燃煤電廠深度超低排放之白煙治理技術

2018-01-25 12:19:01 電力行業節能環保公眾服務平臺　點擊量：評論 (0)

導讀2016年底全國已有60％以上火電機組完成煙氣超低排放標準要求，到2017年10月估計全國(上網電廠)大約完成80％左右煙氣超低排放的要求。

導讀

2016年底全國已有60％以上火電機組完成煙氣超低排放標準要求，到2017年10月估計全國(上網電廠)大約完成80％左右煙氣超低排放的要求。目前，相當多的電廠正進行或完成煙氣超低排放靈活性控制改造，使機組能在超低排放的基礎上，機組可以全負荷調峰，滿足社會不同時段電負荷要求，同時可以配合風電、太陽能供電、水電等可再生能源充分發揮作用。另外，火電廠為了進一步清潔生產，已經有幾十臺機在改造或已完成在運行的脫硫廢水零排放技術裝備。

最近，電力系統不負眾望，又出新招，使火電廠逐漸成為清潔能源一個重要組成部分，又踏入煙氣深度超低排放技術，使煙囪看不到白煙、告別石膏雨，進一步使煙氣中的硫酸鹽、硝酸鹽、S03以及氨逃逸的氣溶膠等再減少，使煙氣中一次生成的污染物更少，也就是小于PM2.5um以下顆粒物更少，使大氣更清潔，使我們都有更健康的身體。

這不是幻想，上海外高橋三廠7號1000MW機組在脫硫后使用煙氣冷凝除水技術，在2016年8月投運后完全消除了白煙，回收煙氣水份約50t/h，在達到設計溫度和額定負荷時預計可回收約80t/h。每年可減排多種污染物約200純。另外還有大唐托克托6號600MW機組小型試驗裝置也采用了煙氣冷凝除水技術，也可以消除白煙，折算到600MW負荷回收水量將達到60t/h，回收污染物沒做檢測。

總之，在脫硫后加裝煙氣冷凝除水裝置可以消除煙囪上的白煙，可以深度減排多種污染物，可回收大量水，一舉三得，值得推廣應用，現已有電廠在調研，有些電廠已打算改造采用。下面介紹主要的案例。

1.外三＃7機組煙氣冷凝除水技術

1.1 外三電廠概況

上海外三7號1000mw超超臨界機組，鍋爐為2953t/h，當前的燃煤煙氣量853.2m3/s，采用三層除霧器濕法脫硫裝置，煙氣污染物排放指標已達到超低排放要求，NOX、SO2和煙塵的平均排放濃度分別19.27mg/m3、14.83mg/m3和2.42mg/m3，符合國家超低排放排放要求。因經濕法脫硫后的出口煙氣是飽和濕煙氣，含有大量的水蒸汽，經煙囪排出后，在低溫下空氣凝結成含有其它污染物微小的液滴，從而造成煙囪“白煙”現象。

1.2 煙囪消除白煙方案選擇

外三電廠一臺1000MW機組煙囪外排100t/h水量，同時還產生視覺污染的白色煙羽和部分的污染物。采用濕式電除塵可以進一步可深度除去煙氣中的污染物，不節水還增加耗水，維護較麻煩；采用MGGH只能減輕白煙和使煙氣抬升高度增加，使污染物稀釋擴散更大的范圍，對減少用水量沒有作用。經過調研以及技術經濟比較論證后，采用冷凝法煙氣除水減排法技術；

1、可以回收大量凝結水、回收水處理后可供脫硫系統使用并消除白煙；2、通過凝結水的過程同時回收部分煙氣中的PM2.5、Hg、S03、氨的氣溶膠等多污染物聯合脫除，并對大氣造成二次污染生成物得到減少；3、消除煙羽的視覺污染。這是一舉三得可行方案。

1.3 冷凝除水減排技術

在脫硫塔出口水平煙道加裝冷凝換熱器（相變凝聚器）。冷凝器內是由數量眾多的柔性冷凝管排組成，管束采用高導熱性耐腐蝕CAC改性塑料構成換熱器，和省煤器結構相似，管外通過要冷卻的飽和濕煙氣。

其原理是進入除濕器內的飽和濕煙氣被管束進行降溫，使得飽和煙氣中的水蒸氣發生相變，由汽態冷凝成液態，從而增加局部區域內的霧滴濃度，促使煙氣中含塵的微細顆粒物長大并脫除。較大粒徑顆粒由于自身慣性碰撞到柔性管排被攔截，而被壁面水膜粘附脫除。

