王繼華

(中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司，北京 100160)

煙氣超凈排放改造技術(shù)在燃煤機(jī)組中的應(yīng)用

王繼華

(中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司，北京 100160)

為解決日益嚴(yán)重的大氣污染問題，國(guó)家出臺(tái)更加嚴(yán)格的火電行業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。通過對(duì)燃煤機(jī)組在脫硫、脫硝、除塵系統(tǒng)等方面實(shí)施改造，從而達(dá)到火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。簡(jiǎn)要闡述國(guó)內(nèi)燃煤電廠煙氣超凈排放改造技術(shù)，以揚(yáng)州電廠為例，詳細(xì)介紹工藝流程、控制方案等方面的改造內(nèi)容。

煙氣；超凈排放；脫硫；脫硝；除塵

0 引言

近年來(lái)，隨著全國(guó)各地工業(yè)的不斷發(fā)展壯大，大氣污染日趨嚴(yán)重，空氣質(zhì)量日益惡化。為了貫徹《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》，改善大氣環(huán)境質(zhì)量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，建設(shè)可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟(jì)，針對(duì)大氣污染物排放巨大的火電行業(yè)[1]，國(guó)家出臺(tái)了一些更加嚴(yán)格的火電行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及控制措施。

2014年9月12日，國(guó)家發(fā)改委、環(huán)保部和國(guó)家能源局聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于印發(fā)〈煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)〉的通知》，要求東部地區(qū)新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放質(zhì)量濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組排放限值，中部地區(qū)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，并鼓勵(lì)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；到2020年，東部地區(qū)現(xiàn)役300 MW及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組，100 MW及以上自備燃煤發(fā)電機(jī)組以及其他有條件的燃煤發(fā)電機(jī)組，改造后大氣污染物排放質(zhì)量濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值即煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放質(zhì)量濃度分別不高于5，35，50 mg/m3(標(biāo)態(tài)，干基，6%O2)。自此，大部分現(xiàn)有燃煤機(jī)組陸續(xù)開展超凈排放升級(jí)改造。

1 改造技術(shù)

燃煤機(jī)組實(shí)施超凈排放改造主要是對(duì)脫硝系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)進(jìn)行處理。

1.1 脫硝系統(tǒng)[2]

對(duì)現(xiàn)有燃煤機(jī)組氮氧化物的處理，大多采用低NOx燃燒器+選擇性催化還原技術(shù)(SCR)催化劑(脫硝效率為85%～95%)的組合方式。常規(guī)電站系統(tǒng)SCR脫硝通常設(shè)有3層催化劑(初裝2層，備用1層)。為提高脫硝效率，達(dá)到滿足50 mg/m3(標(biāo)態(tài)，干基，6%O2)以下的氮氧化物排放限值要求，增加裝備用層催化劑。新增儀表、閥門、吹灰器等設(shè)備的控制納入脫硝原有控制系統(tǒng)。吹灰方式有聲波吹灰器、蒸汽吹灰器和聲波+蒸汽吹灰器混合方式。

1.2 脫硫系統(tǒng)

為滿足35 mg/m3以下的SO2排放限值要求，對(duì)現(xiàn)有燃煤機(jī)組進(jìn)行改造，通常有如下2個(gè)方案。

(1)對(duì)原有吸收塔進(jìn)行增容改造，包括增加合金托盤、噴淋層、漿液泵；除霧器改造；氧化風(fēng)機(jī)系統(tǒng)增容(或無(wú))；石膏脫水系統(tǒng)增容(或無(wú))；新增事故漿液箱或事故漿液箱擴(kuò)容，其他公用系統(tǒng)改造，引增合一改造(或無(wú))等。

(2)新建1個(gè)二級(jí)塔，原塔作為一級(jí)塔，形成串塔脫硫系統(tǒng)；原塔工藝設(shè)備配置基本不變；新塔設(shè)置合金托盤(或無(wú))、循環(huán)泵、除霧器或管束除塵器、攪拌器、石膏排出泵等。除霧器(除塵器)沖洗水系統(tǒng)改造、新增事故漿液箱或事故漿液箱擴(kuò)容、其他公用系統(tǒng)改造等。

不論采用哪種工藝方案，新增儀表、閥門、泵/風(fēng)機(jī)等設(shè)備的控制均納入脫硫原有控制系統(tǒng)(但引增合一改造，引風(fēng)機(jī)控制除外)?？刂葡到y(tǒng)硬件選型應(yīng)與原系統(tǒng)保持一致，并與原系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟硬件無(wú)縫兼容。由于改造新增I/O點(diǎn)數(shù)較多，通常采用新增控制機(jī)柜方式，電源就近取自原電源柜備用回路，布置在原有電子設(shè)備間或新增設(shè)備間內(nèi)。

