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尾氣脫硫設(shè)備新技術(shù)助燃煤電廠實(shí)現(xiàn)超低排放
發(fā)布日期 : 2020-05-21 16:05:17

  當(dāng)前,我國(guó)環(huán)境狀況總體惡化的趨勢(shì)尚未得到根本遏制,環(huán)境矛盾日益凸顯,環(huán)保壓力持續(xù)加大。部分區(qū)域和城市大氣霧霾現(xiàn)象突出,許多地區(qū)主要污染物排放量超過(guò)環(huán)境容量。今年以來(lái),各級(jí)政府陸續(xù)出臺(tái)多項(xiàng)政策措施,下大力氣治理PM2.5,改善空氣質(zhì)量。

  濕式電除塵器在滿足超低排放、治理PM2.5方面的效果得到業(yè)內(nèi)專家一致認(rèn)可,環(huán)境保護(hù)部在《環(huán)境空氣細(xì)顆粒物污染防治技術(shù)政策(試行)》(征求意見(jiàn)稿)中明確指出:鼓勵(lì)火電企業(yè)采用濕式電除塵等新技術(shù),防止脫硫造成的“石膏雨”污染。

  作為一種先進(jìn)的煙氣治理技術(shù),濕式電除塵技術(shù)在歐洲、美國(guó)、日本等國(guó)家已得到廣泛應(yīng)用且效果良好。國(guó)內(nèi)企業(yè)自主開(kāi)發(fā)的濕式電除塵技術(shù),已在燃煤電廠取得成功應(yīng)用。上海長(zhǎng)興島第二發(fā)電廠燃煤鍋爐濕法脫硫后改造工程配套濕式電除塵器,出口粉塵排放濃度僅為6.1mg/m3,引起業(yè)界高度關(guān)注。我國(guó)也有環(huán)保企業(yè)引進(jìn)國(guó)外的濕式電除塵技術(shù),并有多家電廠簽訂濕式電除塵器合同,最大配套機(jī)組為1000MW。相信隨著濕式電除塵技術(shù)在我國(guó)的推廣應(yīng)用,其必將成為燃煤電廠滿足超低排放、治理PM2.5的有力武器。

  大氣環(huán)境形勢(shì)嚴(yán)峻,PM2.5控制勢(shì)在必行

  《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2011)中規(guī)定,一般地區(qū)燃煤鍋爐煙囪煙塵排放限值30mg/m3,重點(diǎn)地區(qū)燃煤鍋爐煙囪煙塵排放限值20mg/m3,汞及其化合物污染物排放限值0.03mg/m3。

  根據(jù)新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095—2012),將PM2.5納入強(qiáng)制監(jiān)測(cè)范疇,并明確規(guī)定了時(shí)間要求,到2015年,在我國(guó)所有地級(jí)以上城市開(kāi)展PM2.5監(jiān)測(cè);2016年,各地都要按照新修訂的標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)環(huán)境空氣質(zhì)量狀況,并向社會(huì)發(fā)布結(jié)果。

  國(guó)務(wù)院在《重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》的批復(fù)意見(jiàn)中明確指出:到2015年,重點(diǎn)區(qū)域工業(yè)煙粉塵排放量下降10%;可吸入顆粒物(PM10)、細(xì)顆粒物(PM2.5)年均濃度分別下降10%、5%。其中,京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等13個(gè)重點(diǎn)區(qū)域?qū)M2.5細(xì)顆粒物納入考核指標(biāo),細(xì)顆粒物年均濃度下降6%;上述區(qū)域復(fù)合型大氣污染要得到有效控制,酸雨、灰霾和光化學(xué)煙霧污染明顯減少。

  新標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求,是基于我國(guó)嚴(yán)峻的大氣環(huán)境形勢(shì)。近年來(lái),在傳統(tǒng)煤煙型污染尚未得到控制的情況下,以臭氧、細(xì)顆粒物(PM2.5)和酸雨為特征的區(qū)域性復(fù)合型大氣污染日益突出,區(qū)域內(nèi)空氣重污染現(xiàn)象大范圍同時(shí)出現(xiàn)的頻次日益增多,嚴(yán)重制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展,威脅人民群眾身體健康。

