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火电机组脱硫除尘一体化超低排放技术路线选择和应用
摘要:2015年为响应集团公司和地方政府超低排放要求,经过调研和咨询,最终选择了工期短、费用低、设备简单、脱除效果优秀的脱硫除尘一体化改造路线,改造后机组三项污染物均达到超低排放要求,2016年初通过了保定市环保局和河北省环保厅验收合格,并通过了超低排放电价的批复。   文章结合2x200MW机组超低排放改造路线的选择和应用,进行了阐述供大家借鉴。   关键词:超低排放;高效除尘除雾装置;屋脊式除雾器;管束式除雾器;粉尘   一、前言   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)及《河北省燃煤发电机组超低排放升级改造专项行动实施方案》(冀气领办[2015]37号)要求,保定市处于大气污染物重点控制区域,大唐保定热电厂在2016年前要执行大气污染物超低排放标准,即SO2排放限值为35mg/Nm³(标态、干基、6%O2),粉尘排放限值为10mg/Nm³(标态、干基、6%O2),NOx排放限值为50mg/Nm³(标态、干基、6%O2)。根据我厂环保设施改造及运行情况,10、11号机组除尘不能满足超低排放要求,脱硫基本能够达到超低排放要求,但不稳定运行在集团公司要求的预警值以下。   二、超低排放技术路线选择和应用   (一)超低排放技术路线选择:   1.超低排放改造需要达到的目标:   (1)本次粉尘超低排放改造需要达到以下目标:   10、11号机组在0~100%BMCR工况下,吸收塔入口粉尘含量不大于30mg/Nm³时,通过烟气粉尘超净处理装置处理后,粉尘排放浓度小于5mg/Nm³(考虑到河北省地域特殊性)。   在任何正常工况下,经过超净排放处理装置后的净烟气雾滴含量小于25mg/Nm³。   粉尘超净处理装置压降≤350pa,改造后烟气阻力增加<150pa;   (2)本次脱硫超低排放改造需要达到以下目标:   10、11号机组炉满负荷时,脱硫系统入口SO2浓度分别对应3000mg/Nm³和4670mg/Nm³时,脱硫出口SO2排放浓度低于35mg/Nm³,满足超低排放标准,并留有一台循环泵作为备用。   (3)本次10、11号机组脱硫出口净烟道改造后达到以下目标:   10、11号机组CEMS测点安装位置满足《固定污染物烟气排放连续监测技术规范(试行)》中前4后2的点位规范化要求。   (4)本次10、11号机组脱硫测量仪表改造后达到以下目标:   10、11号脱硫净烟气CEMS、粉尘测量系统测量准确,满足超低排放测量量程的要求。   2.超低排放技术路线选择论证:   根据《中国大唐集团公司燃煤电厂污染物超低排放技术改造指导意见》和目前环保市场上的主流超低排放技术路线,大唐保定热电厂于2015年3月,分别调研了大唐国际云冈热电、三河电厂、国华定州电厂、衡峰电厂等燃煤电厂对超低排放改造技术的选择与应用情况。通过对湿式静电除尘器、高效除尘除雾器、托盘技术和PLUS层技术的分析与总结,结合机组实际运行状况,对烟尘超低排放改造基本有两种方案——增装高效除尘除雾装置或湿式静电除尘器。   (1)技术路线在实际的应用:   1.1脱硫除尘一体化技术同时兼具除尘、脱硫与除雾能力,原除雾器需进行拆除,布置高效除尘除雾装置,同时采用高效节能喷淋技术改造,采用优化喷淋层结构,改变喷嘴布置和更换高效喷嘴,增大化学吸收反应所需表面积,实现提高脱硫效率的目的。大唐国际云冈热电采用脱硫除尘一体化装置进行超低排放改造,除尘脱硫效率高,在入口烟尘浓度达到30mg/Nm³时,除尘装置出口烟尘含量达到5mg/Nm³以下,SO2排放小于35mg/Nm³。   此方案工期短,所需停机时间为25天左右;费用较低,20万KW容量机组约1260万元/台;运行成本低,不增加厂用电及水耗;运行维护简单。   1.2湿式电除尘器除尘效率高,可以稳定保持运行在颗粒物排放5mg/Nm³以下,布置在吸收塔顶或出口净烟气烟道上,电除尘器可分为两室,每室分为两个电场;每室相互独立,并配有进出口门,保证一侧电除尘器出现问题时,实现分室检修。湿式电除尘器入口浓度按照电袋除尘器布袋出现磨损时考虑,即30mg/Nm³,湿式电除尘器出口浓度可以达到5mg/Nm³以下。三河电厂湿式电除尘器出口浓度可以达到1.0mg/Nm³以下。   湿式电除尘器根据极板材质及布置方式主要有金属卧式、金属立式、玻璃钢立式筒状、金属泡沫立式等诸多结构形式。湿式电除尘投资较高,约1800万元/台;改造停机工期65天左右;对材质要求很高,对焊接质量要求很高;厂用电量及水耗增加。   1.3托盘技术和PLUS层技术对脱硫效率提升明显,只是不适合我单位SO2排放从50mg/Nm³降至35mg/Nm³的改造要求,而且需对引风机进行增容改造,故未考虑。   (2)脱硫除尘一体化改造方案(方案1增装高效除尘除雾装置+高效喷嘴喷淋优化技术)   2.1高效除尘除雾技术   高效除尘除雾技术是采用高效除雾除尘设备用于湿法脱硫塔饱和净烟气携带的雾滴和烟尘的脱除净化。