1000MW超超临界机组超低排放改造工程分析

本次改造喷淋吸收塔新增1层喷淋层和1层合金托盘,改造后按5层喷淋层(其中4层投运1层备用)加1层合金托盘设置。原吸收塔入口烟道上沿至底层喷淋层之间距离为3m,利用此空间增设1层不锈钢材质、3mm厚度的合金托盘。

改造原有的4层喷淋层,并在原顶层喷淋层上方新增1层喷淋层,喷淋层间距为2m,新增喷淋层对应设置一台浆液循环泵,改造喷淋层及新增喷淋层对应循环泵流量均为14000m3/h。为保证可靠的脱硫效率,本次改造增加了喷淋层喷嘴数目,提高喷淋层覆盖率,单层喷淋覆盖率不小于300%,并采用单向双头高效喷嘴。为防止吸收塔边壁烟气逃逸,每2层喷淋层之间设置塔壁聚气环。

考虑吸收塔协同除尘效果,拆除原有两级屋脊式除雾器,新增塔内三级高效屋脊式除雾器和一级烟道除雾器,并增加相应的冲洗管路,烟道除雾器冲洗水按返回吸收塔设计。脱硫后的烟气夹带的液滴在吸收塔出口的除雾器中收集,使净烟气的液滴含量不超过15mg/m3。

2.2、SCR烟气脱硝系统改造

烟气脱硝装置采用选择性催化还原烟气脱硝(SCR)技术,催化剂层数按“2+1”模式布置,脱硝还原剂用液氨,SCR脱硝装置设计入口NOx质量浓度为550mg/m3。在设计煤种及校核煤种、锅炉最大连续出力工况(BMCR)、氨逃逸浓度不大于3μL/L情况下,初装的2层催化剂时SCR最大脱硝效率为83.3%。

此次SCR烟气脱硝改造方案为增加1层备用层催化剂并更换1层催化剂,改造后原入口NOx浓度不变,脱硝反应器出口NOx质量浓度要求降低到50mg/m3以内,其脱硝效率≥90.9%。改造后性能试验时脱硝效率不低于92.8%,NOx排放浓度为38.2mg/m3。

综合以上SCR装置性能评估,在现有SCR烟气脱硝基础上按照“2+1”模式增加1层备用层催化剂并更换1层催化剂,进一步提高了SCR脱硝效率,实现了低于50mg/m3的NOx超低排放控制目标。

2.3、烟尘超低排放改造

目前国内外燃煤电厂多采用静电除尘器、电袋复合除尘器等除尘技术,湿式脱硫吸收塔具有协同脱除烟尘的效果。为了进一步大幅度降低燃煤电厂烟尘排放浓度,目前主要采用低低温静电除尘器、湿式静电除尘器或其组合技术。

2.3.1、低低温静电除尘器

低低温省煤器布置在空气预热器与静电除尘器之间,对锅炉排烟进行余热回收利用,烟气温度从通常的130~140℃降到90℃左右,回收的烟气余热用于加热锅炉给水或加热燃烧所需的空气以进一步提高机组的效率和降低供电煤耗。烟气温度对静电除尘器灰比电阻和除尘效率的影响参见文献。

当进入静电除尘器的烟气温度从通常的130~140℃降低至90~100℃时,飞灰比电阻降低了1个数量级以上,而且对于不同的煤种其飞灰比电阻降低幅度有所不同。飞灰比电阻的降低可以避免反电晕现象,大幅度提高静电除尘器除尘效率。但飞灰比电阻的降低会加剧二次扬尘现象的产生,这需要采取针对性措施,才能保证烟尘排放浓度低于常规静电除尘器。

寿春晖等[8]研究了某百万千瓦机组进行颗粒物脱除特性,结果表明采用低低温静电除尘器后,对粒径>10μm的烟尘的脱除效率高达99%。与此同时,烟气温度降低促进了烟气中SO3与水蒸气结合生成硫酸雾,易被飞灰颗粒吸附,吸附了SO3的烟尘颗粒进入静电除尘器后,被静电除尘器捕集排出,不仅解决了下游设备的防腐蚀难题,还提高了后续脱硫吸收塔的脱硫效率,降低了脱硫耗水量。

烟气温度降低减小了烟气体积,降低引风机的电耗,但加装低低温省煤器会增加烟气阻力损失。另外,除尘后的低温烟气能达到湿法脱硫工艺的烟温要求,不必再加装GGH换热器来降低烟温。

2.3.2、湿法烟气脱硫协同除尘

近年来,众多学者在研究湿法烟气脱硫吸收塔高效脱硫的基础上,研究了其除尘性能的协同作用。脱硫吸收塔除尘主要包括了脱硫吸收区除尘和除雾器区除尘。烟气进入脱硫吸收塔后,烟尘与雾化后的液滴之间相互碰撞,经集聚和沉降作用被石灰石浆液液滴捕捉。

被液滴捕捉的一部分烟尘在重力作用下从吸收区落入到浆液池中,达到了捕捉烟尘的效果。另一部分细小液滴在除雾器的弯曲通道内凝聚,当自身重力大于烟气升力和液体表面张力时,烟尘从除雾器上落入到浆液池中,实现液滴回收和脱除烟尘的目的。

王翱等、王珲等对脱硫吸收塔内细颗粒物的捕集性能进行了试验研究和数值模拟,结果表明湿式脱硫吸收塔对于2.5μm以上的颗粒物具有较高的脱除性能,可达到74.5%的脱除效率。因此,湿法脱硫吸收塔协同除尘可进一步降低烟尘排放浓度。

2.3.3、湿式静电除尘器

近30年来,湿式静电除尘器(WESP)在欧美和日本等发达国家已取得较好的成效。日本三菱重工在碧南电厂采用WESP技术投产近20年来,烟尘排放浓度控制在2~5mg/m3。WESP在国内电厂应用处于起步阶段,随着国家对烟尘排放指标要求越来越严格,WESP将成为控制细小颗粒物的重要手段。

湿式静电除尘器的工作原理为在干式静电除尘器的基础上安装连续水膜和喷淋装置,烟气中粉尘在电极作用下,电子和正离子附着在粉尘表面,促使粉尘在集尘极表面富集,被连续水膜冲走,达到高效除尘的效果,尤其对PM2.5和硫酸烟雾具有较高脱除作用。湿式静电除尘器的使用,不仅可以满足烟尘超低排放的要求,同时能够减轻石膏雨和蓝色烟雾等污染。

熊桂龙等研究了WESP的脱除机理和对细小颗粒物的分级脱除效率,结果表明WESP对亚微米级的细小颗粒具有较高的脱除效率。赵磊等对几种不同极板的湿式静电除尘器性能进行比较,认为线板式湿式静电除尘器对大于10μm和小于1μm的烟尘有更好的除尘效果。

采用DPI细颗粒物采样仪对某300MW燃煤机组采用湿式静电除尘器前后进行采样测试,烟气中颗粒物浓度由16.1mg/m3降低至1.8mg/m3,脱除效率达88%。

Sui等采用ELPI+取样分析系统测量了三河电厂300MW超低排放机组低低温静电除尘器、烟气脱硫吸收塔以及湿式静电除尘器进出口的细颗粒物排放浓度和粒径分布,结果表明采用低低温静电除尘器、提高湿法烟气脱硫的洗涤效果和改进除雾器性能等措施后烟尘浓度可达到超低排放标准,进一步采用湿式静电除尘器烟气中细颗粒物排放浓度低于1mg/m3。

延伸阅读：

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