600MW 机组电除尘双重(NH3 +SO3)烟气调质技术的应用

2015-01-23边东升

产业与科技论坛 2015年23期

□边东升

国家“十二五”是我国重要的节能减排阶段，根据环保部新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223 -2011)，自2014年7月1日起需要执行烟尘特别排放限值20mg/Nm3的要求。该电厂装机容量为2 台600MW 火电机组，每台机组安装一套双室五电场高效静电除尘器。经调研国内采用静电除尘器的电厂，进行改造方案评价和选优，并将双重(NH3+SO3)烟气调质技术方案运用于该电厂除尘改造。

一、系统简介

该厂#1、#2 机组为600MW 燃煤发电机组，各采用1 套双室五电场高效静电除尘器，燃料为烟煤(燃料特性见表1)，除尘器设计除尘效率为99．86%，两套系统于2006年1月投入运行。

二、烟气特点及粉煤灰特性分析

在进行电除尘改造前，该电厂对目前粉煤灰化学成分进行了分析，三氧化二铝(Al2O3)含量为32．18%，二氧化硅(Si02)含量为52．03%，二者之和达到84%，属于酸性粉灰，比电阻必大于1011Ω·cm。根据电除尘收集烟尘的理论，当Al2O3和Si02二者含量之和超过80%，粉灰比电阻大于5 ×1010Ω·cm时，电除尘的粉灰收集处于不利的状态，粉灰在阳极板上放电缓慢，粘灰严重，且极易产生反电晕现象，很大程度上降低电除尘的除尘效率，因此要提高电除尘效率，必须降低粉尘比电阻，提高电除尘器的收集能力。

2011年10月该电厂进行了电除尘振打对出口烟尘排放浓度的试验，通过调整四、五电场阴、阳极振打运行数量，以分析二次飞扬对电除尘的影响，试验结果见表2。

从试验结果可以看出，因振打清灰造成的粉灰二次飞扬也是影响该电厂电除尘出口排放浓度的主要因素之一，降低出口烟尘排放浓度则需要减少粉灰的二次飞扬。

在该电厂实际运行中，电除尘三、四、五电场上极板积灰较厚，如果增加振打力度，将会造成粉尘的二次飞扬，尤其随着运行时间的增加积灰厚度也逐渐增加，对粉尘的收集效果不理想，因此进行技术改造的集中点在于两点:一是调整粉尘比电阻，降低反电晕现象;二是增加粉尘的聚合力，将粉尘小颗粒聚合成大颗粒，提高电除尘的扑捉能力，同时也降低粉尘的二次飞扬。解决以上两项问题，即可达到提高电除尘效率、降低烟尘排放浓度的目的，双重(SO3+NH3)烟气调质系统就是通过调整此两项参数以实现电除尘提效。

表2 四、五电场振打试验结果

三、双重烟气调质原理

采用双重烟气调质系统改造可以达到提高电除尘效率的目标，其原理为作为调质剂的SO3与烟气中的水蒸汽快速反应生成H2SO4后附着在粉尘颗粒的表面上，NH3在烟气中有水蒸汽的条件下与SO3快速反应生成NH4HSO4和少量的(NH4)2SO4，具有粘性的NH4HSO4附着在粉尘颗粒的表面上，分布在烟气中。附着在粉尘颗粒表面上具有电解质性能的H2SO4和NH4HSO4增加粉尘颗粒的荷电性，降低粉尘比电阻使其调整在合理的范围内，消除反电晕现象，减少粉尘的二次飞扬。同时附着在粉尘颗粒表面上的NH4HSO4具有很强的粘结性，在烟气流动过程中，通过粉尘间的碰撞粘附，小于PM10 的粉尘颗粒粘附在大颗粒表面上，相互聚集成大颗粒，大大降低了PM2．5 粉尘的排放，提高电除尘对粉尘的收集能力，从而提高除尘效率。没有附着在粉尘颗粒表面上的(NH4)2SO4和极少量的NH4HSO4，会很均匀地分布在烟气中形成空间电荷，改善电场工作环境，提高电场击穿电压，也会提高电除尘的除尘效率。

化学反应方程式为:NH3+SO3+H2O=NH4HSO4

四、双重烟气调质系统的特点

(一)适应的煤质。由于SO3的喷入，改善了粉尘的比电阻，而NH3的喷入，使粉尘具有了粘附性，PM2．5 的细微颗粒粉尘在烟气碰撞中会自动聚积成较大颗粒粉尘，增大粉尘粒径，同时增强粉尘荷电能力，以有利于除尘器收集。与煤质不发生冲突，扩大了煤种适用范围。

(二)采用双重烟气调质系统的条件。当煤种的灰分和含硫量之比大于7 时，即灰分/含硫量＞7 时，即可采用双重烟气调质。

(三)双重烟气调质不会增加硫氧化物的排放。

(四)双重烟气调质对除尘器和尾部烟道无腐蚀。双重烟气调质运行时，PLC 自动控制系统随时监控除尘器入口烟气温度，当烟气温度降低并接近于酸的露点温度时，调质系统会自动停止SO3喷射，以防止腐蚀。通过机组大小修，对西北某电厂已运行八年多的8 台烟气调质电除尘进行检查，没有发现任何设备腐蚀现象。

