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●How to Cite this Article
Advances in Energy and Power Engineering
电力与能源进展
, 2016
,
4(4)
,
75-
81
Published Online
August 2016
in
H
ans. http://www.hanspub.org/journal/aepe
http://dx.doi.org/10.12677/aepe.2016.44010
文章引用
:
袁建国
,
周号
,
郦建国
,
刘含笑
.
燃煤电厂烟气超低排放技术路线的工程应用
[J].
电力与能源进展
,
2016,
4(4):
75-81. http://dx.doi.org/10.12677/aepe.2016.44010
Engineering
Application of Flue Gas
Ultra-
Low Emission
Technical Routes
in
Coal-
Fired Power Plant
Jianguo Yuan, Hao Zhou, Jianguo Li, Hanxiao Liu
*
Zhejiang Feida Environmental Science & Technology Co.
Ltd.
,
Zhuji
Zhejiang
Received
:
Jun.
1
st
, 201
6
;
accepted
:
Jun.
27
th
, 201
6
;
published
: Jun.
30
th
, 2016
Copyright © 2016
by author
s
and
Hans Publishers
Inc.
This work is licensed under the Creative
Commons Attribution International License (CC BY).
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Abstract
The atmospheric pollution situation in China is still serious
.
Flue
gas emission policies are stricter
and new technique is asked for market demand
.
In
accordance with this present situation and to
meet the requirement of flue gas ultra
-
low emission
in
Chinese coal
-
fired power plant, flue ga
s
co-
governance route with low
-
low temperature ESP technology as core task and WESP technical
route could be used respectively. These two technical routes were described
briefly
.
Typical
cases
from aspects of technical route, design requirement, technical
proposal, operation effect and so on
were
introduced.
Comparison
of technical characteristics of two technical routes was conducted in
this paper,
and
noteworthy problems and suggestions for flue gas ultra
-
low emission technical
were pointed out. This paper could provide
some
reference for the selection of flue gas ultra
-
low
emission technical routes and engineering promotion.
Keywords
Coal
-
Fired Power Plant
,
Ultra
-
Low Emission
,
Technical Route
,
Low
-
Low Temperature ESP Technology,
WESP Technology
,
Engineering Application
燃煤电厂烟气超低排放技术路线的工程应用
袁建国,周
号,郦建国,刘含笑
*
浙江菲达环保科技股份有限公司,
浙江
诸暨
*
通讯作者。
袁建国
等
76
收稿日期:
201
6
年
6
月
1
日;录用
日期:
201
6
年
6
月
27
日;发布日期:
2016
年
6
月
30
日
摘
要
中国大气污染形势依旧严峻,燃煤电厂烟气排放政策愈加严格,市场需求更加迫切,针对这一现状,同
时借鉴国外先进技术,为实现燃煤电厂烟气超低排放,可分别采用“以低低温电除尘技术为核心的烟气
协同治理技术路线”或“湿式电除尘技术路线”,本文对该两条技术路线进行了简述,并从技术
路线
及
设计要求
、技术方案、投运效果等方面介绍了其典型案例,对两条路线的技术特点作了比较,提出了烟
气超低排放技术存在的问题及建议。本文可为超低排放技术路线的选择及工程推广提供一定参考。
关键词
燃煤电厂,超低排放,技术路线,低低温电除尘技术,湿式电除尘技术,工程应用
1.
引言
2014
年
9
月,国家发展和改革委员会、中国环境保护部和国家能源局联合颁发了《煤电节能减排升
级与改造行动计划
(2014~2020
年
)
》,要求东部地区新建燃煤机组在基准氧含量
6%
条件下,烟尘、
SO
2
、
NO
x
排放浓度分别不高于
10 mg/m
3
、
35 mg/m
3
、
50 mg/m
3
,对中部和西部地区及现役机组也提出了要求
[
1]
。
2015
年
12
月,中国环境保护部、国家发展和改革委员会和国家能源局联合发布的《全面实施燃煤
电厂超低排放和节能改造工作方案》要求:将东部地区超低排放改造任务提前至
2017
年,并将东部地区
改造要求扩展到全国有条件地区。全面实施超低排放已势在必行。
我国燃煤电厂烟气治理经历了从“
除尘
”到“除尘
+
脱硫”、再到如今的“除尘
+
脱硫
+
脱硝”
的演变。而传统烟气治理技术路线在实施过程中注重的是单一设备脱除单一污染物,未充分考虑各设备
间协同效应,若要达到相同效率,系统投资和运行成本较大,而且较难达到超低排放的要求
[
2]
。
针对我国国情及借鉴国外的先进技术,为实现燃煤电厂烟气超低排放,改善燃煤电厂烟气治理现状,
可采用“以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理技术路线”或“湿式电除尘技术路线”。
2.
