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                燃煤发电厂烟尘治理技术路线探讨

                [2015-01-22] 点击:

                摘要:目前燃煤机组最常用的除尘设备是静电除尘器。静电除尘器除尘效率最高可达到99.9%,但因受到飞灰特性和烟气温度等因素的影响,静电除尘效率会有所降低。近年来一些应用了新技术的静电除尘器出现,提高了除尘器的效率

                中国能源建设集团广东省电力设计研究院 广州 510663罗海中 曾少雁

                [摘要] 针对火电厂污染物超清洁排放要求,分析当前最新污染物控制技术,提出电厂实现超清洁排放的技术路线。

                [关键词] 湿式电除尘器;高效脱硫;全负荷脱硝;超清洁排放Highly Clean and Environmental Process Technical Proposal of Power PlantLuo Hai-zhong Zeng Shao-yan,(Guangdong Electric Power Design Institute of China Energy Engineering Group, Guangzhou, 510663)Abstract:According to the current highly clean emission requirements of power plant, analyse the lasted pollution control technology and provide feasiblehighly clean and environmentally friendly process technical.Keyword: Wet Electrostatic Precipitator;Highly-efficient desulfurization;Full Load Denitration;Highly clean emission

                1、前言

                随着《大气污染防治行动计划》的颁布实施以及《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020 年)》通知的联合发布,各发电企业为争取项目审批,对污染物控制提出了高于现行火电厂排放标准的防治要求,纷纷以燃气轮机机组排放限值作为参考,即要求烟尘、SO2和NOx 排放浓度分别不超过5、35、50mg/Nm3(6%O2,干基)。针对以上的超清洁排放要求,传统的脱硝+除尘器+湿法脱硫的工艺路线已无法实现,需提出满足要求的更高效、清洁的污染物控制技术路线。

                 2、烟尘治理路线

                目前燃煤机组最常用的除尘设备是静电除尘器。静电除尘器除尘效率最高可达到99.9%,但因受到飞灰特性和烟气温度等因素的影响,静电除尘效率会有所降低。近年来一些应用了新技术的静电除尘器出现,提高了除尘器的效率:

                1)配置高频电源,强化对粉尘的荷电,减轻后续电场荷电压力[1]。

                 2)烟气调质装置,降低飞灰的比电阻,使比电阻高、难去除的粉尘变成易于荷电、易于振打清灰[1]。

                3) 低温静电除尘器,除尘器入口温度运行在90~95℃,烟气中酸性物质在粉尘表面的微孔中结露,形成电解质的表面,降低了表面比电阻,使粉尘变的容易荷电与清除。

                4) 移动电极静电除尘器,移动电极区的粉尘趋进速度要比常规电场高,有利于捕集高比电阻或者粒径较小的粉尘。

                除了烟气调质造价高,效果与低温静电除尘器相近,不适合同时采用外,其它几种强化静电除尘器收尘效率的措施可以同时采用,可以取得较好的收尘效果。组合的设计原则一般是:低温静电除尘器+电场设置高频电源+末电场设置移动电极。与常规静电除尘器相比,新技术能耗低,对煤种适应性好,除尘效率高,除尘器出口烟尘排放浓度可以达到15~20 mg/Nm3。

                然而,即使除尘器出口的烟尘含量可以达到更高的水平,烟气经过湿法脱硫装置后,可能有石膏携带现象发生,从而造成烟尘含量增加。因此,需要对脱硫后的烟气进行再次除尘方能确保烟尘的超清洁排放,脱硫后湿式除尘器的设置必不可少。

                湿式电除尘器的原理与干式静电除尘器类似,但是168彩票尘器对细小颗粒以及酸雾、气溶胶等有很高的捕集效率,细小颗粒捕集效率保证值可以达到70%~90%,对酸雾的捕集效率可以达到50%~80%。

                综上,实现烟尘超清洁排放的路线如下:低温静电除尘器+高频电源+移动电极,使脱硫前烟尘含量控制在15~20 mg/Nm3;脱硫后设置湿式电除尘器,使烟尘排放浓度控制在5mg/Nm3(6%O2,干基)以下。