1.3 除塵系統(tǒng)

目前火力發(fā)電廠應(yīng)用較為成熟的除塵設(shè)備形式有靜電除塵器、布袋除塵器、電袋復(fù)合除塵器，近年來(lái)又出現(xiàn)了低低溫靜電除塵器、旋轉(zhuǎn)電極靜電除塵器、高頻電源、濕法脫硫裝置的除塵技術(shù)、濕式靜電除塵器等工藝技術(shù)[3]。為滿足5 mg/m3(標(biāo)態(tài)，干基，6%O2)以下的煙塵排放限值要求，對(duì)現(xiàn)有燃煤機(jī)組進(jìn)行除塵改造時(shí)，需根據(jù)實(shí)際工程的外部條件、煤質(zhì)、原有除塵器形式、脫硫改造方案來(lái)綜合考慮確定。

2 超凈改造工程實(shí)例

為滿足新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求，進(jìn)一步改善電廠及周邊地區(qū)的空氣環(huán)境質(zhì)量，揚(yáng)州電廠對(duì)#6，#7機(jī)組(2×300 MW)進(jìn)行超凈排放改造。

2.1 設(shè)計(jì)條件

實(shí)施改造前，脫硫原煙氣經(jīng)過靜電除塵器(除塵效率不低于99.7%)除塵后經(jīng)氣-氣換熱器(GGH)降溫進(jìn)入吸收塔，在吸收塔中與由上而下噴淋的石灰石漿液在對(duì)流過程中除去SO2，脫硫后的煙氣經(jīng)除霧器后進(jìn)入GGH進(jìn)行升溫，然后經(jīng)煙囪排向大氣。脫硫裝置布置在煙囪之后。#6，#7鍋爐各配1套煙氣脫硫(FGD)裝置，采用石灰石-石膏濕式脫硫工藝，副產(chǎn)物為二水硫酸鈣。煙氣進(jìn)口SO2質(zhì)量濃度2 040 mg/m3(標(biāo)態(tài)，干基，6%O2)，脫硫效率>95%，出口SO2質(zhì)量濃度≤132 mg/m3(標(biāo)態(tài)，干基，6%O2)。FGD入口煙氣參數(shù)見表1，F(xiàn)GD入口煙氣組成見表2，F(xiàn)GD入口處污染物質(zhì)量濃度見表3，脫硝系統(tǒng)入口煙氣參數(shù)見表4，原電除塵器主要設(shè)計(jì)參數(shù)與技術(shù)性能指標(biāo)見表5。超凈排放改造技術(shù)流程圖如圖1所示。

表1 FGD入口煙氣參數(shù)

表2 FGD入口處煙氣組成

表3 FGD入口處污染物質(zhì)量濃度(標(biāo)態(tài)，干基，6%O2) mg/m3

下面主要針對(duì)SCR脫硝、FGD脫硫、濕式電除塵器系統(tǒng)的改造情況進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2.2 脫硝改造情況

為滿足脫硝裝置超低排放的要求，需提高液氨的供應(yīng)量，同時(shí)SCR反應(yīng)器使用預(yù)留催化劑層，新增1層聲波吹灰器?？紤]擴(kuò)建燃?xì)鈾C(jī)組脫硝用氨問題，新增1臺(tái)液氨蒸發(fā)器，1臺(tái)氨氣緩沖罐。SCR反應(yīng)器使用預(yù)留催化劑層，新增壓力變送器以及儀表保護(hù)箱，新增IO測(cè)點(diǎn)，利用原機(jī)組SCR區(qū)分散控制系統(tǒng)(DCS)備用通道并做邏輯修改，與原底層催化劑層計(jì)算催化劑差壓，每層之間壓力大于250 Pa報(bào)警。新增1層聲波吹灰器，利用原預(yù)留備用層聲波吹灰器IO測(cè)點(diǎn)、卡件通道及電纜。增加液氨蒸發(fā)器BC區(qū)域氨泄漏就地檢測(cè)儀，并接至原有氨泄漏控制器；新增1臺(tái)液氨蒸發(fā)器，1臺(tái)氨氣緩沖罐。新增液氨蒸發(fā)器C出口壓力以及液氨蒸發(fā)器C進(jìn)DCS的信號(hào)。IO測(cè)點(diǎn)利舊使用柜內(nèi)原有卡件備用通道；新增卡件在原氨區(qū)DCS機(jī)柜內(nèi)改造，包括對(duì)所有畫面調(diào)試、修改、組態(tài)服務(wù)。

