火力發(fā)電廠煙氣超凈排放技術(shù)研究

PAGEPAGE15火力發(fā)電廠煙氣超凈排放技術(shù)研究針對日益嚴(yán)格火力發(fā)電廠煙氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，火力發(fā)電廠煙氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)向燃機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)(煙塵≤5mg/Nm3，SO2≤35mg/Nm3，NOX≤50mg/Nm3，Hg≤0.03mg/Nm3)要求看齊。針對火力發(fā)電廠極低排放要求，就必須有高效、環(huán)保、節(jié)能的輔機(jī)設(shè)備與之相適應(yīng)。通過對我國燃煤電站煙氣污染物控制環(huán)保設(shè)備使用情況及經(jīng)濟(jì)性和對國際上已經(jīng)出現(xiàn)的和正在研究中多種煙氣中污染物協(xié)同處理技術(shù)應(yīng)用情況介紹，有針對性的提出了我國應(yīng)采用的技術(shù)方案及路線控制火電領(lǐng)域全社會關(guān)注污染物控制技術(shù)。隨著國家對大氣污染物排放控制要求的提高，新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)于2012年1月1日正式實施。新排放標(biāo)準(zhǔn)對煙塵、二氧化硫、氮氧化及重金屬排放控制要求都有了很大的提高，新標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定新建火力發(fā)電廠煙塵顆粒物≤20mg/Nm3，SO2≤100mg/Nm3，NOX≤100mg/Nm3，Hg≤0.03mg/Nm3。然而目前國內(nèi)環(huán)保形勢仍十分嚴(yán)峻，一些擔(dān)負(fù)國計民生民族企業(yè)仍有責(zé)任將煙塵、SO2、NOX等污染物排放標(biāo)準(zhǔn)做社會責(zé)任裕量考慮，將煙塵、SO2、NOX、Hg等污染物排放標(biāo)準(zhǔn)向燃機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)看齊，力爭達(dá)到或超過燃機(jī)電廠排放標(biāo)準(zhǔn)(煙塵顆粒物≤5mg/Nm3，SO2≤50mg/Nm3，NOX≤50mg/Nm3，Hg≤0.03mg/Nm3)。近年來我國霧霾現(xiàn)象嚴(yán)重，環(huán)保要求也越來越高，導(dǎo)致我國火力發(fā)電領(lǐng)域環(huán)保設(shè)備升級，針對火電項目環(huán)保設(shè)備要求日趨嚴(yán)格。近一段時間國內(nèi)又要求新建火電項目煙氣煙塵、SO2、NOX、Hg等要達(dá)到燃機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，這就要求新建火力發(fā)電廠環(huán)保設(shè)備具有更高的煙塵、SO2、NOX、Hg等主動脫除及環(huán)保設(shè)備間的協(xié)同處理能力。在燃煤電站建設(shè)過程中，應(yīng)從整體角度考慮燃煤所帶來的運行和環(huán)境問題，充分掌握燃煤電站煙氣中各種污染物之間相互影響、相互關(guān)聯(lián)物理和化學(xué)過程，充分利用現(xiàn)有燃煤電廠煙氣中煙塵、SO2、NOX、Hg等污染物脫除設(shè)備之間可能存在協(xié)同脫除能力，來實現(xiàn)污染物的集成治理，大幅降低燃煤電站環(huán)境污染治理成本。從國際技術(shù)發(fā)展來看，開發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)型多種污染物聯(lián)合脫除技術(shù)并進(jìn)行系統(tǒng)集成已成為一個熱點。1火力發(fā)電廠污染物排放控制技術(shù)方案目前針對火力發(fā)電廠達(dá)到燃機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)主要考慮采用高效靜電除塵器、布袋(電袋)除塵器、移動極板靜電除塵器、低低溫靜電除塵器以及石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)對煙塵的脫除技術(shù)等。另外采用濕式靜電除塵器精細(xì)化處理脫硫后飽和煙氣中細(xì)微煙塵，從而達(dá)到較高PM2.5控制水平。