其工作原理是利用凝聚、捕悉和湮灭的原理,在烟气高速湍流、剧烈混合、旋转运动的过程中,将烟气中携带的雾滴和烟尘颗粒脱除。凝聚是指烟气中夹杂的细小的液体颗粒相互之间碰撞而凝聚成较大的颗粒后沉降下来;捕悉是指细小的液体颗粒跟随气体与湍流器中的持液层充分接触后,被液体捕悉实现分离;湮灭是指细小的液体颗粒与被抛洒至除雾器的表面时,形成附着液膜从而在烟气中脱离出来;这三种运动过程同时将夹杂在液滴其中的烟尘除去。   2.2高效除尘除雾系统的布置   高效除尘除雾装置采用高分子聚合物材质,在改造工程中不增加设备重量,无需对吸收塔或烟道基础进行变动。 高效除尘除雾装置本体高度在2.6m以上,整体高度净空间6m左右。目前10、11号机组吸收塔设置了两层屋脊式除雾器和一层管式除雾器,高度4.8m,吸收塔需抬升1.2米,以满足高效除尘除雾改造要求。同时对现有除雾器冲洗水系统进行优化改造。   引风机于2014年随环保改造同期增容改造,风机TB点压头8800Pa,留有约430Pa的裕度,满足高效除尘除雾装置改造增加250Pa的阻力要求。高效除尘除雾装置本体重量约48t左右,原除雾器本体重量约28t左右,增加了20t的荷载,除雾器支撑梁预留50t荷载,吸收塔基础预留460t荷载,满足改造要求。   2.3吸收塔高效喷嘴喷淋优化   10号吸收塔高效喷嘴喷淋优化:优化布置吸收塔下面三层喷淋层支管,并更换安装高效喷嘴,到达提高脱硫效果。   11号吸收塔高效喷嘴喷淋优化:通过更换安装预洗塔二层喷淋层的高效喷嘴,到达提高脱硫效果。   (3)湿式电除尘器改造方案(方案2)   3.1湿式静电除尘器的技术   湿式静电除尘器工作原理与传统电除尘器相似,依靠的都是静电力,所不同的是工况环境为一“湿”一“干”。湿式静电除尘器处理的是脱硫后的湿烟气,一般布置在除尘脱硫系统的尾部。湿式静电除尘器主要由电晕线、阳极板、绝缘箱和供电电源组成,没有振打装置,尘(雾)粒子就被阳极所收集,在水膜的作用下靠重力自流向下而与烟气分离;极小部分的尘(雾)粒子本身则由于其固有的黏性而附着在阴极线上,通过关机后冲洗的方法将其清除。   3.2湿式静电除尘器布置   湿式电除尘安装方式:安装在净烟道中间。   (4)方案技术与经济分析对   根据以上技术与经济分析比较,大唐保定热电厂10、11号机组烟尘、SO2超低排放改造方案采用脱硫除尘一体化改造方案(增装高效除尘除雾装置+高效喷嘴喷淋优化)。   (5)为了控制电厂大气污染物排放,大唐保定热电厂对大气污染物处理装置进行超低排放改造,达到超低排放标准。 通过改造,10、11号机组烟尘排放浓度小于5mg/Nm³,年排烟尘量减小157.8吨(以现烟气烟尘排放浓度为20mg/Nm³,机组年利用小时5500h计算)。SO2排放浓度小于35mg/Nm³,年排SO2量减小157.8吨(以现烟气SO2排放浓度为50mg/Nm³,机组年利用小时5500h计算)。   (三)超低排放技术路线应用:   2015年6月对10号、11号机组进行了脱硫除尘一体化超低排放改造,由大唐环境产业有限公司EPC总承包,改造工期分别为24天和28天,改造范围为:   对10号、11号机组脱硫系统吸收塔除雾器进行改造,拆除原两级屋脊式除雾器及支撑梁,吸收塔顶部抬升1.2米,10号脱硫安装由Agilis生产的三级屋脊式高效除雾器其附属电气、控制设备,11号脱硫安装由国电清新生产的管束式高效除尘除雾器,并相应改造了冲洗水系统。   对10号机组脱硫吸收塔喷淋系统优化改造,优化喷淋层布置,修复喷淋层支撑梁,满足本次喷淋层及喷嘴优化改造的荷载要求,并更换三层喷淋层高效喷嘴,对11号脱硫吸收塔喷嘴优化改造,更换高效喷嘴,提高脱硫效率,达到超低排放的目的。   对10号、11号机组脱硫系统净烟道进行了拉直优化,满足了点位规范化前4后2的标准要求。   更换了10号、11号脱硫7台浆液循环泵的叶轮、前护板等过流部件,恢复循泵的出力。   更换了脱硫净烟气CEMS系统,SO2量程0-100mg/m3;NOX量程0-150mg/m3,氧量0-25%;#11脱硫原烟气CEMS进行更换,SO2量程0-7000mg/m3;NOX量程0-150mg/m3,氧量0-25%,采用三个采样探头混合方式;脱硫原烟气和净烟气CMES上位机(带软件)更换为双硬盘配置,保证历史数据可靠收集,历史数据保存一年以上。   对CMES数据传输至省调和环保部门相关设备进行更换升级。对净烟气烟尘仪进行改造,更换为进口抽取式烟尘仪。   5结束语:   2015年为响应集团公司和地方政府超低排放要求,各电厂和环保公司对超低排放改造的技术路线和设备选型各不相同,我厂经过调研和咨询,最终选择了工期短、费用低、设备简单、脱除效果优秀的脱硫除尘一体化改造路线,改造后机组三项污染物均达到超低排放要求,2016年初通过了保定市环保局和河北省环保厅验收合格,并通过了超低排放电价的批复。
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