燃煤电厂超低排放系统评价关键技术研究

刘晓冰 赵健

（1.华电潍坊发电有限公司，山东 潍坊 261000）

（2.浙江大学能源工程设计研究院有限公司，浙江 杭州 310007）

随着我国经济的发展和社会的发展，能源消耗量逐渐增加，环境问题也越来越严重，社会也逐渐重视废气污染物的排放和治理。目前，我国主要采用脱硝-脱硫-燃煤发电相结合的方式实现超低排放技术的工程设计，并根据适合社会发展的技术方法进行分析比较，是控制污染影响的主要途径。此外，化石原料消耗的增加将引发能源危机，对人们的健康和生活质量产生负面影响。

一、超低排放概述

燃煤电厂的颗粒物排放仍然是我国大气PM2.5 的主要来源之一。燃煤发电仍是我国电力供应的主要动力，并将继续保持电力主导地位，因此，控制燃煤电厂的排放污染仍是我国电力供应的主要目标之一。目前，全国燃煤电厂超低排放改造已基本完成，重点区域微尘浓度控制在10mg/m3 以内，5mg/m3 以内。除了提高现有电除尘系统的效率外，还需要提高湿法脱硫装置的效率进行调节控制，以保证颗粒去除效率，必要时还需要增加湿法电除尘器。允许微粒排放浓度稳定在低水平。超低排放是指火电厂燃煤锅炉采用集成系统技术，在发电和处理过程中高效、和谐地去除各种污染物，使大气污染物浓度基本达到燃煤排放限值。燃烧单位，即NOx30mg/m3，SO225mg/m3，烟尘5mg/m3。

二、研究背景分析

由于现有清洁能源因使用大量煤炭而无法完全替代煤炭，因此实现超低排放技术创新、安装排放控制装置减少污染物排放、使用排污减排等目标是一个渐进的转变。国家出台燃煤改造计划后，燃煤电厂开始了烟气净化系统的升级改造。改造过程中，大唐-南京电厂充分考虑了各种净化设备的协同效应和烟气中各类有害气体的相互影响，在现有净化设备的基础上，对脱硫塔内部结构进行了升级改造。同时在脱硫塔出口安装辅助电除尘设备，主除尘设备升级为湿式电除尘设备。在脱硝方面，采用液氨还原脱硝技术，通过转化，大大减少了废气中的有害气体，使污染物排放达到超低排放限值，但转化成本较高。超低排放改造技术主要包括脱硫、脱硝和除尘。其中，脱硫一般采用湿法脱硫技术，主要是利用石灰石吸附烟尘，使排放的烟尘含硫量降低95%以上，是当今广泛应用的一种非常成熟、高效的脱硫技术。脱硝主要采用非催化脱硝技术和催化脱硝技术：非催化脱硝技术适用于含氮烟气的一次脱硝，可使烟气含氮量降低50%。该技术适用于含氮烟气二次脱硝，二次脱氮可使烟气含氮量降低90%。由于后者较贵，通常将两者结合使用，以降低烟气中的氮含量，以达到规定的标准。除尘主要采用电吸附除尘技术，现有湿式电吸附除尘装置可使烟气中颗粒物减少75%左右。

三、我国现有除尘技术

（一）静电除尘器

电除尘器的原理是将烟气中所含的粉尘通过电极排出，使粉尘带电，粉尘在电场张力的作用下向电极移动，由电极收集收集。电除尘器寿命长、维护成本低、应用范围广当国产电除尘器出口烟尘浓度限制在20mg/m3 时，50%以上的煤种适用于现有电除尘器，但静电除尘器适用于静电除尘器。除尘器耗电大，设备复杂，占地面积大，对粉尘电阻率要求高。

