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針對某電廠現(xiàn)有煙氣排放不能滿足最新超凈排放要求的情況,立足電廠現(xiàn)有煙氣凈化裝置,對4#機組進行了增加一層975mm高度的催化劑層(反應(yīng)時間由0.3s增加至0.55s)的煙氣脫硝改造;增加一個吸收塔,采用雙塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)的脫硫改造;在靜電除塵器前增加一個PM2.5團聚系統(tǒng)的除塵改造。根據(jù)國家和地方政府的要求,通過改造,煙氣中NOx、SO2、煙塵達到了超凈排放要求,而且也沒有增加企業(yè)生產(chǎn)成本費用,因此具有實際意義,值得推廣。
關(guān)鍵詞:電廠煙氣;脫硝;脫硫;除塵;系統(tǒng)改造;
燃煤電廠是我國能源消耗大戶及污染物排放主要貢獻者。目前,隨著我國對節(jié)能減排工作的不斷深入,燃煤電廠的煤炭燃燒排放監(jiān)督已愈發(fā)嚴(yán)格。2015年12月,國家印發(fā)了《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》,《方案》要求加快燃煤發(fā)電機組超低排放改造步伐,到2020年,通過相關(guān)新的技術(shù)手段與設(shè)備,使有條件的新建及現(xiàn)役燃煤發(fā)電機組達到超低排放水平。
1 某電廠改造前煙氣處理工藝設(shè)施
某電廠建于90年代,有4臺機組,分別為1#、2#、3#、4#鍋爐,功率皆為340 MW。每個鍋爐配置5臺磨煤機,每臺功率為30t粉煤/h。本次研究選擇4#機組,改造前,機組脫硝裝置采用選擇性催化還原法(SCR);除塵裝置采用的是雙室六電場靜電除塵器;脫硫裝置采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝。生產(chǎn)工藝流程圖,如圖1所示。
1.1 改造前機組煙氣各污染物排放狀況
改造前,4#機組在達標(biāo)排放情況下,煙氣通過高240m煙囪(現(xiàn)有)排入大氣。2016年1月18日煙塵、SO2、NOx監(jiān)測數(shù)據(jù),如表1所示。
1.2 改造前煙氣處理各裝置概況及運行中存在的問題
1)脫硝裝置。改造前,該機組采用“高含塵布置方式”的選擇性催化還原法(SCR)。脫硝技術(shù)方案是采用尿素水解法制備脫硝還原劑氨水,氨水按照一定的速度噴射進帶有催化劑的煙氣反應(yīng)設(shè)備中,煙氣中氮氧化物和氨水中的氨發(fā)生化學(xué)還原反應(yīng),進而得到脫銷,還原成氮氣和水。煙氣停留時間和氨水的噴射量是脫硝效率的主要影響因素。脫硝工藝流程,如圖2所示。


由機組脫硝裝置自行監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,改造前,脫硝效率能滿足現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)要求,但不能達到超低排放要求。主要原因為:
(1)原有催化劑的高度不能滿足脫硝效率的要求;
(2)噴氨裝置還需要進一步改進,進一步加大氨的噴射量;
(3)稀釋風(fēng)采用的是熱一次風(fēng),易造成堵塞。
2)脫硫裝置。改造前,機組煙氣脫硫采用1爐1塔、煙塔合一排煙技術(shù)。在塔體底部直接布置漿液池,在塔體上部設(shè)置四層噴淋層。改造前機組脫硫出口SO2濃度基本穩(wěn)定在50mg/Nm3~200mg/Nm3范圍之內(nèi),脫硫效率不低于95%,排放出口SO2能達標(biāo)排放,但不能滿足未來超低排放要求。主要原因為:
(1)吸收塔噴淋層母管和支管因施工質(zhì)量差,存在噴嘴嚴(yán)重磨損及少量脫落,影響脫硫安全穩(wěn)定運行;
(2)吸收塔氧化風(fēng)機設(shè)計壓頭偏小,尤其經(jīng)長期運行后,故障頻繁,效率下降,軸承溫度高,對脫硫系統(tǒng)影響較大;
(3)塔外循環(huán)管存在局部磨損嚴(yán)重,在循環(huán)泵出口大小頭及彎頭變徑處經(jīng)常發(fā)生漏漿現(xiàn)象;
(4)自脫硫投運以來,脫硫廢水直排入灰漿池,廢水系統(tǒng)一直未投運,且相關(guān)管道設(shè)施已腐蝕損壞。