                3、高效脱硫技术

                目前燃煤机组最常用的脱硫工艺是石灰石-石膏湿法脱硫,大部分电厂长期运行的脱硫效率在95%以上,但长期运行超过98%脱硫效率的工程较少。要实现SO2 的超清洁排放,脱硫效率需达到98%甚至更高。高效的湿法脱硫技术有:双循环技术、双托盘技术、双回流液柱塔技术、FGDplus 技术、湍流子技术等。

                双循环技术相当于烟气经过了两级浆液循环,一级循环浆液pH控制在4.6-5.0,保证亚硫酸钙氧化效果和充足的石膏结晶时间。二级循环实现主要的脱硫洗涤过程,pH 控制在5.8-6.4[3],可保证较高脱硫效率。

                双托盘技术是在吸收浆液喷嘴下部设置两层托盘,托盘产生的阻力造成气体流量均匀地分布在塔截面。在气体和浆液刚接触时形成了这种阻力使浆液均布,使浆液与烟气接触更充分,从而提高脱硫效率。双回流液柱塔技术的吸收塔采用U 型结构,U 型塔两侧均设置浆液喷射装置。烟气自塔左侧顶部进入,从塔右侧顶部排出,在塔内与浆液柱进行多次接触。浆液向上喷射并自由落下,液滴的破碎和凝聚一直发生,不断产生新表面,促进了SO2 的吸收。

                FGDplus 技术与双托盘技术类似,是在吸收塔浆液喷嘴下部设置烟气均布装置,使烟气均匀分布,并在装置内部形成液膜,烟气从液膜通过时,与浆液充分接触,从而提高脱硫效率。类似的烟气均布技术还有旋汇耦合器(或称湍流子)。高效脱硫技术已在电厂脱硫中逐步实施,根据已建成项目的实施效果,脱硫效率可达到98%以上,满足SO2 超清洁排放要求。

                4、全负荷脱硝技术

                目前燃煤机组最常用的脱硝技术是炉内低氮燃烧+炉后SCR 工艺脱硝。

                多年来各大锅炉厂开发积累了多种低NOx 煤粉燃烧技术,目前采用的是第3 代高级复合空气分级低NOx 燃烧系统,锅炉出口NOx性能保证值一般在200~250mg/Nm3,甚至有些电厂锅炉出口NOx 浓度性能保证值降低到150~200mg/Nm3。炉后SCR 装置脱硝效率只需达到75~85%,采用2 层催化剂+1 层备用,即可实现超清洁排放。

                然而,为避免NH4HSO4 在空预器内凝结堵塞空预器,SCR 运行最低烟温限制值为300~320℃,因而当锅炉负荷降低到50%BMCR 附近时,脱硝装置不得不停止喷氨,难以保证低负荷条件下NOx 浓度达到要求。但是通过一些措施,在低负荷下提高SCR 入口烟温,可以做到全负荷区域脱硝。可以考虑的措施包括:

                1)省煤器烟气旁路,用高温的旁路烟气加热省煤器后烟气。

                2)省煤器给水旁路,在省煤器给水入口引出一路给水旁路,直接进入水冷壁,减少省煤器吸热,间接提高排烟温度。

                3)省煤器上下分级,上级省煤器布置在SCR 入口上游,下级省煤器布置在SCR 出口。

                 4) 设置“0 号”高加,在汽轮机高压缸上增加一个抽汽口和一级高压加热器,当负荷降低时,投入这级增加的高压加热器,通过提高给水温度,减小换热量以提高烟气烟温。

                 对于新建机组,首选省煤器上下分级方案,既不影响锅炉效率,也不影响锅炉省煤器的造价。如果对低负荷脱硝范围要求不高,比如只要求最低脱硝负荷为50%时,也可以采取给水旁路的方案。对于改造机组,如果要求宽负荷脱硝,例如30%~100%都要脱硝,推荐烟气旁路方案;若脱硝负荷要求较窄,例如50%~100%负荷脱硝,推荐给水旁路方案。

                5、结论

                 综上所述,燃煤发电厂超清洁排放的技术路线为:最新低氮燃烧→全负荷SCR 脱硝→低温电除尘(高频电源+移动极板)→高效脱硫→湿式电除尘。该技术路线可实现目前国内燃煤电厂大气污染物的超清洁排放,使烟尘、SO2和NOx 排放浓度达到5、35、50mg/Nm3(6%O2,干基)的超清洁排放水平。

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