燃煤電廠超低排放要求探討

燃煤電廠超低排放要求探討

中國的能源生產(chǎn)主要是煤炭，能源清潔和環(huán)境保護(hù)的壓力很大?！扒鍧嵏咝Оl(fā)展電動(dòng)汽車”已成為國家能源發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃的重要任務(wù)之一。要達(dá)到超低排放要求,需要集成各種先進(jìn)高效的除塵、脫硫、脫硝技術(shù),優(yōu)化工藝流程,充分發(fā)揮其協(xié)同脫除功效,我們將煙塵、二氧化硫和氮氧化物等多種污染物高效協(xié)同脫除集成技術(shù)稱為超低排放技術(shù)。1電除塵器粒徑增加我國燃煤電廠除塵器以電除塵器為主,隨著環(huán)保要求的不斷趨嚴(yán),除塵效率要求越來越高,除了增加電場數(shù)量,各種高效電除塵技術(shù)得到了越來越多的應(yīng)用,同時(shí),采用布袋除塵器和電袋復(fù)合除塵器的比例也逐步提高,電除塵器機(jī)組容量占比已從2009年的95%以上降至2013年的79.9%面對超低排放要求,要達(dá)到煙塵排放小于10mg/m1.1高比電阻除塵器干式電除塵器具有處理煙氣量大、除塵效率高、適應(yīng)范圍廣、設(shè)備阻力低、使用簡單可靠、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低且無二次污染等優(yōu)點(diǎn),存在的問題主要有:高比電阻粉塵易產(chǎn)生反電暈、振打清灰會(huì)引起二次揚(yáng)塵、對粒徑小于2.5μm甚至亞微米級的超細(xì)顆粒捕獲率低等。目前,比較成熟的電除塵器提效技術(shù)主要有:(1)降低除塵效率,減少除塵器塵氣排放煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)是通過添加調(diào)質(zhì)劑調(diào)整煙氣或粉塵的組分及一些特性參數(shù),使之易于被電除塵器捕集,以提高電除塵器效率,降低粉塵排放。常用的有SO對于低硫煤、高比電阻粉塵,三氧化硫煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)在國內(nèi)外得到了成功應(yīng)用氨法煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)主要在印度得到了較多的應(yīng)用(2)電除塵器運(yùn)行電壓波形的影響利用高頻開關(guān)技術(shù)的高頻高壓電源是新一代的電除塵器供電電源,其脈沖高度、寬度及頻率均可以調(diào)整,能提供具有從接近純直流到脈動(dòng)幅度很大的各種電壓波形,控制方式靈活,可針對特定工況為電除塵器提供最合適的電壓波形電除塵器運(yùn)行過程中,除塵效率與電暈功率有著直接的關(guān)系。與工頻電源相比,高頻開關(guān)電源可以提供幾乎無波動(dòng)的直流輸出,這使得電除塵器能夠以次火花發(fā)生點(diǎn)電壓運(yùn)行,有利于提高電除塵器的供電電壓和電流,增大電暈功率,增加電場內(nèi)粉塵的荷電能力,克服反電暈,其恒流特性可以迅速地熄滅火花并快速恢復(fù)電場能量,從而提高除塵效率。(3)移動(dòng)電極技術(shù)移動(dòng)電極(或稱“旋轉(zhuǎn)電極”)技術(shù)是采用可移動(dòng)的收塵極板和旋轉(zhuǎn)的刷子來構(gòu)成移動(dòng)電極電場,粉塵在被收集到收塵極板上尚未達(dá)到形成反電暈的厚度時(shí),就隨移動(dòng)電極一起轉(zhuǎn)移到?jīng)]有煙氣通過的灰斗內(nèi),被旋轉(zhuǎn)的刷子徹底清除,使收塵極板保持清潔狀態(tài)。