  實(shí)施控制細(xì)顆粒物及前體污染物排放的重點(diǎn)領(lǐng)域包括工業(yè)污染源、移動(dòng)污染源、生活污染源、農(nóng)業(yè)污染源、各種施工工地、各種粉狀物料貯存場(chǎng)等。其中工業(yè)污染源包括:火電、鋼鐵、建材、化工、煉油、有色冶金、各種鍋爐和窯爐、各種廢物焚燒裝置、各種表面噴涂裝置等。2005年的研究資料顯示,燃煤電廠直接排放的PM2.5約占全國(guó)PM2.5排放量的10%左右,加之由燃煤產(chǎn)生的二次顆粒物,燃煤電廠排放PM2.5占全國(guó)PM2.5比例還會(huì)更高。

  大氣環(huán)境形勢(shì)嚴(yán)峻,燃煤電廠對(duì)細(xì)微顆粒的控制勢(shì)在必行。

  多一道把關(guān)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)燃煤電廠終端控制

  目前,國(guó)內(nèi)燃煤電廠鍋爐尾部現(xiàn)有的煙氣治理島工藝流程一般是由脫硝、除塵器、濕法脫硫組成,煙氣從濕法脫硫后直接進(jìn)入煙囪,如圖1所示。脫硝負(fù)責(zé)脫除NOx,除塵器負(fù)責(zé)煙塵治理,濕法脫硫負(fù)責(zé)脫除SOx。

  然而,脫硝設(shè)備工作時(shí),在催化劑的作用下,伴有SO2轉(zhuǎn)化為SO3的副反應(yīng),使煙氣中的SO3含量大為增加。作為脫硝還原劑注入煙氣中的NH3,在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生部分逃逸。但在現(xiàn)行工藝流程中,SO3和逃逸的NH3并不能得到有效去除。

  對(duì)于濕法脫硫,一方面,通過(guò)脫硫漿液的洗滌作用可脫除煙氣中的部分顆粒物;另一方面,由于存在脫硫漿液霧化夾帶、脫硫產(chǎn)物結(jié)晶析出,也會(huì)形成PM2.5。脫硫塔對(duì)SO3的去除率很低,SO3以氣溶膠的形式隨煙氣排出。吸收塔頂部設(shè)置的機(jī)械式除霧器對(duì)水霧、煙塵、重金屬和氣溶膠粒子的脫除能力有限。由于大量SO3的存在,進(jìn)入煙囪的濕煙氣處于酸露點(diǎn)以下,其冷凝液對(duì)煙囪造成腐蝕。因?yàn)楝F(xiàn)有濕法脫硫系統(tǒng)去除PM2.5細(xì)顆粒物的能力很弱,對(duì)汞和SO3氣溶膠等的脫除也有限,從而導(dǎo)致煙囪風(fēng)向的下游經(jīng)常出現(xiàn)“酸雨”、“石膏雨”等現(xiàn)象,或是有長(zhǎng)長(zhǎng)煙尾的“藍(lán)煙”現(xiàn)象。

  上述分析表明,在燃煤電廠傳統(tǒng)工藝流程中,煙塵控制主要靠濕法脫硫前端的除塵裝置實(shí)現(xiàn),但不能控制后端濕法脫硫產(chǎn)生的細(xì)微顆粒粉塵。因此,無(wú)論除塵裝置的除塵效率有多高、濕法脫硫能除去多少前端逃逸的煙塵,煙囪排放也一定包含濕法脫硫洗滌之后仍未脫除的前端逃逸煙塵、濕法脫硫自身產(chǎn)生并排出的PM2.5細(xì)微顆粒物和氣溶膠?,F(xiàn)行濕法脫硫工藝允許排出的霧滴含量是75mg/m3,其含固率約為20%,這意味著,現(xiàn)行濕法脫硫工藝容許排出的粉塵濃度就達(dá)到15mg/m3。煙囪排放要實(shí)現(xiàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的30mg/m3或20mg/m3,在保證除塵裝置除塵效率的基礎(chǔ)上,還要盡量減少脫硫工藝產(chǎn)生的細(xì)顆粒物。

  在目前的煙氣治理島工藝流程中,濕法脫硫之后沒(méi)有對(duì)脫硫工藝產(chǎn)生的細(xì)顆粒物進(jìn)行控制,還有煙塵、PM2.5、SO3、汞及重金屬等多種污染物直接從煙囪排出,處于一種自由開(kāi)放狀態(tài)。因此,在濕法脫硫裝置之后,需要再有一道把關(guān)設(shè)備,濕式電除塵器是最佳選擇。

