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技術(shù)文章1000MW超臨界鍋爐超低排放改造
更新時間:2018-06-13 點(diǎn)擊次數(shù):2787次長期以來,由于我國的能源結(jié)構(gòu)以煤為主,以PM2.5為主導(dǎo)因素的區(qū)域灰霾現(xiàn)象日趨嚴(yán)重,近兩年引起了公眾越來越廣泛的關(guān)注。在這種社會大環(huán)境下,”超低排放“技術(shù)近期在火電行業(yè)得到了快速推廣。
自2013年以來,我國中東部地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)霧霾天氣,給人民群眾的生產(chǎn)生活和身體健康造成了嚴(yán)重影響,火電廠煙氣污染物排放的治理也更加引起了相關(guān)部委的高度重視。自2014年9月12日,國家環(huán)保部,發(fā)改委,國家能源局下發(fā)了”關(guān)于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃(2014-2020年)》的通知“。國家電投積極響應(yīng)國家號召,并部署集團(tuán)公司燃煤機(jī)組有序進(jìn)行超低排放改造。以下就國家電投河南電力有限公司平頂山發(fā)電分公司#1,#2機(jī)組超低排放改造過程進(jìn)行簡單探討。
1 改造前現(xiàn)狀
國家電投平頂山發(fā)電分公司1000MW燃煤機(jī)組的鍋爐為東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司生產(chǎn)的DG-3000/26.15-II I型,超超臨界,變壓直流,單爐膛,一次再熱,平衡通風(fēng),露天島式布置,固態(tài)排渣,全鋼構(gòu)架,全懸吊結(jié)構(gòu),Π型鍋爐。
脫硝系統(tǒng):由東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司設(shè)計(jì)制造,采取SCR法去除煙氣中NOx。設(shè)計(jì)效率為:2層催化劑脫硝效率可達(dá)72%,3層催化劑脫硝效率可達(dá)80%以上,目前電廠安裝2層催化劑。SCR脫硝反應(yīng)器布置于鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間,為高溫高塵布置。每臺鍋爐機(jī)組配2臺SCR脫硝反應(yīng)器,2臺機(jī)組的SCR脫硝反應(yīng)器公用一套氨氣供應(yīng)系統(tǒng)。
脫硫系統(tǒng):平頂山分公司2臺1030MW超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組煙氣脫硫工程采用濕發(fā)石灰石-石膏脫硫工藝技術(shù),一爐一塔配置,脫離設(shè)計(jì)效率大于95%,由中電投遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司建設(shè)完成,與2010年中投產(chǎn)運(yùn)行。原脫硫裝置配置增壓風(fēng)機(jī),100%旁路煙道系統(tǒng)。2014年完成了取消旁路和增壓風(fēng)機(jī)改造。
除塵系統(tǒng):平頂山分公司原靜電除塵器配置五個電廠,隨著除塵設(shè)備年限的增加,除塵效率逐步下降,在煤種灰分波動的情況下,除塵器出口煙塵濃度在70-100mg/Nm³,有時甚至高達(dá)140mg/Nm³,脫硫出口煙塵排放濃度也大幅超過新標(biāo)準(zhǔn)的排放限值。為達(dá)到環(huán)保排放要求及維護(hù)本身設(shè)備的需求,進(jìn)而進(jìn)行除塵設(shè)備的改造。
