燃煤电厂机组超低排放改造技术方案
2017-02-16 16:22:29 来源：盐城大天力环保
燃煤电厂机组超低排放改造技术方案
长期以来，由于我国的能源结构以煤为主，以PM2.5为主导因素的区域灰霾现象日趋严重，近两年引起了公众越来越广泛的关注。锅炉的烟气脱硫脱硝势在必行。在这种社会大环境下，“超低排放”技术近期在火电行业得到了快速推广。本文就本项目实施过程中超低排放改造的问题及方法进行探讨。
自2013 年以来，我国中东部地区出现持续雾霾天气，给人民群众的生产生活和身体健康造成了严重影响，火电厂烟气污染物排放的治理也更加引起了国家发改委、环保部等国家部委的高度重视。2014年09月12日，国家环保部、发改委、国家能源局下发了“关于印发 《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020 年)》的通知”。国家电投积极响应国家号召，并部署集团公司燃煤机组有序进行超低排放改造
1.改造后排放目标及具体改造措施
1.1改造后排放目标：
(1)氮氧化物质量浓度:NOx<50mg/Nm3
(2)硫氧化物质量浓度:SO2<35mg/Nm3
(3)固体烟尘质量浓度:SD<5mg/Nm3
1.具体改造措施
(1)降低氮氧化物排放质量浓度的改造措施：改造炉内氮氧化物燃烧器，确保锅炉出口NOx 质量浓度全工况小于350mg/Nm3 ;改造炉外脱硝选择性催化还原技术，确保烟囱出口氮氧化物排放质量浓度小于50mg/Nm3;改造空气预热器，满足抗堵塞、抗腐蚀的要求，并削弱SCR 脱硝改造对下游空气预热器的影响。
(2)降低SO2排放质量浓度的改造措施：对烟气系统和吸收系统进行改造，将SO2 排放质量浓度控制在35mg/Nm3以下，同时将脱硫效率由原来的95%提高到98%以上;引风机和增风机合一改造，满足机组风烟系统以及脱硫、脱硝系统的出力要求。
(3)降低烟尘排放质量浓度的改造措施：电场除尘+布袋除尘改造，确保烟囱出口烟尘排放质量浓度在5mg/Nm3以下。
2存在问题及改造方案
2. 脱硝系统
SCR脱硝系统出现的主要问题如下：
(1)脱硝系统出口NOx含量偏高，环保指标不达标。
(2)SCR出口与烟囱排烟出口NOx偏差大。
(3)脱硝氨站的设计出力不能满足特殊工况下低NOx排放要求，影响机组脱硝效率。
(4)脱硝系统积灰严重，催化剂大面积磨损，大大降低了脱销效率。
(5)由于脱硝系统的引起空气预热器腐蚀、积灰严重。
针对脱销系统出现的以上问题，解决方案如下：
(1)优化燃烧调整：正常运行中在保证燃烧的前提下适当降低氧量运行，保持整个系统的低氧状况。精准控制风煤比例，调整制粉系统风量，在满足要求的情况下尽量降低一次风量，同时适当调整燃尽风，保证控制燃烧末端风量。
改进氨喷射系统及导流板：
调整喷嘴的喷氨量，使氨量与对应的NOx浓度相匹配。通过流体模型试验，重新对烟道导流板、氨喷射系统静态混合器、催化剂层上部整流板进行优化设计，并对导流板、整流板进行更换，使烟气分布的均匀性偏差在合理范围内，以提高脱销效率。
通过以上调整控制脱硝系统的入口NOx含量在350mg/Nm3以下。
(2) 系统运行发现SCR出口NOx平均值与烟囱出口排烟NOx偏差较大(图2-1)。
原设计SCR进、出口脱硝采样探头安装在相应烟道中部，取样代表性较差，为了掌握SCR反应器进、出口NOx浓度分布情况，通过网格法进行试验，SCR反应器人口NOx浓度分布比较均匀，偏差较小。SCR反应器出口NOx浓度分布均匀性较差，出口NOx浓度延宽度和深度方向有较大变化，且局部存在NOx浓度较低的点。出口浓度分布均匀性差，除了烟气流场不稳定外，喷氨的不均匀性是主要原因。
为了解决这一问题，通过采用插入式的旁路取样管方式实现多点取样。从SCR出口烟道分别引出两路旁路取样管至空气预热器出口烟道，利用烟道之间的差压实现旁路管道的烟气流动，将烟气分析系统的取样探头测点布置在烟道外部的旁路取样管上。旁路管插人烟道部分，贯穿整个烟道截面，在管道上每隔一段距离开取样孔，在烟道壁处汇成一路，以求在一定程度上保证烟气的混合均匀，提高代表性，保证了SCR出口NOx与烟囱排烟NOx趋势的一致性。图2-2为改造后曲线。
(3) 2台机组脱硝系统共用l套氨气系统，共配置2台，l台运行，1台备用。蒸发器为蒸汽加热水浴式气化器。实际运行中，在2台机组满负荷时段，如果脱硝入口NOx含量超过450mg/Nm3，将造成液氨蒸发器水温达不到设计值80℃，2台炉SCR脱硝系统入口供氨管道压力偏低，影响机组的脱硝效率。为解决此问题，将2台液氨蒸发器更换，蒸发能力提高，各种工况下2台炉脱硝系统的供氨需求。
