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摘要: 新的環(huán)保政策要求燃煤電廠煙塵排放濃度低于5mg /Nm3 以達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，黑龍江某燃煤電廠對(duì)其2、3 號(hào)機(jī)組采用不同路線進(jìn)行超低排放改造，對(duì)不同改造路線進(jìn)行系統(tǒng)研究，分析各工業(yè)除塵改造路線技術(shù)原理及特點(diǎn)，并對(duì)改造后設(shè)備進(jìn)行性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，2號(hào)機(jī)組改造煙塵排放濃度為3.46 mg /Nm3，3號(hào)機(jī)組改造后煙塵排放濃度為3.85mg /Nm3，兩種改造路線均可達(dá)到5mg /Nm3 的排放限值要求，且設(shè)備運(yùn)行可靠穩(wěn)定。

0 引言

2015 年底，《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》中要求東部地區(qū)2017 年前總體完成超低排放改造任務(wù)，中部地區(qū)在2018 年前基本完成，西部地區(qū)在2020 年前完成。要使燃煤機(jī)組達(dá)到5 mg /m3 或10 mg /Nm3 的超凈排放需求，目前改造方法主要為現(xiàn)有除塵器提效改造與脫硫除塵一體化技術(shù)改造或增加濕式電除塵裝置改造組合方案。黑龍江某燃煤電廠對(duì)其2 號(hào)( 1×350 MW) 、3 號(hào)( 1 × 600 MW) 機(jī)組進(jìn)行超低排放改造。2 號(hào)機(jī)組鍋爐為HG - 1170 /17. 4-YM1 型號(hào)亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)燃煤鍋爐，原除塵器為雙室四電場(chǎng)靜電除塵器，每臺(tái)爐配兩臺(tái)除塵器，電源為三相工頻電源，脫硫工藝采用石灰石—石膏法脫硫工藝，一爐一塔設(shè)置。3 號(hào)機(jī)組鍋爐為HG- 2030 /17. 5-YM9 型號(hào)亞臨界、一次再熱全懸吊結(jié)構(gòu)Π 型汽包鍋爐。原除塵裝置為靜電除塵器，雙室四電場(chǎng)結(jié)構(gòu)，除塵器電源為三相工頻電源，原脫硫系統(tǒng)采用石灰石—石膏濕法脫硫技術(shù)，一爐一塔設(shè)置。2 號(hào)機(jī)組煙塵超低排放改造路線采用電除塵器二、三、四電場(chǎng)脈沖電源改造、脫硫塔后增加濕式電除塵器組合路線，3 號(hào)機(jī)組超低排放改造路線采用電除塵器一、二電場(chǎng)高頻電源改造、三四電場(chǎng)脈沖電源改造、脫硫除塵一體化改造的組合路線?，F(xiàn)有超低排放對(duì)改造路線評(píng)價(jià)大多從可行性、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益方面論述，關(guān)于超低排放改造環(huán)保設(shè)備試驗(yàn)驗(yàn)證較少，且多為單一路線或單一機(jī)組，通過對(duì)300 MW 和600 MW 機(jī)組不同改造技術(shù)路線進(jìn)行系統(tǒng)介紹，對(duì)改造后環(huán)保設(shè)備進(jìn)行性能試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，充分驗(yàn)證了該改造路線的可行性。

1 煙塵超低排放改造路線

現(xiàn)役除塵器中電除塵器機(jī)組容量占已投產(chǎn)燃煤電廠比例約為79. 9%左右，除塵器原設(shè)計(jì)出口煙塵濃度一般為50 ～ 100 mg /Nm3 左右，電除塵器改造方式有高頻電源改造、脈沖電源改造、移動(dòng)電極改造、電袋改造、低低溫改造、煙氣調(diào)質(zhì)改造等，對(duì)除塵器進(jìn)行改造后通常除塵器出口煙塵排放濃度可以控制在20～30 mg /Nm3，因此僅對(duì)電除塵器進(jìn)行改造已無法滿足5 mg /Nm3 或10 mg /Nm3的超凈排放要求，需在原有除塵器提效改造的基礎(chǔ)上對(duì)后續(xù)環(huán)保設(shè)施進(jìn)行改造。改造方式通常為脫硫塔脫硫除塵一體化技術(shù)改造，或在脫硫系統(tǒng)后增加濕式電除塵裝置。

1. 1 電除塵器提效改造技術(shù)

