2019西甲积分榜:西甲联赛历史总助攻榜

技術管理

基于協同治理的1000MW機組超低低排放改造研究及其實踐

信息來源:     發布時間:2018-06-15


基于協同治理的1000MW機組超低低排放改造研究及其實踐

                      白玉峰 孫偉鵬 姚友工 胡木林 林楚偉 江永  華能海門電廠

 

 

摘要:華能海門電廠的超低排放改造工程屬于首臺百萬千瓦海水脫硫機組超低排放項目,首例百萬千瓦機組前后小分區的低低溫電除塵綜合提效改造工程、國內大型機組首次采用氟塑料(PTFE氟塑料)WGGH取代容克式GGH。超低低排放改造后,環保指標平均值NOx小于10mg/m3、SO2小于30mg/m3、粉塵小于1mg/m3,遠低于國家要求的煙氣排放濃度要求,并在WGGH回收熱量、引風機煙道優化及吸收塔優化并取消容克式GGH后降低阻力。煙氣協同治理在華能海門電廠的成功應用充分體現了系統化的思維,充分發揮了各設備的協同效應,煙氣治理效果良好,充分利用尾部煙氣余熱,既減排又節能,實現了多種污染物協同脫除,超低改造后每年經濟效益總計至少3471.5萬人民幣,社會與經濟效益均十分可觀,具有良好的推廣價值。

關鍵詞:協同治理  余熱利用  低低溫電除塵  海水脫硫  超低改造  阻力優化

 

 

1 前言

 

華能海門電廠1036MW機組超低改造前煙囪入口NOx排放可控制在50mg/m3以下,SO2排放高于35mg/m3,煙塵濃度排放高于10mg/m3。 

為了響應政府號召,承擔社會責任,保持企業先進環保的生產理念,促進可持續發展,對原有煙氣系統進行改造,使主要污染物排放限值達到“超低”指標是非常必要的,即NOx排放不高于50mg/m3(標態、干基、6%O2,以下同),SO2排放不高于35mg/m3,煙塵排放濃度不高于10mg/m3。

華能集團超低排放技術路線是以“煙氣深度冷卻為核心”,降低進入電除塵器的煙氣溫度,以實現低低溫除塵增效,脫硫增效及協同脫除三氧化硫,汞污染物的綜合功能?;芎C諾緋О湊嶄謾靶衛懟鋇睦砟罱⒊透腦燜悸?,具體表現為綜合考慮脫硝系統、除塵系統和脫硫系統之間的協同關系。

超低改造遵循以下原則[1]

1采用成熟高效的工藝方案,選擇性能優良、技術可靠、運行穩定的設備,保證工藝方案的可實施性和先進性。

(2)改造不影響主機設備出力、效率等性能參數,不影響機組主要運行模式。

(3)采用高效除塵設備,充分利用原有靜電除塵器潛力,在較小的投資成本下使粉塵排放達到設計值,并且減少對脫硫系統的影響。

(4)盡量利用原有設備與管道,減少現場改造工程量。

(5)改造后對煙氣系統的管道和設備重新進行核算,如有需要則進行必要的加固、補強或改造。

(6)設備選型與參數擬定考慮上下游工藝的協調與匹配。

系統主要配置為煙氣脫硝裝置,煙氣冷卻換熱器,低低溫電除塵器,高效除塵的濕法煙氣脫硫裝置。由于減少了濕式除塵設備,縮短了減排工作流程,煙氣降溫后流量及阻力減少,使整個減排系統的耗電量顯著減少,超低改造后環保指標平均值NOx小于10mg/m3、SO2小于30mg/m3、粉塵小于1mg/m3,遠低于國家要求的煙氣排放濃度要求,實現了節能與減排的協同效應[2]。

 

 

2 整體改造方案

(1)本次超低排放改造工程污染物排放濃度目標確定為NOx小于50mg/m3,SO2小于35mg/m3,粉塵小于5mg/m3。

圖1.png

圖1 電廠機組超低排放技術路線


 

(2)華能海門電廠2號機組超低排放技術路線,是對華能集團公司協同路線的深度研究與應用,也是百萬千瓦機組海水脫硫的首次深層次研究、優化、實踐。

主要改造思路是:

——增加煙氣余熱利用系統,并拆除原回轉式GGH改為無泄漏WGGH;一方面降低煙氣溫度有利于污染物協同脫出,同時克服原GGH泄漏保證SO2可靠超低排放。

——污染物提效改造方案為:脫硝系統優化+低低溫電除塵器改造(小分區高效電源+本體配套改造)+脫硫系統除霧器改造+預留濕式除塵器。

——引風機配套改造+煙道優化改造。


3 工藝部分

3.1 煙氣余熱利用改造

煙氣余熱利用要滿足以下幾個原則:

其一,滿足凈煙氣加熱要求。本工程原采用回轉式GGH,煙囪為干態排煙,為提高總體脫硫效率,拆除存在原煙氣泄漏的回轉式GGH,改為無原煙氣泄漏的WGGH,煙氣余熱利用后不能造成濕煙囪排放工況。

其二,與超低排放改造結合,煙氣余熱利用要先滿足超低排放要求,與超低排放設計方案結合,方案考慮整體統一考慮。

其三,盡量高效利用余熱熱量,如果擬定的系統不同,利用效率也有差別。余熱利用系統盡量按照高效利用方式設計[3]。主要表現在:

(1)采用三級換熱器方案,第一級換熱器為煙氣冷卻器,布置在除塵器前,將除塵器入口煙溫降低至90℃提高除塵效率,換熱器管為ND鋼H翅片管。第二級換熱器為煙氣冷卻器,布置在脫硫塔前,將脫硫塔入口煙溫降低至70℃,換熱器管材為氟塑料。第三級換熱器為煙氣加熱器,布置在煙囪之前,將煙囪入口的煙溫加熱至69℃,換熱器管材為氟塑料。

(2)在水循環流程上設置有一臺水–水換熱器,利用多吸收的熱量加熱凝結水。

(3)三級換熱器的水側系統為逐級串聯,第一級和第二級換熱器回收的熱量一部分加熱第三級換熱器,另一部分回收至凝結水側。

(4)為了解決啟停階段或極低負荷下鍋爐排煙熱量不足的問題,系統設置有啟動加熱器。

WGGH裝置的換熱形式為煙氣-水換熱器,設置3級換熱器,三個換熱器的水側系統為逐級串聯,第一級和第二級換熱器回收煙氣的熱量,第三級換熱器放出熱量給凈煙氣,達到排放標準后,多余的熱量用于加熱汽機凝結水。熱媒介質采用凝結水,閉式循環,增壓泵驅動,熱媒輔助加熱系統采用輔助蒸汽加熱[4]。每套裝置包含三級換熱器及其支撐結構、熱媒輔助加熱系統、熱媒補充水系統、熱媒增壓系統、穩壓系統、凝結水加熱系統、吹灰系統、水沖洗系統、以及WGGH系統所有閥門、控制系統及測溫、測壓裝置、其它輔助裝置,系統組成及各部設計溫度如圖2所示。


圖183.png

圖2 電廠三級換熱器系統圖


熱媒輔助加熱系統根據煙氣再熱器的出口煙氣溫度,發出調節閥動作指令,自動控制煙氣再熱器出口煙氣運行溫度在設定的范圍內,抵消機組運行參數變化對煙囪出口排煙溫度的影響。 

凝結水加熱系統根據一級煙氣冷卻器的冷卻介質(熱媒水)溫度,發出調節閥動作指令,自動控制煙氣一級煙氣冷卻器的冷卻介質(熱媒水)運行溫度在設定的范圍內,防止一級煙冷器管束出現腐蝕。在給定條件下自動把冷卻介質(熱媒水)溫度大于等于72.5℃,一級煙冷器出口煙溫90℃。


圖187.png

圖3   三級換熱器工質溫差分布圖


回收余熱量以及熱量的品位較低,凝結水可加熱至105-107°C,回送到#8低加入口,余熱回收能力較好。如圖3所示,當除塵入口溫度為95°C時,BMCR工況可以回收余熱量是為32.6MW,第一級換熱器管子工作在干煙氣以及臨界酸露點溫度附近;第二級換熱器管子工作在煙氣酸露點溫度以下,會有少量SO3酸性氣體凝結;第三級換熱器管子工作在濕煙氣至干煙氣條件下,首排及其后若干管子工作在濕煙氣條件下,工作條件惡劣;所以三級換熱器的選材很關鍵[5]。

 

