燃用高硫煤電廠的超低排放工程改造實(shí)踐

關(guān)鍵詞：高硫煤電廠；超低排放；工程改造；實(shí)踐

燃煤電廠在全球能源生產(chǎn)中一直扮演著重要的角色，因而其排放問題一直是環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的主要挑戰(zhàn)之一。由于燃煤電廠燃燒高硫煤所釋放的二氧化硫、氮氧化物和顆粒物等污染物，不僅會對大氣和水資源造成嚴(yán)重污染，還會對周邊生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，因此對燃用高硫煤電廠進(jìn)行超低排放改造已成為當(dāng)務(wù)之急[1]。本文旨在深入探討燃用高硫煤電廠的超低排放工程改造實(shí)踐，尋找可行的技術(shù)和方法，以提高能源利用效率，同時(shí)通過為燃用高硫煤電廠超低排放工程改造提供全面的指導(dǎo)和參考，推動清潔能源生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的協(xié)同發(fā)展。

1燃用高硫煤電廠超低排放改造前概況

某燃用高硫煤電廠440t/h 循環(huán)流化床鍋爐、配套電除塵器及脫硫系統(tǒng)于2014年投運(yùn)，現(xiàn)煙氣排放執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為SO₂＜400mg/Nm³、NOx＜ 200mg/Nm³、顆粒物＜ 30mg/Nm³，鍋爐煙氣原始參數(shù)如表1所示。因此，根據(jù)2015年國家發(fā)布的《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》要求，需對燃煤鍋爐脫硫除塵脫硝進(jìn)行超低排放改造，達(dá)到SO₂＜35mg/Nm³、NO_x ＜50mg/Nm³、顆粒物＜ 10mg/Nm³ 的超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

2超低排放工程改造技術(shù)路線分析

受場地、原工藝設(shè)備和投資等方面的限制，適合某燃用高硫煤電廠超低排放改造的技術(shù)路線主要有SNCR+SCR 脫硝+ 電袋除塵改造+脫硫系統(tǒng)超低排放改造、SNCR 脫硝+ 電除塵改造+ 單塔一體化超低排放改造2 種。

2.1技術(shù)路線一：SNCR+SCR脫硝+電袋除塵改造+脫硫系統(tǒng)超低排放改造

脫硝超低排放改造采用SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝，具體改造方案為在分離器入口水平煙道噴入尿素溶液脫去60% 的NO_x，采用H 型省煤器改造二、三級省煤器并引出煙道設(shè)置SCR 脫硝反應(yīng)器，SCR 反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置1 層脫硝催化劑。聯(lián)合脫硝工藝可以將NOx 排放濃度降至50mg/Nm³ 以下甚至更低，氨逃逸＜3ppm。

除塵超低排放改造方案是將1#電場的棒針線更換為RS 芒刺線，將電源更換為高頻電源；將2#、3#、4# 電場改造為超低排放袋式除塵，改造后電袋除塵器出口粉塵濃度＜ 10mg/Nm³。

脫硫系統(tǒng)超低排放改造方案是將塔體加高3.2m，增加1 層湍流持液脫硫裝置，更換原噴淋管將其改為高效噴淋層并增加2層高效噴淋，更換部分漿液循環(huán)泵，增加1 層屋脊式除霧器，改造后SO₂ 排放濃度＜ 35mg/Nm³。

2.2技術(shù)路線二：SNCR 脫硝+ 電除塵改造+ 單塔一體化超低排放改造

脫硝超低排放改造采用SNCR 精準(zhǔn)噴氨脫硝工藝，具體方案為選用高精度小流量流量計(jì)對尿素溶液、除鹽水及稀釋后尿素溶液的流量進(jìn)行精確測量；采用脫硝專用小流量調(diào)節(jié)閥對尿素溶液和除鹽水的流量進(jìn)行精確控制；采用伸縮式脫硝噴槍，液路和氣路設(shè)置電動開關(guān)閥、手動調(diào)節(jié)閥及金屬浮子流量計(jì)[2]，對每一路噴槍進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；對分離器入口水平煙道的速度場、溫度場、濃度場進(jìn)行流場模擬分析，找出最佳噴槍布置點(diǎn)；在鍋爐空預(yù)器之前煙道上設(shè)置高精度氨逃逸檢測儀和超低排放NO_x 檢測儀，依據(jù)脫硝后煙氣中的氨逃逸和NO_x 濃度的變化，通過精準(zhǔn)噴氨深度脫硝控制程序?qū)姲绷亢蛧姲秉c(diǎn)進(jìn)行精確控制。精準(zhǔn)噴氨深度脫硝改造后，NO_x 排放濃度＜ 50mg/Nm³，氨逃逸＜8ppm。