烟气协同治理技术路线及其应用
2.1.
烟气协同治理技术路线简介
以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理路线充分考虑了燃煤电厂现有烟气污染物脱除设备性能
(
或进行适当的升级和改造
)
,并 引 入
了“协同治理”的理念,其技术优势表现为综合考虑脱硝系统、除尘
系统和脱硫装置之间的协同关系,在每个装置脱除其主要目标污染物的同时能协同脱除其它污染物,或
为其它设备脱除污染物创造条件
[
3]
[
4]
。
以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理技术路线为:
SCR
脱硝装置
→烟气冷却器
(FGC)
→
低低
温电除尘器
(
低低温
ESP)
→高效湿法烟气脱硫装置
(
高效
FGD)
→湿式电除尘器
(WESP
,可选择安装
)
→烟
气再热器
(FGR
,可选择安装
) [
5]
[
6]
。如图
1
所示。
技术路线可达到的性能指标:湿法脱硫系统的协同除尘效率
≥
70%
,颗粒物排放可达到
10 mg/m
3
甚至
5 mg/m
3
以下;
SO
2
排放
≤
35 mg/m
3
;
NO
x
排放
≤
50 m g/m
3
;
SO
3
的脱除率
≥
80%
,最高可达
95%
以上。
袁建国
等
77
注:当不设置烟气再热器时,烟气冷却器处的换热量按上图①所示回收至汽机回热系统;当设置
烟气再热器时,烟气冷却器处的换热量按上图②所示至烟气再热器。
Figure 1.
Roadmap of flue gas
co
-
governance route wit h low
-
low temperature E SP technology
as core task
图
1.
以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理技术路线图
其中低低温电除尘器为
SO
3
脱除率最高的烟气处理设备。
技术路线适用条件:灰硫比大于
100
;灰分较低的煤种,且燃用煤种稳定。
国内环保企业从
2009
年开始加大对该技术路线的研究,并取得一定突破,目前该技术路线已成为燃
煤电厂烟气超低排放的主流技术路线之一。据不完全统计,截至
2015
年
12
月,已签订的低低温电除尘
器超
150
台套,
总装机容量约
95,000
MW
,其中投运约
70
台套,
装机容量超
40,000 MW
,已有单机
1000
MW
机组投运业绩。
2.2.
烟气协同治理技术路线典型案例
华能长兴电厂
1
号、
2
号机
(2 ×
660
MW
)
新建工程,是国内首次采用以低低温电除尘技术为核心的烟
气协同治理技术路线,未采用湿式电除尘器实现超低排放的新建项目,该项目低低温电除尘器获省内首
台
(
套
)
产品。
1)
工程概况
华能长兴电厂位于浙江省长兴县雉城镇,始建于
1959
年,现总装机容量为
26
万千瓦,为新建
2 × 660
MW
超超临界燃煤发电机组,同步建设烟气脱硫、脱硝装置,并留有扩建条件。机组按带基本负荷设计,
并具有一定的调峰性能。
2)
技术
路线及设计要求
华能长兴电厂
2 ×
660
MW
机组采用以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理技术路线,系统中不
设置
WESP
,采用的技术路线为:
SCR
脱硝装置
+
烟气冷却器
(FGC)
+
低低温电除尘器
(
低低温
ESP) +
高效湿法烟气脱硫装置
(
高效
FGD)
,如图
2
所示。
低低温电除尘器能有效降低电除尘器出口烟尘浓度,
湿法脱硫装置则不但可高效脱硫,同时具有较高的协同除尘效率。
本技术路线采用的低低温电除尘器为双室五电场,设计烟气温度为
90
℃,出口烟尘浓度设计值为
15
mg/ m
3
,要求经湿法脱硫系统后,颗粒物排放浓度
≤5
mg/m
3
,已于
2014
年
12
月中旬投入使用。
3)
技术方案
采用前苏联公式,对酸露点进行了计算,确定低低温电除尘器入口烟气温度为
90
℃;
设计煤种、校
核煤种
1
的含硫量分别为
0.57%
、
0.67%
,入口烟尘浓度分别为
9.17 g/m
3
、
24.82 g/m
3
,经计算,设计煤
种灰硫比为
218
,校核煤种
1
灰硫比值为
484
,可以认为不存在低温腐蚀风险,适合采用低低温电除尘技
B
oiler
SCR
低低温
ESP
AH
高效
FGD
FGC
FGR
汽机回
热
系
统
WESP
颗粒物
(mg/ m
3
)
SO
2
(mg/ m
3
)
NOx
(mg/ m
3
)
除尘效率
≤
5(10)
≤
5(10)
≥70%
≤
20(30)
2
1
S
T
A
C
K
≤
35(35)
≤
50(50)
≤
35(35)
≤
50(50)
(可选)
空气预热器
袁建国
等
78
Figure 2
.
