日本低低温除尘技术和湿式电除尘技术考察报告(修改稿1)

..日本低低温除尘技术和湿式电除尘技术考察报告浙能集团低低温除尘技术和湿式电除尘技术考察组20XX7月..1、背景介绍我国环境保护已取得了积极进展,但环境形势依然严峻,以煤为主的能源结构导致大气污染物排放总量居高不下,其中燃煤电厂的污染物排放量十分巨大。近年来随着燃煤电站装机容量不断增加,排放污染物的总量增加对大气环境造成了很大压力。国家新颁布的火电厂污染物排放标准〔GB13223-2011已经正式实施,标准要求火电厂粉尘排放浓度低于30mg/Nm3,重点地区低于20mg/Nm3,同时将PM2.5纳入环境空气质量标准,作为重点大气污染物进行监控。20XX起在京津冀、长三角、珠三角等重点区域以及直辖市和省会城市率先开展PM2.5与臭氧等项目监测,2015年覆盖所有地级以上城市。这对地处污染物重点控制的长三角地区,并以火力发电厂为主业的浙能集团,产生了巨大的影响。为了应对日趋严格的排放标准及保护当地环境,同时也为了浙能集团的可持续发展,浙能集团自我加压,要求燃煤电厂的主要污染物排放标准达到燃气机组的排放标准,这对电厂的环保装置提出了更高的要求,急需引进新的环保技术以应对。日本对火电厂的大气污染物排放有较高的标准,且有成熟的环保技术,除了已经在日本有20多年使用业绩的湿式电除尘器外,还有上世纪九十年代末兴起的低低温除尘技术,其中IHI公司在日本国内有多个低低温除尘技术的工程业绩。为了深入了解和学习这两种除尘技术,集团组织了本次赴日考察。考察组人员组成详见附件1,考察内容主要包括：IHI公司低低温除尘技术原理和应用情况、日立工业设备技术公司的湿式电除尘技术应用情况等。考察组于20XX7月2日至20XX7月7日期间,重点对新日铁住金鹿岛电厂的低低温除尘技术应用情况和碧南电厂的湿式电除尘技术应用情况进行了考察。考察期间,考察组与IHI公司技术人员就低低温除尘技术的原理、关键部件材料选择、辅助设备及运行可靠性和存在问题进行了交流,并与日立公司技术人员就湿式电除尘技术应用情况进行了交流。所考察的相关电厂和公司的主要情况详见附件2。通过国外实地技术考察和参观,考察组成员对低低温除尘技术在燃煤电厂应用的现状和该项技术的发展状况有了直观的了解,对低低温除尘技术的除尘效果有了更为深刻的认识,同时在现有基础上对湿式电除尘技术的应用有了更为深入的了解。2、低低温除尘技术原理简介低低温除尘技术包含了两种设备,即无泄漏管式水媒体加热器〔MGGH和低低温电除尘器。该项技术是指在电除尘器上游设置热回收装置,使得电除尘器入口烟气温度降低,从而使除尘器性能提高,回收的热量则用于脱硫塔出口烟气的再加热,使烟气温度抬升到酸露点以上,避免下游设备的腐蚀,换热采用的媒介是水。低低温除尘技术是由日本三菱公司的电除尘器及湿法烟气脱硫工艺的单一除尘和脱硫工艺路线演变而来。由于日本对电厂烟气排放温度有要求,故日本电厂必须设置有烟气加热器,于是三菱公司开发了MGGH,即用原烟气加热水,然后用加热后的水加热脱硫后的净烟气,后为了适应日本环保控制标准并解决SO3的腐蚀问题,三菱公司在1997年开始研究将低温换热器移至空预器后除尘器前布置。由于进入电除尘器的烟气温度下降,于是又对普通电除尘器进行相关改造,即低低温电除尘器。低低温电除尘器与普通干式电除尘原理相同,只是由于低低温电除尘器入口烟气温度较低,灰流动性差,为了防堵防腐,在电除尘器的灰斗和绝缘子上装有加热设备,保证在整个电除尘器中烟气温度不下降,同时在容易引起漏风又无法做保温的地方采用不锈钢材料进行防腐。在低低温烟气处理技术的工程应用上,日本IHI公司走在了前头,已经有多个应用低低温电除尘技术的工程实例。