340MW煤電機組化學團聚強化除塵系統的運行

文_占阜元 潘喜桂 熊昌勇 國能豐城發電有限公司

隨著碳達峰碳中和發展戰略的不斷深入，我國以燃煤為主的能源結構將發生根本性調整。據統計，2020年我國煤炭的火力發電量仍占總發電量的57%。火電廠在我國電力行業的占比仍然很大，而以煤炭為主的化石燃料燃燒產生的PM2.5顆粒物仍是我國城市和區域大氣的首要污染物，對人體健康和可持續經濟發展造成嚴重的威脅。

目前而言，現有燃煤電廠運行的除塵技術和裝置（包括靜電除塵和布袋除塵），對粗顆粒物（粒徑dash＞2.5μm）的除塵效率可達99%以上。這些除塵設備對細飛灰顆粒的捕獲率相對較低，雖然細飛灰顆粒的質量占比較小，但以顆粒的數量計可達到飛灰總數的90%以上。減少PM2.5細飛灰顆粒的排放污染是國家節能減排戰略的重大需求，提高除塵器對PM2.5細飛灰顆粒的脫除效率迫在眉睫。

為了強化細飛灰顆粒脫除效果，在傳統除塵器前設置預處理系統，使細飛灰顆粒通過物理或化學作用團聚成較大粒徑，可以有效提高除塵器對細飛灰顆粒的脫除效率。目前，預處理階段細飛灰顆粒團聚的方法主要有磁團聚、熱團聚、聲團聚、電團聚、湍流邊界層團聚和化學團聚等。這些團聚技術都在一定程度上可以促進細飛灰顆粒團聚成大粒徑，但在大規模工業應用方面，大都存在如效率低下、結構復雜、不適用等缺陷。其中，化學團聚方法就是在除塵裝置前噴入化學團聚劑，利用飛灰顆粒與化學團聚劑霧滴、顆粒與顆粒間的物理化學作用促使細顆粒團聚形成大粒徑，再被除塵器加以脫除。

大量研究表明，化學團聚方法能有效提高現有除塵設備對細飛灰顆粒的脫除效率。有學者將濃度為0.5%的新型化學團聚劑噴入煙道，可使靜電除塵器對細飛灰顆粒的脫除效率提高至70%以上。我國也有學者在國內首次提出了運用化學團聚的方法提高電廠、水泥廠的除塵設備的除塵效率。陳富華等學者對化學團聚技術中團聚劑匯液室、空氣壓縮機、霧化噴嘴等設備的工業應用選型和經濟性進行了分析；研究發現，化學團聚技術與傳統除塵技術相比，初投資成本低，運行成本相對便宜，設備占地空間小。郭沂權等學者綜合考察了不同化學團聚液對300MW燃煤電廠靜電除塵器效率、電廠運行數據及大氣顆粒物排放特性的影響。秦占峰等針對300MW燃煤電廠的化學團聚系統進行了綜合考察，分析了細飛灰顆粒團聚技術對機組除塵效率、電廠運行參數以及經濟性的影響。楊曉媛等考察了化學團聚劑對細飛灰顆粒的凝并效果及對除塵效率的影響規律。朱洪堂等針對由表面活性劑、無機鹽和高分子絮凝劑構成多元團聚劑體系，研究了團聚劑對細顆粒團聚促進作用的影響。上述示范工程研究發現，化學團聚系統很大程度上增加了細飛灰顆粒的團聚效果，提高了現有除塵設備的除塵效率，運行維護成本低經濟性好，具有廣闊的應用前景。

本文針對某340MW燃煤機組的化學團聚強化除塵系統進行運行分析，主要考查化學團聚系統對燃煤機組運行排煙參數的影響規律。

1 系統簡介

本項目化學團聚系統位于某340MW燃煤機組，配套“低氮燃燒＋SCR脫硝裝置”、六電場靜電除塵器設備、石灰石石膏濕法脫硫設備以及在線監測系統等環保設施。鍋爐出口煙氣經選擇性催化還原脫硝裝置、空氣預熱器、化學團聚系統、靜電除塵器及石灰石濕法脫硫處理后排放至大氣環境。

