新疆某電廠2×330MW燃煤超低排放改造方案的探討

朱淵 朱新萍

摘要：本文針對新疆某發(fā)電廠無法達(dá)到國家和新疆地方環(huán)保部門“超低排放”要求，在現(xiàn)有處理設(shè)施基礎(chǔ)上，對該廠2×330MW超臨界壓力燃煤機(jī)組進(jìn)行超低排放改造。#1和#2兩機(jī)組均采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝，新增備用層催化劑，且#1機(jī)組進(jìn)行空預(yù)器改造;除塵超低排放改造#1機(jī)組采用現(xiàn)有電除塵恢復(fù)性檢修+高頻電源+預(yù)留相變凝聚器+濕式靜電除塵裝置改造;#2機(jī)組在原有除塵裝置基礎(chǔ)上配套高頻電源，同時(shí)改造電控技術(shù)。煙氣脫硫超低排放改造#1和#2機(jī)兩機(jī)組均采用雙塔雙循環(huán)方案。經(jīng)對改造工程進(jìn)行綜合評價(jià)，顆粒物、SO2、NOX排放濃度達(dá)到限制要求。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠;燃煤機(jī)組;超低排放

中圖分類號：X383 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）05-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.05.158

Discussion on a 2×330MW coal-fired ultra-low emission reconstruction plan for a power plant in Xinjiang

Zhu Yuan1，2，Zhu Xinping1

（1.College of Grass Industry and Environmental Science，Xinjiang Agricultural University，Urumqi Xinjiang 830052，China;

2.General Office of Urumqi Municipal Committee，Urumqi Xinjiang 830000，China）

Abstract：In response to a power plant in Xinjiang failing to meet the “ultra-low emission” requirements of the national and Xinjiang local environmental protection authorities，based on the existing power plant pollutant treatment facilities，it is necessary to carry out ultra-low emissions on the power plants 2×330MW supercritical pressure coal-fired units makeover.Both # 1 and # 2 units use the selective catalytic reduction （SCR） denitration process， new standby layer catalysts are added， and the # 1 unit is retrofitted with an air preheater.Renovation of ultra-low emission of dust removal For the # 1 unit，the existing electric dust removal restorative maintenance + high-frequency power supply + reserved phase-change condensator + wet electrostatic dust removal device reconstruction was adopted，and Unit # 2 is equipped with high-frequency power supply on the basis of the original dust removal device， and at the same time，the electric control technology is modified.The two units of the # 1 and # 2 units of the flue gas desulfurization and ultra-low emission retrofitting both adopt a double tower and double cycle scheme.After comprehensive evaluation of the reconstruction project，the emission concentrations of particulate matter， SO2，and NOX reached the limit.

Key words：Power plants;Coal-fired units;Ultra-low emissions

隨著我國工業(yè)化進(jìn)程加快和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，火電廠排放的污染物，特別是SO2、NOx和顆粒物等造成的大氣環(huán)境污染問題直接或間接威脅著社會發(fā)展和人體健康 [1-3]。若火電行業(yè)不及時(shí)采取有效的氣體污染物控制措施，則排放的各類污染物將會對區(qū)域環(huán)境及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成巨大危害[4]。國家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部、國家能源局聯(lián)合下發(fā)的“發(fā)改能源〔2014〕2093號關(guān)于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃（2014-2020 年）》的通知”[5]，提出超低排放的目標(biāo)，要求新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值;到2020年現(xiàn)役30萬kW及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組、10萬kW及以上自備燃煤發(fā)電機(jī)組以及其他有條件的燃煤發(fā)電機(jī)組，改造后大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，即顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不超過10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3，并且西部地區(qū)要求在2020年前完成，時(shí)間進(jìn)度緊迫，燃煤發(fā)電企業(yè)必須立刻開展相關(guān)改造工作以滿足環(huán)保要求。目前在我國火電行業(yè)中多種脫硫脫硝除塵技術(shù)得以運(yùn)用[6-8]，根據(jù)電廠規(guī)模以及實(shí)際情況選擇不同，運(yùn)用效果不同。新疆是我國煤電發(fā)展的主要區(qū)域之一，某電廠為達(dá)到最新的環(huán)保排放要求，根據(jù)電廠實(shí)際情況，對煙塵、SO2和NOx進(jìn)行改造方案的探討，提出一套切實(shí)可行的超低排放改造方案，不僅為同區(qū)域電廠后續(xù)改造提供借鑒，而且為區(qū)域大氣環(huán)境污染物減排提供技術(shù)方案參考。

