烟气协同治理超低排放系统的设计和运行实践课件

1、基于烟气协同治理技术路线超低排放系统的设计和运行实践华 能 长 兴 电 厂2016年12月1.概述 华能长兴电厂 “上大压小”工程是华能“十二五”期间浙江省重点投资建设项目，位于浙江省湖州市。工程建设2台660MW超超临界机组，采用国内同类型机组最高参数（汽机入口蒸汽参数28MPa/600/620）。同步建设高效除尘烟气脱硫、低低温电除尘、正渗透废水结晶蒸发系统、集束蜂窝式全封闭煤仓等前沿技术。 工程2013年3月20日开工建设，2014年12月17日，29日两台机组分别通过168h试运，投入商业运行，基于烟气协同处理技术路线的超净排放系统也实现了同步投运。工程主要环保设计指标：序号设备项目单

2、位数值1低低温电除尘电除尘效率%99.92出口烟尘排放mg/Nm3152脱硫（高效除尘）脱硫效率%98.7出口SO2排放mg/Nm335脱硫除尘效率%75脱硫出口烟尘浓度mg/Nm353脱硝脱硝效率%80出口NOX排放mg/Nm3504废水浓缩结晶废水排放t/h 0浓缩结晶处理量t/h 221.概述2、超净排放的实施背景国家质量监督检验总局颁布了火电厂大气污染物排放标准(GB132232011)。浙江省首度发布大气污染防治行动计划（2013年-2017年），广东、江苏、山东、山西、陕西、四川等地陆续出台发布“燃煤电厂超低排放”相关文件；烟尘5mg/Nm3，二氧化硫35mg/Nm3，氮氧化物50

3、mg/Nm3。三部委发布煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）；烟尘10mg/Nm3，二氧化硫35mg/Nm3，氮氧化物50mg/Nm3。2014年9月2013年12月2012年1月2.1燃煤电站超低（净）排放技术的提出2.2 超净排放的不同技术路线A. 烟气末端治理技术路线（采用WESP）烟尘(mg/Nm3) 5除尘效率约50% 15烟尘(mg/Nm3) 5除尘效率80% 1530B. 烟气协同治理技术路线2、超净排放的实施背景2.3 日本超低排放的应用现状 日本以低低温电除尘烟气协同治理技术为主，投运业绩超过20台，出口烟尘浓度均小于5mg/Nm3；投运湿式电除尘器技术的机

4、组，出口烟尘浓度也可低于5mg/Nm3。日本三菱公司典型燃煤电厂超低排放业绩2、超净排放的实施背景2.4、国内外研究与应用现状2013年5月华能国际电力股份有限公司在对欧洲、日本发电企业调研的基础上，联合相关高校、科研机构以及环保企业对烟气协同治理进行系统研究2013年底，借鉴日本经验联合相关机构，共同研发了燃煤电厂烟气协同治理技术路线，成果为脱硫装置出口烟尘浓度可以小于10.0mg/Nm3。2014年5月，在烟气协同治理技术研究基础上，研究了高效除尘技术，成果为脱硫装置出口烟尘浓度可以小于5.0mg/Nm3。并且确定以华能长兴电厂为工程示范。2014年12月，低低温电除尘+湿法脱硫高效除尘的

5、烟气协同治理技术在华能长兴电厂投入运行，目前#1、#2机组已通过168h，脱硫装置出口烟尘浓度小于5.0mg/Nm3。 国内现状2、超净排放的实施背景3.华能长兴超净排放系统为适应浙江省大气污染防治行动计划（20132017年）的要求，股份公司组织我厂清洁排放专题会，对我厂原大气污染物排放水平进行对标梳理，确定采用符合公司烟气协同治理技术路线的方案进行设计优化。股份组织召开了项目协调会，明确了各协同治理设备的控制指标和主要设计边界条件。股份公司成立了以赵平、何勇为正、副组长的长兴烟气协同治理工作小组工作小组定期召开各种形式的现场会，解决烟气协同治理实施工程中的技术、施工难题，协调协同治理各系统

6、的配合问题及安装、调试问题。项目实施过程中2014年4月17日2014年4月1日3.1 长兴烟气超净排放的实施： 3.华能长兴超净排放系统 股份公司在对日本、欧洲发电企业调研的基础上，联合相关高校、科研机构以及环保企业提出烟气协同治理技术路线。 对整个烟气污染物治理路线进行综合考虑，在提高各脱除设备对主脱除污染物性能的基础上，充分挖掘其脱除其它烟气污染物的潜力，强调各设备间的协同效应，实现烟气污染物治理系统的整体经济优化运行。1、各烟气协同治理设备在进行主脱除物的同时，具有协助脱除其它烟气污染物的能力。2、烟气协同治理设备虽然不能脱除污染物，但能够为下一级设备的污染物脱除创造条件。3.2、烟气