系統通過循環泵采用長江水開放式降溫，達到除水、污染物減排、消除白色煙羽的深度超低排放目的。

1.4 冷凝法除濕減排工程投運后技術經濟分析

2016年8月投入運行后，由于當時環境溫度較高，循環冷卻水溫高于設計溫度，機組負荷也沒有達到額定設計值，所以性能試驗沒有完成。僅提供當時測試報告得出以下幾點結果；

（1）消除煙囪白煙效果明顯

2016年8月份投運，當僅投入冷凝系統之后，“大白煙”現象明顯減輕，煙羽顏色很淡且很短。9月份煙氣加熱系統投入之后，僅提高溫度6℃，“大白煙”即完全消除，效果顯著！

（2）節水明顯

節水效果已經非常明顯，冷凝收集煙氣中水份約50t/h；預計在設計溫度下運行時，收水可達80t/h以上。脫硫實際蒸發水量約為70-80t/h，可實現脫硫零水耗。

（3）去除多污染物效果

根據電廠煙囪冷凝水測試報告，冷凝法除濕減排工程投運以后，按年利用小時數5500小時計算，可減排多污染物（含可溶性鹽分）約200噸。

（4）技術經濟效果分析

本技術革新項目總體投資費用為4553萬元。年運行費用約為79萬元.

（5）系統簡單，設備少便于維護操作。

（6）不足之處，效率和效果受環境溫度影響。用一次性開放式大量冷卻水，缺水地區使用有一定難度

1.5、冷凝除水減排技術從以上的簡要分析，投資和年運行費用與節水和減少多項污染物排放比較具有較好的經濟效益和社會環境效益，全國第一家推出的革新成果，適合條件的電廠有推廣價值。希望盡快做出該系統性能試驗。

2.托克托6號機組煙氣冷凝除水

（冷卻水與煙氣接觸+空冷）技術

大唐托克托電廠6號600MW機組，采用的是清新環境公司開發的濕法脫硫零補水技術，即煙氣冷卻除水技術。是通過在傳統脫硫吸收塔后串聯冷卻凝結塔的方式，回收脫硫凈煙氣中的飽和水汽，從而達到脫硫零補水的效果。冷卻塔采用―旋匯耦合‖技術后，在極小的液氣比條件下即可實現氣液的充分接觸換熱，提高了換熱效率。

同時旋匯耦合裝置擁有良好的氣液接觸功能也保證了煙氣中夾帶的塵和石膏液滴的捕集，再經過管束除塵器進一步除塵。系統整體不但能夠回收水分，同時可以對污染物進行二次脫除。所以，在傳統的脫硫塔后搭建了滿負荷約20000Nm3/h煙氣量的熱態試驗臺架。進行工程試驗。

2.1 煙氣冷凝除水技術

脫硫塔排出的飽和凈煙氣進入冷卻凝結塔，經過旋匯耦合裝置與噴淋的冷卻循環水進行劇烈的汽水混合，實現換熱降溫冷凝，大顆粒的冷凝液被循環噴淋水捕集直接進入冷凝塔底水池，其余的細小液滴被管束式除塵除霧器捕集后進入水池。冷卻凝結塔內也設置管束式除塵、除霧器，用于減少冷凝煙氣的夾帶水量。見圖1

圖1零補水濕法脫硫工藝流程圖

冷卻凝結塔內利用氣液直接接觸的高效換熱，冷卻循環液通過空冷器間壁氣液換熱，換熱效率高，可有效保證和控制凈煙氣的降溫凝結過程。調整噴淋量，調整運行溫度，調整冷卻空氣流量等，來保證煙氣冷凝水量的穩定；凝結水質呈酸性PH≈2.7，塔內襯玻璃鱗片防腐，塔內噴淋水管采用FRP管道。

塔外閥門、管道等均按防腐蝕襯膠管道，冷卻循環泵按耐酸腐蝕泵選型，空冷器通流部件選用316材質。冷卻凝結塔下部可儲存大量的凝結水，用冷卻水泵送入空冷器冷郤后送回冷凝塔循環噴淋冷卻使用。系統中為了供水穩定，加裝緩沖箱。

2.2 運行較果

該項主要目的是脫硫零補水試驗，該系統其滿負荷煙氣量約為20000m3/h，其相當于600MW機組滿負荷煙氣量的1%。在固定空冷器工況以及循環冷卻水流量的工況下，逐步的增加節水系統負荷。由于節水效率跟環境溫度有一定的關系，一天中的各個時間段溫度變化的數據。試驗結果可以看出，回收水量平均量為0.618m3/h，折合成600MW機組回收水量將達到60m3/h，可以滿足單臺600MW機組脫硫系統用水量。

