陳凌云 靳旺宗

摘 要：介紹了火力發(fā)電廠大氣污染物近零排放下通過現(xiàn)場測試，對多種煙氣污染物的排放特征的研究，說明了技術路線的可行性，達到有效減排。

關鍵詞：測試方法;協(xié)同脫除特性;經(jīng)濟效益分析;社會效益

中圖分類號：TM9334 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0201-04

0 引言

神華集團工程實踐表明，在典型神華低硫煤作為燃料的邊界條件下，近零排放燃煤機組有潛力在煙塵<1mg/Nm3、SO2<10mg/Nm3、NOx<20mg/Nm3，“1120”新排放限值下實現(xiàn)穩(wěn)定運行。本文針對2臺新建1000MW近零排放燃煤機組，開展常規(guī)污染物（煙塵、SO2、NOx）、非常規(guī)污染物（PM10、Hg及其化合物、SO3、液滴）的全流程監(jiān)測，系統(tǒng)分析近零排放機組在“1120”新排放限值下長周期運行時多種煙氣污染物的排放特征。

1 研究方法

1.1 近零排放燃煤機組概況和煤質(zhì)情況

神華國華壽光發(fā)電有限責任公司2臺機組鍋爐形式為超超臨界參數(shù)變壓直流爐、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型，設啟動循環(huán)泵，布置四分倉回轉式空氣預熱器，采用定-滑-定運行或定-滑運行的方式。

為了實現(xiàn)近零排放的目標，兩臺機組采用了“低NOx燃燒器+SCR脫硝系統(tǒng)+低溫省煤器+靜電除塵器+高效FGD脫硫系統(tǒng)+濕式靜電除塵器”的技術路線，以達到控制固體顆粒物濃度、SO2、NOx濃度濃度分別為“1、10、20mg/m3”的目標。

脫硝系統(tǒng)采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝裝置，使用尿素作為還原劑，采用熱解法制備脫硝還原劑，以提升還原劑制備的安全性。SCR反應器按雙反應器布置，SCR催化劑層布置為2+1層（即兩運一備的常規(guī)布置），催化劑采用蜂窩式。以在BMCR工況、NOx濃度180mg/m3下，實現(xiàn)85%的脫硝效率。

除塵器系統(tǒng)采用兩臺三室五電場靜電除塵器，采用干式、臥式、板式的形式，1-3電場采用整體管狀芒刺線以及4-5電場采用不銹鋼螺旋線。其中，比比集塵面積為117.15/119.8m2/m3/s，驅(qū)進速度為5.67cm/s，煙氣流速為0.8536m/s，煙氣停留時間為23.43s。在入口濃度為 12.56g/m3時，出口濃低于20mg/m3，除塵效率到99.87%;在入口濃度為19.92g/m3時，出口濃低于30mg/m3，除塵效率到99.89%。

脫硫系統(tǒng)采用全煙氣處理的濕式石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置。其中，設置5臺漿液循環(huán)泵，每臺14500m3/h;除霧器采用三級屋脊式+一級管式的高效除霧器。當設計煤質(zhì)為Sar=0.63%時（入口SO2濃度為1458mg/m3），脫硫效率為99.32%，脫硫系統(tǒng)出口SO2排放濃度低于10mg/m3，液滴濃度低于15mg/m3，固體顆粒物濃度小于10mg/m3。

在脫硫系統(tǒng)下游布置兩臺水膜式濕式靜電除塵器，以進一步降低固體顆粒物、液滴、SO3、PM2.5等污染物的濃度。其中，集塵面積為10624m2，煙氣流速3.0m/s。

1.2 儀器及采樣測試方法

在2臺機組的煙氣處理系統(tǒng)上布置6個煙氣采樣點（SCR前后、ESP前后、WESP前后），對常規(guī)污染物（煙塵、SO2、NOX）、非常規(guī)污染物（PM10、HG及其化合物、SO3、液滴等）以及煙氣參數(shù)進行測試，具體內(nèi)容如下：

（1）總排口（WESP后）煙塵、SO2、NOX排放數(shù)據(jù)的現(xiàn)場監(jiān)測（手工和CEMS監(jiān)測）。

在SCR反應器出入口、靜電除塵器出入口、脫硫系統(tǒng)出入口、煙囪總排口等煙道位置，采用網(wǎng)格多點測量（引用標準GB/T1617），在機組1000MW、750MW、450MW穩(wěn)定負荷下，利用紫外煙氣分析儀、紅外煙氣分析儀、低濃度煙塵采樣儀等儀器對NOX、SO2、固體顆粒物等污染物進行手工測試，測試結果與CEMS進行對比。

