爐爐膛溫度過高、爐內(nèi)空氣過量時(shí)，會(huì)產(chǎn)生更多的NOx。低氮燃燒改造技術(shù)則是通過降低燃燒區(qū)溫度、減少過量空氣的方式控制NOx生成。低氮燃燒技術(shù)成熟，普遍用于國內(nèi)外大型燃煤鍋爐。

利用CFD計(jì)算機(jī)對(duì)脫硝系統(tǒng)進(jìn)行流場試驗(yàn)和現(xiàn)場模擬實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行流場優(yōu)化也可提高脫硝效率，進(jìn)一步降低NOx的排放。

2.2 控制SO2

提高脫硫效率主要有：1）脫硫塔擴(kuò)容改造，增加噴淋層，提效技術(shù)主要有單塔雙循環(huán)和雙塔雙循環(huán)；2）增加塔內(nèi)氣液接觸面積，如采用增設(shè)合金托盤等塔內(nèi)部件；3）單塔一體化脫硫除塵技術(shù)。

單塔雙循環(huán)（圖1）的特點(diǎn)是石灰石利用率高，脫硫效率高。主要用于處理含硫量高的燃煤機(jī)組[4]。單塔雙循環(huán)技術(shù)相當(dāng)于煙氣通過了兩次SO2脫除過程。一級(jí)循環(huán)的效率一般在30%～70%，起預(yù)吸收作用。主要去除煙氣中的HCl、HF、粉塵、部分SO2。經(jīng)過一級(jí)循環(huán)后，煙氣進(jìn)入二級(jí)循環(huán)，CaCO3實(shí)現(xiàn)SO2的吸收。兩個(gè)循環(huán)過程獨(dú)立控制，避免參數(shù)間的相互制約。兩級(jí)工藝使石灰石粉的停留時(shí)間延長，可使碳粉顆粒快速溶解[5]。

雙塔雙循環(huán)（圖2）是將兩吸收塔串聯(lián)，通過兩級(jí)串聯(lián)吸收塔的綜合脫硫，實(shí)現(xiàn)高效脫硫。在脫硫改造工程中，為縮短改造工期，通常保留原有塔作為一級(jí)塔，新建一個(gè)吸收塔與之串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)雙塔雙循環(huán)。雙塔雙循環(huán)的每級(jí)塔型結(jié)構(gòu)簡單，工藝成熟，但占地面積較大，煙氣阻力高，要求有足夠的場地空間。

圖1 單塔雙循環(huán)

圖2 雙塔雙循環(huán)

在吸收塔內(nèi)設(shè)置合金托盤，托盤按照一定的開孔率布滿小孔。合金托盤一方面可均布吸收塔內(nèi)的氣體流速，避免煙氣流速局部過高的情況；另一方面也可增加煙氣在吸收塔的停留時(shí)間，延長氣液接觸時(shí)間，進(jìn)而提高吸收塔的脫硫除塵效率[6]。系統(tǒng)能耗低，檢修維護(hù)方便。

單塔一體化脫硫除塵技術(shù)是指塔內(nèi)增設(shè)旋匯耦合裝置、均流裝置、高效噴淋裝置、管式除霧器[7]。旋匯耦合裝置安裝在吸收塔煙氣和噴淋層之間，通過湍流空間氣液固三相充分接觸。具有傳質(zhì)效率高、均氣效果好、降溫速度快、系統(tǒng)能耗低等特點(diǎn)。

2.3 控制粉塵

針對(duì)超低排放，目前國內(nèi)除塵改造技術(shù)主要有電袋復(fù)合除塵器、高頻電源改造、低低溫電除塵器、濕式靜電除塵器。

電袋復(fù)合除塵器是將電除塵器和袋式除塵器有效結(jié)合起來的除塵技術(shù)。應(yīng)用較多的是“前電后袋”形式，電除塵器作為一級(jí)除塵，利用電場作用收集80%左右的粗顆粒粉塵。剩余的細(xì)微顆粒被荷電后，在電荷異性相吸的作用下組成大粉塵團(tuán)。袋式除塵作為二級(jí)除塵，過濾收集剩余20%左右的粉塵，從而增加細(xì)微粉塵的吸附，提高除塵效率，達(dá)到超低排放。電袋復(fù)合除塵器能去除0.01～1μm的氣溶膠細(xì)微粒子，不受粉塵比電阻的影響，工作負(fù)荷低、過濾阻力小，可減少清灰頻率，延長濾袋的使用壽命。

使用高頻電源可提高電除塵器電場供電電壓和電流，提高除塵器的除塵效率。根據(jù)除塵器效率多依奇公式可知，粉塵的驅(qū)進(jìn)速度與除塵效率成正比。粉塵粒徑的大小、粉塵比電阻、電場強(qiáng)度、煙氣黏度都會(huì)影響帶電粉塵在電場中的驅(qū)進(jìn)速度。電場間的電壓越高，電場強(qiáng)度越強(qiáng)，除塵效率越高。與工頻電源（50Hz）相比，高頻電源的頻率是工頻電源頻率的800倍，可以達(dá)到40kHz，輸出直流電壓要高出30%左右。