目前應(yīng)用最多的電除塵器提效改造技術(shù)為電源改造技術(shù)。通常采用高頻電源加脈沖電源組合的改造技術(shù)。高頻電源采用“工頻交流”—“直流”—“逆變交流”—“升壓整流”—“高頻直流”的能量轉(zhuǎn)變形式，最終可獲得4 ～ 40 kHz 的脈動(dòng)直流波形。高頻電源工作頻率高、輸出紋波小、平均電壓電流高、轉(zhuǎn)換效率與功率因數(shù)高，高頻電源能夠在保證荷電強(qiáng)度的同時(shí)具有節(jié)能效果，適用于處理高濃度煙塵，高頻電源難以去除比阻較大的超細(xì)煙塵顆粒，因此高頻電源，多適用于一、二電場(chǎng)的改造，3 號(hào)機(jī)組一、二電場(chǎng)電源采用這種方式改造。靜電除塵器脈沖電源改造多為直流疊加脈沖形式，在直流電源提供直流高壓的基礎(chǔ)上，疊加高壓脈沖。直流疊加脈沖電源具有很大的電壓上升率( μs 級(jí)) ，脈沖電壓持續(xù)時(shí)間短，不易觸發(fā)閃絡(luò)，峰值電場(chǎng)強(qiáng)度高，除塵效率高，能較好地抑制反電暈現(xiàn)象，脈沖電源的價(jià)格較為昂貴，更適用于末級(jí)電場(chǎng)的改造工作，2 號(hào)機(jī)組二、三、四電場(chǎng)和3 號(hào)機(jī)組三、四電場(chǎng)采用這種方式改造。

1. 2 脫硫除塵一體化技術(shù)

燃煤電廠的脫硫塔大多采用逆向噴淋塔形式，煙氣中微細(xì)粉塵可以通過吸收區(qū)被液滴捕獲去除或通過除霧器去除。在吸收區(qū)煙氣中粉塵與液滴接觸，主要通過慣性碰撞，截留、布朗擴(kuò)散3種作用被捕獲。影響吸收區(qū)除塵效率的因素主要包括塔內(nèi)流場(chǎng)、噴淋密度與液氣比、液滴霧化性等。目前吸收區(qū)提效改造方法主要有增加噴淋層、改造原有噴淋層、增加合金托盤、增設(shè)或優(yōu)化導(dǎo)流板、更換噴嘴或增加噴嘴數(shù)量。安裝合金托盤或在脫硫入口設(shè)置導(dǎo)流板可以優(yōu)化塔內(nèi)流場(chǎng)，主要通過對(duì)原有噴淋層進(jìn)行改造或新增噴淋層可以提高噴淋密度與液氣比。更換噴嘴或增加噴嘴數(shù)量可以提高霧化效果。除霧區(qū)主要是依靠重力和慣性撞擊作用將液滴從煙氣中分離出來。除霧器可分為平板式、屋脊式和管束式3 種。除霧器使用級(jí)數(shù)大多為1 ～ 4 級(jí)，一般而言，級(jí)數(shù)越大，除霧效率越高，但提高幅度卻越來越低，而且壓損和成本相應(yīng)增加。管束式除霧器主要由管束筒體、增速器、分離器、匯流環(huán)、導(dǎo)流環(huán)等結(jié)構(gòu)組成。細(xì)小液滴與顆粒在高速運(yùn)動(dòng)條件下凝聚、聚集，從而實(shí)現(xiàn)從氣相中分離，管束式除霧器通常作為第一級(jí)除霧器使用。

目前超低排放改造技術(shù)多為拆除原有除霧器，新增3～4 級(jí)除霧器，第一級(jí)除霧器采用管式除霧器，第二級(jí)到第四級(jí)除霧器采用屋脊式除霧器，可以保證出口霧滴濃度在30 mg /Nm3 以下。脫硫除塵一體化改造技術(shù)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，日常運(yùn)行維護(hù)方便，改造工期短，運(yùn)行費(fèi)用與投資費(fèi)用與濕式電除塵器比均較低。3 號(hào)機(jī)組脫硫塔改造采用脫硫除塵一體化技術(shù)，改造增設(shè)一層噴淋層，增加裝氣流均布裝置，更換噴淋層所有噴嘴，設(shè)置一層管式除霧器和三級(jí)屋脊式高效除霧器。

1. 3 濕式靜電除塵技術(shù)

濕式電除塵器設(shè)置于脫硫設(shè)施與煙囪之間，用于去除脫硫后飽和濕煙氣中的煙塵、石灰石、石膏膠等細(xì)微顆粒。粉塵荷電原理與干式電除塵技術(shù)相同，濕式電除塵器是在集塵極上形成連續(xù)的水膜，流動(dòng)水將捕獲的粉塵沖刷到灰斗中隨水排出。運(yùn)行阻力小，對(duì)微細(xì)顆粒物及重金屬顆粒脫除效果好，受煤種變化影響較小。濕式電除塵器可同時(shí)脫除粉塵和霧滴，且由于沒有振打裝置，不會(huì)產(chǎn)生二次揚(yáng)塵。按照煙氣流動(dòng)方式可將濕式電除塵器分為貫流式與徑流式，貫流式濕式電除塵器陽(yáng)極板平行于氣流方向布置，徑流式濕式電除塵器陽(yáng)極板垂直于氣流方向布置。