7、协同治理超净排放技术路线： 燃气超净排放目标值为：烟尘5mg/Nm3 SO235mg/Nm3 NOX50mg/Nm3。3.华能长兴超净排放系统 4.低氮+SCR系统 长兴工程采用水平浓淡低NOx燃烧器、空气分级燃烧及选择性催化还原脱硝装置（SCR）协同脱除NOx。 SCR反应器进口NOx浓度200mg/Nm3时，控制喷氨流量，保证烟囱出口NOx浓度瞬时不大于50mg/Nm3，时均烟囱出口NOx浓度50mg/Nm3。 SCR反应器进口NOx浓度大于200mg/Nm3、小于250mg/Nm3时，适当增加喷氨流量，保证烟囱出口NOx浓度瞬时和时均值不大于50mg/Nm3，注意锅炉燃烧调整。 SCR反

8、应器进口NOx浓度较长时间大于250mg/Nm3时，增加喷氨流量至最大值，同时保证氨逃逸不大于3ppm，锅炉按空气分级燃烧，确保时均烟囱出口NOx浓度50mg/Nm3。 4.低氮+SCR系统SOFA可做上下20度，左右10度摆动主燃烧器一次风可做上下25度摆动，二次风可做上下30度摆动长兴燃烧器设计参数项 目 单 位 数 值 单个喷嘴热功率(5台磨运行) MW 76.8 一次风率% 25.4 一次风速m/s 27 一次风温65 二次风率% 70.6 二次风速度m/s 47 二次风温343 一次风喷嘴间距mm 10752 上一次风距SOFA中心间距 mm 6800 下排一次风距拐点间距 mm 5

9、797 上一次风距屏底间距 mm 21550 SOFA风率(占总风,4运2备) % 28 一次风周界风率(占总风) % 9.36 4.低氮+SCR系统 SCR装置采用2+1布置方案采用蜂窝式催化剂 吹灰器为耙式蒸汽吹灰器与声波吹灰器联合布置 性能保证： NOx脱除率82% 3年催化剂寿命周期内的NOx脱除率80% 长兴SCR系统设计参数 4.低氮+SCR系统 长兴工程的锅炉燃烧系统表现出了良好的低氮性能，经过系统的降NOx调整（在保证风压足够的基础上氧量维持3.0%左右，全开两层以上SOFA风门挡板），脱硝入口Nox可以稳定达到200mg/Nm3以下，最低可达150mg/Nm3 ，且NOx排放

10、值随SOFA风开度开大而下降的线性十分明显。 低氮燃烧配合SCR运行NOx排放值可以稳定的达到50mg/Nm3以下且还有较多裕量 。以下是#1机168试运期间NOx排放值随SOFA风开度而变化的具体数据：日期12.1112.1112.1312.1412.1512.1612.17负荷MW660660660660660660660氧量%33.13.13.12.933.3二次风压Kpa0.320.430.440.470.530.450.42SOFA门开度-上%1001008080808080SOFA门开度-中%100100100100100100100SOFA门开度-下%40404030303030

11、脱硝入口NOxmg/Nm174164182141127.6216.3205.8脱硝出口NOxmg/N635.644.248.3脱硝效率%00066.372.179.576.5入口烟气130出口烟气901655t/h,70.5699.5t/h,70.5727.7t/h,72727.7t/h,109.128.2t/h,109.1699.5t/h,109.11655t/h,86.8955.5t/h,70.5设计煤BMCR工况 低低温省煤器采用螺旋鳍片管，竖向布置，采用模块化结构，提高了换热效率、布置紧凑。 水侧以串、并联方式接入凝结水系统， 从#7低压加热器引出，送入低低温

12、省煤器，在低低温省煤器中加热升温后，返回#6低压加热入口。采用螺旋鳍片管5.低低温省煤器系统低低温省煤器器本体烟气来自空气预热器 除尘器入口此烟道图像显示仅为锅炉的一半，另一半与此相对称5.低低温省煤器系统 低低温电除尘器提高 FGD协同除尘效果本工程低低温电除尘器的烟气温度控制在901，低于烟气 ，使烟气中的大部分SO在烟气冷却器或烟气换热系统中冷凝成硫酸雾，粘附在粉尘上并被碱性物质吸收、中和，从而使烟气粉尘的比电阻下降、击穿电压上升、烟气处理量减少，从而大幅提高除尘效率，同时脱除烟气中大部分的SO3。酸露点温度相关研究表明，常规ESP出口烟尘平均粒径一般为1m2.5m，低低温ESP出口烟尘