2 改造后排放目標(biāo)及具體改造措施
2.1 改造后排放目標(biāo)
(1)氮氧化物質(zhì)量濃度:NOx<50mg/Nm³
(2)硫氧化物質(zhì)量濃度:SO2<35mg/Nm³
(3)固體煙塵質(zhì)量濃度:SD< 5mg/Nm³
2.2 具體改造措施
(1)降低氮氧化物排放質(zhì)量濃度的改造措施:改造爐內(nèi)氮氧化物燃燒器,確保鍋爐出口NOx質(zhì)量濃度全工況小于350mg/Nm³,改造爐外脫硝選擇性催化還原技術(shù),確保煙囪出口氮氧化物排放質(zhì)量濃度小于50mg/Nm³,改造空氣預(yù)熱器,滿足抗阻塞,抗腐蝕的要求,并削弱SCR脫硝改造對下游空氣預(yù)熱器的影響。
(2)降低SO2排放質(zhì)量濃度的改造措施:對煙氣系統(tǒng)和吸收系統(tǒng)進(jìn)行改造,將SO2排放質(zhì)量濃度控制在35mg/Nm³以下,同時將脫硫效率 由原來的95%提高到98%以上,引風(fēng)機(jī)和增風(fēng)機(jī)合一改造,滿足機(jī)組風(fēng)煙系統(tǒng)以及脫硫,脫硝系統(tǒng)的出力要求。
(3)降低煙塵排放質(zhì)量濃度的改造措施:電廠除塵+布袋除塵改造,確保煙囪出口煙塵排放質(zhì)量濃度在5mg/Nm³以下。
3 存在問題及改造方案
3.1 脫硝系統(tǒng)
#1,#2機(jī)組的SCR脫硝系統(tǒng)出現(xiàn)的主要問題如下:
(1)脫硝系統(tǒng)出口NOx含量偏高,環(huán)保指標(biāo)不達(dá)標(biāo)。
(2)SCR出口與煙囪排煙出口NOx偏離大。
(3)脫硝氨站的設(shè)計(jì)出力不能滿足特殊工況下低NOx排放要求,影響機(jī)組脫硝效率。
(4)脫硝系統(tǒng)積灰嚴(yán)重,催化劑大面積磨損,大大降低了脫硝效率。
(5)由于脫硝系統(tǒng)引起的空氣預(yù)熱器腐蝕,積灰嚴(yán)重。
針對脫硝系統(tǒng)出現(xiàn)的以上問題,解決方案如下:
(1)優(yōu)化燃燒調(diào)整:正常運(yùn)行中在保證燃燒的前提下適當(dāng)降低氧量運(yùn)行,保持整個系統(tǒng)的低氧狀況。控制風(fēng)煤比例,調(diào)整制粉系統(tǒng)風(fēng)量,在滿足要求的情況下盡量降低一次風(fēng)量,同時適當(dāng)調(diào)整燃盡風(fēng),保證控制燃燒末端風(fēng)量。
改進(jìn)氨噴射系統(tǒng)及導(dǎo)流板:
調(diào)整噴嘴的噴氨量,使氨量與對應(yīng)的NOx濃度相匹配。通過流體模擬試驗(yàn),重新對煙道導(dǎo)流板,氨噴射系統(tǒng)靜態(tài)混合器,催化劑層上部整流板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并對導(dǎo)流板,整流板進(jìn)行更換,使煙氣分布的均勻性偏差在合理范圍內(nèi),以提高脫硝效率。
通過以上調(diào)整控制脫硝系統(tǒng)的入口NOx含量在350mg/Nm³以下。
(2)系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)現(xiàn)SCR出口NOx平均值與煙囪出口排煙NOx偏差較大。