靜電除塵器改造方案主要是將1# 電場棒針線和2#、3# 電場芒刺線更換為新型RS一體成型芒刺線，更換陰陽極振打裝置，矯正陽極板，更換4# 電場清灰輥刷，將原工頻電源更換為高頻電源，更換漏風(fēng)的人孔門等，改造后靜電除塵器出口粉塵濃度≤ 40mg/Nm³。

脫硫系統(tǒng)超低排放改造方案是將塔體加高3.2m，增加1 層湍流持液脫硫裝置，更換原4層噴淋管將其改為高效噴淋層并增加2層，更換部分漿液循環(huán)泵，將原屋脊式除霧器更換為管束式除塵除霧器。改造后，SO₂ 排放濃度＜35mg/Nm³，粉塵排放濃度＜10mg/Nm³。

2.3超低排放工程改造方案

如表2的方案對比結(jié)果所示，某燃用高硫煤電廠超低排放工程改造項(xiàng)目存在場地窄、設(shè)備老化、燃煤含硫量高、改造工期短、改造費(fèi)用少等諸多難點(diǎn)，應(yīng)在保證排放指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的前提下，盡量利舊，減少改造項(xiàng)目，降低改造費(fèi)用。綜合考慮，最終選擇采用技術(shù)路線二進(jìn)行超低排放改造。

3超低排放工程改造存在問題和挑戰(zhàn)

3.1 技術(shù)上的難點(diǎn)和瓶頸

在燃用高硫煤電廠超低排放改造中，受不同煤質(zhì)和規(guī)模的影響，超低排放控制技術(shù)的長期穩(wěn)定性和可靠性成為燃煤電廠運(yùn)行的挑戰(zhàn)，特別是在高硫煤等高技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)條件下。此外，燃用高硫煤電廠超低排放改造可能需要大規(guī)模的投資，給一些電廠的財(cái)務(wù)狀況構(gòu)成壓力。

3.2監(jiān)管和管理方面的挑戰(zhàn)

監(jiān)管和管理方面存在一些挑戰(zhàn)，包括法規(guī)的不斷變化和執(zhí)行的復(fù)雜性。不同國家和地區(qū)的環(huán)境保護(hù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)可能不同，因此燃用高硫煤電廠為了適應(yīng)不同的法規(guī)體系及確保排放控制設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行，會建立有效的監(jiān)測和維護(hù)體系，這就對管理和技術(shù)團(tuán)隊(duì)提出了更高的要求。

3.3社會認(rèn)可和輿論影響

燃用高硫煤電廠改造涉及環(huán)境保護(hù)和社會責(zé)任問題，需要獲得社會認(rèn)可和輿論支持。而公眾對燃用高硫煤電廠的環(huán)境保護(hù)措施和排放問題持有高度關(guān)注，任何排放事故或環(huán)境污染事件都可能引發(fā)廣泛的輿論反應(yīng)。因此，燃用高硫煤電廠需要積極與社區(qū)及利益相關(guān)者溝通，建立信任感，增加透明度，提高社會認(rèn)可度。這需要燃用高硫煤電廠在公共關(guān)系和社會責(zé)任方面投入額外的資源，以平衡環(huán)保和經(jīng)濟(jì)考慮。

4超低排放工程改造實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)

4.1精準(zhǔn)噴氨深度脫硝技術(shù)

通過對SNCR 脫硝技術(shù)的深入研究和升級迭代，精準(zhǔn)噴氨深度脫硝技術(shù)在循環(huán)流化床鍋爐超低排放改造中得以實(shí)踐和應(yīng)用，大大降低了改造成本和運(yùn)行成本。在此次改造中，精準(zhǔn)噴氨深度脫硝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了440t/h 循環(huán)流化床鍋爐NO_x 濃度從200mg/Nm³ 降到40mg/Nm³ 左右，脫硝效率80% 的行業(yè)先進(jìn)水平，為燃用高硫煤電廠脫硝超低排放改造實(shí)踐出了新思路。

4.2高效旋匯耦合與節(jié)能高效噴淋脫硫技術(shù)

某燃用高硫煤電廠超低排放工程改造項(xiàng)目SO₂初始濃度高達(dá)12000mg/Nm³，為了穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，采用6 層節(jié)能高效噴淋、旋匯耦合深度脫硫和管束除塵除霧3種技術(shù)相結(jié)合的單塔一體化脫硫除塵深度凈化技術(shù)。關(guān)鍵的旋匯耦合器基于多相紊流摻混的強(qiáng)傳質(zhì)機(jī)理，利用氣體動力學(xué)原理，通過特制的旋匯耦合裝置產(chǎn)生氣液旋轉(zhuǎn)翻騰的湍流空間，氣液固三相充分接觸，氣液膜傳質(zhì)阻力大大降低，傳質(zhì)速率大大提高，從而提高了脫硫效率。