(4) 针对催化剂磨损严重，甚至出现整块脱落的情况(图 2-3)，更换脱硝催化剂，并重新设计催化剂，增大了催化剂层的体积，在原有备用层增加第三层催化剂，将每层催化剂高度增加。同时，对烟道流场也进行模拟试验及优化设计，对各导流板、整流板进行更换，组织烟气有序流动，*大程度地减少流动阻力。对吹灰系统进行技术改造，在每层催化剂的上方装有4台耙式吹灰器的基础上，又加装了7台声波清灰器。声波清灰器发出的高能声波能引起粉尘共振，使其处于游离状态，防止灰尘粘合、累积在催化剂和SCR反应器内的表面上。运行中，声波吹灰器投连续工作，耙式蒸汽吹灰器吹灰频率由每班1次改为每班2次，有效避免了催化剂积灰的不利状况。
(5) 针对空气预热器的腐蚀、堵灰问题采取以下措施：
①全部更换脱硝催化剂后，可以控制氨逃逸率在正常范围内，降低NH3HSO4的生成量，减少空气预热器堵塞粘灰的隐患。
②在机组进行等级检修期间，对空气预热器蓄热片进行改造，将冷端蓄热片全部更换为搪瓷元件，降低NH3HSO4在蓄热片上的沉积量，有利于积灰的清除，并对热端损坏蓄热片进行修复，彻底冲洗蓄热片上的积灰。
③在保留蒸汽吹灰的前提下，在空气预热器受热面增加声波吹灰器，以提高对空气预热器的吹灰强度。
2. 脱硫系统
脱硫系统出现的主要问题如下：
(1)石灰石石膏系统吸收塔结垢。
(2)脱硫系统腐蚀。
(3)磨机系统效率低。
(4)脱硫系统阻力大。
(5)除雾器部分沉积结垢。
针对以上问题采取以下改造方案：改造采用引增合一方式(本方案不包含引风机改造)，拆除原有4台增压风机及其基础。脱硫原烟道重新优化设计，由主烟道直接接入吸收塔入口，实现大浆液量循环五层喷淋三层除雾深度脱硫。具体方案如下：
①为实现SO2排放浓度≤35 mg/Nm3，脱硫效率由原有的95.1%提高到98.1%以上，根据计算，考虑采用增加双相整流装置后，保留现有的循环泵及*下方三层喷淋层，更换*上层喷淋层，再新增加一层喷淋层及循环泵，总共五层喷淋层。
②将原有二级屋脊式除雾器及顶部塔体保留并向上顶升，在原有二级屋脊式除雾器下方新增加一级屋脊式除雾器，原有一级管式除雾器移位安装到新增喷淋层上方位置。除雾器高度由原有2.5m增加到5m。为减少石膏雨发生的可能性，*上一层喷淋层到除雾器的距离从1.8m提高到2.5m。吸收塔塔径不变，循环停留时间3.8分钟，根据计算需增高吸收塔浆液池高度2m。吸收塔本体总高度由原有的29m增加到36.6m，共7.6m，其中浆液池高度提高2m，喷淋层及除雾器段提高5.6m。
2. 除尘系统
电除尘系统出现的主要问题如下：
(1)整流器变压器烧坏可控硅被击穿。
(2)除尘效率低。
(3)极板积灰严重，振打装置清灰效果不佳。
(4)烟气粉尘浓度变化极易影响除尘效率。
针对以上问题对电除尘器进行电袋复合
除尘器改造：
电袋复合除尘器是指在一个箱体内紧凑安装电场区和滤袋区，有机结合静电除尘和过滤出尘两种机理的一种新型除尘器(图3-1)。龙净FE型电袋复合除尘器工作时高速含尘烟气流入进口喇叭，在内部得到缓冲、扩散、均衡后低速进入电场区，在高压电晕作用下大部分烟尘被电场收集，已荷电的少量烟尘随气流继续流向滤袋区被过滤拦截，干净的烟气通过净气室、提升阀、出风烟箱排出而实现了烟气≤10mg/Nm3的净化目标。为保证除尘器持续正常运行，振打装置和清灰系统按设定的程序间歇性工作，使依附于极板和滤袋表面的粉尘层剥离并落入灰斗过渡仓储。由于电场区在除尘过程中发挥了*作用，因而他成为电袋技术的核心机理(图3-2)。
改造方案:
该方案采用电袋复合除尘器对原有电除尘器进行改造，不加长柱距，不加宽跨距，保留原支架、壳体、灰斗、进口喇叭等。*、二电场保持原样，第三、四、五电场及后部空间改造为长袋中压脉冲行喷吹袋式除尘区。改造范围包括前至电除尘器进口喇叭前烟道直段(包含烟气隔离门及预涂灰系统)，后至出口水平烟道末端(与垂直段交界处)，上至顶部起吊设备，下至灰斗下法兰手动卸灰阀，配套电气控制及相应土建工程.
4.成本核算及经济效益分析
4.1成本核算
两台机组总体改造费用：
总投资增加2.5亿元，其中设备购置增加1.5亿元、建筑安装增加3000万元，年运行费用增加7000万元。
4.2经济效益估算
(1) 脱硝系统改造后有效实现NOx质量浓度小于50mg/Nm3的控制目标，脱硝效率达87.5%。改造后每年可减排NOx约1600t，每年节约排污费约628.35万元。
(2) 脱硫增容改造后，脱硫效率可达到99.462%，每年减排SO2约1500t，每年节约排污费约352.6万元。
(3)对静电除尘器进行电除尘+布袋除尘改造后烟尘质量浓度236mg/Nm3降为5mg/Nm3以下。每年可减排烟尘约500t，每年节约排污费约181.84万元。
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