3.2 脫硝設備優化改造

對原脫硝流場及噴氨格柵進行優化改造,提高煙氣均勻性和氨混合均勻性,保證氮氧化物排放濃度穩定在50mg/m3以下[6]。兩臺鍋爐SCR系統提供滿足脫硝超低排放運行所要求的脫硝流場和氨噴射系統優化改造及增設大顆?;依菇贗低?。

2號機組進行過優化改造,使氨注射系統爐前后、左右方向可以靈活的調節,提高氨氣的分布均勻性,并在噴嘴上方加裝一塊直徑108mm的擋灰板,如圖4所示。

改造后系統得到了提升,為了確保超低排放的長期穩定,還需進一步的優化,確保系統不發生堵塞,調節靈活,分布均勻。對于脫硝流場優化部分,數模計算過程必須優化設計煙氣的流動分布及合理的流速[7]。以使頂層催化劑前的煙氣參數分布(速度、溫度、NH3/NOx摩爾比、催化劑前的成份分布、射流角度、系統阻力、煙道中導葉和導流板的壓損減少位置等)滿足性能保證指標,并最大限度減少煙道積灰。如圖5所示。


image.png

圖4 優化后的氨注射系統



image.png


圖5 優化調整后反應器出口的NOx分布(BMCR)



大顆粒攔截器主要作用于省煤器出口煙氣灰斗處,用于攔截鍋爐煙氣中的大顆?;?。大顆?;姨乇鶚恰氨諄ɑ搖?,是一種低密度灰,疏松多孔,密度多小于水,外形不規則,很容易達到10mm及以上的尺寸,多形成于鍋爐受熱面表面,較難通過煙道的擴展降低流速手段使其沉降。無論是蜂窩式催化劑還是平板式催化劑,大顆?;抑灰謊唐醬呋簾礱婢岬賈麓呋戀畝氯?,削弱整套脫硝系統的脫硝能力,一旦部分通道被堵塞,灰的堵塞面積會快速增加,致使SCR系統失去效用[8]。如圖6所示。



image13.png

圖6 大顆粒攔截器結構圖



我國燃煤機組燃用煤種多變,部分鍋爐燃燒狀況惡化,容易產生爆米花灰,而且我國脫硝裝置幾乎全部為高塵布置的無旁路系統,一旦出現堵塞現象會直接導致主機組非計劃?;?。濾網必須采用低流速設計、加裝空氣炮吹灰裝置(每臺鍋爐不少于12套)或機械清掃裝置聯合配置、并通過應用計算流體動力學手段優化灰斗流場,將流場優化與濾網相結合手段最大限度地去除大顆粒以及延長濾網壽命。

 

3.3 除塵器改造

通過低低溫電除塵器提效改造控制除塵器出口煙塵排放濃度在15-20mg/m3,再通過濕法脫硫的協同除塵控制煙塵排放濃度不高于5mg/m3,實際改造后煙塵排放濃度低于1mg/m3,詳見表1,協同除塵改造后結果。


         表1  協同除塵改造后的效果


單位

設計煤

校核煤

備注

干式除塵器入口

mg/Nm3

10493

12437

干基、O2=6%

干式除塵器出口

mg/Nm3

15

15

干基、O2=6%

干式除塵器效率

%

99.86

99.88


脫硫入口

mg/Nm3

15

15

干基、O2=6%

脫硫出口

mg/Nm3

7.1

7.8

干基、O2=6%

脫硫洗塵效率

%

52.49

48.27


除霧器出口霧滴

mg/Nm3

15

15


海水含鹽量

%

3.22

3.22


霧滴折算含固量

mg/Nm3

0.483

0.483


除霧器除塵效率

%

48.8

48.8


煙囪出口總量

mg/Nm3

0.8

0.73

干基、O2=6%



(1)原有的硅整流電源全部更換為高頻電源,高頻電源采用小分區供電方式(即利用原電除塵器陰極吊掛結構,將原每臺爐24臺電源改為48臺高頻電源供電)。

高頻電源改造方案:將原三室四電場靜電除塵器的一、二、三、四電場均進行小分區改造,新增高頻電源共計36套,利舊高頻電源共計12套。達到:

——用脈沖供電技術來克服高比電阻粉塵引起的反電暈,抑制火花電流沖擊。

——根據工況條件的變化(如鍋爐負荷、濁度、煙氣量、煙氣溫度),在一定的條件下,運行方式能夠自動跟蹤工況的變化,具有自動優化功能,自動選擇控制方式,自動設定運行參數,自動確定脈沖供電占空比,使系統始終運行在最佳的節能狀態[9]。

——根據粉塵儀和電氣參數(如高壓硅整流設備的二次電壓、二次電流)的反饋信號,通過分析診斷,自動控制每個電場的能耗,實現智能閉環節能控制。

——在保證間隙供電的情況下,整流設備能夠安全可靠的運行。

通過上述控制器的功能,除塵系統配備先進的、新型節能控制裝置,在滿足煙塵排放標準≤15mg/m3的基礎上,盡量減少除塵器的能耗。

(2)為了適應超低排放要求,越來越多的煙氣處理系統增加了低溫省煤器,這就減低了除塵器灰斗的灰溫以及流動性,增加了輸灰系統的輸送難度和可靠性。因此需一套穩定的灰斗加熱系統來補償灰溫,避免粉煤灰在灰斗板結失去流動性,從而保證輸灰系統的正常運行。

電除塵器本體配套改造主要內容有:灰斗增加不銹鋼板內襯,人孔門等易漏風的位置更換密封圈和更換不銹鋼材料防止腐蝕;原灰斗電加熱改為蒸汽加熱,絕緣子加熱器改造完善等。全面解決上述問題,確?;葉芳尤認低嘲踩榷ㄔ誦?。

 

3.4 脫硫改造

本次提效改造工程仍采用海水法煙氣脫硫工藝,一爐一塔配置。脫硫改造主要體現在脫硫吸收系統核心設備吸收塔上的改造,以及吸收塔供水系統的改造。

(1)本工程通過取消原回轉式GGH,改為無泄漏WGGH,降低其泄漏以提高脫硫系統總效率,滿足SO2排放濃度小于35mg/m3要求。

(2)除霧器改造,并在xishouta吸收塔出口煙道設置煙道除霧器,保證霧滴逃逸不超過15mg/m3,并提高對煙塵的協同除塵。

本次改造工程主要原則如下:

——吸收塔主體利舊,外墻板及其附件拆除,墻面刷耐酸涂料;

——GGH及相應輔助設施拆除;

——取消GGH后,對吸收塔出入口煙道系統重新優化改造和防腐;

——底層規整填料固定方式改為底部玻璃鋼柵格板支撐的模式;

——塔內散裝填料清理,塔內防腐層檢查修復;

——預留濕式電除塵器安裝位置;

——增設煙道除霧器。

 

3.5 引風機移位及管道阻力優化

由于系統阻力、煙氣溫度、煙氣體積流量均已發生變化,引風機需要作相應適應性優化,以滿足出力防腐需求。

華能海門電廠2號機組的超低排放改造,為了達到煙風道最優化的目的,需將現有的兩臺引風機?;ば圓鴣?,搬至原脫硫區域增壓風機處重新安裝,原增壓風機基礎做適應性改造,引風機超低改造前后能耗對比如圖6,改造后引風機平均電流下降60A,年節約廠用電381.59萬kwh,折合人民幣170萬元。如圖7、圖8所示。

 

 

image.png

  圖7 引風機移位改造示意圖



image.png

圖8  引風機超低改造前后能耗對比



4 腐蝕問題

 

某廠由于二級低?。ɡ嗨坪C諾畝堆湯淦鰨┖竺嫻難痰欄蔥孤?,導致僅僅運行一個月就被迫退出運行,為吸取兄弟單位的教訓和經驗[10],采用如下方案:

(1)二級煙冷器盡量靠近吸收塔布置,縮短后面煙道長度,同時降低系統阻力;同時考慮到煙氣中灰的粘污特性,選擇氟塑料受熱面,以保持長周期運行下的煙冷器的清潔程度。

(2)煙道的設計,確保足夠機械強度,避免煙道壁振動情況存在。

(3)煙道的設計,從引風機出口至吸收塔入口,保持一定的斜度,確保煙道中積水可流入吸收塔,避免煙道積水。

(4)選擇合適的防腐手段,選用韌性較好、結構緊密、可耐HF酸腐蝕、最高耐溫150℃的防腐涂料。

(5)煙道的膨脹節及其排水管選用氟塑料。

 