移動(dòng)電極技術(shù)能有效消除高比電阻粉塵的反電暈現(xiàn)象,避免傳統(tǒng)振打清灰造成的二次飛揚(yáng),提高除塵效率。移動(dòng)電極式電除塵器通常由位于煙氣上游的常規(guī)固定電極電場和位于下游的一個(gè)移動(dòng)電極電場組成,固定電極電場去除易于收集的粉塵,移動(dòng)電極電場用于收集高比電阻、超細(xì)、高粘性的粉塵(4)煙氣熱量的回收利用低低溫電除塵技術(shù)煙氣冷卻器一般采用管式換熱器,回收的熱量用于脫硫塔出口煙氣的再加熱,使煙氣溫度抬升到酸露點(diǎn)以上,避免下游設(shè)備的腐蝕,換熱采用的媒介是水。對于采用濕煙囪的機(jī)組,回收的煙氣熱量可用于凝結(jié)水加熱或采暖供熱系統(tǒng)。由于進(jìn)入電除塵器的煙氣溫度下降,灰流動(dòng)性差,為了防堵防腐,需要對常規(guī)電除塵器進(jìn)行相關(guān)改造,在電除塵器的灰斗和絕緣子上裝輔助加熱設(shè)備,同時(shí)在容易引起漏風(fēng)又無法做保溫的地方采用不銹鋼材料進(jìn)行防腐。(5)利用煙道內(nèi)產(chǎn)生等離子體預(yù)荷電凝聚技術(shù)是將預(yù)荷電凝聚裝置置于電除塵器捕集區(qū)前端煙氣流速較高的煙道內(nèi),利用煙道中的高流速,在煙道中產(chǎn)生高濃度的等離子體,讓粉塵充分荷電,增加微細(xì)顆粒電凝聚作用,從而可以提高電除塵器的除塵效率,特別是對微細(xì)顆粒的捕獲率1.2袋式除塵器。采用采用濾料、清灰方式的方法,訴訟原理點(diǎn)壓力,原理如下袋式除塵器利用纖維濾料制作的袋狀過濾元件來捕集煙氣中的粉塵,影響其除塵效率的關(guān)鍵是濾料性能和清灰方式。袋式除塵器除塵效率高,對粉塵特性不敏感,不受比電阻的影響,特別是對于亞微米級的粉塵有很好的收集效果,但本體阻力比電除塵器高,濾袋的使用壽命影響運(yùn)行成本。袋式除塵器出口煙氣含塵濃度一般可以長期穩(wěn)定在20mg/Nm1.3前電后袋一體化結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)電袋復(fù)合除塵器是靜電除塵和過濾除塵機(jī)理有機(jī)結(jié)合的一種復(fù)合除塵器,綜合了電除塵器和袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)。目前,國內(nèi)一般采用“前電后袋”串聯(lián)式一體化結(jié)構(gòu),通過前級電場使粉塵預(yù)荷電并收集下大部分粉塵,而剩下的比電阻比較高、顆粒比較細(xì)而難以捕集的粉塵進(jìn)入后級濾袋區(qū),可以發(fā)揮布袋除塵器對細(xì)微粉塵的高效捕集特點(diǎn),而前級電場的預(yù)除塵作用和荷電作用提高了后級濾袋區(qū)的過濾性能,使得過濾阻力大大降低,清灰周期也大大延長。目前的國家標(biāo)準(zhǔn)要求電袋復(fù)合除塵器出口煙氣含塵濃度低于30mg/m1.4濕法脫硫裝置協(xié)同除塵提效技術(shù)濕法脫硫由于采用漿液洗滌的氣液接觸方式,因此具有明顯的協(xié)同除塵效果,以前國內(nèi)一般按50%的除塵效率考慮,除霧器出口霧滴含量保證值按75mg/m提高濕法脫硫裝置協(xié)同除塵效率的措施主要包括:選擇合適的吸收塔流速與液氣比等參數(shù);優(yōu)化塔內(nèi)氣流分布及噴淋層設(shè)計(jì),增設(shè)噴淋增效環(huán)避免煙氣從塔壁邊緣噴淋覆蓋率低的區(qū)域逃逸;采用高霧化性能的噴嘴,降低漿液液滴直徑;采用高性能的除霧器和增加煙道除霧器,要求除霧器出口霧滴含量保證值小于40mg/m2.5板式材料的種類濕式電除塵器的工作原理濕式電除塵器從結(jié)構(gòu)上可分為管式和板式兩種基本型式,管式只用于垂直煙氣流向,板式則既有水平煙氣流向也有垂直煙氣流向;從陽極材料上可分為金屬極板和非金屬極板2類,非金屬極板較典型的有導(dǎo)電玻璃鋼及柔性纖維織物2種;從布置形式上可分為臥式(水平式)和立式(垂直式),立式的可以裝在脫硫吸收塔頂部。