超超临界燃煤发电机组大气污染物超低排放方案选择

李中存,徐刚华,杨美聪,于 飞

(1.皖能铜陵发电有限公司,安徽铜陵244011；2.上海发电设备成套设计研究院,上海200240)

超超临界燃煤发电机组大气污染物超低排放方案选择

李中存1,徐刚华1,杨美聪1,于 飞2

(1.皖能铜陵发电有限公司,安徽铜陵244011；2.上海发电设备成套设计研究院,上海200240)

针对一台1 000 MW拟建机组提出了大气污染物治理措施,确定了超超临界燃煤发电机组脱硝、除尘、脱硫等超低排放方案,以避免机组刚投产即需进行改造的局面。

火电机组；大气污染物；超低排放

《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020)年》要求加强新建机组准入控制,严控大气污染物排放。国内东部和中部地区新建机组原则上达到或接近燃气轮机组排放限值［1］：在基准氧体积分数φ(O2)=6%条件下,烟尘、SO2、NOx排放质量浓度分别不高于10 mg/m3、35 mg/m3、50 mg/m3。某拟建1 000 MW火电机组位于中部地区,为达到超前规划,避免机组刚投产即需进行改造的被动局面,机组采用大气污染物超低排放技术,使大气污染物质量浓度排放限值达到燃气轮机组标准。

1 原设计方案

原设计烟气处理为全容量SCR脱硝+干式静电除尘器(高频电源)+石灰石-石膏湿法脱硫。污染物排放指标见表1。

表1 原设计污染物排放质量浓度mg/m3

采用选择性催化还原法(SCR)脱硝装置,2+ 1层(备用层)蜂窝型催化剂,2层催化剂体积约860 m3。脱硝系统入口烟气中NOx质量浓度为350 mg/m3,NOx脱除率不小于80%(备用层催化剂不投运),脱硝系统出口NOx质量浓度≤70 mg/m3。

采用2台三室五电场静电除尘器,每台有效断面积763 m2,比集尘面积(BMCR工况) 135.4 m2/(m3·s),且全部电场采用高频电源,保证除尘效率大于99.85%。电除尘器出口烟尘质量浓度≤47 mg/m3(校核煤种为56.5 mg/m3)。

采用石灰石-石膏湿式烟气脱硫工艺,空塔喷淋技术,塔内四层喷淋层,脱硫效率不低于96.2%,不设烟气旁路系统和烟气-烟气再热器(GGH),SO2排放质量浓度≤38 mg/m3(脱硫校核煤种为96 mg/m3)。脱硫装置附带50%的除尘效率,脱硫装置出口(烟囱入口)烟尘质量浓度为≤23.50 mg/m3(校核煤种为28.25 mg/m3)。

2 超低排放方案

炉后大气污染物超低排放方案：全容量SCR脱硝+低温省煤器+低低温静电除尘器(高频电源供电)+石灰石-石膏湿法脱硫+湿式电除尘器,不设GGH。具体参数见表2。

表2 大气污染物超低排放质量浓度mg/m3

2.1 脱硝方案

采用锅炉低氮燃烧技术,降低炉膛出口NOx质量浓度,保证锅炉出口NOx排放质量浓度不超过250 mg/m3(φ(O2)=6%)；脱硝采用全容量SCR工艺,液氨为还原剂。为适应机组运行期间煤质变化、保证锅炉低氮燃烧器排放质量浓度的适度裕量,脱硝装置入口NOx质量浓度取300 mg/m3,催化剂层数按“3+1”考虑(即三层催化剂层运行,一层催化剂层备用)。脱硝保证运行效率为85%,NOx排放质量浓度小于45 mg/m3,达到燃气轮机排放要求。