濕式電除塵器運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，可以保證煙塵排放濃度在5 mg /Nm3 以下，但在原有環(huán)保設(shè)施的基礎(chǔ)上需要額外増加一套裝置，系統(tǒng)較為復(fù)雜，維護(hù)工作量較大，改造工期較長(zhǎng)，占地較大，投資費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用較高。2 號(hào)機(jī)組改造增加一臺(tái)濕式電除塵器。

2 性能試驗(yàn)

2. 1 試驗(yàn)方法

對(duì)2、3 號(hào)機(jī)組進(jìn)行超低排放改造環(huán)保設(shè)施進(jìn)行性能試驗(yàn)。2 號(hào)機(jī)組對(duì)電除塵器和濕式電除塵器進(jìn)行性能試驗(yàn)，3號(hào)機(jī)組對(duì)電除塵器和脫硫塔進(jìn)行性能試驗(yàn)，試驗(yàn)工況選取機(jī)組負(fù)荷≥90%負(fù)荷時(shí)的工況，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)DL /T 414-2012《火電廠環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》、GB /T 16157-1996《固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法》、GB /T 13931 - 2002 《電除塵器性能測(cè)試方法》、GB /T 21508-2008《燃煤煙氣脫硫設(shè)備性能測(cè)試方法》與GB /T 15187-2017《濕式電除塵器性能測(cè)定方法》。測(cè)試位置選取在除塵器出入口，脫硫塔出入口，濕式電除塵器出入口煙道斷面。除塵器出入口各4 個(gè)煙道，脫硫塔出、入口各1 個(gè)煙道，濕式電除塵器出入口各1 個(gè)煙道。測(cè)試位置圖見圖1、圖2。

在鍋爐負(fù)荷、除塵器及脫硫塔運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，在各個(gè)斷面采用網(wǎng)格布點(diǎn)法，同時(shí)測(cè)量煙氣量、溫度、氧量、濕度，將實(shí)測(cè)煙氣量折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干基、6%O2時(shí)的煙氣量。使用等速采樣法采集煙塵樣品，除塵器入口使用濾筒采樣，除塵器出口、脫硫塔出、入口及濕式電除塵器出、入口使用濾膜采樣，采樣前后分別對(duì)濾筒、濾膜進(jìn)行烘干稱重，根據(jù)取樣前后濾筒增重及標(biāo)況采樣體積計(jì)算出煙塵濃度。計(jì)算本體阻力及除塵效率。

詳細(xì)測(cè)試項(xiàng)目、儀器、方法見表1。計(jì)算公式見式( 1) ～ ( 4) 。

2. 2 試驗(yàn)結(jié)果

2 號(hào)機(jī)組電除塵器阻力滿足性能保證值，除塵效率滿足性能保證值，但出口煙塵濃度未滿足設(shè)備性能保證值，主要原因是電除塵入口煙塵濃度大于設(shè)計(jì)入口煙塵濃度。2 號(hào)機(jī)組濕式電除塵器的本體阻力、除塵效率、出口煙塵濃度均滿足設(shè)備性能保證值。濕式電除塵入口煙塵濃度比電除塵器出口煙塵濃度低17. 85 mg /Nm3，這部分粉塵的去除主要是由脫硫塔去除。具體試驗(yàn)結(jié)果如表2、表3。試驗(yàn)表明2 號(hào)機(jī)組經(jīng)過超低排放改造后可以達(dá)到煙塵排放濃度≤5 mg /Nm3 的超低排放要求，改造路線可行，效果良好。

3 號(hào)機(jī)組電除塵器本體阻力、除塵效率、出口煙塵濃度均能滿足設(shè)備性能保證值要求，3號(hào)機(jī)組吸收塔阻力、出口煙塵濃度均能滿足性能保證值。具體試驗(yàn)結(jié)果見表4、表5。試驗(yàn)表明3 號(hào)機(jī)組經(jīng)過超低排放改造后可以達(dá)到煙塵排放濃度≤5mg /Nm3 的超低排放要求，改造路線可行，效果良好。

3 結(jié)論

要達(dá)到煙塵的排放小于10 mg /Nm3 或5 mg /Nm3 或更低的排放要求，必須對(duì)現(xiàn)役機(jī)組除塵設(shè)備進(jìn)行全面升級(jí)改造，同時(shí)對(duì)脫硫塔進(jìn)行脫硫除塵一體化改造或者增加濕式電除塵器裝置，通過對(duì)黑龍江某燃煤電廠2、3 號(hào)機(jī)組超低排放改造性能試驗(yàn)研究表明，電除塵器脈沖電源增加濕式電除塵器改造的組合方式和電除塵器高頻電源、脈沖電源改造，脫硫塔脫硫除塵一體化改造的組合方式均可達(dá)到煙塵濃度不大于5 mg /Nm3 的排放要求。對(duì)于改造工期短，改造占地空間小的機(jī)組，可以選用除塵器改造加脫硫除塵一體化改造技術(shù)路線，對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定性要求高，改造占地及工期條件滿要求的機(jī)組，采用除塵器改造和增加濕式電除塵器技術(shù)路線。