2率濕法脫硫技術(shù)是目前世界上最為成熟、應(yīng)用最多的脫硫工藝,脫硫效率可達(dá)到99%。根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)的統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有的石灰石—石膏濕法脫硫裝置基于以往的排放標(biāo)準(zhǔn),一般按90%~95%的脫硫效率設(shè)計(jì),為了達(dá)到超低排放二氧化硫排放濃度小于35mg/m2.1穩(wěn)定的石膠結(jié)構(gòu),提高脫硫反應(yīng)的質(zhì)量比表面積對于石灰石品質(zhì)的要求總體上包括純度、活性、細(xì)度、硬度等方面。選用純度和活性高、硬度低的石灰石,磨制得細(xì)一些,參與反應(yīng)的質(zhì)量比表面積就越大,脫硫反應(yīng)速率也越快,可以提高石灰石的利用率和脫硫效率,減少雜質(zhì)造成的各種不利影響,保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性,同時(shí)也有利于脫硫副產(chǎn)品(石膏)的綜合利用2.2和氣液分布的均勻性對于氣液逆向噴淋吸收塔,塔內(nèi)氣液接觸面積、接觸時(shí)間和氣液分布的均勻性直接影響氣液傳質(zhì)效果,從而影響脫硫效率。針對超低排放要求,需要提高液氣比,同時(shí)應(yīng)用各種高效的氣液分布裝置來強(qiáng)化氣液傳質(zhì)效果,提高脫硫效率。(1)液體萃取比l提高液氣比相當(dāng)于增大了吸收塔內(nèi)的漿液噴淋密度,從而增大了氣液傳質(zhì)表面積,強(qiáng)化了氣液兩相間的傳質(zhì),有利于SO(2)煙氣旁路,導(dǎo)致煙氣旁路吸收塔噴淋層邊緣的噴淋覆蓋率低于中心區(qū)域,噴淋漿液分布通常為中間密周邊薄,周邊相應(yīng)的阻力較低,使煙氣容易從該區(qū)域逃逸,造成煙氣旁路,另外,噴到塔壁的漿液順著塔壁向下流,與煙氣不能發(fā)生充分接觸,從而影響系統(tǒng)的脫硫效率和除塵效率。因此,國內(nèi)外多家公司開發(fā)了多種結(jié)構(gòu)型式的噴淋增效環(huán)(3)強(qiáng)化雙托盤強(qiáng)化脫硫效率美國巴威公司的多孔托盤技術(shù)有利于煙氣均布和增加氣液接觸時(shí)間,可以在相對較低的液氣比時(shí)達(dá)到較高的脫硫效率。托盤比噴淋層提供了更有效的煙氣和漿液接觸方式,采用雙托盤能二次強(qiáng)化氣液接觸,進(jìn)一步提高脫硫效率。對于現(xiàn)役噴淋空塔和托盤塔,采用托盤/雙托盤進(jìn)行提效改造具有改造工作量小、投資省等優(yōu)點(diǎn)。(4)旋轉(zhuǎn)耦合技術(shù)由北京國電清新環(huán)保技術(shù)有限公司開發(fā)的旋匯耦合技術(shù)基于多相紊流摻混的強(qiáng)傳質(zhì)機(jī)理和氣體動(dòng)力學(xué)原理2.3脫硫效率和亞硫酸鈣的氧化率和系統(tǒng)結(jié)垢吸收塔漿液的pH值是系統(tǒng)運(yùn)行的重要參數(shù),對脫硫效率、亞硫酸鈣的氧化率、石灰石的利用率和系統(tǒng)結(jié)垢都有影響。