3)除塵裝置。改造前,機組使用兩臺臥式雙室六電場靜電除塵器,煙氣出口煙粉塵基本上濃度都控制在30mg/m3以下,除塵效率>99%,但外排煙塵仍不能滿足超低排放要求。主要原因為:靜電除塵器去除細小的顆粒物有一定局限性,尤其是對于粒徑在0.1μm~1.0μm的煙塵其除塵效果表現(xiàn)更低。
2 煙氣脫硝、脫硫和除塵系統(tǒng)改造的研究
考慮目前市場上常用的脫硝、脫硫、除塵的改造方法,并基于本電廠煙氣處理系統(tǒng)的實際情況,現(xiàn)對該機組進行如下改造研究。
2.1 煙氣脫硝改造
改造前電廠采用的是低氮燃燒+SCR脫硝工藝,脫硝原設(shè)計效率為50%,執(zhí)行NOx的排放限值為200mg/Nm3。根據(jù)最新要求2020年達到排放限值為50mg/Nm3,脫硝率為87.5%。
為了達到超低排放要求,針對前述分析,認(rèn)為需要增加脫硝裝置的催化劑裝填高度,并加大氨的噴射量,以進一步降低NOx排放濃度。具體措施為:
1)SCR反應(yīng)器區(qū)改造。
(1)催化劑。加裝一層高度975mm的催化劑(單臺爐體積168m3),第二次為在其達到化學(xué)壽命后更換,以后每3年更換一次。同時,增加煙氣在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間。
(2)吹灰系統(tǒng)。取消蒸汽吹灰器,每層新增1臺聲波吹灰器,并相應(yīng)調(diào)整聲波吹灰高度位置。
(3)氨稀釋噴射系統(tǒng)。每臺爐更換2臺計量模塊,設(shè)計出力為132.5kg/h,調(diào)節(jié)范圍為10%~120%。
(4)尿素水解系統(tǒng)。需加大處理,更換大的流量計量模塊,氨產(chǎn)量需要達到165kg/h。
(5)流場及渦流混合器。整體更換原稀釋風(fēng)管道和閥門,更換氨空氣混合器,改造后氨耗量為165kg/h,所需稀釋風(fēng)流量為4 355Nm3/h。同時,改用冷一次風(fēng),并在反應(yīng)器下部設(shè)冷風(fēng)加熱管道。
2)還原劑存儲及制備。原尿素溶液制備和存儲均能滿足改造后的要求,無需改造。
3)實現(xiàn)全負(fù)荷脫硝。根據(jù)現(xiàn)有的統(tǒng)計結(jié)果,低于最低噴氨溫度的時間占比約4%,不能滿足98%要求。因此,需要通過拆分省煤器以及省煤器入口加裝旁路煙道、熱水再循環(huán)等技術(shù),提高低負(fù)荷時省煤器出口煙溫。
改造后SCR脫硝工藝,如圖3所示。

2.2 煙氣脫硫改造
本工程脫硫改造后要求排放濃度為35mg/Nm3,改造后預(yù)期脫硫效率為99.1%。目前改造技術(shù)主要有單塔雙循環(huán)技術(shù)、雙塔雙循環(huán)技術(shù)等。
通過技術(shù)經(jīng)濟比較可知,兩種方案造價及阻力均差別不大。結(jié)合本項目的實際情況,充分利用現(xiàn)有設(shè)備,并考慮雙塔方案停爐時間較短,可靠性及對硫分適應(yīng)性更高,本項目優(yōu)先采用雙塔雙循環(huán)技術(shù)。具體措施為:
1)原有吸收塔基本無需改造,將原塔作為一級塔,新建塔作為二級塔;
2)在現(xiàn)有吸收塔出口增設(shè)臨時煙囪,以減少停爐時間;
3)拆除管式煙氣換熱器(GGH),利用取消GGH位置布置新建吸收塔;
4)每臺爐新建塔徑為13m的二級塔,設(shè)置三層石灰水噴淋層,兩層攪拌,每層設(shè)置三臺攪拌器用于石灰石漿池攪拌,同時設(shè)置兩臺氧化風(fēng)機,一用一備,用于二級塔漿池氧化。
2.3 煙氣除塵改造
由前文分析可知,現(xiàn)有干式除塵器已增至6電場,煙塵排放濃度已經(jīng)很接近超凈除塵,但仍不能滿足超低排放要求,主要原因是靜電除塵對這種細顆粒的處理能力比較差。綜合考慮技術(shù)可行性、經(jīng)濟性、現(xiàn)場條件等多種因素,并通過實驗室測試,可以采用更經(jīng)濟實惠團聚除塵[3]。除塵改造工藝流程,如圖4所示。

3 電廠煙氣超凈排放改造實施效果
3.1 改造后污染物排放狀況
2016年12月10日,4#機組已經(jīng)基本完成超凈改造,正式投入運行。根據(jù)改造要求,4#鍋爐煙氣實現(xiàn)超低排放。鍋爐煙氣通過高240m煙囪(現(xiàn)有)排入大氣,且少量氨逃逸可滿足《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 14554-93)。2017年5月4日煙塵、SO2、NOx監(jiān)測數(shù)據(jù),如表2所示。

3.2 改造后的經(jīng)濟效益
通過對4#機組脫硝、除塵和脫硫的超凈改造,脫硝系統(tǒng)、脫硫裝置、除塵系統(tǒng)改造增加的靜態(tài)投資分別為836.8萬元、3 682.6萬元、436.9萬元,增加的靜態(tài)發(fā)電單位成本分別約為1.4549元/MWh、6.8332元/MWh、1.2611元/MWh。但是,經(jīng)過計算分析,通過2017年~2018年改造后的超低排放系統(tǒng)運行,由于超凈改造電價補助為0.010元/度電,且由于排放污染物減少,4#機組的排污費可減少150萬元/年。不但減少污染物排放,也沒有增加企業(yè)生產(chǎn)成本費用,由此可知,對此電廠4#機組的煙氣脫硝、脫硫和除塵系統(tǒng)改造,具有重大意義。
4 結(jié)論
綜上所述,針對某電廠現(xiàn)有煙氣排放不能滿足最新超凈排放要求的情況,立足電廠現(xiàn)有煙氣凈化裝置,進行了如下改造:
1)煙氣脫硝改造是增加一層975mm高度的催化劑層(反應(yīng)時間由0.3s增加至0.55s);
2)脫硫改造是通過增加一個吸收塔,采用雙塔雙循環(huán)脫硫技術(shù);
3)除塵改造是在靜電除塵器前增加一個PM2.5團聚系統(tǒng)。根據(jù)國家和地方政府的要求,通過改造,不但減少污染物排放,達到了超凈排放要求,而且也沒有增加企業(yè)生產(chǎn)成本費用,因此具有實際意義,值得推廣。
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