燃煤电厂超低排放要求探讨

燃煤电厂超低排放要求探讨

中国的能源生产主要是煤炭，能源清洁和环境保护的压力很大。“清洁高效发展电动汽车”已成为国家能源发展战略计划的重要任务之一。要达到超低排放要求,需要集成各种先进高效的除尘、脱硫、脱硝技术,优化工艺流程,充分发挥其协同脱除功效,我们将烟尘、二氧化硫和氮氧化物等多种污染物高效协同脱除集成技术称为超低排放技术。1电除尘器粒径增加我国燃煤电厂除尘器以电除尘器为主,随着环保要求的不断趋严,除尘效率要求越来越高,除了增加电场数量,各种高效电除尘技术得到了越来越多的应用,同时,采用布袋除尘器和电袋复合除尘器的比例也逐步提高,电除尘器机组容量占比已从2009年的95%以上降至2013年的79.9%面对超低排放要求,要达到烟尘排放小于10mg/m1.1高比电阻除尘器干式电除尘器具有处理烟气量大、除尘效率高、适应范围广、设备阻力低、使用简单可靠、运行维护费用低且无二次污染等优点,存在的问题主要有:高比电阻粉尘易产生反电晕、振打清灰会引起二次扬尘、对粒径小于2.5μm甚至亚微米级的超细颗粒捕获率低等。目前,比较成熟的电除尘器提效技术主要有:(1)降低除尘效率,减少除尘器尘气排放烟气调质技术是通过添加调质剂调整烟气或粉尘的组分及一些特性参数,使之易于被电除尘器捕集,以提高电除尘器效率,降低粉尘排放。常用的有SO对于低硫煤、高比电阻粉尘,三氧化硫烟气调质技术在国内外得到了成功应用氨法烟气调质技术主要在印度得到了较多的应用(2)电除尘器运行电压波形的影响利用高频开关技术的高频高压电源是新一代的电除尘器供电电源,其脉冲高度、宽度及频率均可以调整,能提供具有从接近纯直流到脉动幅度很大的各种电压波形,控制方式灵活,可针对特定工况为电除尘器提供最合适的电压波形电除尘器运行过程中,除尘效率与电晕功率有着直接的关系。与工频电源相比,高频开关电源可以提供几乎无波动的直流输出,这使得电除尘器能够以次火花发生点电压运行,有利于提高电除尘器的供电电压和电流,增大电晕功率,增加电场内粉尘的荷电能力,克服反电晕,其恒流特性可以迅速地熄灭火花并快速恢复电场能量,从而提高除尘效率。(3)移动电极技术移动电极(或称“旋转电极”)技术是采用可移动的收尘极板和旋转的刷子来构成移动电极电场,粉尘在被收集到收尘极板上尚未达到形成反电晕的厚度时,就随移动电极一起转移到没有烟气通过的灰斗内,被旋转的刷子彻底清除,使收尘极板保持清洁状态。移动电极技术能有效消除高比电阻粉尘的反电晕现象,避免传统振打清灰造成的二次飞扬,提高除尘效率。移动电极式电除尘器通常由位于烟气上游的常规固定电极电场和位于下游的一个移动电极电场组成,固定电极电场去除易于收集的粉尘,移动电极电场用于收集高比电阻、超细、高粘性的粉尘(4)烟气热量的回收利用低低温电除尘技术烟气冷却器一般采用管式换热器,回收的热量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。对于采用湿烟囱的机组,回收的烟气热量可用于凝结水加热或采暖供热系统。由于进入电除尘器的烟气温度下降,灰流动性差,为了防堵防腐,需要对常规电除尘器进行相关改造,在电除尘器的灰斗和绝缘子上装辅助加热设备,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。