1 脫硝改造方案

1.1 脫硝系統(tǒng)改造前概況

該電廠#1、#2號機(jī)組煙氣脫硝系統(tǒng)均采用SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原法）脫硝方案，整個SCR煙氣脫硝系統(tǒng)分為兩大部分，即SCR反應(yīng)器系統(tǒng)和尿素存儲及供應(yīng)系統(tǒng)，脫硝裝置SCR反應(yīng)器直接布置在省煤器之后空預(yù)器之前，不設(shè)置SCR煙氣旁路。尾部煙道支架上部空間作為SCR裝置布置場地，也是原機(jī)組建設(shè)時(shí)預(yù)留的脫硝場地位置。根據(jù)該電廠#1、#2號機(jī)組脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，隨著鍋爐設(shè)備負(fù)荷的降低，NOX入口濃度逐漸增加;鍋爐變負(fù)荷時(shí)脫硝入口NOX濃度也會增加;設(shè)備在滿負(fù)荷狀態(tài)，脫硝入口NOX濃度基本保持在300mg/Nm3以下，最高不超350mg/Nm3;設(shè)備負(fù)荷在240 MW以上時(shí)濃度有超出350 mg/Nm3的情況，其占比較小。滿負(fù)荷時(shí)設(shè)備入口的氮氧化物濃度在350 mg/Nm3（設(shè)計(jì)進(jìn)口濃度）以內(nèi)時(shí)，脫硝出口的氮氧化物濃度可控制在70～80 mg/Nm3范圍內(nèi)，其現(xiàn)有的排放濃度無法滿足超低排放的要求。

1.2 脫硝系統(tǒng)改造

1.2.1 脫硝系統(tǒng)超低排放改造的技術(shù)思路

根據(jù)該電廠脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，超低排放改造可從以下幾方面解決：（1）目前電廠采用的是SCR選擇性催化還原反應(yīng)脫除氮氧化物，原設(shè)計(jì)效率為75%，現(xiàn)有工藝無法滿足最新標(biāo)準(zhǔn)要求，需將脫硝效率提升至86%以上。（2）由于煙氣設(shè)計(jì)灰分未變，原有催化劑型號可滿足要求，但由于脫硝效率增加，出口NOx濃度降低，催化劑體積偏小無法滿足工藝需求，可試圖增加催化劑體積，提高脫硝效率。（3）煙氣在通過SCR催化劑時(shí)，形成的SO3與逃逸的NH3在空氣預(yù)熱器中下層形成硫酸氫氨，硫酸氫氨在146℃～207℃溫度范圍捕捉大量飛灰，其結(jié)合物附著于預(yù)熱器傳熱元件上形成融鹽狀的積灰，造成預(yù)熱器的腐蝕、堵灰等，進(jìn)而影響預(yù)熱器的換熱及機(jī)組的正常運(yùn)行。

1.2.2 脫硝改造方案選擇

根據(jù)上述思路及工程的實(shí)施時(shí)間，改造方案如下：

1.2.2.1增加催化劑

增加催化劑可采用兩種方案：一種改造時(shí)新增備用層催化劑，一種為改造時(shí)更換原有兩層催化劑。兩種方案見表1。由上述可知，方案一加裝備用層催化劑的用量較小，能充分利用現(xiàn)有催化劑的性能，投資較低，本次改造采用加裝備用層催化劑。

1.2.2.2空預(yù)器改造

為解決現(xiàn)有空預(yù)器易被灰分堵塞，影響預(yù)熱器的換熱及機(jī)組的正常運(yùn)行等問題，對脫硝改造時(shí)已增設(shè)的省煤器灰斗加強(qiáng)運(yùn)行管理，保證省煤器灰斗定期排灰以及暖風(fēng)器的正常運(yùn)行?？疹A(yù)器改造以改動量最小為原則，僅對轉(zhuǎn)子內(nèi)部換熱元件進(jìn)行改造，具體改造方案為：拆除全部換熱元件，其中熱端（h=1 000mm）換熱元件與冷端（h=333mm）換熱元件利舊，現(xiàn)場清洗處理;將扇形板割薄上提，剔除熱端及中間兩層?xùn)偶?，向上拼接隔?按尺寸焊接新設(shè)計(jì)的兩層?xùn)偶?，安裝新設(shè)計(jì)的冷端鍍搪瓷換熱元件（h=900mm）及清洗之后的兩層換熱元件;安裝徑向、軸向、旁路密封片;恢復(fù)封倉板及保溫;利舊冷端蒸汽吹灰器，并移至熱端，在冷端安裝新設(shè)計(jì)雙介質(zhì)高壓水吹灰器。