（2）采用荷電低壓顆粒物撞擊器（ELPI+）對6個測點煙氣中PM10的質(zhì)量濃度、數(shù)濃度及粒徑分布進行實時測量。

（3）采用EPA METHOD 30B開展氣態(tài)總汞手工監(jiān)測。

（4）采用鎂離子示蹤法對WESP前后煙氣中液滴濃度進行測試。（GB/T21508-2008燃煤煙氣脫硫設備性能測試方法）。

2 常規(guī)污染物減排效果分析

2.1 常規(guī)煙氣污染物近零排放減排效果分析

（1）通過比對分析手工和CEMS監(jiān)測結果，兩臺機組長期運行條件下煙塵、SO2、NOX近零排放的工程達到“1120”的效果。

（2）兩臺機組在不同負荷工況條件下常規(guī)煙氣污染物沿著煙氣流動路徑的濃度變化規(guī)律呈趨減。

2.2 非常規(guī)煙氣污染物的協(xié)同脫除特性

（1）污染物控制裝備對可吸入顆粒物（PM10）的分級脫除效果（不同采樣點位顆粒物質(zhì)量、數(shù)濃度隨時間的變化規(guī)律以及粒徑分布特征）明顯。

通過對415個樣品的稱重;對不同工況條件下采集樣品的微觀形貌進行了掃描電鏡（SEM）觀察，并對樣品進行了能譜分析，共計樣品數(shù)90個;對其他工況的樣品進行了XRF成分分析，共計樣品數(shù)60個;用離子色譜測試了PM2.5顆粒物中的水溶性離子F-，Cl-，Br-，SO42-，NO3-和NH4+，Na+，K+，Mg2+，Ca2+，共計樣品數(shù)90個;對采集采樣膜進行消解后，用ICP-MS測量工況下樣品重金屬離子（Hg、As、Pb、Cd、Cr、Se）共計樣品數(shù)60個;HydroAA單獨測量汞元素共計樣品數(shù)60個。

測試結果如表1所示。

測試結果如表2所示。

工況3測試結果如表3所示。

工況4測試結果如表4所示。

1號機的測試結果如表5所示。

如表6所示，1號機在SCR入口處PM2.5濃度為248.26 mg/Nm3;在SCR出口處為186.45mg/Nm3;在ESP前為129.76 mg/Nm3;經(jīng)過ESP后，煙氣中PM2.5濃度急劇下降，檢測到的濃度平均值為0.31mg/Nm3;經(jīng)過濕法脫硫工藝后，PM2.5濃度上升至0.58mg/Nm3;在濕除后以及煙囪中，檢測到的PM2.5濃度平均值約為0.2mg/Nm3。

通過測試了1號機和2號機在不同工況條件，不同采樣點位煙氣中PM2.5的濃度。將2號機四種工況下PM2.5濃度值取平均，并與1號機測試結果進行匯總，其結果如表6所示。可以看出，壽光電廠兩臺機組在SCR前煙氣中PM2.5的濃度約為240mg/Nm3;經(jīng)過ESP之后，煙氣中PM2.5濃度降至1mg/Nm3以下，在WESP出口的煙氣PM2.5濃度約為0.16～0.21mg/Nm3。在100m煙囪處測得1號機煙氣中PM2.5濃度為0.25mg/Nm3。

（2）研究SCR+LLT-ESP+WFGD+WESP對煙氣中汞污染物、SO3濃度變化和排放特征的影響。

通過測試比較，此技術路線下，對煙氣中汞污染物、SO3的脫除均有較大影響，其排放特征明顯降低。通過1號機100%負荷進行取樣分析測試可以得出以下結論：

壽光電廠1號機燃燒的煤中汞含量是很低的，平均為16ng/g;

1號機100%負荷時，煙氣中大部分的汞都進入了飛灰和石膏中，飛灰中占比50.91%，石膏中占比22.04%，經(jīng)過電廠的污染物控制設備，最終排放大氣中的汞濃度相對較低，為0.85ug/Nm3;其中污染物控制設備對汞的總脫除效率為87.08%，從SCR到ESP，汞的脫除效率為42.32%，脫硫和濕除對汞的脫除效率為44.76%;

1號機組的脫硝催化劑對元素汞具有很強的催化氧化效果，致使SCR后煙氣中的汞大部分都被轉化為二價汞，對后續(xù)的污染物控制設備脫除煙氣中的汞起到了至關重要的作用，二價汞的比例由原來的10.12%提高到了45.70%。

