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        尾氣脫硫設備新技術助燃煤電廠實現超低排放
        發布日期 : 2020-05-21 16:05:17

          當前,我國環境狀況總體惡化的趨勢尚未得到根本遏制,環境矛盾日益凸顯,環保壓力持續加大。部分區域和城市大氣霧霾現象突出,許多地區主要污染物排放量超過環境容量。今年以來,各級政府陸續出臺多項政策措施,下大力氣治理PM2.5,改善空氣質量。

          濕式電除塵器在滿足超低排放、治理PM2.5方面的效果得到業內專家一致認可,環境保護部在《環境空氣細顆粒物污染防治技術政策(試行)》(征求意見稿)中明確指出:鼓勵火電企業采用濕式電除塵等新技術,防止脫硫造成的“石膏雨”污染。

          作為一種先進的煙氣治理技術,濕式電除塵技術在歐洲、美國、日本等國家已得到廣泛應用且效果良好。國內企業自主開發的濕式電除塵技術,已在燃煤電廠取得成功應用。上海長興島第二發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,引起業界高度關注。我國也有環保企業引進國外的濕式電除塵技術,并有多家電廠簽訂濕式電除塵器合同,最大配套機組為1000MW。相信隨著濕式電除塵技術在我國的推廣應用,其必將成為燃煤電廠滿足超低排放、治理PM2.5的有力武器。

          大氣環境形勢嚴峻,PM2.5控制勢在必行

          《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223—2011)中規定,一般地區燃煤鍋爐煙囪煙塵排放限值30mg/m3,重點地區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。

          根據新修訂的《環境空氣質量標準》(GB3095—2012),將PM2.5納入強制監測范疇,并明確規定了時間要求,到2015年,在我國所有地級以上城市開展PM2.5監測;2016年,各地都要按照新修訂的標準監測和評價環境空氣質量狀況,并向社會發布結果。

          國務院在《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》的批復意見中明確指出:到2015年,重點區域工業煙粉塵排放量下降10%;可吸入顆粒物(PM10)、細顆粒物(PM2.5)年均濃度分別下降10%、5%。其中,京津冀、長三角、珠三角等13個重點區域將PM2.5細顆粒物納入考核指標,細顆粒物年均濃度下降6%;上述區域復合型大氣污染要得到有效控制,酸雨、灰霾和光化學煙霧污染明顯減少。

          新標準、嚴要求,是基于我國嚴峻的大氣環境形勢。近年來,在傳統煤煙型污染尚未得到控制的情況下,以臭氧、細顆粒物(PM2.5)和酸雨為特征的區域性復合型大氣污染日益突出,區域內空氣重污染現象大范圍同時出現的頻次日益增多,嚴重制約社會經濟可持續發展,威脅人民群眾身體健康。

          實施控制細顆粒物及前體污染物排放的重點領域包括工業污染源、移動污染源、生活污染源、農業污染源、各種施工工地、各種粉狀物料貯存場等。其中工業污染源包括: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PM2.5排放量的10%左右,加之由燃煤產生的二次顆粒物,燃煤電廠排放PM2.5占全國PM2.5比例還會更高。

          大氣環境形勢嚴峻,燃煤電廠對細微顆粒的控制勢在必行。

          多一道把關設備,實現燃煤電廠終端控制

          目前,國內燃煤電廠鍋爐尾部現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入煙囪,如圖1所示。脫硝負責脫除NOx,除塵器負責煙塵治理,濕法脫硫負責脫除SOx。

          然而,脫硝設備工作時,在催化劑的作用下,伴有SO2轉化為SO3的副反應,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,在實際運行中會產生部分逃逸。但在現行工藝流程中,SO3和逃逸的NH3并不能得到有效去除。

          對于濕法脫硫,一方面,通過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、脫硫產物結晶析出,也會形成PM2.5。脫硫塔對SO3的去除率很低,SO3以氣溶膠的形式隨煙氣排出。吸收塔頂部設置的機械式除霧器對水霧、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,進入煙囪的濕煙氣處于酸露點以下,其冷凝液對煙囪造成腐蝕。因為現有濕法脫硫系統去除PM2.5細顆粒物的能力很弱,對汞和SO3氣溶膠等的脫除也有限,從而導致煙囪風向的下游經常出現“酸雨”、“石膏雨”等現象,或是有長長煙尾的“藍煙”現象。

          上述分析表明,在燃煤電廠傳統工藝流程中,煙塵控制主要靠濕法脫硫前端的除塵裝置實現,但不能控制后端濕法脫硫產生的細微顆粒粉塵。因此,無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、濕法脫硫自身產生并排出的PM2.5細微顆粒物和氣溶膠?,F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,現行濕法脫硫工藝容許排出的粉塵濃度就達到15mg/m3。煙囪排放要實現國家標準要求的30mg/m3或20mg/m3,在保證除塵裝置除塵效率的基礎上,還要盡量減少脫硫工藝產生的細顆粒物。

          在目前的煙氣治理島工藝流程中,濕法脫硫之后沒有對脫硫工藝產生的細顆粒物進行控制,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,處于一種自由開放狀態。因此,在濕法脫硫裝置之后,需要再有一道把關設備,濕式電除塵器是最佳選擇。