（二）滤袋除尘器

袋式除尘器是利用纺织面料的过滤作用除尘的干式高效除尘器，效率达到99.9%，排放绝对值基本不受粉尘特性的影响。滤袋寿命很短。由于滤袋过滤的烟尘浓度高，除尘频率高，特别是大颗粒烟尘和较硬烟尘的细化磨损严重。因此，滤袋的寿命通常较短，3a。虽然处理高温高电阻粉尘容易，但布袋除尘寿命主要由滤袋寿命决定。尤其不适用于附着力强、吸湿性强的粉尘。烟气温度不能低于露点温度。否则，可能会发生冷凝，滤袋可能会堵塞。

（三）湿式静电除尘器

湿式静电除尘器将水雾直接喷洒到电极和电晕区域，水雾在可见电极形成的强电晕场中带电，然后分裂并进一步喷射，使电场力与带电的雾发生碰撞。它对尘粒进行阻挡、吸附和凝聚，并集中收集，最后在电张力的驱动下，尘粒到达集尘极。由于湿式电除尘器目前还没有统一的设计选型标准，无法在相同烟气条件下比较不同湿式电除尘器的设计参数。湿式电除尘器置于脱硫系统后，占地面积小，对新机组布局影响不大，但对投产的老机组进行了改造。空间，湿式静电除尘器的布局将是一个很大的选择问题。

四、电厂“超清洁排放”工艺流程

电厂采用“超清洁排放”工艺主要包括锅炉、低氮燃烧、SCR 脱硝、静电除尘、布袋除尘、单塔双循环湿法脱硫、湿法静电除尘器和烟囱等。在具体实施过程中，电厂锅炉排出的烟气首先在锅炉内进行低氮燃烧处理，然后进行SCR 脱硝处理。其次，相关工作人员还必须对烟气进行静电除尘和布袋除尘措施，再使用引风机进行除尘处理。第三，工作人员需要加入一定量的石灰石粉，这样才能进行单塔双循环湿法脱硫处理。最后，湿式电除尘后，可轻松完成烟气的深度除尘，使排放的烟气达到环保要求。只有经过处理的烟气才能通过烟囱排出。此外，还需要相关人员在锅炉底部安装废渣容器，对低氮燃烧处理时产生的干渣进行处理。还需要在低氮燃烧过程中实现催化还原脱硝处理。

五、燃煤电厂超低排放技术实践分析评估

（一）基本概述

装机容量为600MW 的电厂2 机组采用电除尘器（高频电源）+石灰石-石膏湿法脱硫（两塔2 循环）+湿法电除尘器的技术路径。

（二）超低排放技术的实施

1.双循环脱硫结合湿式电除尘技术

在脱硫塔后高湿烟气条件下，湿式电除尘器提高了对颗粒物的带电能力，大大提高了脱硫塔携带的烟气和石膏、石灰颗粒的颗粒物去除效率。湿法脱硫后加装湿式电除尘器的技术路线，可以可靠地将微尘排放浓度控制在较低水平，在部分电厂，对于微尘排放限值为1mg 的电厂来说，是必然选择/立方米。安装湿式静电除尘器。电厂最大颗粒物排放浓度仅为1.5mg/m3，所有颗粒物排放数据均分布在5mg/m3 以内，其中93.8%分布在1mg/m3 以下。采用双塔双循环湿法脱硫湿法电除尘工艺，93.8%颗粒物排放浓度小于1mg/m3，100%颗粒物浓度小于3mg/m3，双塔双循环湿法脱硫湿法电除尘工艺适应性强，对颗粒物的控制能力非常稳定高效。有学者得出结论，双塔双循环工艺比单塔脱硫具有更好的颗粒去除效果，特别是对于直径较大的颗粒。通过工艺和数据对比，双塔双循环湿法脱硫湿法电除尘工艺是将颗粒物浓度可靠控制在1mg/m3 的技术路线。

2.除尘技术

(1)电除尘器吱吱作响引起的二次扬尘是电除尘器运行时不可避免的现象。也是判断颗粒物监测灵敏度和准确度的重要依据。位于主出口的PCME 181WS 颗粒物监测器准确地捕获了所有三个测试工厂中由静电除尘器包裹引起的粉尘峰值。其中，在电厂两塔湿法脱硫和湿法电除尘器的工艺条件下，在181WS 粉尘出口测得的电除尘器振动粉尘峰值仅为0.5mg/m3 左右。