（3）研究WESP對液滴的協(xié)同脫除效果：WESP對脫硫系統(tǒng)之后的液滴含量具有一定的脫除作用，通過對不同負荷下濕式靜電除塵器出入口的液滴含量進行手工測試，來確定其脫除效果。具體數(shù)據(jù)如圖1所示。

由圖1可知，在經(jīng)過吸收塔系統(tǒng)的三層屋脊和一層管式除霧器作用之后，濕式靜電除塵器入口的液滴含量在1000MW、750MW、450MW工況下分別為16.3mg/m3、13.9mg/m3、16.5mg/m3，而在濕式靜電除塵器后降低為6.5mg/m3、8.6mg/m3、9.2mg/m3。濕式靜電除塵器對液滴含量具有一定的脫除作用。

2.3 燃煤機組實現(xiàn)近零排放新標準的效益分析

2.3.1 環(huán)保效益

如表7所示，通過現(xiàn)場測試，壽光電廠常規(guī)污染物的排放達到近零排放標準，實際排放濃度遠低于所在地區(qū)的排放標準，優(yōu)于天然燃氣汽輪機組，其排放績效和排放量大大降低，為國家的節(jié)能減排做出了應有的貢獻。

2.3.2 經(jīng)濟性分析

國華壽光電廠依據(jù)山東省常規(guī)大氣污染物的排放收費標準，對煙塵、SO2、NOX在不同排放標準下設備電耗、大宗材料的消耗、排污費的繳納分析比較。如下：

全年發(fā)電量108億Kwh，實際大氣污染物的排放濃度為煙塵：0.7mg/Nm3、SO2：5.9mg/Nm3、NOx：15.5mg/Nm3，達到“近零排放”值，在此排放濃度計算，各項費用總計投入5056.64萬元（其中排污費507.09萬元，大宗材料費1382.26萬元，電費3571.06萬元，石膏收入114.62萬元）。

在此排放濃度下，全年環(huán)保設備運行費用相比較“超低排放”標準實際節(jié)?。?89.47萬元，相比“近零排放”標準實際節(jié)省：48.72萬元。

按當時實際情況進行分析，“近零排放”標準下具有十分可觀的經(jīng)濟性。

2.3.3 研究分析

環(huán)保設施的能耗、物耗、水耗水平，提出近零排放機組排放滿足“1120”標準下的設備優(yōu)化運行措施。

通過測試分析，在現(xiàn)有設備、保證污染物濃度排放條件下，為了進一步降低環(huán)保設備的能耗、物耗、水耗，可采用以下措施：

其一對于脫硫系統(tǒng)，通過提升濕磨出力至設計值，以減少濕磨的運行時間;優(yōu)化漿液循環(huán)泵的運行方式，減少能耗高的泵的的使用，開展兩座吸收塔共用一臺氧化風機的研究等;去掉例如廢水旋流站給料箱、廢水預澄清器等利用率低的系統(tǒng)，以降低系統(tǒng)能耗。增加石灰石漿液供應泵與PH計、SO2濃度等的自動控制邏輯，合理增加石灰石的供應，減少石灰石消耗。在煙囪入口處采用煙氣冷凝器+熱二次風再熱技術，在消除煙囪白煙現(xiàn)象的同時，可實現(xiàn)回收冷凝水降低水耗。

其二對于靜電除塵器系統(tǒng)，通過將二次電流參數(shù)為1100mA調(diào)整為500mA，此時，除塵器出口固體顆粒物濃度為由15-20mg/m3調(diào)整為25-30mg/m3，靜電除塵器的廠用電率為由0.39%降至0.2%。

其三對于脫硝系統(tǒng)，進行燃燒調(diào)整，減少鍋爐含氧量，降低NOx生成量，同時優(yōu)化入口流場，保證入口NOx濃度分布的均勻性，增加噴氨系統(tǒng)的精準化控制，以降低尿素耗量，同時降低氨逃逸濃度。

3 結語

在現(xiàn)有煤質(zhì)條件下，機組為了滿足污染物超低排放的要求，采用了“低NOx燃燒器+SCR脫硝系統(tǒng)+低溫省煤器+靜電除塵器+高效FGD脫硫系統(tǒng)+濕式靜電除塵器”的技術路線，經(jīng)過試驗，固體顆粒物、SO2、NOx排放濃度滿足“1、10、20mg/m3”的排放要求，對常規(guī)污染物具有較強的協(xié)同效果，在取得較好的環(huán)保社會效益的同時也取得了較大的經(jīng)濟效益，為環(huán)保事業(yè)的發(fā)展做出了應有的貢獻。