鄧輝鵬

（中國華電工程（集團(tuán)）有限公司，北京 100073）

火電廠煙氣超低排放技術(shù)研究

鄧輝鵬

（中國華電工程（集團(tuán)）有限公司，北京 100073）

隨著國家對火電廠污染物排放要求的日益嚴(yán)格，各火電企業(yè)開展了一輪大規(guī)模的火電廠煙氣超凈排放改造行動。列舉了3種目前我國火電廠主流的超凈排放改造技術(shù)方案，并分別對其特點(diǎn)進(jìn)行分析，為電廠選擇符合不同SO2排放質(zhì)量濃度要求的煙氣超凈排放技術(shù)方案提供參考。

濕法煙氣脫硫；超凈排放；脫硫工藝；串聯(lián)吸收塔；雙塔雙循環(huán)；濕式電除塵器

1 超凈排放技術(shù)路線概況

2014年9月，國家發(fā)展與改革委員會、環(huán)境保護(hù)部及國家能源局聯(lián)合印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》，明確規(guī)定了各地區(qū)新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放質(zhì)量濃度須基本達(dá)到的燃?xì)廨啓C(jī)標(biāo)準(zhǔn)限值，即在基準(zhǔn)氧體積分?jǐn)?shù)為6%的條件下，東部地區(qū)新建燃煤發(fā)電機(jī)組煙塵、SO2及NOx排放質(zhì)量濃度分別不高于10，35及50mg／m3（標(biāo)態(tài)，干基，O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%，下同），中部地區(qū)新建機(jī)組原則上接近或達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組標(biāo)準(zhǔn)限值，鼓勵西部地區(qū)新建機(jī)組接近或達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組標(biāo)準(zhǔn)限值，穩(wěn)步推進(jìn)東部地區(qū)現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組實施大氣污染物排放質(zhì)量濃度基本達(dá)到燃?xì)鈾C(jī)組標(biāo)準(zhǔn)限值的環(huán)保改造，鼓勵其他地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組達(dá)到或接近燃?xì)鈾C(jī)組標(biāo)準(zhǔn)限值的環(huán)保改造。

2015年7月16日，環(huán)境保護(hù)部組織各發(fā)電集團(tuán)在北京緊急召開了“十三五”燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放工作推進(jìn)會。會議要求“十三五”超低排放改造機(jī)組煙塵、SO2及NOx限值原則上按照5，35及50mg／m3考慮；火焰爐和循環(huán)流化床（CFB）機(jī)組超低排放改造NOx排放限值按照100mg／m3考慮，SO2和煙塵排放限值仍按照35，5mg／m3考慮；位于廣西、重慶、四川和貴州高硫煤地區(qū)的機(jī)組超低排放改造SO2排放限值按照200mg／m3考慮，NOx和煙塵排放限值按照50，5mg／m3考慮。

在此背景之下，各火電企業(yè)開展了一輪大規(guī)模的火電廠煙氣超低排放改造行動。目前，脫硫除塵超低排放改造的技術(shù)路線主要分為以下4種：（1）脫硫增容改造＋濕式電除塵器；（2）電除塵器改造＋合金托盤＋三級屋脊式除霧器；（3）電除塵器改造＋三級屋脊式除霧器＋翹片式管式冷凝器（又稱凝變）＋超細(xì)霧化系統(tǒng)；（4）高效一體化脫硫除塵技術(shù)（設(shè)置離心管束式除塵器）。

2 超低排放的技術(shù)路線特點(diǎn)分析

2.1 脫硫增容改造＋濕式電除塵器

天津軍電熱電有限公司＃9，＃10機(jī)組（2×350MW）原設(shè)置有選擇性催化還原（SCR）脫硝、石灰石－石膏濕法脫硫和布袋除塵器等煙氣處理裝置，處理前SO2，NOx和煙塵排放質(zhì)量濃度為3800.000，450.000及42.882mg／m3，處理后的排放設(shè)計值分別為100，200及30mg／m3。

