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干货 燃煤电厂超低排放技术路线与协同脱除

北极星环保网来源:《中国电机工程学报》作者:史文峥等2017/7/25 10:25:37我要投稿

北极星环保网讯:文中首先综述了高效烟气脱硝、脱硫和颗粒物脱除技术的发展。考虑到各个烟气净化单元设备彼此之间的相互影响,在超低排放路线的设计过程中需要兼顾考虑各个污染物装置的协同机制。在此基础上总结了3种现行的超低排放路线,分别是以低低温电除尘器、湿式电除尘器和电袋除尘器为核心可达到“超低排放”的技术路线,已有结果表明在合理配置污染物控制设备的条件下超低排放切实可行。

超低排放技术

关键词:燃煤电厂;PM2.5;超低排放;协同脱除;低低温电除尘器;湿式电除尘器;电袋除尘器

考虑到我国贫油少气富煤的化石能源结构,以煤炭为主的能源消费结构在我国仍将维持很长一段时间的主导地位,其中煤炭的消费主要集中在电力、钢铁、水泥等行业。伴随着大量煤炭的消耗,同时带来了氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)以及细颗粒物(PM2.5)等大气污染物的大量排放。

其中二氧化硫和氮氧化物不仅会造成酸雨等危害,同时也是PM2.5的重要前体物,在大气中发生化学反应生成二次颗粒物,与直接排放的一次颗粒物一同成为大气中PM2.5的最主要来源[1]。PM2.5在大气环境中的持续高浓度存在已经在我国引发大范围的雾霾天气,对人民生产生活与身心健康都造成了不容忽视的伤害[2]。

因此,严格控制二氧化硫、氮氧化物和粉尘等大气污染物排放势在必行。具体而言,2014年,全国工业废气排放量694190亿立方米(标态),二氧化硫排放量1974.4万吨,氮氧化物排放量2078.0万吨,全国烟(粉)尘排放量1740.8万吨,这其中31.4%的二氧化硫排放、34.3%的二氧化氮排放和15.6%的烟(粉)尘排放来自电力、热力生产和供应业[3]。

考虑到煤电又是我国发电的最主要形式,截止到2014年底,全国发电总装机容量13.6亿千瓦,其中煤电装机容量8.25亿千瓦,占总装机容量的60.7%,耗煤量28.12亿吨,占全国能源消耗总量的66%,可见燃煤电厂的污染物排放控制对我国大气环境的治理和改善具有关键性作用。

为此,在环保排放要求日益严格的压力下,针对燃煤电厂的污染物排放,“超低排放”的技术理念被提出并取得了一定的业内共识。关于烟气污染物超低排放(亦被称作“近零排放”“趋零排放”“超净排放”“低于燃机排放标准排放”等)的具体标准,根据《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》(发改能源[2014]2093号文)的要求,对于东部地区的新建燃煤发电机组烟气污染物排放基本达到燃气轮机排放限值,即在基准氧含量6%条件下,烟尘、SO2、NOx排放浓度分别不高于10、35、50mg/m3的称为超低排放。

我国燃煤电厂当下所采用的污染物脱除设备,由于历史原因大多是在不同时期逐渐改造或加装实施的,也因此造成了每项污染物脱除设备功能单一,各单元设备之间简单串联使用,缺乏整体协同的观念,单个设备对不同种污染物的影响规律并不明晰,甚至导致不同设备上下游之间的不利影响,造成了不必要的损失和浪费。

另外,在污染物脱除过程中产生的新污染物,如SCR中产生的三氧化硫和氨逃逸,脱硫过程中造成的“石膏雨”现象都对污染物协同治理实现超低排放提出了更严格的要求。

为此,实现烟尘、SO2和NOx的同时超低排放,规划合理的技术路线,既要提高脱硫、脱硝、除尘各个环节相应的脱除效率,也要在优化参数的同时保证污染物控制设备的长期稳定运行,更要考虑烟气净化系统之间的协同作用,在实现超低排放目标的同时降低能耗、物耗,真正达到污染物共同去除的目标。

1高效污染物控制技术

1.1燃煤脱硝技术的发展

目前燃煤发电机组氮氧化物控制技术主要包括燃烧中的脱硝技术和烟气脱硝技术,其中燃烧中的脱硝技术是低氮燃烧技术(LNB),烟气脱硝技术主要是选择性催化还原技术(SCR)[4]。低氮燃烧技术通过在炉膛中部布置附加燃尽风喷嘴,实现分级燃烧,降低炉内温度,抑制NOx的生成。其优点在于成本低廉,适用范围广,可操作性强,对于合适煤种可实现锅炉出口NOx排放浓度控制在250mg/m3以下[5-6]。SCR技术已在电厂中广泛应用。

但由于其价格高昂,需要定期更换催化剂,并且SCR技术最主要的问题在于低负荷下省煤器出口烟温较低,不能满足催化条件[7]。为解决这一问题,可根据锅炉实际情况采用相应措施。如:

1)引一路高温烟气通入SCR进口烟道混合,提高SCR进口烟气温度;2)提高给水温度,减少省煤器的冷端换热温差,以减少省煤器对流换热量,使省煤器出口烟气温度提高;3)降低通过省煤器换热面管内的水流量,从而降低省煤器的换热量,使省煤器出口烟气温度提高;4)将部分省煤器受热面移至脱硝装置后的烟道中,脱硝装置前布置比原设计相对较少的省煤器面积,提高进入脱硝装置的烟气温度。

以上措施可以使全负荷下脱硝温度都在310~400℃的催化温度范围内[5]。随着NOx排放标准的提高,仅仅依靠SCR技术来满足超低排放要求的技术经济性并非最优。

因此,更成熟的控制NOx技术路线是LNB技术和SCR技术的联合使用,通过采用炉内低氮燃烧技术,可以使SCR进口NOx浓度约为250mg/m3,假定SCR脱硝效率为85%,则SCR出口NOx浓度约为37.5mg/m3,低于50mg/m3,符合超低排放要求。

此外SNCR技术由于其成本低廉,初期投资约为SCR投资的一半,虽然脱硝率只有30%~50%,但由于改造容易,运行费用低,在对老锅炉进行排放改造时可因地制宜考虑此技术[6]。

延伸阅读:

燃煤电厂烟尘超低排放技术路线比选研究

超低排放技术路线那么多 到底如何选

燃煤电厂烟气污染物超低排放技术路线分析

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