原設(shè)計(jì)SCR進(jìn)出口脫硝采樣探頭安裝在相應(yīng)煙道中部,取樣代表性較差,為了掌握SCR反應(yīng)器進(jìn)出口NOx濃度分布情況,通過網(wǎng)格法進(jìn)行實(shí)驗(yàn),SCR反應(yīng)器入口NOx濃度分布比較均勻,偏差較小。SCR反應(yīng)器出口NOx濃度分布均勻性較差,出口NOx濃度延寬度和深度方向有較大變化,且局部存在NOx濃度較低的點(diǎn)。出口濃度分布均勻性差,除了煙氣流場不穩(wěn)定外,噴氨的不均勻性是主要原因。為了解決這個問題,通過采用插入式的旁路取樣管方式實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)取樣。從SCR出口煙道分別引出兩路旁路取樣管至空氣預(yù)熱器出口煙道,利用煙道之間的差壓實(shí)現(xiàn)旁路管道的煙氣流動,將煙氣分析系統(tǒng)的取樣探頭測點(diǎn)布置在煙道外部的旁路取樣管上。旁路管插入煙道部分,貫穿整個煙道截面,在管道上每隔一段距離開取樣孔,在煙道壁處匯成一路,以求在一定程度上保證煙氣的混合均勻,提高代表性,保證了SCR出口NOx與煙囪排煙NOx趨勢的一致性。
(3)2臺機(jī)組脫硝系統(tǒng)共用一套氨氣系統(tǒng),脫硝氨站液氨蒸發(fā)器型號為SWP-NH3-1100,蒸發(fā)能力1100Nm³/h,共配置2臺,1臺運(yùn)行,1臺備用。蒸發(fā)器為蒸汽加熱水浴式氣化器。實(shí)際運(yùn)行中,在2臺機(jī)組滿負(fù)荷時段,如果脫硝入口NOx含量超過450mg/Nm³,將造成液氨蒸發(fā)器水溫達(dá)不到設(shè)計(jì)值80℃,2臺爐SCR脫硝系統(tǒng)入口供氨管道壓力偏低,影響機(jī)組的脫硝效率。為解決此問題,將2臺液氨蒸發(fā)器更換為VSWP-NH3-1500型,蒸發(fā)能力1500Nm³/h。滿足了各種工況下兩臺爐脫硝系統(tǒng)的供氨需求。
(4)針對催化劑磨損嚴(yán)重,甚至出現(xiàn)整塊脫落的情況,在2014年初機(jī)組進(jìn)行檢修時,更換了全部脫硝催化劑,并重新設(shè)計(jì)了催化劑,增大了催化劑層的體積,在原有備用層增加第三層催化劑,將每層催化劑高度由1606mm增加到了1906mm。同時,對煙道流場也進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)及優(yōu)化設(shè)計(jì),對各導(dǎo)流板,整流板進(jìn)行更換,組織煙氣有序流動,減少流動阻力。對吹灰系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造,在每層催化劑的上方裝有4臺耙式吹灰器的基礎(chǔ)上,又加裝7臺聲波清灰器。聲波清灰器發(fā)出的高能聲波能引起粉塵共振,使其處于游離狀態(tài),防止灰塵粘合,積累在催化劑和SCR反應(yīng)器內(nèi)的表面上。運(yùn)行中,聲波吹灰器投連續(xù)工作,耙式蒸汽吹灰器吹灰頻率由每班1次改為每班2次,有效避免了催化劑積灰的不利狀況。
(5)針對空氣預(yù)熱器的腐蝕,堵灰問題采取以下措施:
一 全部更換脫硝催化劑后,可以控制氨逃逸率在正常范圍內(nèi),降低NH3HSO4的生成量,減少空氣預(yù)熱器堵塞粘灰的隱患。
二 在機(jī)組進(jìn)行等級檢修期間,對空氣預(yù)熱器蓄熱片進(jìn)行改造,將冷端蓄熱片全部更換為搪瓷元件,降低NH3HSO4在蓄熱片上的沉積量,有利于積灰的清除,并對熱端損壞蓄熱片進(jìn)行修復(fù),*沖洗蓄熱片上的積灰。
三 在保留蒸汽吹灰器的前提下,在空氣預(yù)熱器受熱面增加聲波吹灰器,以提高對空氣預(yù)熱器的吹灰強(qiáng)度。
通過對1#,2#機(jī)組的SCR脫硝系統(tǒng)改造,兩臺機(jī)組脫硝系統(tǒng)出口NOx排量分別達(dá)到了22.4mg/Nm³和25.84mg/Nm³,NH3的逃逸率也大大降低,空氣預(yù)熱器腐蝕堵灰狀況及煙氣側(cè)差壓也大大改善,爐膛負(fù)壓穩(wěn)定在-30~50pa,各參數(shù)均達(dá)到了預(yù)期效果。
3.2脫硫系統(tǒng)