低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)是在鍋爐空預(yù)器后設(shè)置MGGH（熱媒水熱量回收系統(tǒng)），使進(jìn)入除塵器入口的煙氣溫度由原來的130℃～150℃降低至90℃左右。在MGGH或低溫省煤器中氣態(tài)SO3冷凝形成硫酸霧，被粉塵顆粒所吸附。除塵器在收集粉塵的同時(shí)，也協(xié)同去除了煙氣中的SO3。低低溫電除塵器可降低粉塵的比電阻，避免“反電暈”現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)能協(xié)同處理煙氣中大部分的SO3，節(jié)約燃料，節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤耗1.0～3.5g/kW·h，并可利用余熱，能耗較低。

濕式靜電除塵器通過高壓放電使煙氣中組分電離，使粉塵與霧滴荷電，荷電后的粉塵、酸霧等顆粒物不斷凝聚，在電場作用下，抵達(dá)收塵極。濕式靜電除塵器采用收塵極板上形成連續(xù)水膜帶走粉塵與霧滴的除塵方式，不但壓損小，無移動(dòng)部件，極板清潔容易，防止二次揚(yáng)塵，還可解決高比電阻引起的反電暈現(xiàn)象；對(duì)于濕法脫硫后的硫酸霧、PM2.5、重金屬離子可以協(xié)同處理；布置在濕法脫硫的后端，燃煤鍋爐粉塵排放濃度可≤10mg/Nm3；除塵效率高，被廣泛用于火電、鋼鐵等行業(yè)。

3 工程改造

3.1 脫硝改造

增加催化劑用量。將原兩層波紋板催化劑組合為一層，另新增兩層蜂窩式催化劑。每單元每層催化劑進(jìn)行模塊化布置。制氨工藝由液氨改為尿素?zé)峤夥ㄖ瓢?。增加尿素溶液制備系統(tǒng)（2臺(tái)機(jī)組公用）和各臺(tái)鍋爐的尿素?zé)峤庀到y(tǒng)（一爐一臺(tái)）。噴氨系統(tǒng)由星型混合器改為格柵型或星型混合+格柵。利用CFD計(jì)算機(jī)對(duì)脫硝系統(tǒng)進(jìn)行流場試驗(yàn)和現(xiàn)場模擬實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行流場優(yōu)化。提高脫硝效率，進(jìn)一步降低NOx的排放。

3.2 脫硫改造

為提高脫硫效率，將脫硫塔擴(kuò)容改造，增加噴淋層。將原有吸收塔做一級(jí)塔，拆除原增壓風(fēng)機(jī)及回轉(zhuǎn)式GGH，新增一座吸收塔做二級(jí)塔，兩塔串聯(lián)，實(shí)行雙塔雙循環(huán)。FGD裝置脫硫效率一級(jí)塔≥80%，二級(jí)塔≥98.08%。為保證煙氣分布均勻，對(duì)吸收塔出口至濕式電除塵器入口煙箱處的煙道進(jìn)行流場優(yōu)化數(shù)值模擬計(jì)算和數(shù)據(jù)分析，為使流速達(dá)到最優(yōu)，煙道內(nèi)增加導(dǎo)流板，保證除塵器入口煙箱法蘭處的氣流分布均勻系數(shù)＜0.13。加導(dǎo)流板前后的煙氣速度流線圖見圖3、圖4。

圖3 未加導(dǎo)流板條件下的煙氣速度流線圖

圖4 增設(shè)導(dǎo)流板條件下的煙氣速度流線圖

3.3 除塵改造

將原有干式靜電除塵器的電源進(jìn)行改造。將電一、二、三電場電源改為高頻電源，四、五電場改為脈沖電源。在同等除塵效果下，系統(tǒng)節(jié)電大于40%。干式電除塵排塵濃度為20mg/Nm3以下。兩級(jí)吸收塔后串聯(lián)一臺(tái)新增的兩電場的濕式電除塵。新增濕式電除塵器為臥式結(jié)構(gòu)，采用二室二電場。濕電要采用高頻電源，并采用高效噴淋系統(tǒng)+節(jié)能水循環(huán)系統(tǒng)。不但實(shí)現(xiàn)灰水的循環(huán)利用，還減少了外排灰水的二次污染，節(jié)能且環(huán)保。

3.4 改造路線

超低排放改造工藝路線見圖5。

圖5 超低排放改造技術(shù)路線

4 改造后運(yùn)行結(jié)果分析

該項(xiàng)目2×300MW機(jī)組超低排放改造工程2015年12月完成168h調(diào)試后投入使用，設(shè)備運(yùn)行正常。從檢測結(jié)果可得，機(jī)組凈煙氣NOx質(zhì)量濃度≤35mg/Nm3、SO2質(zhì)量濃度≤25mg/Nm3、煙塵排放濃度≤5mg/Nm3。優(yōu)于超低排放NOx排放濃度≤50mg/Nm3、SO2排放濃度≤35mg/Nm3、粉塵排放濃度≤5mg/Nm3的標(biāo)準(zhǔn)。至今設(shè)備已投運(yùn)2年多，煙氣系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

5 結(jié)論

以某公司2×300MW發(fā)電機(jī)組超低排放改造為例，介紹了超低排放改造中，脫硝、脫硫、除塵改造技術(shù)的方法及工藝。采用增加催化劑用量+流場分析優(yōu)化、新增二級(jí)脫硫塔+煙道氣流均布、干式除塵器電源改造+新增濕式除塵器的技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)凈煙氣排放濃度NOx排放濃度≤35mg/Nm3、SO2排放濃度≤25mg/Nm3、煙塵排放濃度≤5mg/Nm3，改造后滿足國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)路線值得借鑒與推廣。