表4 脫硝系統(tǒng)入口煙氣參數(shù)

表5 原電除塵器主要設(shè)計(jì)參數(shù)與技術(shù)性能指標(biāo)

圖1 超凈排放改造技術(shù)流程圖

2.3 脫硫改造情況

取消脫硫增壓風(fēng)機(jī)，結(jié)合除塵改造考慮引增合一方案，拆除GGH，原煙道貫通；吸收塔加高12.85 m，增加2臺(tái)吸收塔循環(huán)泵，吸收塔區(qū)地坑增加1臺(tái)地坑泵，更換吸收塔攪拌器，更換2臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)。石膏脫水系統(tǒng)整體增容改造，更換皮帶機(jī)、旋流器等設(shè)備。更換3臺(tái)除霧器沖洗水泵；新增1套廢水處理系統(tǒng)。脫硫單元機(jī)組改造新增DCS機(jī)柜1面(新增控制器1對(duì))，2臺(tái)機(jī)組共計(jì)2面。機(jī)柜布置在原脫硫熱控電子設(shè)備間。公用系統(tǒng)(廢水處理系統(tǒng)除外)改造利用原脫硫公用系統(tǒng)DCS機(jī)柜，拆除設(shè)備通道位置和機(jī)柜內(nèi)備用槽位新增卡件。新增1套廢水處理系統(tǒng)，單獨(dú)設(shè)置廢水處理車間。新增1面遠(yuǎn)程DCS 機(jī)柜，布置在廢水樓熱控電子設(shè)備間內(nèi)，廢水系統(tǒng)納入已建的脫硫DCS集中監(jiān)控。本次改造利舊原脫硫操作員站為主要監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)整個(gè)脫硫系統(tǒng)的啟停、運(yùn)行工況的監(jiān)視和調(diào)整以及事故處理等。

2.4 除塵改造情況

在脫硫塔后低低溫?fù)Q熱器升溫段前布置1套濕式電除塵器。濕式除塵器采用臥式安裝，布置于原脫硫低低溫?fù)Q熱器段前，主要是通過濕式除塵內(nèi)設(shè)置的高頻高壓電場(chǎng)對(duì)粉塵的吸附作用，并采用水系統(tǒng)沖洗來(lái)脫出脫硫后煙氣中的微塵顆粒。濕式除塵采用DCS硬件控制，納入脫硫DCS并采用一致的軟硬件，每臺(tái)爐的控制系統(tǒng)應(yīng)采用獨(dú)立的冗余控制器，在脫硫控制室內(nèi)設(shè)置1套操作員站。運(yùn)行人員通過脫硫控制室的液晶顯示器和鍵盤(鼠標(biāo))為主要監(jiān)視和操作手段對(duì)濕式除塵器進(jìn)行監(jiān)控。

揚(yáng)州電廠#6，#7機(jī)組進(jìn)行超凈排放改造實(shí)施后，滿足煙氣的超凈排放要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于新建機(jī)組，在方案階段對(duì)煙氣超低排放可全面統(tǒng)籌考慮。對(duì)于現(xiàn)有燃煤機(jī)組，在固有的場(chǎng)地和空間條件下，對(duì)機(jī)組進(jìn)行升級(jí)改造，使其達(dá)到超凈排放的標(biāo)準(zhǔn)。由于每臺(tái)機(jī)組的情況不同，為設(shè)計(jì)出安全合理、經(jīng)濟(jì)可靠的改造方案，需要各個(gè)階段相關(guān)人員和業(yè)主方的共同努力，方能圓滿實(shí)現(xiàn)超凈排放改造目標(biāo)。

[1]汪胡根.火力發(fā)電廠“超凈排放”的“環(huán)保島”技術(shù)[J].華東科技，2016(6):44-51.

[2]胡永峰,白永峰.SCR法煙氣脫硝技術(shù)在火電廠的應(yīng)用[J].節(jié)能技術(shù),2007,25(2):152-156.

[3]黃永琛,楊宋,陳辰,等.燃煤電廠煙塵超凈排放技術(shù)路線探討[J].能源與節(jié)能,2015(3):126-129.

(本文責(zé)編：劉炳鋒)

2016-12-14；

2017-02-04

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1674-1951(2017)02-0065-03

王繼華(1983—)，女，吉林遼源人，工程師，從事火電廠煙氣污染物治理研究及工程應(yīng)用方面的工作(E-mail:wangjihua@chec.com.cn)。