低低温除尘技术的流程如图1所示。含有高浓度粉尘和SO2的烟气流经空预器后,烟气温度降至130℃左右,接着通过热回收装置〔即前置MGGH,结构如图2所示,烟气温度降至90℃左右,然后再进入低低温除尘器进行除尘,经过除尘器后粉尘浓度降低,除尘效率可以达到99.8%。烟气接下来进入吸收塔,温度进一步降低至50℃以下,如此低温的烟气具有相当大的腐蚀性,于是烟气需进入烟气再加热器〔即后置MGGH进行再加热,利用前面低温换热器吸收的热量对烟气进行加热,使其温度升高至90℃,避免对下游设备产生腐蚀,最后烟气通过烟囱排放。图1低低温除尘技术流程图图2低温换热器〔前置MGGH结构图低低温除尘技术的技术特点和优势如下所述：〔1除尘效率高按以往研究来看,电除尘中粉尘比电阻的最佳除尘效率区间为104-1011〔Ω·cm。当烟气温度从130℃降至90℃时,粉尘比电阻会随之降低,而电厂烟气中的粉尘比电阻一般都超过1011,因此温度降低可以使粉尘比电阻降低至最佳除尘效率区间内,继而提高电除尘器的除尘效率。另一方面,烟气在进入除尘器前温度降低,使得其流速也相应减小,在电除尘器内的停留时间就会增加,使得电除尘装置可以更有效地对烟尘进行捕获,从而达到更高的除尘效率。〔2减小电除尘器的规格由于除尘效率的提高,达到相同的除尘效率所需的除尘器规格小,即低低温电除尘器。根据研究,只需要采用三电场除尘器就能够达到五电场除尘器的效率。采用较小规格的电除尘器,可以使供电区减少,电源数量减少,电耗降低,设备占地面积减少。〔3电耗和运行费用降低采用低低温除尘技术,入口烟气温度由130℃左右降低到90℃左右,实际烟气流量大大减少,这可减小引风机和增压风机的负担。降温后换热器增加的阻力由引风机克服,对于引风机,虽然压头增加,但要处理的烟气流量却减少了,两者相消,电耗基本持平。对于脱硫风机,由于处理烟气流量的减少,电耗就会下降,所以总体上电耗是降低的。同时,由于湿法脱硫的主要水耗量是由于进入吸收塔的热烟气将喷淋水分蒸发而消耗掉的,烟气温度的降低还可以节约湿法脱硫系统的水耗量,据估算,烟气温度降低30℃,可以节约水耗量70t/h左右。〔4可去除绝大部分SO3在低低温电除尘器中,烟温已降至酸露点以下,结露的SO3会与粉尘中的碱性物质中和,而这些粉尘最终都被除尘器脱除,从而不会对换热器本身及除尘器下游设备产生腐蚀。〔5低低温电除尘器内部结构变化在低低温电除尘器内部设置了挡板,可通过内部挡板连动形成不带电打击方式以防止粉尘的飘散,并通过在MGGH入口处设置散布钢球装置来保证管式换热器管表面的清洁〔该项技术还未在工程中应用过。〔6可以实现最优化的系统布置采用防腐的MGGH工艺系统,就具备了把脱硫风机放在吸收塔之后的条件,可提高系统的可用率,并且吸收塔和升温换热器等均在负压状态下运行,因此可降低其结构和密封的要求,同时其能耗下降约5%,成为脱硫系统最优化的系统布置。〔7无泄漏采用管式烟气加热器,无泄漏。低低温除尘技术存在的问题主要是防腐方面,由于燃煤中含硫量越高,烟气中的SO3浓度就越高,其对应的酸露点就越高,也就更容易发生腐蚀。因此在应用过程中,燃用含硫量过高的煤种是否能够采用低低温烟气处理技术,需要谨慎地考虑和严格的计算。根据IHI提供的东京电力常陆那珂电厂的低低温除尘技术运行数据看,低低温电除尘器入口粉尘浓度为16400mg/Nm3,出口粉尘浓度为30mg/Nm3,除尘效率达到了99.8%。3、新日铁住金鹿岛电厂低低温除尘技术应用情况新日铁住金鹿岛电厂〔以下简称鹿岛电厂装机容量为507MW×1,燃用煤种灰分为11%,硫分为0.5%,烟气排放处理工艺流程为：锅炉出口+SCR+热回收装置〔前置MGGH+低低温静电除尘器+FGD+再加热装置〔后置MGGH的方式〔具体见图3,经过处理后的烟气因含尘量极低且排烟温度高,因此在烟囱出口的烟气基本透明。