13、平均粒径大于3m。当采用低低温ESP时，脱硫出口烟尘浓度明显降低。6.1、低低温电除尘器方案6.低低温ESP6.2、防止低温腐蚀及增加灰的流动性：6.低低温ESP灰斗材质采用ND钢，提高了防腐等级；灰斗采用2/3面积以上的蒸汽加热，有效加热可靠保温；灰斗角度加大到65；人孔门均采用双层密封结构，周围约1米范围内采用ND钢板。灰斗设计人孔门设计6.3、防止绝缘子结露措施：6.低低温ESP对各绝缘子室进行有效加热，并增设绝缘子室强制热风吹扫系统，保证绝缘瓷件不结露、不沾灰。热风吹扫装置绝缘子室技术保证措施防止绝缘子结露措施：6.低低温ESP二次扬尘的防治：气流冲刷引起的二次扬尘的防治（1）适当增加

14、电除尘器容量，降低烟气流速，从而减少二次扬尘。（2）严格要求的流场均匀性；气流均匀性越好，相对局部气流冲刷减弱，二次扬尘相应减小。（3）设置合理的电场电压；在不振打时，加大电场电压，从而增大极板对粉尘的静电吸附力，减少气流冲刷带走的二次扬尘。在振打时，降低电厂使粉尘能被稳定地成块打下。（4）出口封头内设置槽形板。使部分逃逸或二次飞扬的粉尘进行再次捕集。（5）设置合理末电场振打方式。通过#1、#2炉对比试验，确定高频次小幅振打的末电场振打方式。6.4、二次扬尘的防治措施：6.低低温ESP二次扬尘的防治：振打引起的二次扬尘的防治（1） 适当增加电场适当增加电场可再次吸收前电场振打引起的二次扬尘。（

15、2）振打制度的改进a、调整振打电机转速，末电场阳打电机转速由60秒/转调整为247秒/转；b、调整振打周期，振打周期设置为每8小时振打250秒（可根据工况调整）。（3）振打逻辑的优化a、末电场各室不同时振打，如图所示；b、同电场阴、阳极不同时振打；c、前后级电场不同时振打；振打程序、间隔均可调。相邻各室不同时振打此室振打GASGAS6.低低温ESP长兴电厂设计烟气温度为90左右时，2014年12月中旬投运，经初步测试，ESP出口烟尘浓度值约12mg/m3。但由于采用低低温技术后引起一电场的灰量增加以及灰的流动性变差，造成输灰困难应该在以后的输灰系统设计时引起重视。长兴电厂低低温电除尘器实景7.

16、1、 高效除尘机理托盘喷淋层惯性力作用，较粗的粉尘被筛孔泄漏的浆液捕集沉入塔底PM2.5微细粉尘通过托盘，进入持液层被捕集除雾器通过惯性碰撞，有效的拦截雾滴烟气与小液滴逆流接触惯性碰撞、拦截、扩散、凝聚以及重力沉降等作用下被捕集含尘原烟气净烟气粉尘组成吸收段未捕集到的烟尘浆液中可溶性盐除雾器逃逸的石膏吸收段除雾段7.高效除尘、深度脱硫系统B. 塔内件1）提高微细粉尘捕集效率，强制烟气均布2）消除边壁偏流，减少逃逸气液分布装置增效环高效喷嘴喷淋层3）优化设计，增加覆盖率4）提高液滴雾化效果高效除雾器5）降低出口液滴携带量A. 烟气性质增大FGD入口烟尘粒径低低温电除尘器C. 运行条件烟气流速1）

17、合理控制吸收塔内流速液气比2）适当提高液气比7.高效除尘、深度脱硫系统7.2、高效除尘、深度脱硫的影响因素传统电除尘器排放粉尘的粒径分布低低温电除尘器排放的粒径分布低低温除尘器排放烟尘粒径分布，平均粒径分布大于3m；传统除尘器排放烟尘粒径分布在排放浓度为3050mg/Nm3中，小于3m粉尘粒径占比较大，其中小于2m约占比75%；粒径分布（m）7.高效除尘、深度脱硫系统7.3、不同烟气温度的粉尘粒径对比1）本项目设置2层托盘，改善吸收塔内流场均匀度，提高烟气与浆液的接触机率；增大持液层高度，提高微细粉尘（PM2.5）的捕集效率；托盘液膜示意图 形成了一定高度的液膜，增加了烟气在吸收塔中的停留时间