2 除塵改造方案

2.1 除塵系統(tǒng)改造前概況

該電廠#1、#2機(jī)組采用電除塵器裝置，#2機(jī)組在脫硫后增設(shè)濕法電除塵器裝置。電除塵器配置蘭州電力修造廠生產(chǎn)的臥式、板式雙室四電場干式靜電除塵器，供電設(shè)備采用GGAj02-1.1A/72kv型高壓硅整流設(shè)備。電除塵器設(shè)計(jì)保證效率≥99.6%，保證電除塵器出口煙塵濃度<100mg/Nm3。濕式電除塵器分4個供電區(qū)，陰、陽極長度>6m，設(shè)計(jì)處理煙氣量為1 709 907m3/h，設(shè)計(jì)濕式電除塵器出口煙塵濃度<20mg/Nm3。

2.2 除塵系統(tǒng)組改造

2.2.1 除塵系統(tǒng)超低排放改造的技術(shù)思路

根據(jù)該電廠脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，#1機(jī)組除塵設(shè)備煙塵排放30～50mg/Nm3，無法滿足最新的排放標(biāo)準(zhǔn)，需進(jìn)行改造。目前#2機(jī)組濕法脫硫后已加裝濕法電除塵裝置，可滿足最新的排放標(biāo)準(zhǔn)限值，本次改造為配套高頻電源，同時(shí)改造電控技術(shù)，其可具備20%的除塵提效效果，同時(shí)也具備一定節(jié)能效果。

2.2.2 除塵改造方案選擇

根據(jù)2臺機(jī)組除塵設(shè)備的現(xiàn)運(yùn)行狀況，針對#1除塵設(shè)備的改造方案有兩個：方案1為高頻電源+濕式電除塵，方案2為擴(kuò)容+脫硫提效。具體方案內(nèi)容及對比見表2。根據(jù)上述兩種方案的對比，方案一采用高頻電源電除塵改造+加裝濕式電除塵裝置對機(jī)組工況的適應(yīng)性較強(qiáng)，改造后煙囪煙塵排放濃度能滿足超低排放要求，改造后對引風(fēng)機(jī)影響較小;對其他污染物具有去除效果，達(dá)到綜合治理的目的;預(yù)留濕除提效的空間，具備煙囪煙塵排放濃度<5mg/Nm3的潛力。

3 脫硫改造方案

3.1 脫硫系統(tǒng)改造前概況

該電廠脫硫系統(tǒng)采用石灰石—石膏就地強(qiáng)制氧化濕法煙氣脫硫工藝，脫硫裝置按一爐一塔單元布置。每套脫硫裝置的煙氣處理能力為相應(yīng)鍋爐BMCR（Boile Maximum Continuous Rating，最大連續(xù)蒸發(fā)量）工況時(shí)的100 %煙氣量;當(dāng)燃煤含硫量為1.7%時(shí)，脫硫效率高于96%。公用系統(tǒng)主要有吸收劑制備及供應(yīng)石膏脫水系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、排空系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)。脫硫副產(chǎn)品—石膏在脫水后含濕量<10%。#1機(jī)組煙塵和脫硫尚未改造，其二氧化硫的排放濃度分別為100～200 mg/Nm3。#2機(jī)組除塵和脫硫正在改造中，采用雙塔雙循環(huán)工藝設(shè)計(jì)，設(shè)置兩級吸收塔，吸收塔均采用空塔噴淋，設(shè)計(jì)二氧化硫的排放限值分別為50mg/Nm3;改造后要求二氧化硫低于35mg/Nm3。

3.2 脫硫系統(tǒng)組改造

3.2.1 脫硫系統(tǒng)超低排放改造的技術(shù)思路

根據(jù)該電廠脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，超低排放改造可從以下幾方面解決：

（1）吸收塔原設(shè)計(jì)氧化槽容積偏小、流速稍高，在硫分和煙氣量均有增加的情況下吸收塔各參數(shù)不能滿足現(xiàn)有排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，必須對吸收塔系統(tǒng)進(jìn)行改造。

（2）氧化風(fēng)機(jī)及管道無法適應(yīng)現(xiàn)有改造燃煤硫分的運(yùn)行工況，需對氧化風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容改造。

（3）根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，現(xiàn)有廢水系統(tǒng)的處理能力偏小，導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)的氯離子濃度偏高。