图3新日铁住金鹿岛电厂烟气排放处理工艺流程鹿岛电厂整个机组设备和烟气处理设备均由IHI公司提供并同时建设。鹿岛电厂的MGGH均采用水平流动方式,热回收装置的入口烟气温度为130℃,出口烟气温度为80℃,再加热装置的入口烟气温度为47℃,出口烟气温度为93℃。MGGH的循环水温度区间为70-115℃,运行水量为600m3/h,平时不补充循环水,每2年更换一次循环水。热回收装置上装有蒸汽吹灰器,以防热回收装置出现堵塞。再加热装置上装有辅助蒸汽加热系统,当机组降负荷运行时运行以保证排放烟气温度在90℃以上,当机组负荷在75%时,所需的辅助加热水量为7-8t/h。再加热器的前三排光管具有除雾和除尘效果,脱硫吸收塔出口烟气中的雾滴〔包括一些石膏和粉尘可以在该处被进一步脱除,再加热器的前段开有排污口,以便定期排放脱除下来的污染物。由于热回收装置和再加热装置所处的环境不同,因此所采用的材质也不同。热回收装置全部采用碳钢,再加热器前面一段因烟气温度较低而采用耐酸钢,后面一段则仍然采用碳钢。鹿岛电厂只有一台低低温电除尘器,为四室三电场布置,内部设置了挡板,可通过内部挡板连动形成不带电打击方式以防止粉尘的飘散,烟气处理量为1485800Nm3/h,设计入口粉尘浓度为13130mg/Nm3,出口粉尘浓度为30mg/Nm3,除尘效率为99.77%,烟囱出口粉尘浓度为5mg/Nm3,实测低低温电除尘器入口粉尘浓度为13000mg/Nm3,出口粉尘浓度为15mg/m3,烟囱出口粉尘浓度为2mg/Nm3。据IHI技术人员介绍,低低温电除尘器可以100%去除SO3。低低温电除尘器的材质主要采用的是碳钢,并在灰斗和绝缘子处装有加热装置以保证烟气温度不下降,在容易引进漏风但又无法保温的地方〔如人孔门等采用不锈钢材质防腐。低低温电除尘器下游的烟道和设备除再加热器前面一段采用耐酸钢之外,其他均未做特殊的防腐处理。鹿岛电厂运行6年多以来,运行情况良好,主设备和环保设备几乎未出现过故障,只有一次再加热装置出现腐蚀,并更换了装置中的换热管路。该电厂每2年停机检修一次,每2周不停机检修一次。4、新日铁住金鹿岛电厂其他设备运行情况鹿岛电厂脱硫方式采用石灰石-石膏法,其吸收塔高为27.5m,直径为14.8m,装有两层喷淋层和两层除雾器,喷嘴采用螺旋式喷嘴,除雾器采用波纹型除雾器,雾滴出口浓度可以达到50mg/Nm3以下。脱硫吸收塔设计入口SO2浓度为528ppm,出口SO2浓度为25ppm,脱硫效率为95%,设计入口粉尘浓度为27mg/Nm3,出口粉尘浓度为5mg/Nm3,除尘效率为81.5%,厂方并未提供实测值,但根据实测的低低温电除尘器出口和烟囱出口粉尘浓度计算,实际的除尘效率应该超过85%,远高于集团现有吸收塔的除尘效率。鹿岛电厂的燃煤输送是采用封闭管道式空气上浮皮带方式,可避免煤粉飞扬,但该技术对煤的预处理有一定要求,需要保证煤粉细度的均匀。鹿岛电厂采用钢烟囱,高度为180m,其外部为钢结构,内部则为耐火砖,并没有做其他防腐,目前运行情况良好。5、湿式电除尘技术原理简介湿式电除尘器的工作原理是:金属放电线在直流高电压的作用下,将其周围气体电离,粉尘在电场中荷电并在电场力的作用下向集尘极运动,当运动到集尘极表面时,随液体膜流下而被除去。原理图如下：图4湿式电除尘器原理图湿式电除尘器的主要结构与干式静电除尘器基本相同,主要由电除尘器壳体、入口和出口喇叭<包括除雾器>、放电极系统、管道及喷淋系统及支撑结构等部件组成。结构如图5所示。