5 創新亮點

 

(1)實現了首臺百萬千瓦海水脫硫工程超低排放項目、首例百萬千瓦機組前后小分區的低低溫電除塵綜合提效改造工程。

(2)實現了國內大型機組首次采用氟塑料WGGH取代容克式GGH--塑料之王,具備如下特征:

——優秀的耐腐蝕性能。對于幾乎所有工業化學品及溶劑都為化學惰性:耐濃酸、濃堿,抗氧化劑。

——不粘灰。高度的不黏耐附性和抗垢能力以及極低的摩擦系數。

——優異耐熱性。溫度的變化對性能影響不大,溫域范圍廣,250℃以下長時間加熱也能保持優越的力學性能。

——超高的抗彎曲疲勞強度、耐磨。

(3)實現了煙氣深度節能優化,主要內容如下:

三級換熱器思路,增加了深度節能的環節,脫硫入口加裝二級煙氣冷卻器,將進入脫硫系統的煙氣廢熱給予回收利用(100%、75%、50%負荷下節約發電煤耗0.91/0.61/0.37g/kWh);引風機配套降阻改造。

為了達到煙鳳系統優化目的,對原引風機進行移位,整個引風機入口煙道、吸收塔出口煙道采用新型圓形布置形式,取消煙道內部支撐件,煙氣直接順流匯合,大大降低了這個煙風系統阻力。

 

6 結語

 

華能海門電廠2號機組實施超低排放改造工程(煙氣余熱利用、脫硝、除塵、脫硫、風機)后環保指標平均值NOx小于10mg/m3、SO2小于30mg/m3、粉塵小于1mg/m3,按廣東省實施的改造后煙塵、二氧化硫、氮氧化物的排放分別為50mg/Nm3、35mg/Nm3、5mg/Nm3指標,上網電價每kWh加價1分錢的政策,按每年發電量30億kWh計,兩臺機組每年可回收電價補貼0.3億元;且采用與眾不同的深度節能技術(脫硫入口廢熱回收的二級煙氣冷卻器),汽輪機熱耗降低約30kJ/kw.h的熱量,折合降低供電煤耗1.1g/kwh,按每年發電量30億kWh計,節約標煤3300噸,標煤單價按750元計算,直接經濟效益247.5萬,引風機移位及管道阻力優化節約人民幣約170萬元,超低改造后經濟效益總計至少3471.5萬,社會經濟效益均十分現實。

 



參考文獻

[1]王繼華. 煙氣超凈排放改造技術在燃煤機組中的應用[J]. 華電技術,2017,(02):65-67+79.

[2]李海峰. 燃煤電廠鍋爐超凈排放技術改造探討[J]. 科技展望,2017,(01):141.

[3]苗博. 燃煤電廠鍋爐超凈排放技術改造研究[J]. 山西農經,2016,(12):73.

[4]王小明.我國燃煤電廠煙氣脫硫示范工程DI. 電力環境?;?/span>,2000.

[5] 燃煤電廠除塵技術路線指導意見[S].中國電力企業聯合會,2013.

[6] 燃煤電廠煙氣協同治理技術指南(試行)[S].華能國際電力股份有限公司標準化辦公室,2014

[7]朱志飛,饒蘇波,陳奎續. 超凈電袋復合除塵器提效改造的要點分析[J]. 節能與環保,2016,(07):64-66.

[8]李志遠. 火電廠超凈排放形式下的CEMS改造研究[J]. 綠色科技,2016,(04):97-98.

[9]何進崇. 循環流化床鍋爐超凈排放煙氣脫硫改造技術探討[J]. 企業技術開發,2016,(03):170-171.

[10]翟德雙. 燃煤電廠鍋爐超凈排放技術改造探討[J]. 華東電力,2014,(10):2218-2221.

 

作者簡介

白玉峰1995年畢業于上海電力學院熱能動力工程專業,碩士學位,高級工程師,華能海門電廠廠長,從事大型火力發電機組生產管理及其優化工作。

 




                                                             來源:華能海門電廠 2018-06-15

本文收入廣東省電力行業協會20186月《節能專刊》





關于我們|會員服務|西甲联赛历史总助攻榜|友情鏈接

廣東省電力行業協會 版權所有©2004-2011 粵ICP備11017294號