靖 君，趙笑天

（廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東潮州515723）

1 000MW超超臨界燃煤機(jī)組超低排放改造方案

靖 君，趙笑天

（廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東潮州515723）

為了達(dá)到火電廠大氣污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)，對1 000MW超超臨界燃煤機(jī)組脫硝、脫硫及除塵系統(tǒng)傳統(tǒng)改造技術(shù)路線進(jìn)行了研究。根據(jù)潮州電廠1 000MW超超臨界機(jī)組脫硝、脫硫、除塵等煙氣環(huán)保設(shè)施的實際運(yùn)行情況與廣東省發(fā)展與改革委員會要求全省煤電機(jī)組 “基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值”的差距，對該機(jī)組超低排放存在的問題進(jìn)行分析和探討，從工藝可行性、投資、工期以及之后的運(yùn)行維護(hù)成本，對該機(jī)組環(huán)保設(shè)施改造的方案進(jìn)行了研究，確定煙氣環(huán)保設(shè)施改造的合適方案，實現(xiàn)大氣污染物NOx、SO2、煙塵排放分別低于50、35、10mg/m3。

1 000MW超超臨界燃煤機(jī)組；超低排放；脫硫；脫硝；除塵

0 引言

為緩解電力需求與社會環(huán)保要求不斷嚴(yán)格的矛盾，國家提出了煤電升級行動計劃，由國家發(fā)展與改革委員會、環(huán)境保護(hù)部、國家能源局聯(lián)合下發(fā)的發(fā)改能源［2014］2093號文件《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》明確提出煤電改造的目標(biāo)與期限，要求新建機(jī)組原則上接近或達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，鼓勵西部地區(qū)新建機(jī)組接近或達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值。

廣東省發(fā)展改革委員會印發(fā)的粵發(fā)改能電函［2015］2102號文件，要求全省煤電機(jī)組“基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值”，即NOx、SO2、煙塵排放濃度不高于50、35、10mg/m3（本文中濃度測定是按照標(biāo)準(zhǔn)立方體積換算得來的）。為了響應(yīng)政府號召，承擔(dān)更多的社會責(zé)任，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，對現(xiàn)有煙氣系統(tǒng)進(jìn)行改造是非常必要的。廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司為滿足國家和地方環(huán)保法規(guī)要求，改善本地區(qū)的大氣環(huán)境質(zhì)量，推進(jìn)建設(shè)綠色環(huán)保型電廠，決定對3、4號機(jī)組進(jìn)行“超低排放”改造。

1 主要設(shè)備及環(huán)保設(shè)施概況

1.1 鍋爐設(shè)備

3、4號機(jī)組鍋爐（型號HG-3110/26.15-YM3）為超超臨界變壓運(yùn)行一次上升直流爐、垂直管圈水冷壁、一次再熱、單爐膛、燃燒器雙切圓布置、露天布置、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼結(jié)構(gòu)、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。鍋爐設(shè)計煤種為神府東勝煙煤，校核煤種為山西晉北煙煤。鍋爐以最大連續(xù)負(fù)荷為設(shè)計參數(shù)，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為3 110t/h，原設(shè)計煤種和校核煤種煤質(zhì)及灰渣參數(shù)如表1所示。

表1 原設(shè)計煤種和校核煤種煤質(zhì)及灰渣參數(shù)Table 1 Parameters of coal quality and ash of the original designcoal and check coal

1.2 脫硝裝置

3、4號機(jī)組脫硝采用低氮燃燒技術(shù)＋選擇性催化還原法（selective catalytic reduction，SCR）工藝。催化劑高含塵布置，SCR反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器出口和空氣預(yù)熱器之間，不設(shè)旁路系統(tǒng)。催化劑層數(shù)按“2＋1”設(shè)置（第3層為預(yù)留空間），催化劑采用蜂窩型式。脫硝還原劑采用液氨［1－4］。已對原有機(jī)組進(jìn)行了全負(fù)荷脫硝改造，改造方案為增加省煤器旁路，滿足最低穩(wěn)燃負(fù)荷下SCR投運(yùn)溫度。