图5湿式电除尘器结构及主要部件细节湿式电除尘器的冲洗水系统主要包括：循环水箱、循环水泵、废水箱、废水泵、碱液箱、加碱泵,滤网和原水供应管道等,而就水的喷淋范围来说,日本的两大湿式电除尘器生产厂商日立和三菱存在着不同,日立技术只对集尘板进行冲洗,而三菱技术则是对放电极线也进行冲洗。湿式电除尘器的冲洗水包括循环水和原水补水,从集电极流下的水在灰斗收集进入废水箱内沉淀下来,上层澄清水作为循环水回用,由循环泵打入湿式电除尘里进行喷淋,沉淀在底部的废水作为脱硫工艺水或排放到废水处理厂。循环水中还有加碱的一些设施,以中和冲洗水中溶解烟气中的SO3,避免与水接触的部件产生严重的酸腐蚀,但就循环水的酸碱度来说,日立技术与三菱技术存在着很大不同,日立的循环水呈碱性,而三菱的循环水则呈酸性。湿式电除法器的布置方式主要有三种：一种是垂直烟气流独立布置；一种是水平烟气流独立布置；最后一种是垂直烟气流与脱硫吸收塔整合布置。湿式电除尘器的技术特点及优势如下：〔1收尘性能与粉尘特性无关湿式电除尘器对黏性大或高比电阻粉尘能有效收集,同时也适用于处理高温高湿的烟气。〔2避免二次扬尘,出口粉尘浓度低由于湿式电除尘器用水对结在集尘板上的粉尘进行冲洗,且在集尘板上形成稳定的水膜,就避免了普通干式电除尘器振打所引起的二次扬尘问题,并且可以收集亚微米大小的颗粒,有效消除反电晕现象的发生,提高单位面积的集尘效率可以使出口粉尘浓度达到很低。〔3降低SO3排放在循环水中加入碱〔NaOH,可以中和烟气中的SO3,降低SO3排放。〔4循环水量保持不变流经喷嘴的循环水流量不随机组负荷变化而变化,水量基本保持不变,循环水的补水量与烟气中含尘量呈线性关系。6、碧南电厂湿式电除尘技术的应用情况碧南电厂是中部电力唯一的燃煤火力发电厂,也是日本最大的火力发电厂,具有标杆作用,因此该电厂的机组除检修外,均为满负荷运行。碧南电厂1-3号机组为超临界700MW机组,4-5号机组为超临界1000MW机组,设计煤种为灰份10%左右的高发热量无烟煤。碧南电厂的烟气排放处理工艺流程为：1-3号机组采用锅炉出口+SCR+普通干式电除尘器+GGH+FGD+湿式电除尘器+GGH的方式,4-5号机组采用锅炉出口+SCR+热回收装置+转动电极电除尘器+FGD+湿式电除尘器+再加热装置的方式,由于5台机组均装有烟气加热装置,使烟囱出口的烟温均高于90℃,同时烟气中的粉尘含量很低,因此烟囱出口的烟气呈透明状。碧南电厂1-3号机的湿式电除尘器为三菱生产,分前后二电场,壳体为鳞片衬里,喷嘴、极板和极线均为SUS316L不锈钢,总的长度12.44米,分别于1991年至1993年间投产。4-5号机的湿式电除尘器为日立生产,为四室单电场设计,壳体、喷嘴、极板和极线均采用SUS316不锈钢,生产厂家为新日铁,长度在9米左右,分别于20XX和20XX投产。五台机组的湿式电除尘器均为卧式布置。从该电厂的烟气处理工艺流程可以看出,1-3号机是采用普通GGH布置方法,4、5号机是采用MGGH分别布置在干式电除尘器前面和湿式电除尘器后面,但由于进入干式电除尘器的烟温在100℃左右,可以认为4、5号机是采用了非典型的低低温除尘技术与湿式电除尘器的结合。5台机组的NOX,SOX,粉尘和温度变化可以详见图6-7。图6碧南电厂1-3号机的排烟处理装置和设计值图7碧南电厂4、5号机的排烟处理装置和设计值由以上两图的数据可以看出,将GGH移至干式电除尘器前面,降低进入干式电除尘器的烟气温度可以大幅度提高干式电除尘器的除尘效率,并减轻下游湿式电除尘器的除尘压力,因此1-3号机的湿式电除尘器采用两电场,而4、5号只采用了单电场即可满足排放要求。该五台湿式电除尘器均与机组同时建设投产,投产后运行情况良好,在实际运行中排放烟气中粉尘浓度长期保持在2-5mg/Nm3水平,在当天的参观中4号机的烟囱出口粉尘浓度在1mg/Nm3以下,SO2浓度为16.7ppm,均远低于设计值。