針對SO2的脫除工藝技術(shù)方案主要采用采用高效石灰石-石膏濕法脫硫工藝、煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫工藝等。目前火力發(fā)電廠脫硝方法主要采用低NOx燃燒技術(shù)與煙氣脫硝相結(jié)合的方法脫除NOx能達(dá)到效果最優(yōu)。針對重金屬Hg的脫除工藝技術(shù)方案主采用加入添加氧化劑(一般為鹵族元素，主要是CaBr2、改性活性炭)，再配合SCR、ESP和FGD環(huán)保設(shè)備協(xié)同作用，可以達(dá)到較好汞控制效果。1.1火力發(fā)電廠煙塵污染物排放控制技術(shù)方案1.1.1火力發(fā)電廠煙塵污染物排放控制方案目前針對火力發(fā)電廠達(dá)到燃機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)主要考慮采用高效靜電除塵器、布袋(電袋)除塵器、移動極板靜電除塵器、低低溫靜電除塵器等。高效靜電除塵器主要采用包括高頻電及數(shù)模流場優(yōu)化等措施，根據(jù)目前國內(nèi)除塵器制造技術(shù)發(fā)展水平，選擇雙室五電場靜電除塵器，當(dāng)入口除塵器入口粉塵濃度45g/Nm3時，能使除塵器粉塵排放濃度控制在lt;30mg/Nm3以下;國內(nèi)布袋(電袋)除塵器制造技術(shù)發(fā)展水平，選擇布袋除塵器除塵效率可達(dá)99.99%，控制除塵器出口粉塵排放濃度在￡5~20mg/Nm3之間。電袋除塵器在合理選擇新型過濾材料(如選擇PTFE基布保證過濾材料基本結(jié)構(gòu)及尺寸穩(wěn)定性)條件下，能夠充分滿足電袋除塵器后側(cè)布袋的保證使用壽命及較惡劣的運行工況。移動極板靜電除塵器能夠利用旋轉(zhuǎn)刷和移動的收塵極板去除捕集粉塵，從而防止電暈，移動極板系統(tǒng)能有效地收集高電阻率粉塵。收塵極板通過頂部驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)，以極慢速度進(jìn)行上下移動，帶電粉塵在集塵區(qū)域內(nèi)被收集;附著在極板上粉塵在非集塵區(qū)域內(nèi)，被夾住收塵極板的兩把旋轉(zhuǎn)鋼絲刷刮落至灰斗中。低低溫靜電除塵器技術(shù)優(yōu)勢就在于爐后增設(shè)煙氣換熱器設(shè)備對鍋爐尾部排煙溫度進(jìn)一步降低，整個機(jī)組經(jīng)濟(jì)型得到較大提高;煙溫降低后使煙塵的比電阻降低，提高靜電除塵器收塵能力;同時使煙氣體積流量減小，使低低溫靜電除塵器及其后端煙氣通流設(shè)備出力都有明顯減小，降低整個工程投資。目前在日本新建500MW~1050MW火電機(jī)組基本全部采用低溫電除塵器工藝，將MGGH的降溫?fù)Q熱器安裝在電除塵器(ESP)之前，主要工藝流程見工藝流程圖1.1-1。圖1.1-1低低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)流程圖近幾年我國低低溫電除塵器技術(shù)也有較大發(fā)展，低低溫靜電除塵器與電廠熱力系統(tǒng)及脫硫系統(tǒng)結(jié)合，具有綜合節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保的效果，并能滿足燃中、低灰分煤條件下國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的粉塵控制要求。以內(nèi)蒙某中等硫分、灰分已開展施工圖設(shè)計2′660MW國產(chǎn)化機(jī)組，對采用低低溫靜電除塵器與采用傳統(tǒng)五電場電除塵器主要環(huán)保排放指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較見下表1.1-2：表1.1-2低低溫與傳統(tǒng)靜電除塵器環(huán)保排放指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較表序號項目低低溫靜電除塵器傳統(tǒng)靜電除塵器1設(shè)計煤質(zhì)內(nèi)蒙白音華褐煤2靜電除塵器五電場3脫硫入口實際煙氣流量/(m3˙h-1)391953244054244煙氣溫度/℃901355入口粉塵質(zhì)量濃度/(mg˙m-3)36316粉塵質(zhì)量濃度/(mg˙Nm-3)20307除塵效率/%99.9599.908電耗8.1煙氣換熱器/kW600基準(zhǔn)值8.2引風(fēng)機(jī)(引增合一風(fēng)機(jī))軸功率/kW-2300基準(zhǔn)值8.3總功率/kW-1700基準(zhǔn)值低低溫靜電除塵器與傳統(tǒng)靜電除塵器相比，綜合能耗有較大降低。