熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組超低排放改造

王林

摘? 要：為了響應(yīng)國家“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”相關(guān)要求，電廠鍋爐和燃?xì)廨啓C(jī)污染物排放分別執(zhí)行100mg/Nm3、200mg/Nm3的NOX、SO2的限值。對(duì)于一些重點(diǎn)地區(qū)而言，NOX、SO2煙塵的執(zhí)行限值為100、50、20mg/Nm3。在實(shí)現(xiàn)超低排放改造后，大氣污染物的排放濃度要達(dá)到天然氣燃輪機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)的排放限值，即氮氧化物不超過50mg/Nm3、二氧化硫不超過35mg/Nm3、煙塵排放濃度不超過5mg/Nm3。文章主要分析了開展熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組超低排放改造的必要性，對(duì)相關(guān)超低排放技術(shù)進(jìn)行了概述，同時(shí)分析了熱電聯(lián)產(chǎn)組超低排放相關(guān)改造技術(shù)，結(jié)合某電廠的實(shí)際運(yùn)行情況，選擇了應(yīng)用比較普遍、技術(shù)比較成熟的SCR脫硝、濕電除塵技術(shù)，從而達(dá)到改造的目的，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、綠色發(fā)展的相關(guān)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組;超低排放;SCR脫硝;濕電除塵;改造

中圖分類號(hào)：X773 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）29-0116-03

Abstract： In order to respond to the relevant requirements of the National "Blue Sky Protection Campaign"， the limits of 100mg/Nm3 and 200mg/Nm3 are implemented for the emission of pollutants from power plant boilers and gas turbines. For some key areas， the implementation limits of smoke and dust are 100，50 and 20mg/Nm3. After the transformation of ultra-low emission， the emission concentration of air pollutants should reach the emission limit of natural gas turbine units， that is， nitrogen oxide does not exceed 50mg/Nm3， sulfur dioxide does not exceed 35mg/Nm3， and soot emission concentration does not exceed 5mg/Nm3. This paper mainly analyzes the necessity of carrying out the ultra-low emission transformation of the cogeneration unit， summarizes the related ultra-low emission technology， and analyzes the ultra-low emission related transformation technology of the cogeneration group. Based on the actual operation of a power plant， the SCR denitrification and wet electrostatic precipitator technology， which are widely used and mature in technology， are selected， in order to achieve the purpose of transformation and realize the relevant goals of energy saving， environmental protection and green development.

Keywords： cogeneration unit; ultra-low emission; SCR denitrification; wet electrostatic precipitator; modification

1 概述

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的消耗量以及需求量在不斷增加，人們生活水平的提高對(duì)電能的需求量也在不斷上升，而我國主要供電的方式是以燃煤為主的火力發(fā)電，這就需要消耗大量的煤炭資源，并且對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了極大的影響。本文的研究中主要分析了脫硝、脫硫以及濕電除塵的應(yīng)用，對(duì)相關(guān)改造方案進(jìn)行了相應(yīng)的分析，結(jié)合某電廠的實(shí)際情況，選了使用較為普遍、技術(shù)比較成熟的SCR脫硝、濕電除塵技術(shù)。其中主要研究的內(nèi)容有SCR煙氣脫硝中的還原劑的選擇使用、脫硝反應(yīng)器增加和其他相關(guān)配套設(shè)施布置方式以及濕式電除塵器的選型等，通過對(duì)該電廠機(jī)組進(jìn)行相應(yīng)的超低排放改造后，進(jìn)行相應(yīng)的性能分析，監(jiān)測(cè)到相關(guān)污染物的排放都能夠達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，從而有效達(dá)到熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組超低排放改造的目的。

2 某熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組相關(guān)環(huán)保裝置分析

2.1 脫硝裝置分析

針對(duì)文章所研究的電廠，在其#1、#2機(jī)組脫硝裝置中，脫硝設(shè)計(jì)入口處的氮氧化物應(yīng)該小于350mg/Nm3，脫硝設(shè)計(jì)的效率應(yīng)該大于80%;在脫硝系統(tǒng)中沒有相應(yīng)的反應(yīng)器煙氣旁路和省煤器高溫旁路系統(tǒng);脫硝應(yīng)用的還原劑采用液氨制備，脫硝的工藝采用的是選擇性催化還原脫硝工藝[1]。