(5)利用烟道内产生等离子体预荷电凝聚技术是将预荷电凝聚装置置于电除尘器捕集区前端烟气流速较高的烟道内,利用烟道中的高流速,在烟道中产生高浓度的等离子体,让粉尘充分荷电,增加微细颗粒电凝聚作用,从而可以提高电除尘器的除尘效率,特别是对微细颗粒的捕获率1.2袋式除尘器。采用采用滤料、清灰方式的方法,诉讼原理点压力,原理如下袋式除尘器利用纤维滤料制作的袋状过滤元件来捕集烟气中的粉尘,影响其除尘效率的关键是滤料性能和清灰方式。袋式除尘器除尘效率高,对粉尘特性不敏感,不受比电阻的影响,特别是对于亚微米级的粉尘有很好的收集效果,但本体阻力比电除尘器高,滤袋的使用寿命影响运行成本。袋式除尘器出口烟气含尘浓度一般可以长期稳定在20mg/Nm1.3前电后袋一体化结构的优点电袋复合除尘器是静电除尘和过滤除尘机理有机结合的一种复合除尘器,综合了电除尘器和袋式除尘器的优点。目前,国内一般采用“前电后袋”串联式一体化结构,通过前级电场使粉尘预荷电并收集下大部分粉尘,而剩下的比电阻比较高、颗粒比较细而难以捕集的粉尘进入后级滤袋区,可以发挥布袋除尘器对细微粉尘的高效捕集特点,而前级电场的预除尘作用和荷电作用提高了后级滤袋区的过滤性能,使得过滤阻力大大降低,清灰周期也大大延长。目前的国家标准要求电袋复合除尘器出口烟气含尘浓度低于30mg/m1.4湿法脱硫装置协同除尘提效技术湿法脱硫由于采用浆液洗涤的气液接触方式,因此具有明显的协同除尘效果,以前国内一般按50%的除尘效率考虑,除雾器出口雾滴含量保证值按75mg/m提高湿法脱硫装置协同除尘效率的措施主要包括:选择合适的吸收塔流速与液气比等参数;优化塔内气流分布及喷淋层设计,增设喷淋增效环避免烟气从塔壁边缘喷淋覆盖率低的区域逃逸;采用高雾化性能的喷嘴,降低浆液液滴直径;采用高性能的除雾器和增加烟道除雾器,要求除雾器出口雾滴含量保证值小于40mg/m2.5板式材料的种类湿式电除尘器的工作原理湿式电除尘器从结构上可分为管式和板式两种基本型式,管式只用于垂直烟气流向,板式则既有水平烟气流向也有垂直烟气流向;从阳极材料上可分为金属极板和非金属极板2类,非金属极板较典型的有导电玻璃钢及柔性纤维织物2种;从布置形式上可分为卧式(水平式)和立式(垂直式),立式的可以装在脱硫吸收塔顶部。2率湿法脱硫技术是目前世界上最为成熟、应用最多的脱硫工艺,脱硫效率可达到99%。根据中国电力企业联合会的统计现有的石灰石—石膏湿法脱硫装置基于以往的排放标准,一般按90%~95%的脱硫效率设计,为了达到超低排放二氧化硫排放浓度小于35mg/m2.1稳定的石胶结构,提高脱硫反应的质量比表面积对于石灰石品质的要求总体上包括纯度、活性、细度、硬度等方面。选用纯度和活性高、硬度低的石灰石,磨制得细一些,参与反应的质量比表面积就越大,脱硫反应速率也越快,可以提高石灰石的利用率和脱硫效率,减少杂质造成的各种不利影响,保证系统运行的安全稳定性,同时也有利于脱硫副产品(石膏)的综合利用2.2和气液分布的均匀性对于气液逆向喷淋吸收塔,塔内气液接触面积、接触时间和气液分布的均匀性直接影响气液传质效果,从而影响脱硫效率。针对超低排放要求,需要提高液气比,同时应用各种高效的气液分布装置来强化气液传质效果,提高脱硫效率。