低低溫高效煙氣處理系統(tǒng)煙氣換熱器需要熱媒水循環(huán)泵等設(shè)備，故電耗高于回轉(zhuǎn)式煙氣加熱器。但電除塵器前設(shè)置了降溫?fù)Q熱器，使進(jìn)入電除塵器、吸風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)的煙氣溫度降低，盡管降溫?fù)Q熱器增加了煙氣系統(tǒng)的阻力損失，但較少的煙氣體積流量，使吸風(fēng)機(jī)的電耗略微提高;煙氣脫硫系統(tǒng)不僅煙氣體積流量小，因為降溫?fù)Q熱器設(shè)置在除塵器前，煙氣阻力損失也減少了，引風(fēng)機(jī)電耗大幅度降低，軸功率降低低低溫高效煙氣處理系統(tǒng)與傳統(tǒng)的除塵相比，環(huán)保性能有較大提高，粉塵排放質(zhì)量濃度控制在20mg/m3以下。按年利用小時5500計算，采用低低溫靜電除塵器，每年可節(jié)電9.35X106kW˙h，由此可見采用低低溫高效煙氣處理系統(tǒng)有較好運行經(jīng)濟(jì)性。目前低低溫靜電除塵技術(shù)以其經(jīng)濟(jì)性高、技術(shù)可靠性好、投資水平合理占據(jù)國內(nèi)鍋爐主煙氣除塵設(shè)備主流地位，其他除塵器設(shè)備為輔助的技術(shù)匹配形式。1.1.2高效石灰石-濕法脫硫裝置對煙塵的脫除作用國內(nèi)脫硫公司認(rèn)為采用高效石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置對煙塵的脫除效率可達(dá)70%左右，但是考慮到各工程采用燃煤性質(zhì)的偏差建議石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置對鍋爐煙塵脫除作用應(yīng)按不大于50%考慮，而且近期國內(nèi)火電發(fā)電項目環(huán)評審批意見也按此數(shù)據(jù)進(jìn)行。1.1.3濕式靜電除塵器精細(xì)化處理脫硫后煙氣中細(xì)微煙塵濕式靜電除塵器(WESP)是靜電除塵器(ESP)的一種，濕式靜電除塵器與通常說干式靜電除塵器最關(guān)鍵差別就是清灰方式不同，WESP采用液體(水)沖刷集塵極表面來進(jìn)行清灰，液體(水)從集塵板頂端流下，在集塵板上形成一層均勻穩(wěn)定的水膜，將板上的顆粒帶走。因此，WESP與干式ESP的工作原理都要經(jīng)歷荷電、收集和清灰三個階段。其集灰工作原理和清灰工作原理如圖如圖1.1-3、1.1-4。濕式靜電除塵器可有效收集微細(xì)顆粒物(PM2.5粉塵、SO3酸霧、氣溶膠)、重金屬(Hg、As、Se、Pb、Cr)、有機(jī)污染物(多環(huán)芳烴、二惡英)等，沒有二次揚塵，煙塵排放可達(dá)5mg/m3以下。WESP收塵性能與粉塵特性關(guān)系不大，對黏性大或高比電阻粉塵也能有效收集，同時也適用于處理高溫、高濕的煙氣;需要設(shè)置廢水處理設(shè)備及采用很好的防腐措施。濕式靜電除塵效率可達(dá)到80%左右。目前國內(nèi)也有采用高效石灰石-石膏濕法除塵脫硫一體化超凈排放技術(shù)的工程，如單塔一體化脫硫除塵深度凈化技術(shù)(SPC-3D)技術(shù)、多層噴淋層配合雙托盤或持液層，脫硫塔頂部配合高效除塵霧器技術(shù)，單塔(雙塔)雙循環(huán)配合高效除塵霧器技術(shù)等，這些技術(shù)形式是我國引進(jìn)濕法脫硫技術(shù)后經(jīng)過近一段時間技術(shù)積累后改進(jìn)和研發(fā)的，不但可實現(xiàn)高效脫除SO2，同時也能實現(xiàn)脫硫后超細(xì)粉塵PM2.5精細(xì)化排放控制。目前這些技術(shù)都是在我國火電機(jī)組環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)提高后，特別是在國內(nèi)絕大多數(shù)火電機(jī)組排放標(biāo)準(zhǔn)向燃機(jī)標(biāo)準(zhǔn)看齊后經(jīng)過技術(shù)轉(zhuǎn)化突破技術(shù)瓶頸后出現(xiàn)的，上述這些技術(shù)在工程上也有應(yīng)用，并且絕大多數(shù)取得了較好效果，但上述技術(shù)還需要時間進(jìn)一步檢驗。