2.1.1 相關(guān)工藝系統(tǒng)概述。脫硝裝置中的煙氣系統(tǒng)包括煙道、SCR反應(yīng)器、催化劑、氨/空氣混合器等。在煙氣系統(tǒng)的SCR反應(yīng)器中，氨氣會(huì)與催化劑層中的煙氣進(jìn)行混合，并且在催化劑的作用下，煙氣中的NOX會(huì)和氨氣進(jìn)行反應(yīng)并分解成氮?dú)夂退瑢?duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生危害。在脫硝裝置中設(shè)置有三層催化劑層，其使用的催化劑只能為18孔蜂窩式催化劑，該裝置中的催化劑設(shè)計(jì)層只安裝使用了兩層，剩余一層是為了更高的環(huán)保要求進(jìn)行加裝催化劑使用，也稱之為預(yù)留層。根據(jù)相應(yīng)的煙氣參數(shù)需要合理設(shè)計(jì)催化劑之間的節(jié)距，這樣能夠有效阻止積灰和堵塞的情況發(fā)生，對(duì)裝置進(jìn)行密封能夠保持較高的脫硝效率。

2.1.2 脫硝裝置運(yùn)行現(xiàn)狀分析。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)可知，在#1、#2機(jī)組脫硝裝置的入口處，NOX的實(shí)際運(yùn)行濃度在200～600mg/Nm3之間，平均的運(yùn)行濃度為350mg/Nm3，而出口處的實(shí)際運(yùn)行濃度在120mg/Nm3以下，平均的運(yùn)行濃度為70mg/Nm3。根據(jù)相應(yīng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，在脫硝裝置入口處的煙溫在295～380℃之間，現(xiàn)在進(jìn)行脫硝時(shí)設(shè)計(jì)的煙溫為375℃，但在實(shí)際運(yùn)行過程中，最低氨溫度要求為310℃，在電廠#2機(jī)組左側(cè)區(qū)域大約10%的部分，其運(yùn)行狀態(tài)低于最低噴氨溫度，機(jī)組處于低負(fù)荷時(shí)，#2機(jī)組的左側(cè)具有較低的煙溫，在相應(yīng)的工況下，50%的時(shí)間煙溫低于最低噴氨溫度。

2.2 機(jī)組除塵裝置分析

對(duì)于電廠#1、#2機(jī)組，每爐都配置了一臺(tái)噴吹袋式除塵器，單臺(tái)除塵器設(shè)計(jì)的過濾面積為36599m2，風(fēng)速為0.899m/min，濾袋的數(shù)量為11296，使用的材質(zhì)為超細(xì)纖維PPS。使用單臺(tái)爐進(jìn)行處理的煙氣量能夠達(dá)到1974839m3/h，裝置設(shè)計(jì)入口的含塵濃度小于或者等于36g/Nm3，設(shè)計(jì)的除塵效率應(yīng)該到達(dá)99.9%，這樣才能夠保證除塵器的出口處的塵濃度會(huì)在30mg/Nm3以下。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得知，袋式除塵器在正常運(yùn)行的時(shí)候，其出口處煙塵排放的濃度均小于30mg/Nm3，并且有80%的時(shí)間煙塵排放的濃度小于10mg/Nm3。

2.3 機(jī)組脫硫裝置分析

該電廠機(jī)組脫硫裝置采用的工藝是濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝，每一臺(tái)爐配置有處理煙氣100%BMCR工況的脫硫裝置，設(shè)計(jì)的脫硫效率？叟98%;機(jī)組的脫硫系統(tǒng)不設(shè)置GGH，使用外購的石灰石進(jìn)行制漿，石膏在脫水后的含濕量一般<10%。在煙囪的南北側(cè)布置相應(yīng)的脫硫島，以煙囪為中心對(duì)稱布置兩套脫硫裝置，而對(duì)于FGD裝置而言，其主要設(shè)備都是在室內(nèi)布置。