18、，促进了二氧化硫的吸收，同时托盘液膜低pH值也提高了石灰石的溶解。 由于托盘的除尘作用包括气泡、液膜对粉尘的捕集作用，一般的泡沫除尘器的除尘效率比喷雾塔除尘器的除尘效率高，经除尘研究得出，托盘的分级除尘效率比喷淋层的分级除尘效率高。沸腾泡沫层7.高效除尘、深度脱硫系统7.4、高效除尘、深度脱硫系统实施措施2）喷嘴形式由90单头喷嘴改为120高效双头喷嘴，喷淋覆盖率有3倍以上提高，高效双头喷嘴可将雾滴二次雾化，液滴分散为较小粒径，增大除尘的比表面积，实现5%的除尘性能提高。7.高效除尘、深度脱硫系统7.4、高效除尘、深度脱硫系统实施措施7.高效除尘、深度脱硫系统 3） 为了保证现场安装质量，各喷

19、淋支管与母管采用法兰连接，喷嘴粘接及喷淋管道预组装在工厂完成；现场监造督促厂家严格按照设计标准进行产品加工。7.4、高效除尘、深度脱硫系统实施措施7.高效除尘、深度脱硫系统3）采用工厂预组装后，现场安装后能够满足精度控制要求。7.4、高效除尘、深度脱硫系统实施措施 4）防泄漏措施控制烟气逃逸的措施：完整的烟气CFD模拟3000万网格 异形托盘的设置喷淋层烟气再均流装置导流板喷淋层遮雨棚异形托盘除雾器增效环7.高效除尘、深度脱硫系统7.4、高效除尘、深度脱硫系统实施措施5）将除雾器更换为三级屋脊式除雾器（目前进口产品达到要求），除雾器出口雾滴含量小于20mg/Nm3，以减少雾滴携带粉尘量。7.高

20、效除尘、深度脱硫系统7.4、高效除尘、深度脱硫系统实施措施除雾器携带粉尘计算屋脊式极限粒径为2224m左右；通过左侧数据分析，小于24微米颗粒粒径的石膏颗粒占比不超过34.2%，因此以20%浆液含固量计算，通过除雾器的石膏含量理论上应该不超过20%X34.2%=6.84%；石膏粒径分布微米wt%0.830.761.17 1.411.662.242.343.33.314.974.697.536.6311.139.3815.8413.2620.7718.7527.5726.537.3537.548.895366.367584.14106.796.1315099.877.高效除尘、深度脱硫系统7.4

21、、高效除尘、深度脱硫系统实施措施6）增加周边喷嘴流量和设置增效环的方式，防止塔壁烟气逃逸，提高脱硫和除尘效率；7.高效除尘、深度脱硫系统7.4、高效除尘、深度脱硫系统实施措施喷淋层出口粉尘 浓度（mg/Nm3）高性能除雾器携带含固量（mg/Nm3）吸收塔粉尘排放浓度（mg/Nm3）吸收塔除尘效率（含除雾器）（%）0.00152.65*2.651582.3% 根据高性能除雾器计算出相应的出口雾滴携带量，并计算出含固量。如下表所示，为吸收塔脱硫除尘效率。 经过计算分析可知，华能长兴电厂高效除尘技术中，当入口粉尘浓度为15mg/Nm3时：脱硫除尘效率为82.3%，出口粉尘浓度为2.65 mg/Nm3

22、，满足小于5mg/Nm3的超低排放要求。备注：*除雾器出口液滴携带粉尘量，考虑石膏液滴和含盐量。 7.高效除尘、深度脱硫系统除尘效率理论计算值（吸收段）入口粉尘浓度（mg/Nm3）喷淋层出口的粉尘浓度（mg/Nm3）99.99%150.0015 首先，计算吸收塔吸收段的托盘和喷淋层除尘效率，如下表所示。可以发现，粉尘经过吸收段后，喷淋层出口的粉尘浓度为0.0015mg/Nm3，说明粉尘几乎全部被捕集。7.5、高效除尘理论计算结果7.高效除尘、深度脱硫系统7.6、脱硫运行指标及控制1、石灰石浆液给料控制石灰石浆液给料控制主要涉及给料量与水量之间的配比控制。球磨机入口加有研磨水控制阀门,研磨水量占整个制浆系统用水量的25%-45%。其余水量由石灰石浆液再循环箱加入。合格石灰石浆液密度一般控制在1220-1260Kg/m3之间,过高的密度将加速设备磨损。一般运行中给料量与水的比值控制在0.33/1左右。石灰石浆液控制的参数主要为密度和石灰石粒径,粒径要求325目。7.高效除尘、深度脱硫系统7.6、脱硫运行指标及控制 2、石膏浆液供浆控制石膏浆液供浆液控制主要是为了控制调节石膏脱水效果,使得石膏浆液的供给满足圆盘脱水机的正常运行。主要控制参数有:石膏滤饼厚度、真空度、真空泵密封水流量。石