鍋爐基建時即采用了低氮燃燒技術(shù)，SCR入口NOx濃度約為300mg/m3，SCR出口NOx濃度約為60mg/m3。另外，2014年已對原有系統(tǒng)進(jìn)了寬負(fù)荷脫硝改造，改造方案為增加省煤器煙氣旁路，從改造效果看，低負(fù)荷時可以滿足機(jī)組脫硝系統(tǒng)的投入要求。

1.3 除塵裝置

3、4號機(jī)組除塵采用靜電除塵器，每臺機(jī)組設(shè)置2臺三通道五電場靜電除塵器。

1.4 脫硫裝置

3、4號機(jī)組脫硫采用石灰石 石膏濕法脫硫工藝，一爐一塔，石灰石濕磨制漿，公用系統(tǒng)為4臺機(jī)組公用。由美國常凈環(huán)保工程公司采用工程總承包（engineering procurement and construction，EPC）模式建設(shè)。脫硫系統(tǒng)設(shè)計有4臺漿液循環(huán)泵及4層噴淋層，在設(shè)計條件下，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫設(shè)計入口SO2濃度為1 508mg/m3（干基，6%氧，設(shè)計煤種），2 200mg/m3（干基，6%氧，校核煤種）。原有3、4號機(jī)組脫硫系統(tǒng)設(shè)計效率為95%。脫硫吸收塔（含除霧器）阻力數(shù)值為1 150Pa，脫硫塔為4層噴淋層的常規(guī)噴淋空塔技術(shù)。脫硫系統(tǒng)排放狀況為：當(dāng)入口燃用校核煤種，即收到基為0.8、入口SO2濃度為2 200mg/m3時，3、4號機(jī)組脫硫系統(tǒng)出口SO2排放值約為110mg/m3。

潮州電廠于2015年11月份根據(jù)《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣體污染物采樣方法》和《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（試行）》對潮州電廠3、4號機(jī)組采樣測試。測試結(jié)果如表2所示。

表2 3、4號機(jī)組2015年污染物排放在線監(jiān)測數(shù)據(jù)Table 2 On-line monitoring data of the pollutions emission of Units 3and 4in 2015

從測試結(jié)果可以看出，這2臺機(jī)組的電除塵出口粉塵濃度都在30～40mg/m3以內(nèi)，煙囪出口環(huán)保監(jiān)測點的煙塵排放濃度都在20mg/m3以下，不能滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放限值要求，距“超低排放”所要求的5mg/m3以下有較大的差距。

2 超低排放改造方案

2.1 脫硝方案

SCR脫硝工藝一般脫硝效率可保證在85%以上，較早建設(shè)的機(jī)組，一般均按照80%控制的，加上對低氮燃燒系統(tǒng)的改造，所以對原有系統(tǒng)進(jìn)行催化劑的增量，基本可以滿足脫硝系統(tǒng)的提效。原有脫硝系統(tǒng)建設(shè)時按照80%設(shè)計，采用“2＋1”方案布置，鍋爐出口NOx濃度約為300mg/m3［5－8］，本次脫硝改造按照入口NOx濃度不高于350mg/m3考慮，若達(dá)到NOx排放濃度不高于40mg/m3只需要將脫硝效率增大到88.6%，采用新增1層催化劑的方式即可解決。催化劑填充量的增加可提高SO3轉(zhuǎn)化率，增加了空氣預(yù)熱器硫酸氫銨堵塞的風(fēng)險。同樣的SO3濃度下，氨濃度越低風(fēng)險越小，為了降低運(yùn)行風(fēng)險，建議投產(chǎn)后對注氨均勻性進(jìn)行測試與調(diào)整，減少空氣預(yù)熱器運(yùn)行風(fēng)險。原有SCR系統(tǒng)并未對備用層增加吹灰器，原有SCR系統(tǒng)選用的聲波吹灰器，為單個反應(yīng)器，每層7臺。本次改造按照原有設(shè)計，為單個反應(yīng)器每層增加7臺聲波吹灰器，每臺機(jī)組共計2個反應(yīng)器，合計為每臺機(jī)組增加14臺聲波吹灰器，2臺機(jī)組共計增加28臺聲波吹灰器，應(yīng)相應(yīng)增加壓縮空氣管路。

