燃煤發電機組煙氣超低排放改造技術路線分析

劉 馨

（華電環保系統工程有限公司，江蘇南京 210013）

燃煤發電機組煙氣超低排放改造技術路線分析

劉 馨

（華電環保系統工程有限公司，江蘇南京 210013）

結合實際案例以及多年來的工作經驗主要闡述了燃煤發電機組煙氣超低排放相關技術分析，僅供參考。

燃煤發電；煙氣排放；超低排放；改造分析

2014 年 9月 12日，國家發改委、環保部和能源局聯合下發了《關于印發〈煤 電節能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）的通知》，要求某些地區和容量的燃煤發電機組改造后大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值，即在基準氧含量 6％的條件下，粉塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高10mg/m3、35mg/m3和50 mg/m3。

更高的排放標準對現有燃煤發電機組的脫硫脫硝系統提出了更高要求，在環保部等各級部門的要求下不達標的火電機組必須在一定時間范圍內進行改造達標排放，華電內蒙古能源有限公司包頭發電分公司也在此次改造企業范圍內[1]。

1 項目概述

華電包頭于2003年9月18日成立，現有2×600MW（亞臨界凝汽式燃煤）發電機組，年發電量可達70 億kW·h。

目前實際煤種常規工況下SO2排放濃度在100mg/m3（標態，干基，6％O2），NOx 排放濃度在 100mg/m3（標 態，干基，6％O2）以下，粉塵排放濃度在20mg/m3（標態，干基，6％O2）左右，均不能夠滿足超低排放標準限值。因此有必要對機組開展煙氣超低排放的改造。

2 項目可行性分析

前期機組脫硝系統采用的是LNB+SCR 煙氣脫硝工藝，本次煙氣脫硝改造按照通過增加備用層催化劑對SCR煙氣脫硝系統進行提效即可。

前期脫硫系統采用的工藝為石灰石-石膏法，則本次煙氣脫硫增容改造部分仍按照石灰石-石膏濕法脫硫工藝進行設計。

目前國內已經具備了燃煤鍋爐脫硫、脫硝和除塵控制等多種技術的設計能力、工程實施和產品保障的能力，各項技術在國內均已經很成熟，不存在大的技術風險[2-4]。

3 技術改造

3.1 新增備用催化劑層降低氮氧化物質量排放濃度

針對本次改造出口NOx 排放濃度為 50mg/m3（標態、干基、6％ O2）的控制目標，相應煙氣脫硝效率須達到85.7％。考慮到SCR脫硝工藝本身能夠達到90％以上的脫硝效率，且包頭公司1、2號機組現已配套建設 SCR 脫硝裝置，因此本次改造對當前脫硝裝置進行提效改造。

提效改造共有兩個方案方案一：通過增加備用層催化劑核算原有催化劑+新增催化劑的整體使用壽命。方案二：按超低排放初裝單層催化劑量作為備用層催化劑添加量，在此基礎上核算整體化學壽命，以提高后續催化劑輪換的經濟性與簡易性。

由于催化劑化學壽命期后每次更換的催化劑量均與現有催化劑的活性和體積量息息相關，采用方案一則每次更換的催化劑量差異較大，相應催化劑模塊高度和荷載均不一致，每次更換催化劑均需校核催化劑荷載和調整吹灰器高度，不便于管理。而采用方案二，則催化劑化學壽命期后每次更換的催化劑量基本一致，初裝層催化劑更換后實現2臺機組催化劑規格一致。從長期的催化劑更換角度考慮，由于方案二可實現“2+1”的輪換模式，催化劑更換操作簡易，管理方便，長期來看經濟性略強，因此采用方案二作為改造方案。

3.2 雙塔雙循環脫硫增效降低SO2排放質量濃度

在確定了改造原則和設計基礎參數的條件下，脫硫超低排放改造方案的選擇在公用系統上基本相同，其主要差別體現在脫硫系統核心設備吸收塔上。

目前比較常見的吸收塔脫硫增容提效方法包括增加噴淋層、單塔雙循環（塔內增加托盤）以及雙塔雙循環等。

研究組中，35例（77.8%）患者為非常滿意，7例（15.6%）患者為滿意，3例（6.7%）患者為不滿意，總體滿意度為93.3%；對照組中，20例（44.4%）患者為非常滿意，15例（33.3%）患者為滿意，10例（22.2%）患者為不滿意，總體滿意度為77.8%，兩組患者的總體滿意度比較，研究組患者的總體治療滿意度高于對照組患者，差異具有統計學意義（χ2=22.236，P=0.000）。

吸收塔僅增加噴淋層脫硫效率提高有限，單塔雙循環與雙塔雙循環都是通過提高部分漿液pH值提高脫硫效率，而利用另外一部分漿液進行氧化結晶，但通過在吸收塔內設置托盤搜集漿液，從而減少了吸收塔數量。但是由于單塔雙循環技術方案建設時需要停機實現吸收塔的增高，無法滿足現有環保壓力下不允許開啟旁路的政策。而雙塔方案相對獨立，只要在工程建設期間做好舊塔的維護工作，理論上完全可以滿足機組的脫硫系統正常運行，實現不停機改造。因此在本次的脫硫改造中采用雙塔雙循環的工藝方案[5]。