由于該熱電公司處于國家環(huán)保要求的重點(diǎn)區(qū)域，2014年8月，對＃9，＃10機(jī)組進(jìn)行了煙氣超低排放改造。改造后，SO2，NOx和煙塵排放質(zhì)量濃度限值分別為35，50及5mg／m3。該項目脫硝改造采取了置換SCR反應(yīng)器原有上層催化劑和加裝預(yù)留層催化劑的技術(shù)方案。

該項目脫硫除塵改造技術(shù)方案為：脫硫裝置采用串塔方案，利用原吸收塔作為一級塔，新建吸收塔作為二級塔，新增吸收塔與原吸收塔串聯(lián)布置，煙氣脫硫（FGD）入口SO2質(zhì)量濃度為3 800mg／m3，出口排放質(zhì)量濃度不大于35mg／m3，脫硫效率大于99.10%。煙氣首先進(jìn)入原吸收塔，經(jīng)一次處理后煙氣中SO2質(zhì)量濃度約為500mg／m3左右，再進(jìn)入二級吸收塔，經(jīng)過進(jìn)一步洗滌處理后煙氣中的SO2質(zhì)量濃度降低至35mg／m3以下，并通過煙囪排出。新增的二級塔設(shè)置有3臺漿液循環(huán)泵，吸收塔上部設(shè)置3級屋脊式除霧器，吸收塔頂部出口設(shè)置濕式靜電除塵器，保證煙囪入口的粉塵質(zhì)量濃度小于5mg／m3。

該公司于2014年年底完成了改造任務(wù)，SO2，NOx和粉塵等污染物排放指標(biāo)均達(dá)到、甚至高于國家燃?xì)鈾C(jī)組排放標(biāo)準(zhǔn)。

該項目的濕式靜電除塵器具有以下特點(diǎn)：（1）采用獨(dú)立支撐置放在吸收塔頂部，沖洗水流經(jīng)設(shè)備后直接回到吸收塔，不需要獨(dú)立的廢水處理裝置；（2）采用蜂窩式導(dǎo)電玻璃鋼作為陽極板，設(shè)備質(zhì)量小，空間利用率高，耐腐蝕；（3）采用二次冷凝超細(xì)霧化系統(tǒng)，陽極表面自動形成較為均勻的水膜，24 h沖洗一次，水耗低，單臺300MW機(jī)組平均水耗約為2m3／h；（4）煙氣流速高（約為2.5m／s），阻力?。s為300Pa），粉塵脫除效率高（約為85%），PM2.5去除率高（約為70%）。

2.2 除塵器改造＋合金托盤＋三級屋脊式除霧器

陜西華電蒲城第二發(fā)電有限責(zé)任公司＃5，＃6（2×660MW）機(jī)組原有脫硝裝置為SCR脫硝裝置，原有除塵器為雙室4電場靜電除塵器，原有脫硫裝置采用石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝，設(shè)置煙氣再熱器（GGH），1爐配1塔，煤種收到基硫分為2.9%，F(xiàn)GD入口SO2質(zhì)量濃度為6522mg／m3，出口SO2排放質(zhì)量濃度小于365mg／m3。蒲城縣屬于環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)地區(qū)，離西安直線距離108 km，當(dāng)?shù)丨h(huán)保局要求該公司必須實現(xiàn)超低排放。

2014年下半年，對該公司＃5，＃6機(jī)組進(jìn)行了超低排放改造，脫硝改造采取了置換SCR反應(yīng)器原有上層催化劑和加裝預(yù)留層催化劑的技術(shù)方案，原有電除塵器采取高頻電源的改造方案，改造后除塵器的出口粉塵質(zhì)量濃度小于30mg／m3，脫硫采用了串塔方案，要求改造后煙囪入口SO2，NOx和煙塵限值分別為35，50及10mg／m3。