2.2 除尘方案

2.2.1 低温省煤器+低低温电除尘器组合式除尘系统

在原电除尘器入口前设置低温省煤器装置,将进入电除尘烟气温度由128℃降至85℃ (设计值),原电除尘器改造为低低温电除尘器。除尘器本体增设绝缘子热风吹扫装置,防止绝缘子结露；原灰斗电加热更改为蒸汽加热,加热面积不少于灰斗2/3,确保灰斗内干灰下料顺畅。

优化为低低温电除尘器后,烟气中的粉尘比电阻降低,烟气的体积流量减少,除尘器比集尘面积增大至156.0 m2/(m3·s)(BMCR工况),保证除尘效率大于99.90%；同时烟气温度降低至露点以下,烟气中的SO3与水蒸气结合,生成硫酸烟雾附着在尘粒的表面而被附带去除。

2.2.2 湿式电除尘器

在脱硫吸收塔和烟囱之间,增设一电场的湿式电除尘器(WESP),除尘效率大于75%。

WESP对粉尘的捕集原理与干式电除尘器(ESP)相似,不同之处在于WESP取消传统振打清灰方式,而用一套喷淋系统取代振打系统,或采用自身水膜自清灰技术。WESP通过水喷淋系统在阳极板上形成连续而均匀的水膜进行清灰,无振打装置,流动水膜将捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出。由于取消振打,避免了二次扬尘的出现,同时电场中有大量饱和水汽,可以大幅降低粉尘比电阻,提高运行电压,因而能实现接近零排放,以达到WESP更高的收尘效率,脱除SO3、PM2.5等污染物的目的。

WESP原理见图1。

图1 WESP原理图

2.3 脱硫方案

脱硫方案采用单塔双循环石灰石-石膏湿法脱硫技术,脱硫效率不低于98.7%。

单塔双循环技术吸收塔内设置收集碗,将吸收塔内喷淋层分为上下两级,下级喷淋层共二层,上级喷淋层共四层。上下两级喷淋层分别对应独立的循环浆池,每级循环具有不同的运行参数。烟气通过吸收塔后经过两次SO2脱除过程。流程见图2。

图2 单塔双循环流程图

第一阶段(下环回路)起预吸收作用,去除粉尘、HCl和HF,部分去除SO2,使第二阶段不需面对HCl、HF和粉尘对吸收过程的有害效应。第一阶段回路中,循环浆液p H值控制在4.0～5.0,保证充分的亚硫酸钙氧化效果和充足的石膏结晶时间。第二阶段(上环回路)主要发生CaCO3吸收SO2的反应,为优化吸收反应,p H值一般控制在5.8～6.4较高的水平,实现SO2高效率吸收,石灰石相对过量,可以应付负荷的变化,从而保证脱硫效率。

3 结语

采用超低排放措施后,机组运行中烟尘、SO2、NOx排放质量浓度分别为3.92 mg/m3、13.2 mg/m3、45 mg/m3,大气污染物浓度排放限值达到燃气轮机组标准,满足了国家规定的排放限值要求。

［1］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB 13223-2011火电厂大气污染物排放标准［S］.北京：中国环境科学出版社,2012.

Solution Selection for Ultra-low Emission of Air Pollutants from Ultra-supercritical Coal-fired Units

Li Zhongcun1,Xu Ganghua1,Yang Meicong1,Yu Fei2
(1.Wenergy Tongling Power Generation Co.,Ltd.,Tongling 244011,Anhui Province,China；2.Shanghai Power Equipment Research Institute,Shanghai 200240,China)

For a 1 000 MW ultra-supercritical coal-fired unit to be constructed,measures of air pollution treatment was proposed,including the determination of ultra-low emission schemes in the aspect of denitrification,dust removal and desulfurization,etc.,so as to prevent the unit from needing modification just after being put into operation.

thermal power unit；air pollutant；ultra-low emission

X51

A

1671-086X(2015)03-234-03

2014-09-04

李中存(1983-),女,工程师,主要从事火力发电厂基建及运行管理工作。

E-mail：13856297907@163.com