漿液的pH值高,有利于堿性液體與酸性氣體之間的化學(xué)反應(yīng),SO(1)脫硫反應(yīng)循環(huán)回路雙循環(huán)技術(shù)將吸收塔循環(huán)漿液分為兩個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)罐、形成兩個(gè)在不同pH值下運(yùn)行的循環(huán)回路,使脫硫反應(yīng)在較為理想的條件下進(jìn)行?？刹捎脝嗡p循環(huán)或雙塔雙循環(huán)。單塔雙循環(huán)雙塔雙循環(huán)的一級、二級串聯(lián)吸收塔分別對應(yīng)于單塔雙循環(huán)的下回路和上回路,利用雙塔雙循環(huán)技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)役機(jī)組的增容改造可以充分利用原有脫硫設(shè)備設(shè)施。(2)脫硫系統(tǒng)脫除效率和氧化在吸收塔漿池中設(shè)置分區(qū)調(diào)節(jié)器和射流攪拌系統(tǒng),通過兩者的相互配合,使得調(diào)節(jié)器上部漿液pH值維持在較低值,而下部漿液pH值維持在較高值,分別滿足氧化和吸收所需,實(shí)現(xiàn)“雙區(qū)”運(yùn)行目的,從而提高脫硫系統(tǒng)的脫除效率和氧化效果2.4脫硫產(chǎn)效劑脫硫增效添加劑3燃煤電廠脫硝系統(tǒng)現(xiàn)狀我國燃煤電廠氮氧化物控制采用燃燒控制技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)相結(jié)合的綜合防治措施“十二五”是我國燃煤電廠脫硝改造的高峰期,截至2013年底,煤電脫硝比例達(dá)到54%3.1低氮燃燒技術(shù)高效低氮燃燒技術(shù)將煤質(zhì)、制粉系統(tǒng)、燃燒器、二次風(fēng)及燃盡風(fēng)等作為一個(gè)整體考慮,以低氮燃燒器與空氣分級為核心,在爐內(nèi)組織適宜的燃燒溫度、氣氛與停留時(shí)間,形成早期的、強(qiáng)烈的、煤粉快速著火、欠氧燃燒,利用燃燒過程產(chǎn)生的氨基中間產(chǎn)物來抑制或還原已經(jīng)生成的氮氧化物(NO采用先進(jìn)的低氮燃燒器技術(shù),爐膛出口NO3.2scr脫硝裝置的性能已建的SCR脫硝裝置一般按60%~70%的脫硝效率設(shè)計(jì),要達(dá)到NO3.3shcl-scr聯(lián)合脫硝技術(shù)SNCR脫硝技術(shù)是將NH4污染物脫除效果燃煤電廠超低排放技術(shù)在集成高效的除塵、脫硫和脫硝技術(shù)的同時(shí),充分發(fā)揮各個(gè)煙氣污染物脫除裝置的協(xié)同效應(yīng),在每個(gè)裝置脫除其主要目標(biāo)污染物的同時(shí),協(xié)同脫除其他污染物或?yàn)橄掠窝b置脫除污染物創(chuàng)造有利條件脫硝裝置在實(shí)現(xiàn)NO低低溫電除塵器和濕式電除塵器可以實(shí)現(xiàn)SO濕法脫硫裝置協(xié)同除塵和脫汞效果明顯,可以去除煙氣中大部分的氧化汞。5部分超低排放投運(yùn)項(xiàng)目2014年5月30日,浙江浙能嘉華發(fā)電有限公司8號機(jī)組完成超低排放改造,成為國內(nèi)首臺(tái)投入運(yùn)行的超低排放示范機(jī)組,截至2014年底,全國各地已有二十多套超低排放系統(tǒng)投運(yùn),污染物排放監(jiān)測數(shù)據(jù)均低于超低排放限值。部分超低排放投運(yùn)項(xiàng)目的技術(shù)路線見表2。實(shí)踐證明,集成各種先進(jìn)高效的除塵、脫硫、脫硝技術(shù),充分發(fā)揮其協(xié)同脫除功效,燃煤電廠達(dá)到天然氣燃?xì)廨啓C(jī)