Roadmap of
2 × 660
MW units in Changxin power plant
图
2
.
华能长兴电厂
2 ×
660 MW
机组技术路线图
术。此外,合理选择了灰斗和人孔门材料,以防止腐蚀;绝缘子设加热装置及热风吹扫系统;设置了合
理的电场数量,制定了合理的振打制度和振打逻辑,以防治二次扬尘
[
7]
。
4)
投运效果
2014
年
12
月
16
日
~
18
日,经浙江省环境监测中心测试:满负荷工况,
1
号机组出口颗粒物、
SO
2
、
NO
x
排放分别为
3.64
mg/m
3
、
2.91
mg/m
3
、
13.6
mg/m
3
;
2
号机组出口颗粒物、
SO
2
、
NO
x
排放分别为
3.32
mg/ m
3
、
5.91
mg/m
3
、
15.8
mg/m
3
。
1
号机组电除尘器出口颗粒物浓度值约为
12
mg/m
3
,湿法脱硫装置的
协同除尘效率约为
70%
。
5)
稳定性分析
收集了
机组改造
后
2015
年
10
月至
2015
年
12
月三个月稳定运行的
CEMS
数据,进行烟尘超低排放
稳定性分析。分析期间,低低温电除尘器出口烟尘排放浓度平均值为
1
2.8
mg / m
3
,低于
15
mg/ m
3
的小时
排放浓度保证率为
85.6
%
,低于
30
mg/ m
3
的小时排放浓度保证率为
100%
。
SO
2
、
NO
x
排放浓度也
满足超
低排放要求。
3.
湿式电除尘技术路线及其应用
3.1.
湿式电除尘技术路线简介
湿式电除尘技术路线是指在脱硝系统、除尘系统和脱硫装置末端
设置
WESP
,如图
3
所示。
WESP
可有效去除颗粒物,包括湿法脱硫后的衍生物、
PM
2.5
等,可达到超低排放要求,同时兼备汞、
SO
3
的协
同脱除作用,是治理火电厂大气污染物排放的精处理环保装备。
技术路线可达到的性能指标:出口颗粒物排放浓度可达
5
mg/m
3
以下,颗粒物去除效率为
70%~85%
;
SO
2
排放
≤
35
mg/m
3
;
NO
x
排放
≤
50
mg/ m
3
;
SO
3
的脱除率
≥
70%
,最高可达
95%
以上。
技术路线适用条件:
WESP
进口需为饱和烟气;进口颗粒物浓度一般
≤
60
,最高不大于
100
mg/m
3
,
否则较难经济实现超低排放或外排水量大幅增加。
国内投运
WESP
已超过其他国家投运数量的总和。据不完全统计,截至
2015
年
12
月,已签订的
WESP
超
400
台套,总装机容量约
190
,
000
MW
,投运超
180
台套,装机容量超
90
,
000
MW
,且有多套
1000
MW
机组投入运行。
3.2.
湿式电除尘技术路线典型案例
神华国华舟山电厂二期
(350
MW)
4
号机组新建工程,由于其极低的颗粒物、
SO
2
和
NO
x
排放浓度,
袁建国
等
79
获得国内首台
(
套
)
产品荣誉。
1)
工程概况
神华国华舟山电厂位于舟山本岛定海区白泉镇外山嘴,
4
号
350
MW
超临界机组为国内首台
(
套
)
采用
湿式电除尘技术实现超低排放的应用项目,本项目的干式
ESP
和
WESP
采用
EPC
总承包方式,于
2012
年
11
月
28
日开工建设,同步配套建设烟气海水脱硫装置和一套
SCR
脱硝装置。
2)
技术
路线及设计要求
本项目采用湿式电除尘技术路线:低氮燃烧
+
SCR
脱硝装置
+ESP
(
末电场采用移动电极技术
) +
海
水脱硫装置
+
湿式电除尘器
(WESP)
[
8]
,如图
4
所示
。
W
ESP
入口烟气参数及性能要求为:入口烟气量
(
标
态
) 1,
288
,
680
m
3
/h
,入口含尘浓度
≤
16.5 mg/m
3
,烟气温度
16
℃
~45
℃。
3)
技术方案
本项目
WESP
采用金属
极板
水平烟气流湿式电除尘技术,根据
WESP
入口烟气参数及所要求达到的
性能指标,最终确定舟山电厂所采用的
WESP
为单电场。
4)
投运效果
机组于
2014
年
6
月
18
日带满负荷
168
小时试运行,
6
月
20
日浙江省环境监测中心对其进行测试,
电除尘器出口烟尘浓度为
16.53
mg/m
3
,脱硫出口颗粒物浓度为
10.76
mg/m
3
,
WESP
出口颗粒物、
SO
2
、
NO
x
排放浓度分别为
2.55
mg/m
3
、
2.86
mg/m
3
、
20.5
mg/m
3
。
Figure 3
.