該項目脫硫除塵改造的技術(shù)方案為：脫硫裝置采用串塔（雙塔雙循環(huán)）方案，利用原吸收塔作為一級塔，新建吸收塔作為二級塔，拆除原有脫硫系統(tǒng)的GGH，新建吸收塔放置在原GGH的位置，二級吸收塔設(shè)置1層合金托盤和三級屋脊式除霧器（出口霧滴質(zhì)量濃度小于15mg／m3），F(xiàn)GD入口SO2質(zhì)量濃度為6522mg／m3，要求出口SO2排放質(zhì)量濃度不大于35mg／m3，脫硫效率大于99.47%，出口粉塵質(zhì)量濃度小于10mg／m3。

＃6機(jī)組脫硫增容改造于2015年6月完成試運(yùn)行，改造后除塵器出口粉塵質(zhì)量濃度小于30mg／m3時，煙囪入口SO2質(zhì)量濃度小于35mg／m3，煙囪入口粉塵質(zhì)量濃度小于10mg／m3；當(dāng)除塵器出口粉塵質(zhì)量濃度小于20mg／m3時，煙囪入口粉塵質(zhì)量濃度小于5mg／m3。

該項目串塔（雙塔雙循環(huán)）方案具有如下技術(shù)特點(diǎn)。

（1）每個吸收塔系統(tǒng)設(shè)備獨(dú)立控制，易于優(yōu)化和快速調(diào)整，能適應(yīng)含硫量和負(fù)荷的大幅變化，適合于中、高硫煤的超低排放改造，系統(tǒng)余量充足。

（2）在增容改造過程中，能夠充分利用原有脫硫裝置的相關(guān)設(shè)備，避免拆塔重建或原塔改造。

（3）在增容改造過程中，由于新吸收塔與原有吸收塔相互獨(dú)立，吸收塔建設(shè)工程中無需停運(yùn)原有脫硫系統(tǒng)，只需在煙道匯口時停運(yùn)，大大減少了主機(jī)的停機(jī)時間。

（4）由于有2個相互獨(dú)立的吸收塔，可以降低前塔漿池pH值，利于氧化獲得高品質(zhì)石膏，又能提高后塔的pH值，保持高脫硫效率。

（5）新塔與舊塔單獨(dú)設(shè)置，有利于降低吸收塔高度，新塔可以按照超低排放要求靈活增加托盤和三級屋脊式除霧器。

2.3 除塵器改造＋三級屋脊式除霧器＋凝變＋超細(xì)霧化系統(tǒng)

陜西華電楊凌熱電有限公司一期工程為2× 350MW超臨界燃煤機(jī)組，同步建設(shè)脫硝、除塵、脫硫裝置。項目要求鍋爐排出的煙氣經(jīng)電袋復(fù)合除塵器除塵后煙塵質(zhì)量濃度小于10mg／m3，脫硫入口SO2質(zhì)量濃度為2866mg／m3，吸收塔出口SO2出口排放質(zhì)量濃度限值為35 mg／m3，煙塵質(zhì)量濃度小于5mg／m3。

該工程“煙塔合一”，每臺機(jī)組設(shè)置1臺吸收塔，布置在冷卻塔內(nèi)，單臺吸收塔設(shè)置5層噴淋層，漿液循環(huán)泵流量為6800m3／h，設(shè)置3層屋脊式除霧器，1套翹片式管式冷凝器和1套超細(xì)霧化系統(tǒng)。

該脫硫新建工程于2014年12月開工，2015年年底通過168 h試運(yùn)行，各項性能指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計值，吸收塔出口SO2質(zhì)量濃度小于35mg／m3，煙塵質(zhì)量濃度小于5mg／m3。

2.4 高效一體化脫硫除塵改造技術(shù)

華電寧夏靈武發(fā)電有限公司二期＃3，＃4（2×1000MW）機(jī)組煙氣脫硫增容改造工程，新建吸收塔作為一級塔，設(shè)置1層合金托盤和4層噴淋層，吸收塔上部安裝1層屋脊式除霧器，原吸收塔作為二級吸收塔，本次改造更換原有噴淋層和噴嘴，并將現(xiàn)有二級屋脊式除霧器拆除，整體更換為高效離心管束式除塵器。