在2013年的增容提效中已拆除了GGH，本次改造將二級塔建在原GGH框架處，一級塔和二級塔之間通過聯絡煙道連接。吸收塔內煙氣流速控制在3.8m/s以下，以確保煙氣和漿液的充分接觸。

在二級吸收塔入口煙道頂部與最底層噴淋層之間設置合金托盤，由于托盤可保持一定高度液膜，延長了煙氣在吸收塔中的停留時間，當氣體通過時，氣液接觸，可以起到吸收氣體中部分污染成分的作用，從而有效降低液氣比，提高了吸收劑的利用率，降低了循環漿液泵的流量和功耗。并在托盤上方形成湍流，與液滴充分接觸，大大提高傳質效果，獲得很高的脫硫效率。同時在頂層噴淋層下方塔壁設置寬約600～1 000mm 的聚氣環，也減少了SO2順塔壁的逃逸。

在新增二級塔除塵除霧裝置的選擇上，可以采用三級屋脊除霧器、旋匯耦合、冷凝式除霧器等。不同形式的除霧器配置有不同的工藝條件要求。

首先，因為一級塔塔內流速偏高，造成一級塔出口除霧器液滴含量較高，如使用三級屋脊除霧器則需要對一級塔進行擴徑降速處理，工程量大且工程難道高。

通過各方技術論證，新增二級吸收塔可配置冷凝式除塵除霧裝置。在吸收塔內布置三級屋脊式除霧器及冷凝凝并裝置，確保二級塔出口霧滴含量不高于20mg/Nm3、粉塵含量不高于 5mg/Nm3。在塔外新增循環水冷卻站，用于塔內冷凝凝并裝置中的循環水的降溫冷卻。

煙氣在二級塔內的處理過程為：鍋爐煙氣經電除塵器后粉塵濃度≤30mg/Nm3進入脫硫吸收塔，經過漿液洗滌后形成飽和濕煙氣。飽和濕煙氣通過冷凝式除塵除霧器的時候攜帶了大量的液滴，依次經過高效除霧器的除霧及整流后，進一步通過凝并裝置進行降溫，進而產生了大量的水汽并以粉塵作為凝結核。霧滴和粉塵形成大的液滴，在通過彎曲流道時產生足夠的離心力，使得霧滴被甩在覆有水膜的波紋板上，從而起到攔截粉塵以及霧滴的效果。

經過冷凝式除塵除霧裝置作用后的煙氣液滴含量低于20mg/Nm3，其中粉塵含量低于5mg/Nm3，完全能夠滿足超低排放的粉塵排放標準。同時為了避免裝置發生堵塞，對每一層除霧器的上下游均設置了合理的沖洗系統。運行期間可根據吸收塔各塔內件分層間的壓差大小設置報警定值，采用自動控制系統進行沖洗，以保證冷凝式除塵除霧裝置無結垢。

4 改造效果

包頭發電分公司1、2#機組超低排放改造后，于2016年11月1日進入168h試運行，粉塵、SO2、NOX排放小時均值為1.8mg/m3、17mg/m3和41 mg/m3，各項環保指標均優于燃煤機組排放標準，達到設計要求。

5 結語

通常電廠在選擇增容改造方案時主要考慮的因素有：SO2入口濃度、脫硫性能、停機工期、場地條件以及工程經濟效益等。本著因地制宜、設計合理、充分利舊的原則，需要對符合工藝設計要求的多種方案進行對比，從性能保證、施工周期及條件等進行全面的論證，以確定合適的方案提升性能，實現超低排放的目標。

[1]國家環境保護局.GB13223—2011.火電廠大氣污染物排放標準[S].北京：中國環境科學出版社，2012.

[2]聶鵬飛.某電廠600MW火電機組脫硫增容改造方案探討[J].電力科技與環保，2015，31，（3）：32-34.

[3]黃永琛，楊宋，陳辰，等.燃煤電廠粉塵超凈排放技術路線探討[J].能源與節能，2015，（3）：126-129.

[4]林朝扶，蘭建輝，梁國柱，等.串聯吸收塔脫硫技術在燃超高硫煤火電廠的應用[J].廣西電力，2013，（2）：28-31.

[5]王國強，黃成群.單塔雙循環脫硫技術在300MW燃煤鍋爐中的應用[J].廣西電力，2013，36（5）11-15.

Analysis on Technical Route of Ultra-low Emission of Flue Gas in Huadian Baotou Power Generation Company

Liu Xin

Combining practical cases and years of experience，the paper mainly expatiates on the technical analysis of ultra-low emission of flue gas from coal-fired generating units，which is only for reference.

coal-fired power generation；flue gas emission；ultra-low emission；transformation analysis

F406.7；X773

A

1003-6490（2016）08-0099-02

2016-08-06

劉馨（1982—），女，江蘇連云港人，工程師，主要從事火電廠煙氣污染控制工藝設計及其工程技術應用工作。