火电厂烟气超低排放技术研究.pdf

第3 8 卷 第2期 2 0 1 6年 2月 华 电技 术 Hua di a n T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 8 No ． 2 F e b ． 2 01 6 火电厂烟气超低排放技术研究 邓辉 鹏 中国华电工程 集团 有限公司， 北京1 0 0 0 7 3 摘要 随着国家对火电厂污染物排放要求的日益严格， 各火电企业开展了一轮大规模的火电厂烟气超净排放改造行 动。列举 了3种目前我国火电厂主流的超净排放改造技术方案， 并分别对其特点进行分析 ， 为电厂选择符合不同S O 排 放质量浓度要求的烟气超净排放技术方案提供参考。 关键词 湿法烟气脱硫； 超净排放； 脱硫工艺； 串联吸收塔 ； g 2 塔双循环； 湿式电除尘器 中图分类 号 x 7 0 1 ． 3 文献标志码 B 文章编号 1 6 4 7 1 9 5 1 2 0 1 6 O 2～ 0 0 6 5 0 3 1 超 净排放技术路线概况 2 0 1 4年 9月 ， 国家发展与改革委员会 、 环境保 护部及 国家能源局联合印发 煤 电节能减排升级与 改造行动计划 2 0 1 4 --2 0 2 0年 ， 明确规定 了各地 区新建燃煤发电机组大气污染物排放质量浓度须基 本达到的燃气轮机标准限值， 即在基准氧体积分数 为 6 ％的条件下 ， 东部地 区新建燃煤发电机组烟尘 、 S O ， 及 N O 排放质量浓度分别不高于 1 0 ， 3 5及 5 0m g ／ r n 标 态 ， 干基 ， O 质量分数 为 6 ％ ， 下 同 ， 中部地区新建机组原则上接近或达到燃气轮机组标 准限值 ， 鼓励西部地 区新建机组接近或达到燃气轮机 组标准限值， 稳步推进东部地区现役燃煤发电机组实 施大气污染物排放质量浓度基本达到燃气机组标准 限值的环保改造 ， 鼓励其他地区进行现役燃煤发电机 组达到或接近燃气机组标准限值的环保改造。 2 0 1 5年 7月 1 6日， 环境保护部组织各发 电集 团在北京紧急 召开 了“ 十三五” 燃煤发 电机组超 低 排放工作推进会 。会议要 求“ 十三 五” 超低排放 改 造机组烟尘 、 S O 及 N O 限值原则 上按照 5， 3 5及 5 0 mg ／ m 考虑； 火焰炉和循环流化床 C F B 机组超 低排放改造 N O 排放限值按照 1 0 0 mg ／ m 考虑 ， s 0 和烟尘排放限值仍 按照 3 5 ， 5 mg ／ m 考 虑； 位 于广 西、 重庆、 四川和贵州高硫煤地区的机组超低排放改 造 S 0 排放限值按 照 2 0 0 mg ／ m 考虑 ， N O 和烟尘 排放限值按照 5 0 ， 5 m g ／ IT I 考虑。 在此背景之下 ， 各火 电企业开展 了一轮大规模 的火电厂烟气超低排放改造行动。目前， 脱硫除尘 超低排放改造 的技术路线 主要分为以下 4种 1 脱硫增容改 造 湿式 电除尘器 ； 2 电除尘 器改 收稿 日期 2 0 1 5 0 9 2 2 ； 修 回 日期 2 0 1 60 1 2 5 造 合金托盘 十三级 屋脊式除雾器 ； 3 电除 尘器 改造 三级屋脊式除雾器 翘片式管式冷凝器 又 称凝变超细雾化系统 ； 4 高效一体化脱硫除尘 技术 设置离心管束式除尘器 。 2 超低 排放的技术路线特点分析 2 ． 1 脱硫增容改造 湿式电除尘器 天 津 军 电 热 电 有 限 公 司 9 ， 1 0 机 组 2 3 5 0 MW 原设置有 选择性 催化 还原 S C R 脱 硝 、 石灰石 一 石膏湿法脱硫和布袋除尘器等烟气处 理装 置 ， 处 理前 S O ， N O 和烟尘排 放质量浓 度为 3 8 0 0 ． 0 0 0 ， 4 5 0 ． 0 0 0及 4 2 ． 8 8 2 m g ／ m ， 处理后的排放 设计值分别为 1 0 0， 2 0 0及 3 0 m g ／ m 。 由于该热 电公 司处 于国家环保要求 的重点 区 域 ， 2 0 1 4年 8月 ， 对 9 ， 1 0机组进行 了烟气超低排 放改造。