Roadmap of WESP technical route
图
3
.
湿式电除尘技术路线图
Figure 4
.
Roadmap of 350
MW unit in Zhoushan power plant
图
4
.
神华国华舟山电厂
4
号机
350
MW
机组
技术路线图
袁建国
等
80
Table 1.
Comparison of technical characteristics of two ultra
-
low emission technical routes
表
1.
两条超低排放技术路线的技术特点对比
类别
优点
缺点
以低低温电除尘技术为核心
的烟气协同治理技术路线
1
)
SO
3
脱除率最高;
2
)
出口粉尘粒径增大,大幅提高湿法脱硫系统协同除尘效果;
3
)
经济性好,节能效果明显;
4
)
无新增二次污染。
1
)
二次扬尘有所增加;
2
)
对煤种要求较高。
湿式电除尘技术路线
1
)
可达到极低的颗粒物排放浓度;
2
)
长期稳定运行的可靠性更好;
3
)
煤种影响相对较小。
1
)
投资成本高;
2
)
外排水需考虑脱硫水平衡。
5)
稳定性分析
2014
年
11
月
25
日至
29
日,环保部环境工程评估中心在对舟山电厂
4
号机进行稳定性评估时,委
托浙江省环境监测中心、浙江大学能源工程设计研究院等单位对其进行现场测试。机组颗粒物排放浓度
监测值为
0.60 mg/
m
3
~0.68
mg/
m
3
,
SO
2
排放浓度的监测值小于
3 mg/
m
3
,
NO
x
排放浓度的监测值为
32
mg/
m
3
~35 mg/
m
3
,均满足超低排放要求。
收集了
机组新建
后
2014
年
7
月
~201
4
年
9
月三个月稳定运行的
CEMS
数据,进行超低排放稳定性分
析。统计数据表明,
NO
x
排放浓度达到超低排放水平的小时数占统计时数的
99.18
%
;出口
SO
2
浓度
0.
71
mg/ m
3
~
27.74
mg/m
3
(
平均值为
2.19
mg/ m
3
)
,小时浓度达标率为
100
%
;机组总排口颗粒物排放浓度在
0.18
mg/ m
3
~3.62
mg/m
3
,平均值为
2.12 mg/m
3
,
颗粒物排放浓度达到超低排放水平的
小时数占统计时数的
100
%
。
4.
超低排放技术路线的技术特点对比
以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理技术路线和湿式电除尘技术路线具有各自的技术优势及
缺点,两条路线技术特点的对比情况如表
1
所示。
基于以上技术特点对比,建议煤质好且稳定时,优先选用以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治
理技术路线;对于除尘设备及湿法脱硫设备改造难度大或费用很高的超低排放改造工程,湿式电除尘技
术路线则有更佳的适用性。
5.
超低排放技术路线存在问题及建议
5
.1.
存在问题
1)
以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理技术路线和湿式电除尘技术路线在我国应用不足三
年,机组投运时间较短,运行和维护经验相对不足,长期运行的稳定性有待更长时间的检验。需结合我
国燃煤电厂实际情况,进行持续跟踪、分析、评估与改进。
2)
国内
WESP
市场技术流派较多,企业技术水平参次不齐,超低价中标现象较为普遍,此不利于企
业、行业的发展;金属电极
WESP
外排水作为脱硫补水,其水平衡问题应引起注意;导电玻璃钢
WESP
阳极管导电层质量难以保证,且当不采用恒流电源时,其阳极管易发生闪络击穿;导电玻璃钢
WESP
废
旧阳极管处置不当,将造成二次污染。
5
.2.
建议
1)
建议提高环保市场准入门槛,同时加强环保执法,建立成套设备评价标准,并通过制定市场指导
价、最低价等方式规范市场环境,杜绝恶性竞争。
2)
建议加强对已投运超低排放项目的跟踪、调研,分析典型成功案例的技术优势,总结经验;剖析
袁建国
等
81
典型问题案例的问题根源,防微杜渐。建议出台超低排放机组验收规范、装置稳定性评估指南等。
3)
建议超低排放技术应用应“因地制宜、因煤制宜、因炉制宜”,必要时可采取“一炉一策”,同
时应统筹考虑各污染控制设备之间的协同作用;建议煤质好且稳定时,优先选用烟气协同治理技术路线,
尤其是颗粒物浓度要求为
10
mg/m
3
时,并加大该技术路线的推广力度;因金属极板
WESP
技术成熟度高,
为国外燃煤电厂的主流技术,建议优先考虑金属极板
WESP
,尤为
600
MW
及以上机组。
参考文献
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N].
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郦祝海
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