在空預器出口噴入團聚混合液，化學團聚系統的關鍵設備由四大部分組成，即化學團聚劑制備系統、空氣壓縮系統、化學團聚劑霧化噴入系統以及運行監控系統，系統示意圖如圖1所示。化學團聚劑與工業用水混合后，經壓縮空氣霧化噴入空預器后的煙道內，煙氣中細飛灰顆粒團聚長大成大粒徑飛灰顆粒，一并被靜電除塵器捕集。

圖1 化學團聚強化除塵系統示意圖

2 運行數據分析

2.1 噴液母管流量變化

選取2021年8月20日至2021年9月20日一個月的運行數據進行分析，機組的負荷變化如圖2所示，選取時間內，最大功率為319.94MW，最小功率為127.58MW。機組負荷變化范圍較大，導致煙氣成分變化較大，化學團聚系統的噴液流量變化也較大，詳細變化趨勢如圖3所示。化學團聚系統的噴液流量隨著機組負荷變化，噴液流量根據脫硫出口煙塵濃度、引風機和除塵器等運行參數來進行控制。

圖2 機組負荷變化趨勢圖

圖3 噴液母管流量變化趨勢圖

2.2 煙氣溫度變化

在空預器后煙道，由于化學團聚混合液體和壓縮空氣的噴入，液滴升溫蒸發，吸收煙氣熱量，導致煙氣溫度降低。估算得出，噴入團聚劑溶液后，溫度降約為7～10℃。靜電除塵器前的煙氣溫度變化趨勢如圖4所示，最大值為130.5℃，最小值為106.5℃，與機組負荷的變化趨勢較為一致，隨著噴液量的增大，煙氣溫度并沒有大幅度的變化，這個結果也與上述理論分析的結果一致。由此說明，化學團聚的噴液對煙氣溫度的影響，在變負荷運行的情況下可以忽略,引起的煙氣溫度變化對煙道內尾部設備不會造成嚴重的積灰或腐蝕影響。

圖4 煙氣溫度變化趨勢圖

2.3 粉塵濃度變化

化學團聚劑溶液霧化噴入煙道后，強化了除塵器對細飛灰顆粒的脫除效果，提高了除塵效率。選取時間內，脫硫后的粉塵濃度變化趨勢如圖5所示。從圖中數據分析可知，雖然絕大部分時間內，均符合國家行業標準10mg/m3以內。因此，化學團聚系統的噴液控制情況良好。

圖5 粉塵濃度變化趨勢圖

2.4 煙氣濕度變化

脫硫后煙氣濕度的變化趨勢如圖6所示，煙氣濕度有明顯的變化，趨勢與化學團聚的噴液點有一定關系，主要由于間歇性噴液，噴液在煙道中蒸發，增加了煙氣含濕量，導致個別時刻的排煙濕度增大，最高可達40%。但是總體上，濕度相對比較穩定，在11%～16%范圍內波動。

圖6 煙氣濕度變化趨勢圖

2.5 其他氣體變化

脫硫后凈煙氣中SO2濃度平均值在13mg/m3，滿足行業標準35mg/m3以內。脫硫后凈煙氣中NOx濃度平均值在36mg/m3，滿足行業標準50mg/m3以內。O2含量相對比較穩定，在5%～11%范圍內波動，平均值為7.77%。

3 結語

本文針對某340MW燃煤機組的化學團聚強化除塵系統的運行情況進行分析，考察了系統運行效果和存在問題，得出的結論如下：

①化學團聚強化除塵系統運行情況良好，排煙各參數達到國家行業排放標準。

②由于化學團聚強化除塵系統的間歇性噴液，導致個別瞬時時刻的粉塵濃度過高、煙氣濕度較大，但是整體運行情況良好。