  圖1國(guó)內(nèi)燃煤電廠鍋爐尾部現(xiàn)有的煙氣治理島的工藝流程

  實(shí)現(xiàn)超低排放,消煙除塵一勞永逸

  濕式電除塵器的工作原理與干式電除塵器類似,在濕式電除塵器中,水霧使粉塵凝并,并與粉塵在電場(chǎng)中一起荷電,一起被收集,收集到極板上的水霧形成水膜,水膜使極板清灰,保持極板潔凈。同時(shí)由于煙氣溫度降低及含濕量增高,粉塵比電阻大幅度下降,因此濕式電除塵器的工作狀態(tài)非常穩(wěn)定。

  由于濕式電除塵器采用水流沖洗,沒(méi)有振打裝置,不會(huì)產(chǎn)生二次揚(yáng)塵。根據(jù)國(guó)外相關(guān)文獻(xiàn),濕式電除塵器對(duì)酸霧、有毒重金屬以及PM10,尤其是PM2.5的微細(xì)粉塵有良好的脫除效果。所以,可以使用濕式電除塵器來(lái)控制電廠SO3酸霧,同時(shí)還具有聯(lián)合脫除多種污染物的功能。

  濕式電除塵器能夠解決濕法脫硫帶來(lái)的石膏雨、藍(lán)煙問(wèn)題,緩解下游煙道、煙囪的腐蝕,節(jié)約防腐成本。其性能穩(wěn)定可靠、效率高,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,煙塵排放可達(dá)10mg/m3甚至5mg/m3以下,實(shí)現(xiàn)超低排放,徹底解決煙囪排放問(wèn)題,達(dá)到“一勞永逸”的效果。

  企業(yè)自主研發(fā),核心技術(shù)關(guān)鍵難題有突破

  上個(gè)世紀(jì),國(guó)內(nèi)已將濕式電除塵器應(yīng)用于硫酸和冶金工業(yè)生產(chǎn)中。到目前為止,國(guó)內(nèi)冶金工業(yè)還有使用濕式電除塵器的案例,其粉塵出口排放一直處于10mg/Nm3以下。由于濕式電除塵器存在腐蝕、污泥、污水等需要再處理的問(wèn)題,加上當(dāng)時(shí)國(guó)家對(duì)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求比較低,濕式電除塵器沒(méi)有在電力行業(yè)得到推廣應(yīng)用。

  面對(duì)日益嚴(yán)峻的細(xì)微顆粒物污染問(wèn)題,國(guó)內(nèi)各大環(huán)保企業(yè)主動(dòng)出擊,有的自主研發(fā),有的采用引進(jìn)技術(shù)。在國(guó)內(nèi),濕式電除塵技術(shù)的自主研發(fā)已取得了可喜的成績(jī),不僅在核心技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了突破,還迅速展開(kāi)了工業(yè)應(yīng)用,積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

  濕式電除塵器的研發(fā)得到科技部的高度重視和大力支持,被列入國(guó)家863計(jì)劃《燃煤電站PM2.5新型濕式電除塵技術(shù)與裝備》課題,由高等院校完成濕式電除塵器理論方面的研究,企業(yè)完成濕式電除塵器應(yīng)用方面的研究。

  理論研究著重解決PM2.5的測(cè)試方法、濕法脫硫產(chǎn)物與濕法脫硫工藝過(guò)程的關(guān)系、濕法脫硫產(chǎn)物的物理特性、電場(chǎng)規(guī)律和收集性能等問(wèn)題;應(yīng)用研究著重解決濕式電除塵器的結(jié)構(gòu)、極配、材料選擇、防腐、水膜的均勻分布、水循環(huán)利用、高低壓配套供電、加工工藝、安裝工藝等問(wèn)題。

  通過(guò)理論研究和應(yīng)用研究,創(chuàng)造出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、適合中國(guó)國(guó)情的性能優(yōu)越、價(jià)格低廉的新型濕式電除塵器,并完成300MW(含)以上等級(jí)機(jī)組的新型濕式電除塵器示范工程,形成新型濕式電除塵的各項(xiàng)專利、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等,從而填補(bǔ)國(guó)內(nèi)大型濕式電除塵技術(shù)和產(chǎn)品的空白。863計(jì)劃的實(shí)施完成,將使中國(guó)的濕式電除塵器技術(shù)達(dá)到更高水平。