改造后， S O ， N O 和烟尘排放质量浓度限 值分别为3 5 ， 5 0 及 5 m g ／ m 。该项 目脱硝改造采取 了置换 S C R反应器 原有上层催化剂 和加装预 留层 催化剂的技术方案。 该项 目脱硫除尘改造技术方案为 脱硫装置采用 串塔方案， 利用原吸收塔作为一级塔， 新建吸收塔作 为二级塔 ， 新增 吸收塔与原吸收塔 串联布置 ， 烟气脱 硫 F G D 入 口 S O 质量浓度为 3 8 0 0mg ／ 1 “1 1 ， 出 口排 放质量浓度不大于 3 5 m g ／ I T I ， 脱硫效率大于9 9 ． 1 0 ％。 烟气首先进入原吸收塔， 经一次处理后烟气中S O 质 量浓度约为 5 0 0 m g ／ n l 左右 ， 再进入二级吸收塔 ， 经 过进一步洗涤处理后烟气中的 s 0 质量浓度降低至 3 5 m g ／ 1T I 以下 ， 并通过烟囱排出。新增的二级塔设置 有 3 台浆液循环泵， 吸收塔上部设置3 级屋脊式除雾 器， 吸收塔顶部出口设置湿式静电除尘器， 保证烟囱 人 口的粉尘质量浓度小于 5 mg ／ m 。 该 公司于 2 0 1 4年 年底完 成 了改造任务 ， S O ， 6 6 华 电技 术 第3 8卷 N O 和粉尘等污染物排放指标均达到 、 甚至高于 国 家燃气机组排放标准 。 该项 目的湿式静 电除尘器具有 以下特 点 1 采用独立支撑置放在吸收塔 顶部 ， 冲洗水 流经设备 后直接 回到吸收塔 ， 不需要独 立的废水处 理装置 ； 2 采用蜂 窝式导电玻璃 钢作 为阳极板 ， 设备质量 小， 空间利用率高 ， 耐腐蚀 ； 3 采用二次冷凝超 细 雾化系统 ， 阳极表面 自动形成较为均匀 的水膜 ， 2 4 h 冲洗一次， 水耗低 ， 单台 3 0 0 MW 机组平均水耗约为 2 1 13 ／ h ； 4 烟气流速高 约为 2 ． 5 m ／ s ， 阻力小 约 为 3 0 0 P a ， 粉尘脱除效率高 约为 8 5 ％ ， P M 2 ． 5去 除率高 约为 7 0 ％ 。 2 ． 2 除尘器改造 合金托盘 三级屋脊式除雾器 陕西华 电蒲城第 二发 电有 限责 任公 司 5 ， 6 2 X 6 6 0 MW 机组原有脱硝装置为 S C R脱硝装置 ， 原有除尘器为双室 4电场静电除尘器 ， 原有脱硫装 置采用石灰石 一石膏湿法烟气 脱硫工艺 ， 设 置烟气 再热器 G G H ， 1炉 配 1塔 ， 煤 种 收到 基 硫 分 为 2 ． 9 ％ ， F G D入 口 S 0 2 质量浓度为 6 5 2 2 m g ／ m ， 出口 S O ， 排放质量浓度小于 3 6 5 mg ／ m 。蒲城县 属于环 境保护重点地 区， 离西安直线距离 1 0 8 k m， 当地环保 局要求该公司必须实现超低排放。 2 0 1 4年下半年 ， 对该公司 5 ， 6机组进行 了超 低排放改造 ， 脱硝改造采取了置换 S C R反应器原有 上层催化剂和加装预 留层催化剂 的技术方案 ， 原有 电除尘器采取高频 电源的改造方案 ， 改造后 除尘器 的出口粉尘质量浓度小于 3 0 mg ／ m ， 脱硫采用了串 塔方案 ， 要求改造后烟 囱入 口 S O ， N O 和烟尘限值 分别为 3 5， 5 0及 1 0 m g ／ m 。 该项 目脱硫除尘改造 的技术方案为 脱硫装置 采用 串塔 双塔双循环 方案 ， 利用原吸收塔作为一 级塔 ， 新建吸收塔作为二级塔 ， 拆 除原有脱硫系统 的 G G H， 新建吸收塔放置在原 G G H 的位置 ， 二级吸收 塔设置 1 层合金托盘和三级屋脊式 除雾器 出口雾 滴质量浓度小 于 1 5 m g ／ m ， F G D入 E l S O 质量浓 度为 6 5 2 2 m g ／ r n 。 ， 要求出 口S O 排放质量浓度不大 于 3 5 mg ／ m ， 脱硫效率大于 9 9 ． 4 7 ％ ， 出 口粉尘质量 浓 度小 于 1 0 meIT I 。 