4.3管束除塵除霧技術(shù)

為降低系統(tǒng)阻力和改造費(fèi)用，對電除塵只做維修和升級改造，改造后除塵器出口粉塵濃度在40mg/Nm³，經(jīng)旋匯耦合和噴淋洗滌仍然達(dá)不到10mg/Nm³ 的顆粒物超低排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，高效管束式除塵除霧裝置是保證吸收塔出口顆粒物和石膏液滴穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的核心設(shè)備。管束式除塵除霧裝置特殊的氣動結(jié)構(gòu)，使得脫硫后煙氣中殘余的細(xì)小液滴與顆粒的產(chǎn)生凝聚、增重，在離心力的作用下被筒壁的液膜捕集[3]，實(shí)現(xiàn)細(xì)小霧滴與微塵顆粒從煙氣中的脫除，從而在吸收塔入口粉塵濃度高達(dá)50mg/Nm³ 時(shí)仍然可以達(dá)到10mg/Nm³ 的顆粒物超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

5超低排放工程改造后的效益分析

5.1改造投資成本分析

某燃用高硫煤電廠實(shí)施超低排放工程改造，一方面，改造的主要投資包括購置和安裝超低排放控制設(shè)備、脫硫與除塵設(shè)施的維修，雖然這些設(shè)備的價(jià)格較高，但其對于燃用高硫煤電廠能否達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要；另一方面，改造過程中可能需要停機(jī)維修，導(dǎo)致一定的生產(chǎn)損失，但長期來看，降低燃用高硫煤電廠污染物排放將有助于避免環(huán)境問題和法律風(fēng)險(xiǎn)，降低未來可能面臨的額外成本。綜合考慮，改造投資成本雖然較高，但在環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)經(jīng)營方面的長期效益使其成為合理的投資。

5.2運(yùn)行成本和維護(hù)費(fèi)用分析

某燃用高硫煤電廠實(shí)施超低排放改造后運(yùn)行成本主要涉及排放控制設(shè)備的能耗和維護(hù)費(fèi)用。如，SNCR 脫硝系統(tǒng)需要尿素或氨水作為還原劑，增加了尿素或氨水供應(yīng)和儲存的成本；濕法脫硫系統(tǒng)超低排放改造需要增加煙氣系統(tǒng)的阻力和漿液循環(huán)量，造成風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵的電耗上升。此外，為確保設(shè)備正常運(yùn)行，設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用也會增加。但這些額外的運(yùn)行成本與環(huán)境保護(hù)和法律遵從所帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn)及成本相比較，改造后的燃用高硫煤電廠運(yùn)行成本的增加是合理的，原因在于其有助于降低環(huán)境和法律方面的潛在成本。

5.3改造后的排放效果分析

對超低排放改造后某燃用高硫煤電廠的排放進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測和評估。如表3 所示，實(shí)施超低排工程改造后，某燃用高硫煤電廠的排放數(shù)據(jù)顯著改善，SO₂、NO_x、顆粒物排放濃度均明顯降低，達(dá)到了超低排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)。

5.4環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益分析

超低排放改造后，某燃用高硫煤電廠不僅實(shí)現(xiàn)了超低排放標(biāo)準(zhǔn)，還帶來了生態(tài)環(huán)境效益，環(huán)境治理水平顯著提高。首先，降低污染物排放有助于改善周邊生態(tài)環(huán)境，減少大氣和水體污染，保護(hù)人們的健康和生活質(zhì)量。其次，燃用高硫煤電廠超低排放改造后符合環(huán)境保護(hù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，可避免可能的法律訴訟和罰款，降低了法律風(fēng)險(xiǎn)。最后，改造后的燃用高硫煤電廠在環(huán)境友好方面的聲譽(yù)提升，使得燃煤電廠得以可持續(xù)經(jīng)營，為電廠帶來長期的經(jīng)濟(jì)效益。

6結(jié)束語

綜上所述，通過深入探討某燃用高硫煤電廠超低排放工程改造的關(guān)鍵點(diǎn)，分析排放問題、介紹超低排放技術(shù)、分析實(shí)踐案例、分析改造工程效益及存在的問題和挑戰(zhàn)，發(fā)現(xiàn)通過工程改造使燃用高硫煤電實(shí)現(xiàn)超低排放要求，不僅是一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)，也是一項(xiàng)環(huán)境保護(hù)和社會責(zé)任。相信通過堅(jiān)定的承諾和合作，能進(jìn)一步推動燃用高硫煤電廠向更環(huán)保、更可持續(xù)的未來邁進(jìn)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的雙贏局面。

作者簡介

熊佑豪（1975—），男，漢族，四川安縣人，高級工程師，高級技師，碩士，研究方向?yàn)榈吞寂欧拧?/p>

加工編輯：馮為為

收稿日期：2024-06-07