脫硫濕電一體化運行模式下水平衡控制技術(shù)及工程實踐

文 _ 張桂平 廣東珠海金灣發(fā)電有限公司

近年來國家對燃煤電廠煙氣排放要求日趨嚴格。2011年實施的《火電廠大氣污染物排放標準》對污染物排放濃度創(chuàng)歷史最嚴要求；2014年國家發(fā)改委、環(huán)保部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》，要求新建燃煤發(fā)電機組NOX、SO2及粉塵在基準氧含量6%條件下排放濃度閾值達到50mg/m3、35mg/m3、10mg/m3，一些地方政府在國家文件的基礎上提出了“50355”的超低排放要求；2015年，三部委再次聯(lián)合印發(fā)《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》，要求東部、中部和西部地區(qū)燃煤機組分別在2017年、2018年和2020年前完成超低排放改造。為響應國家環(huán)保政策，多數(shù)燃煤電廠在脫硫系統(tǒng)后面增加了濕式電除塵器，本文主要討論的就是新增濕式電除塵器后水量的合理控制，實現(xiàn)濕式電除塵器的廢水零排放。

1 濕式電除塵器工藝技術(shù)

本文討論的發(fā)電機組是國產(chǎn)2×600MW超臨界燃煤機組，脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法工藝，單塔，設置GGH，濕式電除塵器位于吸收塔出口和GGH入口之間，雙室1電場臥式、板式濕式電除塵器，收塵面積9386m2，附屬系統(tǒng)包括補水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、加堿系統(tǒng)。設計極板水膜水量（連續(xù)使用）95.1t/h，NaOH（32%）消耗量0.15t/h，BMCR工況工業(yè)補充水量和外排廢水量27.2t/h。

1.1 本體用水

濕式電除塵器本體用水包括三路，分別用于沖洗入口氣流均布板、陽極板和陰陽極系統(tǒng)同時沖洗。陽極板是連續(xù)噴淋，在電除塵正常投運過程中進行，用來清除陽極板收集的霧滴、粉塵等物質(zhì)。水路來源有兩個：一個是循環(huán)用水，用于沖洗電除塵前端的5塊（1#、2#、3#、4#、5#）極板；另一個來自工業(yè)水，用于沖洗電除塵后端的2塊（6#、7#）極板，氣體均布板噴淋管路和陰陽極同時沖洗的管路一般在電除塵投運期間投運，用來清理氣流均布板和陰陽極系統(tǒng)上的污垢等，水路來源為工業(yè)水。

濕式電除塵器前端4塊陽極板噴淋水回收至排水箱，通過向排水箱添加加氫氧化鈉調(diào)整其pH值至中性，一部分被排水泵輸送至沉淀系統(tǒng)，其余的溢流至循環(huán)水箱。后端的3塊陽極板噴淋水回收到循環(huán)水箱，通過添加加氫氧化鈉調(diào)整其pH值至中性，再通過循環(huán)水泵輸送供陽極板噴淋使用。

1.2 補水系統(tǒng)

補水系統(tǒng)設置工業(yè)水箱，通過補水泵加壓沖洗電除塵入口氣流均布板，陰陽極系統(tǒng)同時沖洗，6#、7#陽極板，并向其他水箱補水，使用后最終回收到循環(huán)水箱或排水箱，重復使用。

1.3 循環(huán)水系統(tǒng)

循環(huán)水的來源有三路：一是電除塵后端3塊陽極板的沖洗水經(jīng)灰斗流入循環(huán)水箱，主要是因為電除塵后端陽極板、陰極線收集的粉塵等污垢量較小，其沖洗水較為干凈，收集的水水質(zhì)較好，直接自流到循環(huán)水箱重復利用；二是經(jīng)排水箱初步沉淀后的溢流水；三是循環(huán)水箱補水，采用電動門調(diào)節(jié)，補水量根據(jù)循環(huán)水箱液位自動調(diào)節(jié)控制。所有進入循環(huán)水箱的水再通過循環(huán)水泵打到電除塵器噴淋使用，管路中安裝了自清洗過濾器，用于去除循環(huán)水中的懸浮雜質(zhì)，進入電除塵后主要用于沖洗電除塵的進口段。

1.4 排水系統(tǒng)

電除塵在連續(xù)運行過程中，循環(huán)水長時間沖洗水收集大量的石膏、粉塵等污垢，使水的含固率逐漸增加，需要定期外排以提高水質(zhì)的清潔度，避免噴嘴堵塞，保障系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，排水系統(tǒng)設計BMCR工況排水量27.2t/h，通過排水泵輸送至沉淀系統(tǒng)，進一步處理或排放。

1.5 液堿貯存與計量系統(tǒng)