2.2 綜合除塵方案

采取一定措施以后，常規(guī)靜電除塵器出口粉塵排放濃度可以達(dá)到15～20mg/m3水平，但是較難達(dá)到5mg/m3以下。另外，濕法脫硫噴淋塔會帶出一部分含有固態(tài)物的液滴，最終可能會出現(xiàn)脫硫后的粉塵排放濃度比脫硫前還高。因此，要達(dá)到煙囪出口粉塵濃度不高于5mg/m3或不高于10mg/m3的要求，則需采用更加精細(xì)的除塵工藝。本工程原綜合除塵方案按照GB 13223—2003《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求設(shè)計，靜電除塵器除塵效率按照99.84%設(shè)計，燃用設(shè)計煤種和校核煤種時，靜電除塵器出口粉塵濃度計算值為50mg/m3，經(jīng)過濕法脫硫噴淋塔洗滌后，最終粉塵排放濃度低于30mg/m3，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)（GB 13223—2003）的要求。

本工程污染物排放要求達(dá)到超潔凈排放，電除塵器出口的粉塵排放濃度小于15mg/m3，按照目前的技術(shù)，電除塵器必須采用低低溫電除塵器才能滿足該要求，所以除塵器入口必須設(shè)置低溫省煤器，將煙氣溫度降至露點溫度附近運(yùn)行，大幅提高電除塵器的收塵效率，同時將余熱回收至回?zé)嵯到y(tǒng)，節(jié)約煤耗。

低低溫?zé)煔馓匦灾饕幸韵伦兓涸诘偷蜏貭顟B(tài)下，煙塵比電阻降低，極板上粉塵層的電附著力減弱，粉塵荷電性能提高；煙氣體積流量降低，電場風(fēng)速降低，煙氣在電場中的停留時間延長，煙氣單位體積中粉塵質(zhì)量濃度提高；煙氣中顆粒及氣體分子熱運(yùn)動能力減弱 ，空氣擊穿電壓提高，提高除塵效率。由此可見，煙氣降低溫度運(yùn)行后，可以從多方面提高電除塵器的性能，使電除塵器運(yùn)行最佳化。

低低溫靜電除塵器設(shè)計的要點是入口煙溫應(yīng)選擇恰當(dāng)，煙氣溫度高于露點溫度太多，粉塵微孔內(nèi)吸附的SO3不能凝結(jié)成電解質(zhì)，除塵效果會大打折扣；煙氣溫度低于露點溫度太多，除塵內(nèi)一些存在漏風(fēng)的局部低溫區(qū)域會結(jié)露，最后引起設(shè)備腐蝕或者電氣短路的問題。按照國外長期運(yùn)行經(jīng)驗，煙氣溫度控制在90℃左右，運(yùn)行效果最好。

本工程已于2012年進(jìn)行了煙氣深度冷卻改造，除塵器入口前設(shè)置了低溫省煤器。改造后除塵器入口煙氣溫度可降低至95℃，煙氣降至95℃后靜電除塵器的集塵面積可達(dá)到118m2/m3/s，配合除塵器電源及其他提效措施改造可以達(dá)到煙塵濃度不超過10mg/m3的排放要求。

2.3 脫硫方案

石灰石 石膏濕法脫硫是目前大容量機(jī)組最成熟、效率最高、應(yīng)用最廣泛的一種脫硫工藝，一般脫硫效率可以達(dá)到95%以上。如果繼續(xù)提高脫硫效率，則需要采取較多的措施，投資和運(yùn)行成本也會增加較多。本次環(huán)保超低排放改造，脫硫系統(tǒng)推薦的提效改造方案為吸收塔增加1臺漿液循環(huán)泵，塔內(nèi)增加噴淋層及增效裝置方案。