(五)调质系统的优点。设备投资少;运行费用低;技术成熟;稳定可靠;占地面积小;改造不停炉。

(六)除尘效率。40 多年的国内外运行经验证明，双重烟气调质是提高除尘器效率的有效途径，且性价比高，完全可以满足20mg/m3的排放要求。

五、可选方案比较

(一)电除尘进行电袋除尘器改造。电袋除尘器改造费用较高，运行费用与电除尘器基本相当，维护费用远超过移动极板除尘器，同时布袋的使用寿命无法控制，从经验上估算约使用2 个月后，除尘器的阻力就会不同程度地升高，造成吸风机的能耗增加。此外，经常出现未达到设计寿命出现大面积漏袋，以及更换下的布袋存在二次污染的问题。

(二)五电场阳极板改造为移动极板。移动极板除尘器就是改变阳极板的振打方式来减少阳极板的灰尘粘结与二次扬尘。移动电极除尘器通过阳极板旋转到电场下端，通过设置在极板下端的清灰刷进行清灰，能有效避免发生极板集尘二次扬尘，且尚能使极板一直保持相对的洁净状态，从而可有效提高电除尘效率。移动电极技术虽然在相当程度上解决极板集尘的二次扬尘问题，但是没有从根本上解决因粉尘比电阻较高而带来的一系列降低电除尘效率的问题，同时对细小粉尘颗粒的收集也是很困难的。另外由于阳极板为旋转结构，可靠性较差。

通过对比，经过该厂技术讨论，认为对电除尘进行双重烟气调质系统改造可以满足新的排放标准要求，改造成本及运行、维护成本较低，因此确定对电除尘进行双重(SO3+NH3)烟气调质改造。

六、方案实施

(一)工艺系统。该电厂为该系统设置了一台小型减温减压器(蒸汽入口参数:P =0．8MPa，t = 178℃;出口参数:P =0．54MPa，t=152℃)。熔硫要求压力为0．5MPa，采用蒸汽套管伴热，SO3调质是将纯度99．99%的固态硫磺在硫磺罐中被蒸气溶化，由硫磺泵经计量装置输送到硫磺燃烧炉中，与热空气混合燃烧生成SO2，SO2经过V2O5催化室生成SO3，经布置在烟道上的SO3喷枪喷入烟道与烟气中的水分子结合生成H2SO4分子。

(二)NH3调质。NH3调质是将NH3与蒸汽空气混合后由喷枪喷入烟道，NH3与烟道中的H2SO4化合生成NH4HSO4。

工艺流程图如图1 所示。

图1 双重烟气调质工艺流程图

(三)PLC 控制界面。整个系统由PLC 自动控制，全自动运行。三氧化硫和氨蒸气的喷射量，可根据煤质变化、烟气成分变化、锅炉负荷、烟气浊度和烟气温度等输入信号决定。当工况发生变化时，系统会自动调整，使双重调质运行在最佳工况。

(四)调质系统的主要设备。双重烟气调质系统设备主要包括硫磺储罐、硫磺输送设备、系统集装箱、系统喷枪、电控系统和氨系统，其中包括管道的连接、风机及空气过滤预热装置、燃硫炉、催化转化塔等。

1．硫磺储罐。硫磺储罐包括:硫磺泵、蒸气加热装置、管道阀门等。

2．集成箱。系统集成箱包括:系统风机、空气加热器、硫磺燃烧室、V2O5催化剂室、PLC 控制柜、氨蒸气计量调整装置。

3．系统喷枪。每台炉根据烟气量和烟道尺寸，设计配置16支三氧化硫和氨喷枪。喷枪安装在空气预热器下游、电除尘入口之前的竖直或水平烟道上，具体安装位置和数量根据现场实际情况而定。

七、项目运行及经济效益现状

(一)烟气调质系统的出力。该电厂#1 机组烟气调质系统自168h 移交试运行至今满足设计处理烟气量320 万m3/h 要求。

(二)自动化投入率。自动化投入率达100%，经过一段时间的运行考核，整个烟气调质系统自动调节品质正常。

(三)在#1 炉电除尘烟气调质。系统运行期间电除尘出口烟尘排放浓度小于20mg/Nm3，脱硫入口SO2无明显增加，SO3转化率满足要求。

(四)硫磺消耗量30kg/h。蒸汽消耗量1．3t/h;硫磺间及集成箱耗电量200kw/h。

#1 电除尘系统双重烟气调质改造一次性投资约1，350 万元，年运行、维护费用约150 万元，系统投运后，电除尘各项指标良好，达到设计标准，自动化投入率达100%，整个烟气调质系统自动调节品质正常;经华北电科院1 号电除尘烟气调质提效改造后电除尘监测试验(见表3:1 号电除尘测试报告结果)，在设计煤种、锅炉BMCR 工况、处理100%烟气量条件下，只投入SO3调质时，除尘效率提高至99．96%，除尘器出口排放浓度达到17．5～18 mg/Nm3;双重烟气调质全部投运后，除尘效率提高至99．96%～99．97%，除尘器出口排放浓度达到14～14．5 mg/Nm3，完全满足国家环保要求，按照年上网电量32 亿kwh 计算，每年可增加企业销售收入640 万元。