1.2火力發(fā)電廠SO2污染物排放控制方案針對SO2的脫除工藝技術(shù)方案主要采用采用高效石灰石-石膏濕法脫硫工藝、煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫工藝等。1.2.1煙氣循環(huán)流化床半干法脫硫工藝煙氣循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫工藝RCFB是一種氣—液—固反應(yīng)煙氣脫硫工藝。在脫硫塔內(nèi)，一方面進(jìn)行氣相向液相的傳質(zhì)過程，煙氣中的氣態(tài)污染物不斷進(jìn)入溶液中，同時與脫硫吸收劑中的鈣離子發(fā)生反應(yīng)，另外一方面進(jìn)行蒸發(fā)干燥的傳熱過程，顆粒上液相水分受煙氣加熱影響不斷在塔內(nèi)蒸發(fā)干燥，再生成固體干態(tài)脫硫灰渣。煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝業(yè)績較多，技術(shù)相對成熟，且已經(jīng)在大中型機(jī)組上得到商業(yè)運行?；究蓾M足國家新的國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)。在采用低溫?zé)煔庋h(huán)流化床脫硫工藝后，以2x660MW褐煤機(jī)組為例，煙氣脫硫裝置入口煙氣溫度由150℃下降到120℃，在保證相同的運行狀況和脫硫效率條件下，與目前使用的煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝相比，水量由180t/h降低到102t/h，實現(xiàn)節(jié)約用水78t/h，節(jié)水率達(dá)到43.3%，節(jié)水效果明顯。因此在特別缺水地區(qū)機(jī)組上建議采用此種脫硫機(jī)組，以實現(xiàn)較好的節(jié)水效果。1.2.2石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝是目前世界上應(yīng)用最廣泛，技術(shù)最成熟煙氣脫硫技術(shù)。該工藝采用價廉石灰石漿液洗滌煙氣，通過船只換熱脫除煙氣中SO2，反應(yīng)產(chǎn)物為石膏，脫硫后煙氣經(jīng)除霧器除去液滴后排入煙囪。這種工藝煤種適應(yīng)性廣，脫硫效率高，能夠適應(yīng)大容量機(jī)組要求，對SO2濃度變化適應(yīng)范圍廣。石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置引進(jìn)技術(shù)后已在我國投運多年，工藝系統(tǒng)的可靠性、安全性得到用戶認(rèn)可。經(jīng)過工藝系統(tǒng)創(chuàng)新優(yōu)化后脫硫裝置工藝系統(tǒng)較傳統(tǒng)的脫硫裝置更為先進(jìn)，脫硫效率更高。如：多層噴淋技術(shù)+高效除霧器方案、多層噴淋技術(shù)+雙托盤+高效除霧器方案、單塔雙循環(huán)及雙塔雙循環(huán)技術(shù)方案、旋回耦合技術(shù)+離心管束式除塵除霧技術(shù)等石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置脫硫裝置有了較為明顯的提高，保證脫硫效率均可達(dá)到~99%左右，更適合提高火力發(fā)電廠提高SO2排放標(biāo)準(zhǔn)使用。上述提及脫硫技術(shù)均可保證達(dá)到極高的SO2脫除率，可見國內(nèi)經(jīng)過近一段時間的技術(shù)吸收和消化，已經(jīng)完全具備了高效率、低排放的脫硫技術(shù)。1.3火力發(fā)電廠NOX污染物排放控制方案火力發(fā)電廠中鍋爐脫硝是指控制燃燒過程中生成氮氧化物以及去除燃燒煙氣中氮氧化物的過程。目前火力發(fā)電廠脫硝方法主要有以下兩類：一類是從源頭上治理，控制燃燒過程中生成NOx。主要技術(shù)措施有：采用低氮燃燒器;分級燃燒，控制燃燒溫度;改變配料方案等。另一類是從末端治理，控制煙氣中排放的NOx，主要技術(shù)措施有：選擇性非催化還原法(SNCR);選擇性催化還原法(SCR);SNCR/SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)等。對于燃煤鍋爐雖然采用低NOx燃燒技術(shù)和設(shè)備的方法來控制NOx的生成，能達(dá)到一定的效果，但對火焰的穩(wěn)定性、燃燒效率、過熱蒸汽溫度的控制、受熱面的結(jié)渣和腐蝕等可能帶來影響，NOx脫除率也有限，NOx脫除率最多不超過60%，難以滿足不斷提高的環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)要求。