3.2.2 脫硫改造方案選擇

根據(jù)兩臺機(jī)組運(yùn)行情況的不同，采取的改造方案分析如下：

3.2.2.1 #1機(jī)組脫硫系統(tǒng)改造工程方案

（1）吸收塔改造。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，該機(jī)組采用雙塔雙循環(huán)技術(shù)。改造內(nèi)容見表3。（2）氧化空氣系統(tǒng)改造。由于硫分增加較多，原有氧化風(fēng)機(jī)不能滿足要求，故一級吸收塔需更換兩臺氧化風(fēng)機(jī)，改造方案為：更換為兩臺單級高速離心風(fēng)機(jī)，一用一備。

3.2.2.2 #2機(jī)組脫硫系統(tǒng)改造工程方案

由上述性能評估可知，#2機(jī)組采用雙塔雙循環(huán)工藝設(shè)計(jì)，設(shè)置兩級吸收塔，吸收塔均采用空塔噴淋，且機(jī)組及脫硫公用系統(tǒng)均能滿足電廠脫硫超低排放改造的要求，無須再改造，但#2機(jī)組一級塔（原塔）噴淋支管磨損嚴(yán)重，需更換。

3.2.2.3脫硫廢水系統(tǒng)改造

根據(jù)對脫硫系統(tǒng)的分析，需更換大流量廢水旋流給料泵和廢水旋流器;采用NaOH作為廢水用堿，新增一臺卸堿泵，一座堿罐及兩臺堿計(jì)量泵;由于現(xiàn)有澄清池容量偏小，本次新建一座澄清池;對污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行更換原板框壓濾機(jī)。

4 電廠超低排放技術(shù)改造工程綜合評估

對該電廠1#、2#機(jī)組超低排放技術(shù)改造工程進(jìn)行綜合評估，監(jiān)測結(jié)果表明，監(jiān)測期間在相同煤種和工況（75%以上穩(wěn)定工況）條件下，1#機(jī)組顆粒物、SO2、NOX排放濃度值分別為7.1mg/m3、13mg/m3、6mg/m3，2#機(jī)組顆粒物、SO2、NOX排放濃度值分別為7.6 mg/m3、12 mg/m3、44 mg/m3。均符合《關(guān)于做好燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放改造項(xiàng)目評估監(jiān)測工作的通知》（新環(huán)發(fā)〔2016〕389號）的要求限值污染物低濃度排放要求（煙塵濃度<10mg/Nm3，SO2<35mg/Nm3，NOX<50mg/Nm3）。

5 結(jié)論

對該廠2×330MW超臨界壓力燃煤機(jī)組煙氣脫硝超低排放改造，兩機(jī)組均采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝，新增備用層催化劑，且#1機(jī)組改造空預(yù)器;除塵超低排放改造#1機(jī)組采用現(xiàn)有電除塵恢復(fù)性檢修+高頻電源+預(yù)留相變凝聚器+濕式靜電除塵裝置改造;#2機(jī)組在原有除塵裝置基礎(chǔ)上配套高頻電源，同時(shí)改造電控技術(shù)。煙氣脫硫超低排放改造#1和#2機(jī)組均采用雙塔雙循環(huán)方案，經(jīng)對改造工程進(jìn)行綜合評價(jià)，顆粒物、SO2、NOX排放濃度達(dá)到要求限制。

參考文獻(xiàn)

[1]黃建國.火電廠污染物對環(huán)境的影響[J].質(zhì)量與安全，2016（6）：219.

[2]王禹蘇，張蕾，陳吉浩，等.大氣中氮氧化物的危害及治理[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019（7）：137-138.

[3]梁松旺，王勤波，高明.PM2.5污染危害及防治措施的探討[J].科技視界，2014（25）：253.

[4]李博，王衛(wèi)良，姚宣，等.煤電減排對中國大氣污染物排放控制的影響研究[J].中國電力，2019，52（1）：110-117.

[5]安連鎖，王金平，酈建國，等.中國燃煤電廠電除塵技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用綜述[J].中國電力，2018，51（4）：115-123.

[6]中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會脫硫脫硝委員會.我國脫硫脫硝技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].行業(yè)綜述，2014（8）：18-21.

[7]王越.國內(nèi)火電廠脫硫技術(shù)現(xiàn)狀[J].廣東化工，2015，42（13）：134-135.

[8]趙琳，寧敏.我國煙氣脫硫脫硝技術(shù)現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2015（5）：116-117.

收稿日期：2020-03-21

作者簡介：朱淵（1989-），男，漢族，本科學(xué)歷，研究方向?yàn)槲廴经h(huán)境控制與管理。

通訊作者：朱新萍（1978- ），女，漢族，博士，教授，研究生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榄h(huán)境污染控制工程。