          圖1國內燃煤電廠鍋爐尾部現有的煙氣治理島的工藝流程

          實現超低排放,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非常穩定。

          由于濕式電除塵器采用水流沖洗,沒有振打裝置,不會產生二次揚塵。根據國外相關文獻,濕式電除塵器對酸霧、有毒重金屬以及PM10,尤其是PM2.5的微細粉塵有良好的脫除效果。所以,可以使用濕式電除塵器來控制電廠SO3酸霧,同時還具有聯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的石膏雨、藍煙問題,緩解下游煙道、煙囪的腐蝕,節約防腐成本。其性能穩定可靠、效率高,可有效收集微細顆粒物(PM2.5粉塵、SO3酸霧、氣溶膠)、重金屬(Hg、As、Se、Pb、Cr)、有機污染物(多環芳烴、二惡英)等,煙塵排放可達10mg/m3甚至5mg/m3以下,實現超低排放,徹底解決煙囪排放問題,達到“一勞永逸”的效果。

          企業自主研發,核心技術關鍵難題有突破

          上個世紀,國內已將濕式電除塵器應用于硫酸和冶金工業生產中。到目前為止,國內冶金工業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題,加上當時國家對大氣污染物排放標準要求比較低,濕式電除塵器沒有在電力行業得到推廣應用。

          面對日益嚴峻的細微顆粒物污染問題,國內各大環保企業主動出擊,有的自主研發,有的采用引進技術。在國內,濕式電除塵技術的自主研發已取得了可喜的成績,不僅在核心技術上實現了突破,還迅速展開了工業應用,積累了寶貴經驗。

          濕式電除塵器的研發得到科技部的高度重視和大力支持,被列入國家863計劃《燃煤電站PM2.5新型濕式電除塵技術與裝備》課題,由高等院校完成濕式電除塵器理論方面的研究,企業完成濕式電除塵器應用方面的研究。

          理論研究著重解決PM2.5的測試方法、濕法脫硫產物與濕法脫硫工藝過程的關系、濕法脫硫產物的物理特性、電場規律和收集性能等問題;應用研究著重解決濕式電除塵器的結構、極配、材料選擇、防腐、水膜的均勻分布、水循環利用、高低壓配套供電、加工工藝、安裝工藝等問題。

          通過理論研究和應用研究,創造出具有自主知識產權、適合中國國情的性能優越、價格低廉的新型濕式電除塵器,并完成300MW(含)以上等級機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專利、行業標準等,從而填補國內大型濕式電除塵技術和產品的空白。863計劃的實施完成,將使中國的濕式電除塵器技術達到更高水平。

          為實現863計劃,迅速掌握濕式電除塵器的核心技術,企業自主設計制造了國內領先的全尺寸濕式電除塵器綜合實驗臺(見圖2所示),用以研究濕式電除塵器的極配、特殊結構、噴淋系統、水膜形成、抗結露、配套高壓供電等關鍵技術。通過實驗,獲得了許多關鍵的設計參數,同時建立了濕法脫硫模擬實驗臺,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用的關鍵是水的二次污染和水耗問題,不解決灰水循環利用問題,濕式電除塵器就難以在燃煤電廠推廣應用。經過濕式電除塵器噴淋沖洗之后排出的水,含有大量酸性物質和細微顆粒物。直接排放會產生二次污染,而且耗水量大、運行成本高,水必須進行循環利用。

          水的循環利用要經過兩個環節,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用水。通過反復試驗,掌握了濕式電除塵器的噴淋系統及均勻水膜形成規律、極配、結構、高壓供電等關鍵技術;研發了懸浮物高效分離、水循環利用系統。

          防腐是保證濕式電除塵器安全可靠運行的重要問題,通過材料分析和抗腐蝕實驗,尋找重要結構件的材料選擇,制定防腐措施和施工工藝。在研發過程中,相關企業已經獲得了多項具有自主知識產權的濕式電除塵專利。

          降低綜合投資和運行費用,具有較好經濟性

          采用濕式電除塵技術工藝,由于其終端把關的技術特點,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,出口排放無需做到很低。這樣,既可降低前端除塵裝置的投資和運行成本,又能夠解決脫硫設備前的場地緊張問題。同時,由于濕式電除塵器運行中的噴淋作用,對煙氣中的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。濕式電除塵器在實現粉塵超低排放,解決石膏雨、細微顆粒物(PM2.5粉塵、SO3酸霧、氣溶膠)問題的同時,具有較好經濟性。

          國內燃煤鍋爐濕式電除塵工程應用案例

          由于濕式電除塵技術對控制燃煤煙氣中的PM2.5排放非常有效,在發達國家的電力工程領域,濕式電除塵技術得到了廣泛應用。據不完全統計,已有50余套不同類型的濕式電除塵器應用于美國、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備,用于去除濕法脫硫無法收集的酸霧、控制PM2.5微細顆粒物及解決煙氣排放濁度問題。

          比如,日本碧南電廠1~3號700MW機組和4、5號1000MW機組,均在濕法脫硫系統后設置濕式電除塵器,投運情況良好,煙塵排放濃度長期保持在2~5mg/m3水平,運行15年來,殼體和內件未發生嚴重的腐蝕問題。

          我國環保企業從2009年開始投入濕式電除塵器的研究和開發,從試驗、中試到工業應用,目前已取得了多個項目的成功應用,并得到很好的使用效果?!疽陨蟽热萦?a href="http://www.91afw.com/">尾氣脫硫設備為你整理發布】

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