(2)双塔双循环湿法脱硫工艺比单塔双循环具有更高的协同除尘效率，配备湿式电除尘器可增加并有效降低整个除尘系统的除尘峰值负荷能力。电除尘器的振动同时双塔双循环+湿式电除尘器是将颗粒物排放浓度降低到1毫克/立方米的可靠方法。

（三）脱硝技术

湿法氨法脱硫脱硝联合技术是当今最具性价比的脱硫脱硝技术之一。是对湿法烟气脱硫进一步研究的结果。它同时有效地去除二氧化硫和氮氧化物。这是一个非常经济的优势。其基本原理是在低温条件下将氧化氮氧化成二氧化氮，然后在水中与亚硫酸钠化合，在两级反应器中同时脱除二氧化硫和氮氧化物化合物。湿法氨法脱硫脱硝联合技术必须同时包括气体分配系统、等离子氧化系统、吸收反应系统和废气净化系统四部分。湿法氨法脱硫键合技术是目前正在研究的最成功的方法之一，如果参数选择正确，可以显着提高二氧化硫和氮氧化物的去除效率，同时还具有经济优势。

六、锅炉燃烧控制技术

（一）燃烧控制

给煤量通常随着负荷变化的需要而变化，但也受煤-空气比的影响。因此，在改变给煤量的同时，必须相应地改变一次风和二次风的进风量。负荷增加时先放空气，后放煤，负荷减少时先减少煤，再减少空气。给煤速度的控制一般通过改变给煤机的速度来实现，给煤机的速度控制应采用线性较好的变频调速方式。如果多台给煤机供煤，则必须有自己的校准回路，以实现自动或手动控制不同给煤机之间的无间断切换。

（二）风量控制

进入锅炉的气流包括一次风、二次风、回风、撒煤风等，这比典型的锅炉控制复杂得多。风量控制包括总风量和一次、二次风量的比例控制。总空气量主要由燃料输入量决定，一次空气的空气量在调节过程中有一个下限，即保证物料稳定流化的最小空气量。如果一次风量低于这个下限，物料的流态化被破坏，使燃料不能正常燃烧，出现结焦等问题。一次风与二次风的比例必须根据床温的变化进行调整。回风通常从一次风道吸入，具有风压高、风量小的特点，通常可以采用单回路控制的形式实现。该信号控制调节阀的开度以改变空气量。播煤风的作用是防止锅炉的热烟气返回给煤设备，防止设备损坏，压力必须高于炉膛压力。

（三）床压控制

床压控制也是循环流化床锅炉控制的特点之一。由于循环流化床锅炉在运行时不能直接检测上清液的厚度，所以只有浓相和稀相的区别。当高密度相区处于静止状态时，料层的厚度对锅炉的经济运行影响很大。料层太高，排气口阻力增大，料层太低，不能满足负荷。锅炉运行时，物料处于流体状态，通过测量一次风室与稀释搭档之间的压差和一次风量，可以间接测量出料层的厚度。通过调节床压，可以控制料层量。床压的控制可以通过控制排渣来实现。在排渣管底部安装脉冲阀控制排渣是一种比较有效的方法。一些小型循环流化床排渣管底部采用螺旋排渣器排渣，排渣口必须安装排渣阀控制排渣。

七、结语

总之，在对燃煤电厂进行超低排放改造评价时，可以重点关注：1、在选择超低排放改善技术路线时，应具体问题具体分析，根据电厂实际燃煤情况和电厂运行情况，选择合适的超低排放改善技术。2.在选择超低排放改造技术时，特别是选择超低排放改造，既要考虑技术的经济可行性，又要考虑技术的可靠性、稳定性和精密性。具有节能潜力的技术3.超低排放改造的技术适应性是提高管理和运行水平的重要方面之一。依靠技术手段来解决所有问题是不可能的。如果适当采取技术措施，同时提高管理和运行水平，超低排放转换将更加经济和有效。