電除塵運行過程中，噴淋水會吸收煙氣中的SO3和SO2以及吸收塔出口霧滴，具有較強的酸性，為避免系統(tǒng)管道和設備收到腐蝕，同時避免污垢在陽極板和陰極線上結(jié)垢，需要通過NaOH調(diào)整循環(huán)水的PH值。NaOH溶液采用汽車運輸，經(jīng)卸堿泵提升至堿貯存罐，由堿計量泵輸送至循環(huán)水箱和排水箱。

1.6 廢水處理系統(tǒng)

廢水處理系統(tǒng)對排水箱排出高含固率水進行處理，采用絮凝—沉淀工藝，頂部溢流的清水自流至清水池，用于沖洗吸收塔除霧器或排放至灰渣水系統(tǒng)，底部沉淀的泥水自流至泥水池，經(jīng)泥水泵輸送到脫硫系統(tǒng)石膏緩沖箱重復利用。本文所指的廢水即指沉淀池的溢流水和底部泥水，通過系統(tǒng)水量的調(diào)整和利用，實現(xiàn)廢水零排放。

2 脫硫濕電一體化運行水系統(tǒng)失衡

在水量平衡方面，濕式電除塵器和脫硫系統(tǒng)是一體化設計和運行，濕式電除塵器的排水經(jīng)沉淀后全部返回脫硫系統(tǒng)，澄清部分用于吸收塔除霧器第一、第二層沖洗水，底泥部分回收至脫硫緩沖箱，繼續(xù)返回吸收塔使用，運行過程中存在兩個問題：

（1）脫硫系統(tǒng)的用水全部來自工藝水箱，主要用途包括吸收塔除霧器第三第四層的沖洗、系統(tǒng)轉(zhuǎn)動設備機封水、制漿系統(tǒng)用水和各箱罐補水等，主要通過調(diào)整除霧器的沖洗頻次來調(diào)整系統(tǒng)的水平衡。濕式電除塵器投運后回收一部分吸收塔凈煙氣攜帶的霧滴，最終返回脫硫吸收塔，降低了煙氣系統(tǒng)的耗水量，加上濕式電除塵27.2t/h的廢水，導致脫硫系統(tǒng)水平衡失衡，常出現(xiàn)吸收塔液位過高、除霧器沖洗不及時壓差上升等問題，機組負荷較低時水系統(tǒng)失衡情況尤為嚴峻。

（2）濕式電除塵器外排水量受限時，電除塵后端的2塊（6#、7#）極板無法及時沖洗，運行過程中表面的污垢會越積越多，降低電除塵運行效率，同時電除塵循環(huán)水含固率逐漸增加，濾網(wǎng)的運行效果降低，導致噴嘴大量堵塞，影響除塵器運行的穩(wěn)定性。

3 系統(tǒng)優(yōu)化方案

濕式電除塵器和脫硫系統(tǒng)一體化水平衡的優(yōu)化方案必須綜合考慮吸收塔除霧器的沖洗、吸收塔液位的可控調(diào)節(jié)、濕式電除塵器極板的沖洗和循環(huán)水的含固率，原系統(tǒng)設計吸收塔除霧器第三、第四層沖洗水為工藝水，只有控制工藝水的適當使用才能保證除霧器的低壓差。同樣，濕式電除塵器6#、7#極板的沖洗也是工藝水，保證極板的清潔，就必須使用工藝水。因此，系統(tǒng)的優(yōu)化必須在保證有效沖洗頻次的基礎上進行。一是降低工藝水的使用量，降低系統(tǒng)用水的攝入量；二是合理利用濕電系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水。

3.1 改造濕式電除塵器陽極板沖洗#6管

原設計6#管使用的是工藝水，電除塵A側(cè)、B側(cè)各一根，每根管道水流量6.8t/h，優(yōu)化方案是將循環(huán)水管道和工藝水管道連接在一起，在6#管道入口的循環(huán)水和工藝水管道上各增加一個電動隔離閥，優(yōu)化后的6#管道既可使用工藝水，也可使用循環(huán)水，根據(jù)機組負荷等系統(tǒng)運行要求調(diào)整水源，當該管道使用循環(huán)水時，可降低濕式電除塵13.6t/h的工藝水攝入量，降低了50%的排水量。

3.2 吸收塔除霧器沖洗水水源改為濕電廢水

原設計濕式電除塵廢水用于沖洗吸收塔第一、二層除霧器，優(yōu)化改造將除霧器沖洗水管道材質(zhì)全部改為316L，在第一、二層和第三、四層之間增加一個聯(lián)通閥，實現(xiàn)第三、四層除霧器的沖洗既可以使用濕式電除塵器廢水，也可以使用工藝水。一般情況下，除霧器的沖洗水全部采用濕電廢水，即打開聯(lián)通閥即可，吸收塔用水需求增大時直接從濕式電除塵系統(tǒng)補水并快速置換，用于沖洗除霧器并向吸收塔補水，如遇檢修或設備運行要求，水源可隨時切換至原工藝水箱。此措施能夠完全消耗濕式電除塵器產(chǎn)生的廢水量。