#1,#2機(jī)組的SCR脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)的主要問題如下:
(1)石灰石石膏系統(tǒng)吸收塔結(jié)垢。
(2)脫硝系統(tǒng)腐蝕。
(3)磨機(jī)系統(tǒng)效率低
(4)脫硫系統(tǒng)阻力大。
(5)除霧器部分沉積結(jié)垢。
針對以上問題采取以下改造方案:改造采用引增合一方式(本方案不包含引風(fēng)機(jī)改造),拆除原有4臺增壓風(fēng)機(jī)及其基礎(chǔ)。脫硫原煙道重新優(yōu)化設(shè)計(jì),由主煙道直接接入吸收塔入口,實(shí)現(xiàn)大漿液量循環(huán)五層噴淋三層除霧深度脫硫。具體方案如下:
一 為實(shí)現(xiàn)SO2排放濃度<35mg/Nm³,脫硫效率由原有的95.1%提高到98.1%以上,根據(jù)計(jì)算,考慮采用增加雙相整流裝置后,保留現(xiàn)有4臺8600m³/h的循環(huán)泵及zui下方三層噴淋層,更換zui上層噴淋層,再新增加一層噴淋層及循環(huán)泵,總共五層噴淋層。
二 將原有二級屋脊式除霧器及頂部塔體保留并向上提升,在原有二級屋脊式除霧器下方新增加一級屋脊式除霧器,原有一級管式除霧器移位安裝到新增噴淋層上方位置。除霧器高度由原來2.5m增加到5m。為減少石膏雨發(fā)生的可能性,zui上一層噴淋層到除霧器的距離1.8m提高到2.5m。吸收塔塔徑不變,循環(huán)停留時間3.8分鐘,根據(jù)計(jì)算需要增高吸收塔漿液池高度2m。吸收塔本體總高度由原有的29m增加到36.6m,共計(jì)7.6m,其中漿液池高度提高2m,噴淋層及除霧器段提高5.6m。
3.3 除塵系統(tǒng)
#1,#2機(jī)組的電除塵系統(tǒng)出現(xiàn)的主要問題如下:
一 整流器變壓器燒壞,可控硅被擊穿。
二 除塵效率低
三 極板積灰嚴(yán)重,振打裝置清灰效果不佳。
四 煙氣粉塵濃度變化極易影響除塵效率
針對以上問題對電除塵器進(jìn)行電袋復(fù)合改造。
3.3.1 除塵器改造
電袋復(fù)合除塵器緊湊是指在一個箱體內(nèi)緊湊安裝電場區(qū)和濾袋區(qū),有機(jī)結(jié)合靜電除塵和過濾除塵兩種機(jī)理的一種新型除塵器。龍凈FE型電袋復(fù)合除塵器工作時高速含塵煙氣流入進(jìn)口喇叭,在內(nèi)部得到緩沖,擴(kuò)散,均衡后低速進(jìn)入電場區(qū),在高壓電暈作用下大部分煙塵被電場收集,已荷電的少量煙塵隨氣流繼續(xù)流向?yàn)V袋區(qū)被過濾攔截,干凈的煙氣通過凈氣室,提升閥,出風(fēng)煙箱排出二實(shí)現(xiàn)了煙氣<10mg/Nm³的凈化目標(biāo)。為保證除塵器持續(xù)正常運(yùn)行,振打裝置和清灰系統(tǒng)按設(shè)定的程序間歇性工作,使依附于極板和濾袋表面的粉塵層剝離并落入灰斗過渡倉儲。由于電場區(qū)在除塵過程中發(fā)揮了極大作用,從而成為電袋技術(shù)的核心機(jī)理。
3.3.2 改造方案
該方案采用電袋復(fù)合除塵器對原有電除塵器進(jìn)行改造,不加長柱距,不加寬跨距,保留原支架,殼體,灰斗,進(jìn)口喇叭等。*,二電廠保持原樣,第三,四,五電場及后部空間改造為長袋中壓脈沖行噴吹袋式除塵區(qū)。改造范圍包括前至電除塵器進(jìn)口喇叭前煙道直段(包含煙氣隔離門及預(yù)涂灰系統(tǒng)),后至出口水平煙道末端(與垂直段交界處),上至頂部起吊設(shè)備,下至灰斗下法蘭手動卸灰閥,配套電氣控制及相應(yīng)土建工程。改造后的布袋除塵器主要參數(shù)表如下:
序號 | 項(xiàng)目 | 單位 | |
1 | 除塵器進(jìn)口溫度 | ℃ | 上限<165 下限高于酸露點(diǎn)10
|