据介绍,自投运以来壳体和内件未发生严重的腐蚀问题。对于三菱技术和日立技术的湿式电除尘器的实际运行优劣,运行人员认为两者运行均较好,但不具备可比性,在实际运行中由于日立技术的湿式电除尘器是采用单电场,因此电耗相对更低。7、主要结论低低温除尘技术优点如下：〔1低低温电除尘技术在日本有着十几年的使用历史,应用业绩多,新日铁住金鹿岛电厂使用低低温除尘技术后烟囱出口粉尘排放浓度实测稳定在2-5mg/Nm3,远低于日本国家标准和我国的新国标。〔2在达到相同的除尘效果的前提下,低低温电除尘器的规格要小于普通干式电除尘器,可以减少电除尘器的电耗和占地面积。〔3由于烟气温度降低,烟气体积减小,使得脱硫吸收塔的电耗和水耗下降,运行费用降低。〔4低低温电除尘技术可以有效去除SO3,按IHI公司介绍去除率可以达到100%。IHI公司的低低温除尘技术存在的缺点和问题如下：〔1燃用含硫量过高的煤种时采用低低温除尘技术需考虑防腐问题。〔2低低温除尘技术由两级MGGH和一个低低温电除尘器组成,在老厂改造时,低低温电除尘器可以由原有的干式电除尘器改造,而MGGH需新建且占地面积较大,存在着场地布置问题。湿式电除尘器的优点如下：〔1湿式电除尘器在日本的应用已有二十多年的历史,应用业绩较多,其对于粉尘的脱除效率较高,在碧南电厂的五台机组均配备了湿式电除尘器,其烟囱出口粉尘长期稳定在2-5mg/Nm3,说明湿式电除尘器具备了强大的除尘功能。〔2湿式电除尘器可以联合脱除PM2.5、石膏、SO3和汞等污染物,也可降低烟气中的雾滴排放量。湿式电除尘器存在的缺点和问题如下：〔1湿式电除尘器需要一定的占地面积,对于老厂改造项目来说场地布置存在问题。〔2湿式电除尘器所需要的水耗和电耗,增加了电厂的运行维护成本。8、建议低低温除尘技术和湿式电除尘技术有着各自的优缺点,而二者的联合应用在碧南电厂的4、5号机组上有着很好的验证和对比。相比较单独采用湿式电除尘技术的1-3号机组,联合采用了低低温除尘技术和湿式电除尘技术的4、5号机,粉尘脱除效率高,湿式电除尘器的工作压力轻,规格小,电耗低。因此,在电厂污染物净化工程中可以考虑低低温除尘技术和湿式电除尘技术的联合应用。附件1考察组成员序号姓名单位1牟文彪XX省能源集团生产安全部2孙华芳XX浙能嘉华发电3陶军XX浙能嘉华发电生产工程部4许超XX浙能嘉华发电运行部5赵阳XX浙能XX发电6夏克晁XX浙能XX第二发电XX公司7林少平XX浙能能源技术环境及化学技术部8陈瑶姬XX天地环保工程技术开发部附件2考察公司情况简介1、IHI公司概况IHI

成立于1853年,全称为石川岛播磨重工业株式会社〔Ishikawajima-HarimaHeavyIndustriesCo.,Ltd。它的前身为造船厂,现已经发展成为全面的系统开发及制造公司。旗下产品众多,从航空科学到工业机具皆有制作。涡轮增压器是

IHI

在1936年与日立〔Hitachi合作后所共同推出的产品,从大型船舶引擎到小型汽车引擎都有产品供应。至今,IHI

已经生产了超过一千万台涡轮。在美国、欧洲、泰国和中国等地也设有工厂生产。IHI公司在低低温除尘技术方面有着突出的业绩,在日本国内有9台机组上进行了该技术的应用,机组容量从250MW至1000MW不等,且均有着较好的排放效果。2、新日铁住金鹿岛电厂概况新日铁住金鹿岛电厂装机容量为507MW×1,于20XX1月建成投运,原先为新日铁公司的厂用电厂,后转为向社会供电的电厂,该电厂的具体情况如下表所示：新日铁住金鹿岛电厂设备情况占地面积139,000m3绿化率51%用煤量