脫硫工藝中使用的脫硫劑采用的是石灰石與水磨制而成的懸浮漿液，脫硫的過程中煙氣會(huì)產(chǎn)生二氧化硫，二氧化硫會(huì)和脫硫劑反應(yīng)形成亞硫酸鈣，然后對(duì)石膏副產(chǎn)品進(jìn)行氧化，進(jìn)而可以對(duì)外出售。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，電廠的脫硫裝置基本上都能夠達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)值，在實(shí)際運(yùn)行的過程中，F(xiàn)GD入口處的二氧化硫濃度有98%都在3000mg/Nm3之內(nèi)，而最大的濃度值不會(huì)超過3500mg/Nm3，而出口處的二氧化硫濃度基本均值在35mg/Nm3以內(nèi)，符合二氧化硫超低排放的要求。

3 超低排放相關(guān)技術(shù)分析

3.1 脫硝技術(shù)

根據(jù)含氮元素的污染物產(chǎn)生的原理以及相關(guān)因素，對(duì)于NOX物質(zhì)進(jìn)行控制的技術(shù)主要包括三種，即在燃燒前、燃燒中、燃燒后控制NOX的方式。在進(jìn)行燃燒前，通過控制NOX的產(chǎn)生，可以對(duì)燃料進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化為低氮燃料，對(duì)于有些國家對(duì)燃料脫硝進(jìn)行研究，在固體燃料中含氮量一般為2.5%，但相關(guān)燃料脫硝技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用中具有較高的成本，并且相關(guān)技術(shù)也不夠成熟，不能夠進(jìn)行有效的推廣，低氮燃料就得不到實(shí)際的應(yīng)用;在燃燒中為了減少NOX的產(chǎn)生，根據(jù)NOX形成的原理以及相關(guān)因素，可以采用三種方式進(jìn)行控制，比如低氧燃燒、對(duì)NOX進(jìn)行還原分解、降低燃燒的最高溫度;在燃燒后進(jìn)行脫硝有濕干兩種方式，對(duì)于濕法脫硝技術(shù)而言，其利用的原理是堿性溶液吸收劑能夠溶解并吸收NOX，而干法脫硝技術(shù)可以使用選擇性催化還原法和選擇性非催化氧化還原方法。

3.2 脫硫技術(shù)

燃燒使用的煤炭中大部分都有硫的成分，所以在燃燒后產(chǎn)生的煙氣中會(huì)含有硫物質(zhì)，越是含硫量多的煤炭，燃燒后的煙氣中產(chǎn)生的硫成分越多。同樣在進(jìn)行脫硫的過程中也包含燃燒前、燃燒中和燃燒后三個(gè)過程。在燃燒前使用的主要有煤脫硫和煤轉(zhuǎn)化技術(shù);在燃燒中采用爐內(nèi)脫硫，使用的方法是將共同燃燒煤與石灰石磨粉;在燃燒后就是進(jìn)行煙氣脫硫，這種方式具有較高的脫硫率，相關(guān)技術(shù)應(yīng)用也比較成熟，使用的方法包括濕法、半干法和干法煙氣脫硫。

3.3 除塵技術(shù)