2 | 除塵器入口粉塵濃度 | g/Nm³ | 53.8 |
3 | 除塵器設(shè)計(jì)效率 | % | >99.99% |
4 | 除塵器設(shè)計(jì)出口煙塵濃度 | mg/Nm³ | < 7 |
5 | 除塵器保證出口煙塵濃度 | mg/Nm³ | <10 |
6 | 本體漏風(fēng)率 | % | < 1.8 |
7 | 設(shè)計(jì)過濾風(fēng)速(zui大煙氣量) | m/min | 1.0 |
8 | 倉室數(shù) | 個 | 6通道 |
9 | 濾袋數(shù)量 | 條 | 21500 |
10 | 過濾面積 | ㎡ | 97715 |
11 | 濾袋規(guī)格 | mm*mm | 168*8600 |
12 | 濾袋材質(zhì) | PPS+PTFE | |
13 | 濾袋間距 | mm | >230 |
改造為電袋復(fù)合除塵器后,除塵器運(yùn)行至今在各種工況下,壓損穩(wěn)定,煙囪長期保持明凈。2015年12月,經(jīng)河南省電力科學(xué)研究院現(xiàn)場測試#1,#2爐煙塵排放濃度分別為3.99mg/Nm³,2.94mg/Nm³,提效顯著,實(shí)現(xiàn)了排放濃度小于5mg/Nm³的超低排放。
4 成本核算及經(jīng)濟(jì)效益分析
4.1 成本核算
#1,#2機(jī)組超低排放改造總體費(fèi)用如下:
總投資增加2.5億元,其中設(shè)備購置增加1.5億元,建筑安裝增加3000萬元,年運(yùn)行費(fèi)用增加7000萬元。
4.2 經(jīng)濟(jì)效益估算
(1)脫硝系統(tǒng)改造后有效實(shí)現(xiàn)NOx質(zhì)量濃度小于50mg/Nm³的控制目標(biāo),脫硝效率可達(dá)87.5%。改造后每年可減排NOx約1600t,每年節(jié)約排污費(fèi)約628.35萬元。
(2)脫硫增容改造后,脫硫效率可達(dá)到99.462%,每年減排SO2約1500t,每年節(jié)約排污費(fèi)約352.6萬元。
(3)對靜電除塵器進(jìn)行電除塵+布袋除塵改造后煙塵質(zhì)量濃度236mg/Nm³降低為5mg/Nm³以下。每年可減排煙塵約500t,每年節(jié)約排污費(fèi)約181.84萬元。
5 改造效果
#1,#2機(jī)組超低排放改造完成后,分別進(jìn)行168h試運(yùn)行,試運(yùn)行期間各環(huán)保設(shè)施運(yùn)行穩(wěn)定,煙囪入口NOx排放小時均值為22.4mg/Nm³和25.84mg/Nm³,SO2排放小時均值分別為8.6mg/Nm³和15.1mg/Nm³,煙塵排放小時均值為3.99mg/Nm³和2.94mg/Nm³,各項(xiàng)環(huán)保指標(biāo)均優(yōu)于同類型機(jī)組排放標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到設(shè)計(jì)要求。#1,#2機(jī)組分別于2015年9月28日和12月24日通過河南省環(huán)保廳的現(xiàn)場核實(shí)驗(yàn)收,進(jìn)行測算此次超低排放改造zui終達(dá)到了氮氧化物減排1600噸/年,硫氧化物減排1500噸/年,煙塵減排500噸/年的效果,并一次通過了河南省環(huán)保廳的環(huán)保驗(yàn)收。
6 結(jié)語
通過對國家電投河南電力有限公司平頂山發(fā)電分公司#1,#2機(jī)組超低排放的改造,既解決了電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的問題,也解決了大氣環(huán)境質(zhì)量改善的問題。同時也為國家電投其他單位燃煤機(jī)組超低排放的改造提供了成功范例和可靠的數(shù)據(jù)支持。