3.3 增加一排水管道至鍋爐灰渣水系統(tǒng)

濕式電除塵排水經(jīng)沉淀后含固率較低且顆粒度小，pH值在6上下小范圍波動，灰渣水流量約120t/h，pH值約為10，將這個排水輸送至灰渣水系統(tǒng)，不會增加灰渣水處理系統(tǒng)的運行壓力，且能有效降低灰渣水的pH值，脫硫濕電一體化水平衡改造時，在濕式電除塵器水處理系統(tǒng)至吸收塔除霧器的母管上增加一路支管到鍋爐灰渣水處理系統(tǒng)，作為廢水的緊急排放點，并在灰渣水系統(tǒng)中循環(huán)使用，解決因突發(fā)情況造成系統(tǒng)水量過多的問題。這也為濕電酸性廢水和灰渣水堿性廢水中和研究建立了新的課題，包括氯離子富集，有待深入研究。

4 系統(tǒng)優(yōu)化后運行效果

系統(tǒng)優(yōu)化改造后，通過設備運行和停機檢查對脫硫濕電一體化水量控制、陽極板沖洗效果、除霧器沖洗水管路和除霧器表面清潔度等進行全面跟蹤檢查，運行效果良好。

（1）濕電產(chǎn)生的廢水完全回收至脫硫系統(tǒng)使用，包括用于沖洗除霧器的澄清水和濕電沉淀池的污泥，污泥排至緩沖箱后返回吸收塔使用，未造成脫硫系統(tǒng)水量過多的問題，且吸收塔用水需求量增大時，能及時通過濕式電除塵器補水置換獲得，滿足除霧器實時沖洗要求。從脫硫濕電一體化運行上來看，在滿足脫硫系統(tǒng)用水的情況下，新安裝的濕式電除塵器沒有增加清潔水的消耗量。

（2）濕式電除塵水系統(tǒng)沉淀池處理效果沒有因水量的增加收到影響，處理后的酸性澄清水與吸收塔pH值相當，未造成系統(tǒng)設備管道等的腐蝕，除霧器沖洗水管道和噴嘴無堵塞，除霧器表面干凈無污垢。

（3）系統(tǒng)優(yōu)化后水系統(tǒng)平衡控制良好，濕電到灰水系統(tǒng)的管路長時間處于備用狀態(tài)，未曾投入使用，想要利用濕電用水來解決灰水系統(tǒng)的堿性符合和鈣鎂離子結(jié)垢問題，需要進行充分的流量核算和pH控制，并且根據(jù)運行情況持續(xù)跟蹤灰水系統(tǒng)中的氯離子富集情況。

5 結(jié)語

在脫硫系統(tǒng)、濕式電除塵器一體化水平衡控制中，通過系統(tǒng)優(yōu)化，將濕式電除塵器陽極板沖洗水6#管水源由工藝水改為循環(huán)水，吸收塔除霧器四層除霧器沖洗水水源改為濕式電除塵水系統(tǒng)處理后的澄清水，有效降低了電除塵極板和除霧器沖洗對清潔水的消耗量，實現(xiàn)了脫硫濕電一體化運行的水量控制和濕式電除塵器的廢水零排放，改造后設備運行正常、系統(tǒng)控制高效，實現(xiàn)了系統(tǒng)設備的安全穩(wěn)定運行。

[1]GB13223-2011，火電廠大氣污染物排放標準[S].

[2]發(fā)改能源[2014]2093號，煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-1020年）[Z].

[3]環(huán)發(fā)[2015]164號，全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案[Z].

[4]郭永雄，張桂平，王東亞.WESP安裝關鍵質(zhì)量控制點控制措施探討 [J].能源環(huán)境保護，2017，31（2）：45-48.

[5]趙鵬，陳勇，蹇浪.濕式靜電除塵器在火電廠中的應用探討[J].能源與環(huán)境，2013（06）：95-96.

[6]楊群發(fā)，張桂平，侯劍雄等. 600MW機組超凈排放技術(shù)工程實踐及系統(tǒng)優(yōu)化[J].廣東電力，2016，29（8）：1-6.

[7]時超林，潘衛(wèi)國，郭瑞堂等.火電廠濕式靜電除塵器的發(fā)展現(xiàn)狀綜述 [J].電力與能源，2013，34（5）：493-496，499.

[8]趙琴霞，陳招妹，周超炯等.濕式電除塵技術(shù)及其在電廠的應用前景探討[J].電力科技與環(huán)保，2012，8（4）：14-26.

[9]劉鶴忠，陶秋根.濕式電除塵器在工程中的應用[J].發(fā)電設計，2012，3：43-47.