采用低NOx燃燒技術(shù)與尾部煙氣脫硝相結(jié)合全負(fù)荷脫除NOx技術(shù)路線。2火力發(fā)電廠Hg等重金屬污染物排放控制技術(shù)氣體元素汞的性質(zhì)不活潑，既不易吸附也不溶于水，較難被現(xiàn)有污染物控制設(shè)備脫除。因此火力發(fā)電廠脫汞技術(shù)的思路都是促進(jìn)元素汞向氧化態(tài)或顆粒態(tài)轉(zhuǎn)化，走復(fù)合式污染控制之路。目前脫除Hg等重金屬污染物主要方法有燃燒前脫汞、燃燒中脫汞、燃燒后脫汞等。我國原煤洗選率還較低，尚無法燃燒前起到脫汞;燃燒中脫汞主要是改進(jìn)燃燒方式促進(jìn)汞向氧化態(tài)轉(zhuǎn)化;燃燒后脫汞是目前燃煤火電機(jī)組使用較廣泛方法。(1)促進(jìn)元素汞轉(zhuǎn)化為顆粒吸附態(tài)，再利用除塵器回收脫除;(2)促進(jìn)元素汞轉(zhuǎn)化為氧化態(tài)，利用氧化汞水溶性，在濕法煙氣脫硫裝置中脫除。除上述直接脫汞方法外，一些在燃燒前和燃燒中加入添加劑(如CaBr2等)的方法，可以有效提高燃燒后煙氣中汞的脫除效率。在工程應(yīng)用中，常采用的是在輸煤皮帶和煤粉管道上噴射鹵素(一般為CaBr2)。美國PleasantPrairie燃煤電廠(600MW，燃PRB次煙煤，安裝有SCR、ESP和WFGD)測試結(jié)果：向煤中添加25mg/kg的添加劑后，汞脫除率持續(xù)維持在92%-97%。另外一種新提出技術(shù)是在布袋除塵器膜上添加氧化劑，目前還在探索研究中。煙道活性炭噴射技術(shù)(ACI)是目前最為成熟的主動脫汞技術(shù)，在垃圾焚燒爐汞排放控制中取得了較好的效果。該技術(shù)是在除塵器之前的煙道中噴入活性炭，使活性炭在伴隨流動過程中不斷吸附煙氣中的汞，將氣態(tài)汞轉(zhuǎn)化為固定在吸附劑上的顆粒汞，然后利用顆粒物排放控制裝置將其脫除。目前在美國，一些ACI設(shè)備已投入運營。有些電廠使用的是未處理的活性炭;有些電廠為減少活性炭用量，提高脫汞效率，使用的是特殊處理改性活性炭。底特律愛迪生電廠(安裝ESP，燃次煙煤)以每分鐘48mg/Nm3的速率噴射活性炭后，其30天平均脫汞效率達(dá)到94%;針對燃煤電廠汞污染控制，盡管已開發(fā)出了許多種方法，不過多數(shù)尚處于研究測試階段。目前較為成熟且投入商業(yè)化應(yīng)用主動脫汞工藝主要有三種：1、活性炭噴射;2、添加氧化劑(一般為鹵族元素，主要是CaBr2);3、添加氧化劑輔以微量活性炭噴射。這幾種工藝再配合SCR、ESP和FGD的使用，可以達(dá)到較好的汞控制效果。除此之外，混煤燃燒也是一種可行的工藝。將鹵素含量(特別是溴含量)較高的煤種，與鹵素含量較低的煤種混合燃燒，這種方法可以提高汞脫除效率，并且無副產(chǎn)物的處理問題，具有很好的經(jīng)濟(jì)性。3我國超凈排放采用技術(shù)路線研究我國燃煤火電機(jī)組環(huán)保技術(shù)發(fā)展已經(jīng)形成高效煙氣處理工藝的體系：1、煙氣低NOX燃燒器及SCR煙氣脫硝工藝;2、高效電除塵器、電袋除塵器或布袋除塵器、低低溫電除塵器、移動極板電除塵器;3、高效濕法煙氣脫硫工藝、煙氣循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫技術(shù)和活性焦干法煙氣脫硫技術(shù)。針對我國不同地區(qū)，結(jié)合燃煤火電機(jī)組高效煙氣處理技術(shù)特點，采用不同設(shè)備、技術(shù)組合。發(fā)達(dá)地區(qū)綜合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求高，地區(qū)環(huán)保排放控制標(biāo)準(zhǔn)高于目前國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，燃煤為優(yōu)質(zhì)煙煤，煤質(zhì)具有高熱值、中灰、低硫等特點，建議：1)采用低NOX燃燒器+SCR+高效靜電除塵器、布袋(電袋)除塵器、低低溫電除塵器或移動極板電除塵器+濕法煙氣脫硫配套濕式靜電除塵器工藝、高效石灰石-石膏濕法脫硫除塵一體化工藝;2)采用低NOX燃燒器+SCR+高效電除塵器、低低溫靜電除塵器、布袋(電袋)除塵器或移動極板電除塵器+高效石灰石-石膏濕法煙氣脫硫、脫重金屬工藝+濕式靜