所謂除塵就是將煙塵從煙氣中分離出來，一般會(huì)使用到多種除塵器，包括濕式除塵器、機(jī)械式除塵器、過濾式除塵器等。

4 關(guān)于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組超低排放改造分析

4.1 脫硝超低排放改造

當(dāng)前超低排放改造使用的工藝仍然為SCR，從機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的情況以及相關(guān)數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行脫硝超低排放改造可以先對(duì)當(dāng)前的機(jī)組進(jìn)行燃燒調(diào)整試驗(yàn)，針對(duì)相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行針對(duì)性的改造。根據(jù)當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行的工況，可以有兩種改造方案，方案一是對(duì)燃燒進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，對(duì)當(dāng)前SCR反應(yīng)裝置以及相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行改造，進(jìn)行相應(yīng)的燃燒調(diào)整試驗(yàn)，對(duì)燃燒鍋爐的氧量進(jìn)行控制，按照入口和出口處濃度的設(shè)計(jì)值進(jìn)行SCR反應(yīng)器的改造;方案二是進(jìn)行低氮改造，根據(jù)鍋爐實(shí)際運(yùn)行的情況，可以進(jìn)行低氮燃燒器或者風(fēng)箱優(yōu)化改造，降低SCR反應(yīng)器入口原設(shè)計(jì)的氮氧化物濃度值，并達(dá)到出口的濃度設(shè)計(jì)值。

通過對(duì)兩種方案記性對(duì)比分析，方案一初期投資較低并且運(yùn)行費(fèi)用也較低，而方案二在改造的初期具有較高的投資，改造的工期也比較長(zhǎng)，具有較廣的影響范圍，其優(yōu)點(diǎn)是SCR煙氣脫硝具有較好的效果，也具有較低的運(yùn)行費(fèi)用。因?yàn)殡姀S沒有進(jìn)行燃燒調(diào)整試驗(yàn)，通過對(duì)氧量進(jìn)行控制能夠控制脫硝入口的氮氧化物的濃度，所以采用方案一進(jìn)行超低排放改造，對(duì)燃燒進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并對(duì)當(dāng)前的SCR反應(yīng)裝置和相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

4.2 除塵超低排放改造

當(dāng)前袋式除塵器具有良好的運(yùn)行狀態(tài)，能夠達(dá)到相關(guān)煙塵排放濃度的要求，對(duì)于電廠煙塵超低排放改造的技術(shù)包含兩種，一種是終端處理技術(shù)，也是濕除技術(shù)，產(chǎn)生的煙氣會(huì)先經(jīng)過干式除塵，然后再進(jìn)行濕法脫硫，最后使用濕式電除塵器進(jìn)行粉塵的吸附[2];另一種是協(xié)同治理技術(shù)，煙塵在經(jīng)過干式除塵后，會(huì)在脫硫吸收塔內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的洗滌，從而能夠有效去除煙塵。在本文中的煙塵超低排放改造中，考慮增加立式濕式電除塵裝置。

考慮到電廠機(jī)組的布置情況以及相關(guān)工藝流程，在脫硫裝置后增加立式濕式電除塵裝置，使其處于脫硫設(shè)備和煙囪之間，這樣在煙氣經(jīng)過脫硫后，濕式電除塵裝置會(huì)進(jìn)一步凈化，然后進(jìn)入煙囪排放到大氣環(huán)境中;當(dāng)對(duì)原袋式除塵器進(jìn)行消缺檢修時(shí)，這不會(huì)影響到除塵的效率，在進(jìn)行改造后，系統(tǒng)會(huì)增加大約500Pa的阻力。對(duì)于增加的濕法電除塵裝置系統(tǒng)還要進(jìn)行相應(yīng)的防腐處理。

5 結(jié)束語

綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)“節(jié)能減排、綠色發(fā)展”等國家環(huán)保要求，電廠需要進(jìn)行相應(yīng)的升級(jí)和改造，對(duì)于本文中研究的電廠機(jī)組脫硝、除塵系統(tǒng)進(jìn)行超低排放改造，改造后的機(jī)組產(chǎn)生的煙氣中的主要污染物的排放濃度都不高于燃機(jī)的排放指標(biāo)，在脫硝超低排放改造中使用的還是SCR脫硝工藝，進(jìn)行除塵超低排放改造時(shí)，使用的是增加立式濕法電除塵裝置，從而能夠達(dá)到相應(yīng)的改造目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳潤(rùn)發(fā).某350MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組超低排放改造及技術(shù)研究[D].華南理工大學(xué)，2017.

[2]趙玉林.電廠2×350MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組煙氣超低排放改造方案[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2017（24）：134.

[3]張虎男，趙亮，尹洪超.350MW超臨界機(jī)組高背壓供熱改造研究及性能分析[J].節(jié)能，2018，37（4）：6-8.