空冷器是裝置中最容易受結垢影響甚至堵塞的試驗裝置，試驗運61天，空冷器進出口差壓在160Kpa以內，有可能可以長時間運行。經測試各項指標都達到預想的目的，阻力、能耗、回收水質等項目進行系統分析，表明對節水效果非常好

第三方檢測單位的檢測結論：能實現濕法脫硫凈煙氣中冷凝液回收，實現高效脫硫除塵以及濕法脫硫系統廢水零排放。

2.3 今后的發展趨勢

（1）上面介紹只是一種小型試驗裝置，放大到300MW、600MW、1000MW機組上使用，首先是體績很大，在工程應用方面確實存在一些局限性。首先裝置需要一定的占地空間。裝置主體包括了幾乎和脫硫吸收塔同樣尺寸的冷卻凝結塔，工程應用中的空冷器組同樣需要充分的場地，此外需要增加冷凝水緩沖箱。

（2）在大機組使用時阻力、能耗、流速都會影響到換熱效率，能否在工程應用還有大量工作要做。

（3）與上海外三電廠有很大的差別，沒有做到一舉三得，消除白煙、大量節水、去除煙囪排放污染物等，目前，只是小型工程試驗。

（4）效率環境溫度影響較大。

3.高性能旋流式分離深度凈化器

高性能旋流式分離器是一種靜態設備，運行過程中無需用電和用水，本技術具有穩定性高、無二次污染等優點，是解決燃煤電廠尾部煙氣石膏雨、硫酸雨排放以及粉塵超低排放并減緩煙囪腐蝕的先進專利技術。

煙氣進入凈化器殼體內的分離渦管，分離渦管把凈煙氣中的煙塵（包括石膏顆粒和硫酸霧滴）進行分離，且通過對渦管的特殊設計將分離下來的霧滴及顆粒與主流隔離，避免煙塵的二次攜帶，當脫硫塔出口煙氣霧滴濃度≤75mg/Nm³時，設備出口可達到≤20mg/Nm³。收集系統則將分離出來的霧滴及塵顆粒進

行收集并排入集水箱，然后送入脫硫塔內。沖洗系統采用脫硫系統的工藝水，僅在啟停機時對核心分離裝置進行沖洗，避免裝置結垢。

安裝在脫硫塔出口和煙囪之間的水平或垂直煙道上，其截面尺寸基本與煙道一樣大小，長度約為四米，可以看成為煙道的一部分，安裝方便，現場施工只需停機10天便可完成。

圖2高性能旋流式分離器結構示意圖

圖3安裝位置示意圖

據報導已在：

（1）山東章丘電廠145MW1號機組使用，煙塵二氧化硫、氮氧化物出口平均排放濃度分別為1mg/m3、27mg/m3、33mg/m3。

（2）長沙電廠1號660MW機組在50％以及100％負荷測試出口排放結果；煙塵分別為2.4mg/m3、1.7mg/.m3。

（3）淄博熱電200t鍋爐在負荷167t/h時煙塵排放濃度1.51mg/m3。

由于結構原理沒有得到詳細介紹，測試結果不全面，從系統和結構看沒有深度除水作用，所以沒有脫水狀況沒有測試結果，目前來看，只能說是超低排放深度治理的一種手段，尚未有“脫白”功能。

4.結語

(1)目前制定大氣環境地方標的有河南、河北、上海、山東、淅江等省市，現天津、上海、淅江又下文規定應采取溫度控制及有效措施消除石膏雨、有色煙羽等現象。即通過采取相應技術降低煙氣排放溫度和含濕量，收集煙氣中過飽和水蒸汽中水分，減少煙氣中可溶性鹽、硫酸霧、有機物等可凝結顆粒物的排放。可能很快就出現煙氣深度超低排放治理出現日程上。

(2)采用MGGH只能減輕白煙和使煙氣抬升高度增加，污染物沒有減少，只起到稀釋擴散更大的范圍，對節水量沒有作用，投資也不低。建議不再采用。

(3)用消除煙囪白煙較為通俗，但用煙氣深度超低排放較為全面適合，所以，標題采用后者。

(4)上面只介紹了兩種案例，一種水冷、一種空冷，其他技術尚未收集到。在應用中要根據電廠環境和周邊的條件因地至宜考慮方案。

作者簡介

江得厚，原河南電力試驗研究院副總、總工程師，教授級高級工程師。1993年榮獲政府特殊津貼有突出貢獻專家。近25年從事火電廠煙氣污染物排放治理等試驗研究工作。