吸收塔更換1臺漿液循環(huán)泵，新增1臺漿液循環(huán)泵，流量為13 557m3/h，揚(yáng)程分別為28.8m/30.9m，軸功率分別為1 468、1 575kW，電機(jī)功率為1 600/1 800kW。相應(yīng)增加土建、電氣等基礎(chǔ)。改造1層噴淋層新增1層噴淋層，噴淋層母管直徑1 400cm，材質(zhì)FRP。吸收塔液位抬高1.2m，吸收塔入口到第1層噴淋層抬高1m及除霧器抬高3m。

經(jīng)上述改造后，吸收塔加高4.2m，吸收塔入口煙道中心標(biāo)高為15.420m，出口煙道中心標(biāo)高為39.355m。改造后吸收塔標(biāo)高從原來的38.240m，增加到42.440m。燃用校核煤種時，SO2排放濃度不超過30mg/m3。

3 結(jié)論及建議

控制煙塵、SO2、NOx排放濃度（基準(zhǔn)含氧量6%）分別不超過10、35、50mg/m3，推薦采用方案為原有脫硝增加1層催化劑＋除塵器提效改造＋脫硫塔一體化脫硫。

（1）由于超低排放改造后煙氣系統(tǒng)阻力增加，在原有引風(fēng)機(jī)保持不變的基礎(chǔ)上，經(jīng)核算原增壓風(fēng)機(jī)無法滿足改造后的要求，增壓風(fēng)機(jī)需整體更換。

（2）脫硝系統(tǒng)按照新增1層催化劑，脫硝效率達(dá)到88.6%，并增加備用層聲波吹灰器，吹灰器數(shù)量為每臺機(jī)組14臺。

（3）脫硫系統(tǒng)改造按照原有脫硫塔改造1層＋新增1層噴淋層＋塔內(nèi)增加湍流層的方案，改造后脫硫塔內(nèi)噴淋層為5層。

（4）超低改造對于降低單位發(fā)電污染物排放，環(huán)保效果顯著，改造后滿足超低排放的要求。

（5）超低排放綜合改造的本改造工程動態(tài)投資為17 591萬元，靜態(tài)投資為17 229萬元。

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Ultra-Low Emission Improvement Scheme of 1 000MW Ultra Supercritical Coal-Fired Unit

JING Jun，ZHAO Xiaotian
（Guangdong Datang International Chaozhou Power Generation Co.，Ltd.，Chaozhou 515723，Guangdong Province，China）

In order to achieve the atmospheric pollutants emission standards of thermal power plant，the common modification technical routes of the denitrification，desulfurization and dust removal system of 1 000MW ultrasupercritical coal-fired units are studied.The actual operation of the flue gas environmental protection facilities such as denitrification，desulfurization and dust removal of 1 000MW coal-fired units are obtained.The requirement that the coal-fired units in Guangdong province basically reach the gas turbine emission limit is issued by the development and reform commission of Guangdong province.According to the gap between the actual operation and the emission limit of the coal-fired units，the problems of ultra-low emission of the units are analyzed and discussed.From the viewpoint of the feasibility of the process，investment，duration，and the operation and maintenance costs，the modification schemes of 1000MW unit environmental protection facilities are researched.The appropriate reform projects of the flue gas environmental protection facilities are determined，which can reduce the emission of atmospheric pollutants，i.e.，NOx，SO2and flue gas，below 50，35，10mg/m3.

1 000MW ultra-supercritical coal-fired units；ultra-low emission；desulfurization；denitrification；dust removal

靖 君

2017-01-06

靖 君（1986—），男，工學(xué)學(xué)士，工程師，從事火電廠1 000MW超超臨界機(jī)組集控運(yùn)行工作，jingjun5520＠163.com；

（編輯 蔣毅恒）

TK47

B

2096-2185（2017）01-0058-04

10.16513/j.cnki.10-1427/tk.2017.01.009

趙笑天（1986—），女，碩士，工程師，從事1 000MW超超臨界機(jī)組環(huán)保管理工作，342975772＠qq.com。