(1)液体萃取比l提高液气比相当于增大了吸收塔内的浆液喷淋密度,从而增大了气液传质表面积,强化了气液两相间的传质,有利于SO(2)烟气旁路,导致烟气旁路吸收塔喷淋层边缘的喷淋覆盖率低于中心区域,喷淋浆液分布通常为中间密周边薄,周边相应的阻力较低,使烟气容易从该区域逃逸,造成烟气旁路,另外,喷到塔壁的浆液顺着塔壁向下流,与烟气不能发生充分接触,从而影响系统的脱硫效率和除尘效率。因此,国内外多家公司开发了多种结构型式的喷淋增效环(3)强化双托盘强化脱硫效率美国巴威公司的多孔托盘技术有利于烟气均布和增加气液接触时间,可以在相对较低的液气比时达到较高的脱硫效率。托盘比喷淋层提供了更有效的烟气和浆液接触方式,采用双托盘能二次强化气液接触,进一步提高脱硫效率。对于现役喷淋空塔和托盘塔,采用托盘/双托盘进行提效改造具有改造工作量小、投资省等优点。(4)旋转耦合技术由北京国电清新环保技术有限公司开发的旋汇耦合技术基于多相紊流掺混的强传质机理和气体动力学原理2.3脱硫效率和亚硫酸钙的氧化率和系统结垢吸收塔浆液的pH值是系统运行的重要参数,对脱硫效率、亚硫酸钙的氧化率、石灰石的利用率和系统结垢都有影响。浆液的pH值高,有利于碱性液体与酸性气体之间的化学反应,SO(1)脱硫反应循环回路双循环技术将吸收塔循环浆液分为两个独立的反应罐、形成两个在不同pH值下运行的循环回路,使脱硫反应在较为理想的条件下进行。可采用单塔双循环或双塔双循环。单塔双循环双塔双循环的一级、二级串联吸收塔分别对应于单塔双循环的下回路和上回路,利用双塔双循环技术进行现役机组的增容改造可以充分利用原有脱硫设备设施。(2)脱硫系统脱除效率和氧化在吸收塔浆池中设置分区调节器和射流搅拌系统,通过两者的相互配合,使得调节器上部浆液pH值维持在较低值,而下部浆液pH值维持在较高值,分别满足氧化和吸收所需,实现“双区”运行目的,从而提高脱硫系统的脱除效率和氧化效果2.4脱硫产效剂脱硫增效添加剂3燃煤电厂脱硝系统现状我国燃煤电厂氮氧化物控制采用燃烧控制技术和烟气脱硝技术相结合的综合防治措施“十二五”是我国燃煤电厂脱硝改造的高峰期,截至2013年底,煤电脱硝比例达到54%3.1低氮燃烧技术高效低氮燃烧技术将煤质、制粉系统、燃烧器、二次风及燃尽风等作为一个整体考虑,以低氮燃烧器与空气分级为核心,在炉内组织适宜的燃烧温度、气氛与停留时间,形成早期的、强烈的、煤粉快速着火、欠氧燃烧,利用燃烧过程产生的氨基中间产物来抑制或还原已经生成的氮氧化物(NO采用先进的低氮燃烧器技术,炉膛出口NO3.2scr脱硝装置的性能已建的SCR脱硝装置一般按60%~70%的脱硝效率设计,要达到NO3.3shcl-scr联合脱硝技术SNCR脱硝技术是将NH4污染物脱除效果燃煤电厂超低排放技术在集成高效的除尘、脱硫和脱硝技术的同时,充分发挥各个烟气污染物脱除装置的协同效应,在每个装置脱除其主要目标污染物的同时,协同脱除其他污染物或为下游装置脱除污染物创造有利条件脱硝装置在实现NO低低温电除尘器和湿式电除尘器可以实现SO湿法脱硫装置协同除尘和脱汞效果明显,可以去除烟气中大部分的氧化汞。5部分超低排放投运项目2014年5月30日,浙江浙能嘉华发电有限公司8号机组完成超低排放改造,成为国内首台投入运行的超低排放示范机组,截至2014年底,全国各地已有二十多套超低排放系统投运,污染物排放监测数据均低于超低排放限值。部分超低排放投运项目的技术路线见表2。实践证明,集成各种先进高效的除尘、脱硫、脱硝技术,充分发挥其协同脱除功效,燃煤电厂达到天然气燃气轮机