6机组脱硫增容改造于 2 0 1 5年 6月完成试运 行 ， 改造后除尘器出 口粉尘质量浓度小于 3 0 m g ／ m 时 ， 烟囱入 口 S 0 质量浓度小 于 3 5 mg ／ m ， 烟 囱人 口粉尘质量浓度小于 1 0 mg ／ m 。 ； 当除尘器出 口粉尘 质量浓度小于 2 0 m g ／ m 时 ， 烟 囱入 口粉尘质量浓度 小 于 5 m g ／ m 。 该项目串塔 双塔双循环 方案具有如下技术栈 。 1 每个 吸收塔 系统设 备独立控制 ， 易于优化 和快速调整 ， 能适应含硫量和负荷的大幅变化 ， 适合 于中、 高硫煤 的超低排放改造 ， 系统余量充足 。 2 在增容改造过 程 中， 能够充分 利用原有脱 硫装置的相关设备 ， 避免拆塔重建或原塔改造。 3 在增容改造过程 中， 由于新 吸收塔与原有 吸收塔相互独立 ， 吸收塔建设工程 中无需停运原有 脱硫系统 ， 只需在烟道汇 口时停运 ， 大大减少了主机 的停机时间。 4 由于有 2个相互独立 的吸收塔 ， 可 以降低 前塔浆池 p H值 ， 利于氧化获得高品质石膏 ， 又能提 高后塔的 p H值 ， 保持高脱硫效率。 5 新塔 与旧塔单独设 置 ， 有利 于降低 吸收塔 高度 ， 新塔可以按照超低排放要求灵 活增加托盘和 三级屋脊式除雾器。 2 ． 3除尘器改造 三级屋脊式除雾器 凝变 超 细雾化系统 陕西华电杨凌热 电有 限公 司一 期工程 为 2 X 3 5 0 MW 超临界燃煤机组 ， 同步建设脱硝 、 除尘 、 脱硫 装置。项 目要求锅炉排 出的烟气经电袋复合除尘器 除尘后烟尘质量浓度小于 1 0 m In ， 脱硫入 口 s 0 质量浓度为 2 8 6 6 mg ／ m ， 吸收塔出 口S O 出 口排放 质量 浓 度 限值 为 3 5 m g ／ 1 T I 。 ， 烟尘 质量 浓 度 小 于 5 m m 。 该工程“ 烟塔合一 ” ， 每 台机组设 置 1台吸收 塔 ， 布置在冷却塔 内， 单 台吸收塔设置 5层喷淋层 ， 浆液循环泵流量为6 8 0 0 1T I ／ h ， 设置 3层屋脊式除雾 器 ， 1 套翘片式管式冷凝器和 1套超细雾化系统。 该脱硫新建工程于 2 0 1 4年 1 2月开工， 2 0 1 5年 年底通过 1 6 8 h试运行 ， 各项性能指标均优 于设 计 值 ， 吸收塔 出 口 s O 质量浓 度小于 3 5 mg ／ m ， 烟尘 质量浓度小于 5 m g ／ I n 。 2 ． 4 高效一体化脱硫除尘改造技术 华 电 宁 夏 灵 武 发 电 有 限 公 司 二 期 3 ， 4 2 X1 0 0 0M W 机组烟气脱硫 增容改造 工程 ， 新建 吸收塔作为一级塔 ， 设置 1层合金托盘和 4层喷淋 层 ， 吸收塔上部安装 1 层屋脊式除雾器 ， 原吸收塔作 为二级吸收塔 ， 本次改造更换原有喷淋层和喷嘴 ， 并 将现有二级屋脊式 除雾器拆除 ， 整体更换为高效 离 心管束式除尘器。 设计要求改造后脱硫系统人口S O 质量浓度为 6 2 0 0 mg ／ 13 1_ ， 烟 囱入 口 S O 2质量浓度为 3 5 m I l l ， 脱硫系统人 口粉尘质量浓度为 5 0 m 1T I ， 烟囱入 口 粉尘质量浓度为 5 mg ／ I n ， 脱硫率不低于 9 9 ． 4 4 ％ 。 该项 目已经完成二级吸收塔 的改造 ， 新建吸收 塔还未建完 ， 从分散控制系统 D C S 数据上看 ， 二级 第 2期 邓辉鹏 火电厂烟气超低排放技 术研究 6 7 吸收塔人 口粉尘质量浓度超过 了 5 0 mg ／ m ， 烟囱人 口粉尘质量浓度小于 1 0m g ／ m 。 高效离心管束式除尘器入口粉尘质量浓度范围 大 ， 改造时间短 ， 投资相对较低 ， 是较有优势 的新技 术 ， 但 由于此技术已经投产的项 目较少 ， 锅炉低负荷 下也没有可调节的机构， 能否保证长期、 稳定、 高效 运行还需要时间的检验。 2 ． 5除尘器改造技术 火电厂采用超细滤袋进行 电袋除尘器改造 ， 电 除尘器出口粉尘质量浓度能控制在 1 0mr, ／ m 以下 ； 采用 MG G H低低温静 电除尘器技术 ， 粉尘 质量浓 度能控制在 1 0 2 0 m g ／ m 。 ； 采用高频电源 脉冲电 源改造 ， 粉尘质量浓度能控制在 3 0 m g ／ m 以下 ； 采 用普通的高效静 电除尘器 ， 粉尘质量浓度能控制在 1 0 0m g ／ m 以下 。 值得一提的是选用超细滤袋后， 电除尘器出口 粉尘质量浓度能够控制在 1 0 m g ／ m。 以下 ， 但 粉尘均 为超细粉尘 ， 后 置粉尘捕集装 置的效率也会 降低 。 采用 M G G H低低温静 电除尘器技术后 ， 除尘器 出 口的粉尘粒径也相对较大 ， 后置粉尘捕集装置也会 更加高效。 根据不同的出口粉尘质量浓度， 推荐的粉尘后 处理方案见表 1 。 表 1 推荐粉尘后处理方 案 m r , ／ m 托盘 三级屋脊式除雾器 单塔 三级屋脊式除雾器 凝变 超细雾化 单塔 三级屋脊式除雾器 凝变 超细雾 化 串塔 三级屋脊式除雾器 凝变 超细雾化 串塔 出口粉尘质量浓度 托盘 三级屋脊除雾器 凝变 超细雾化 单塔 托盘 十 三级屋脊除雾器 凝变 超细雾化 串塔 湿式 电除尘器 高效一体化脱硫除尘装置 5 1 O 5 l O 5 1 0 5 1 0 5 1 0 5 5 5 1 O l 0 1 0 3 结束语 脱硫人 口 s O 质量浓度小 于 3 5 0 0 mg ／ m 的电 厂要实现 s O 排放质量浓度小于 3 5 m g ／ m 的超低 排放 目 标， 可选用单塔 增加喷淋层 托盘方案； 脱硫入 口S O 质量浓度大于 3 5 0 0 m s ／ m 的电厂要 实现 S O 排放质量浓度小于 3 5 m g ／ m 的超 低排放 目标 ， 宜选用 串塔 双塔双循环 方案 。 湿式电除尘器除尘效率高， 处理工艺稳定可靠， 但造价和运行费用均较高； 托盘 三级屋脊式除雾 器的除尘效率相对较低， 但改造难度小， 安装简单， 造价和运行费用低 ； 三级屋脊式除雾器 凝变 超 细雾化系统的除尘效率 和造价居 中， 所 以建议 除尘 器出口粉尘质量浓度在 1 02 0 m s ／ m 的电厂可采 用托盘方案或凝变 超细雾化方案 ， 除尘器 出 口粉 尘质量浓度在 2 O～3 0 ms ／ m 的电厂可视情况采用 托盘方案或托盘 凝变 超细雾化方案， 除尘器出 口粉尘质量浓度 3 0 m g ／ m 以上的电厂可采用湿式 电除尘器方案。 本文责编 弋洋 作者简介 邓辉鹏 1 9 8 O 一 ， 男， 湖南郴州人， 工程师， 从事火力发 电厂烟气脱硫、 脱硝、 除尘方面的工作 Ema i l d e n g h p c h e c ． c o m． c n 。 ● ● ●o●o● o● ●o●0● o● ●o●● o● ●o●● o●o●o● ●0● ●o●0●o●o●o●◇●0●◇●o●0● 0●◇● o●◇● o●◇●o●◇●o●◇●0●◇●o● 上接第 6 2页 提 高 了机组 运行 的可靠性 和安 全 性 ， 通过加强 日常的油品化验监督 和油箱独立 自循 环滤油等方式 ， 可确保系统液压油的品质 。 参考文献 [ 1 ] 南京燃气轮机研究所． 简单循环燃气轮机发电装置培训 教材[ z ] ． 南京 南京燃气轮机研究所 ， 1 9 9 7 ． [ 2 ] 焦树建． 燃气 一 蒸汽联合循环[ M] ． 北京 机械工业出版 社 ． 2 0 0 3 ． [ 3 ] 清华大学热能工程系动力机械与工程研究所， 深圳南山 热电股份有限公司．燃气轮机与燃气 一蒸汽联合循环装 置[ M] ． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 7 ． [ 4 ] 电厂用运行矿物汽轮机油维护管理导则 G B 1 4 5 4 1 2 0 0 5 [ s ] ． 本文责编 白银雷 作者简介 项建伟 1 9 r 7 3 一 ， 男， 浙江丽水人， 工程师， 从事发电厂燃气 轮机技术管理方面的工作 E m a i l x i a n g j i a n w e i 2 6 4 8 1 6 3 ． t o m 。