  為實(shí)現(xiàn)863計(jì)劃,迅速掌握濕式電除塵器的核心技術(shù),企業(yè)自主設(shè)計(jì)制造了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的全尺寸濕式電除塵器綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)(見(jiàn)圖2所示),用以研究濕式電除塵器的極配、特殊結(jié)構(gòu)、噴淋系統(tǒng)、水膜形成、抗結(jié)露、配套高壓供電等關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn),獲得了許多關(guān)鍵的設(shè)計(jì)參數(shù),同時(shí)建立了濕法脫硫模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái),模擬濕法脫硫后的煙氣工況下濕式電除塵器的工作性能。

  影響濕式電除塵器應(yīng)用的關(guān)鍵是水的二次污染和水耗問(wèn)題,不解決灰水循環(huán)利用問(wèn)題,濕式電除塵器就難以在燃煤電廠推廣應(yīng)用。經(jīng)過(guò)濕式電除塵器噴淋沖洗之后排出的水,含有大量酸性物質(zhì)和細(xì)微顆粒物。直接排放會(huì)產(chǎn)生二次污染,而且耗水量大、運(yùn)行成本高,水必須進(jìn)行循環(huán)利用。

  水的循環(huán)利用要經(jīng)過(guò)兩個(gè)環(huán)節(jié),一是中和除酸,二是分離固體懸浮物,使污水變成適合噴淋使用的工業(yè)用水。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn),掌握了濕式電除塵器的噴淋系統(tǒng)及均勻水膜形成規(guī)律、極配、結(jié)構(gòu)、高壓供電等關(guān)鍵技術(shù);研發(fā)了懸浮物高效分離、水循環(huán)利用系統(tǒng)。

  防腐是保證濕式電除塵器安全可靠運(yùn)行的重要問(wèn)題,通過(guò)材料分析和抗腐蝕實(shí)驗(yàn),尋找重要結(jié)構(gòu)件的材料選擇,制定防腐措施和施工工藝。在研發(fā)過(guò)程中,相關(guān)企業(yè)已經(jīng)獲得了多項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的濕式電除塵專利。

  降低綜合投資和運(yùn)行費(fèi)用,具有較好經(jīng)濟(jì)性

  采用濕式電除塵技術(shù)工藝,由于其終端把關(guān)的技術(shù)特點(diǎn),布置在濕法脫硫前的除塵裝置,只要滿足濕法脫硫工藝要求即可,出口排放無(wú)需做到很低。這樣,既可降低前端除塵裝置的投資和運(yùn)行成本,又能夠解決脫硫設(shè)備前的場(chǎng)地緊張問(wèn)題。同時(shí),由于濕式電除塵器運(yùn)行中的噴淋作用,對(duì)煙氣中的SO2具有一定的洗滌脫除作用,可以減少濕法脫硫的投資和運(yùn)行成本。

  另外,濕式電除塵器大量減少了煙氣中的SO3,有效緩解下游煙道、煙囪的腐蝕,降低煙囪防腐成本。濕式電除塵器在實(shí)現(xiàn)粉塵超低排放,解決石膏雨、細(xì)微顆粒物(PM2.5粉塵、SO3酸霧、氣溶膠)問(wèn)題的同時(shí),具有較好經(jīng)濟(jì)性。

  國(guó)內(nèi)燃煤鍋爐濕式電除塵工程應(yīng)用案例

  由于濕式電除塵技術(shù)對(duì)控制燃煤煙氣中的PM2.5排放非常有效,在發(fā)達(dá)國(guó)家的電力工程領(lǐng)域,濕式電除塵技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),已有50余套不同類型的濕式電除塵器應(yīng)用于美國(guó)、歐洲及日本的電廠,主要作為大氣污染物綜合治理的終端設(shè)備,用于去除濕法脫硫無(wú)法收集的酸霧、控制PM2.5微細(xì)顆粒物及解決煙氣排放濁度問(wèn)題。

  比如,日本碧南電廠1~3號(hào)700MW機(jī)組和4、5號(hào)1000MW機(jī)組,均在濕法脫硫系統(tǒng)后設(shè)置濕式電除塵器,投運(yùn)情況良好,煙塵排放濃度長(zhǎng)期保持在2~5mg/m3水平,運(yùn)行15年來(lái),殼體和內(nèi)件未發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題。

  我國(guó)環(huán)保企業(yè)從2009年開(kāi)始投入濕式電除塵器的研究和開(kāi)發(fā),從試驗(yàn)、中試到工業(yè)應(yīng)用,目前已取得了多個(gè)項(xiàng)目的成功應(yīng)用,并得到很好的使用效果。【以上內(nèi)容由尾氣脫硫設(shè)備為你整理發(fā)布】

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