設(shè)計要求改造后脫硫系統(tǒng)入口SO2質(zhì)量濃度為6200mg／m3，煙囪入口SO2質(zhì)量濃度為35mg／m3，脫硫系統(tǒng)入口粉塵質(zhì)量濃度為50mg／m3，煙囪入口粉塵質(zhì)量濃度為5mg／m3，脫硫率不低于99.44%。

該項目已經(jīng)完成二級吸收塔的改造，新建吸收塔還未建完，從分散控制系統(tǒng)（DCS）數(shù)據(jù)上看，二級吸收塔入口粉塵質(zhì)量濃度超過了50mg／m3，煙囪入口粉塵質(zhì)量濃度小于10mg／m3。

高效離心管束式除塵器入口粉塵質(zhì)量濃度范圍大，改造時間短，投資相對較低，是較有優(yōu)勢的新技術(shù)，但由于此技術(shù)已經(jīng)投產(chǎn)的項目較少，鍋爐低負(fù)荷下也沒有可調(diào)節(jié)的機(jī)構(gòu)，能否保證長期、穩(wěn)定、高效運(yùn)行還需要時間的檢驗。

2.5 除塵器改造技術(shù)

火電廠采用超細(xì)濾袋進(jìn)行電袋除塵器改造，電除塵器出口粉塵質(zhì)量濃度能控制在10mg／m3以下；采用MGGH＋低低溫靜電除塵器技術(shù)，粉塵質(zhì)量濃度能控制在10～20mg／m3；采用高頻電源＋脈沖電源改造，粉塵質(zhì)量濃度能控制在30mg／m3以下；采用普通的高效靜電除塵器，粉塵質(zhì)量濃度能控制在100mg／m3以下。

值得一提的是選用超細(xì)濾袋后，電除塵器出口粉塵質(zhì)量濃度能夠控制在10mg／m3以下，但粉塵均為超細(xì)粉塵，后置粉塵捕集裝置的效率也會降低。采用MGGH＋低低溫靜電除塵器技術(shù)后，除塵器出口的粉塵粒徑也相對較大，后置粉塵捕集裝置也會更加高效。

根據(jù)不同的出口粉塵質(zhì)量濃度，推薦的粉塵后處理方案見表1。

表1 推薦粉塵后處理方案mg／m3

3 結(jié)束語

脫硫入口SO2質(zhì)量濃度小于3 500mg／m3的電廠要實現(xiàn)SO2排放質(zhì)量濃度小于35mg／m3的超低排放目標(biāo)，可選用單塔（增加噴淋層）＋托盤方案；脫硫入口SO2質(zhì)量濃度大于3 500mg／m3的電廠要實現(xiàn)SO2排放質(zhì)量濃度小于35mg／m3的超低排放目標(biāo)，宜選用串塔（雙塔雙循環(huán)）方案。

濕式電除塵器除塵效率高，處理工藝穩(wěn)定可靠，但造價和運(yùn)行費(fèi)用均較高；托盤＋三級屋脊式除霧器的除塵效率相對較低，但改造難度小，安裝簡單，造價和運(yùn)行費(fèi)用低；三級屋脊式除霧器＋凝變＋超細(xì)霧化系統(tǒng)的除塵效率和造價居中，所以建議除塵器出口粉塵質(zhì)量濃度在10～20mg／m3的電廠可采用托盤方案或凝變＋超細(xì)霧化方案，除塵器出口粉塵質(zhì)量濃度在20～30mg／m3的電廠可視情況采用托盤方案或托盤＋凝變＋超細(xì)霧化方案，除塵器出口粉塵質(zhì)量濃度30mg／m3以上的電廠可采用濕式電除塵器方案。

（本文責(zé)編：弋洋）

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1647－1951（2016）02－0065－03

鄧輝鵬（1980—），男，湖南郴州人，工程師，從事火力發(fā)電廠煙氣脫硫、脫硝、除塵方面的工作（E－mail：denghp＠chec.com.cn。

2015－09－22；

2016－01－25