1燃煤電站超低排放改造技術(shù)發(fā)展背景

能源在人類生活和生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用，是我們生存的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，也是國家重要的戰(zhàn)略物資。合理開發(fā)和利用能源，對人類社會(huì)和世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重要作用。1970年代出現(xiàn)的兩次能源危機(jī)，石油價(jià)格急劇上漲，經(jīng)濟(jì)受挫。在當(dāng)今全球化發(fā)展中，能源安全已經(jīng)上升到國家安全的高度。

在油氣資源相對集中的中東地區(qū)，政治、外交和軍事沖突一直存在，最近的戰(zhàn)爭是2011年美國發(fā)動(dòng)的利比亞戰(zhàn)爭，2013年美國攻擊敘利亞和2021年沙特阿拉伯發(fā)動(dòng)的對也門戰(zhàn)爭。因此，能源安全關(guān)系到一個(gè)國家的長治長安，發(fā)展中國和發(fā)達(dá)國家都把能源安全作為國家安全的重要組成部分。習(xí)主席提出建設(shè)一帶一路戰(zhàn)略構(gòu)想，中國與中東國家能源關(guān)系發(fā)展迅速，成為中國一帶一路框架的戰(zhàn)略支點(diǎn)。

面對國內(nèi)石油化學(xué)能源短缺、能源價(jià)格和使用成本的大幅度上升，以及國內(nèi)環(huán)境的惡化，積極開發(fā)新能源，尋求未來經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為我國的重要戰(zhàn)略任務(wù)，利用新燃料燃燒技術(shù)和尾氣管理設(shè)備改善傳統(tǒng)石油化學(xué)能源的運(yùn)行現(xiàn)狀，已經(jīng)成為我們現(xiàn)在迫不及待的任務(wù)，從環(huán)境保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展來看，石油化學(xué)能源在未來逐漸衰退的過程中

表1 大氣污染物特別排放限值

基于大的能源背景，我國對現(xiàn)存的燃煤電廠提出了新的要求——節(jié)能改造。在現(xiàn)存的改造過程中主要是圍繞已有的節(jié)能技術(shù)，對煤粉的高效燃燒和尾氣排放管理進(jìn)行進(jìn)一步技術(shù)提升，從而到達(dá)工業(yè)排放新標(biāo)準(zhǔn)(表一)。這也是今后煤電廠的重要研究和發(fā)展方向。

2 燃煤電廠超低排放技術(shù)研究路線——以富氧燃燒為例的高效燃燒

2.1 富氧燃燒概述

現(xiàn)如今，人類消費(fèi)的能源其中約80%是通過燃燒獲得的，然而燃燒卻帶來了一系列環(huán)境問題。如何在提高資源利用率的同時(shí)，減少有害氣體的排放量是一個(gè)非常有前途的課題。

目前可以采用的技術(shù)有催化燃燒、高溫空氣燃燒、富氧燃燒等。這些技術(shù)能有效緩解當(dāng)前環(huán)境污染問題，有很大的實(shí)用前景。富氧是指氣氛中氧濃度高于空氣濃度(>；20.97%)。

富氧燃燒又稱OEC，被認(rèn)為是節(jié)能高效的燃燒技術(shù)。就低碳排放而言，該技術(shù)也是煤電廠最具潛力的技術(shù)之一。富氧燃燒的極限是純氧(含氧>；99%)燃燒氣氛。觀察足氧氣氛、污染物排放情況。

以O(shè)2/CO2氣氛代替空氣作為燃燒環(huán)境燃燒煤粉富氧。壽恩廣經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，提高氧氣濃度可以改善煤粉/煤的燃燒反應(yīng)，降低燃燒溫度，使燃燒反應(yīng)像低溫區(qū)移動(dòng)煤粉與煤的混合比例不同，對燃燒特性參數(shù)的影響也不同。當(dāng)煤粉與煤混比較小時(shí)，氧氣濃度的變化對混合燃料著火溫度的影響并不明顯。

在O2/CO2各占一半的氛圍下，隨著煤粉比例的增加，所有特征參數(shù)都向低溫區(qū)域前進(jìn)，在固定碳燃燒階段逐漸增大。富氧燃燒對提高火焰溫度和燃燒效率有顯著作用，因此在玻璃熔窯和金屬冶金等高溫操作行業(yè)應(yīng)用廣泛。

2.2.富氧燃燒的特點(diǎn)

富氧燃燒與普通空氣燃燒相比，是提高氣氛中的氧氣濃度。由于氧氣濃度高，可以使反應(yīng)更完全，也可以降低空氣的過剩系數(shù)，提高反應(yīng)速度，最重要的是減少排煙量。即使富氧燃燒具有上述特點(diǎn)，燃燒產(chǎn)生的污染物也是需要解決的問題。

在實(shí)驗(yàn)過程中，需要分析煙氣中SO2、NOX和顆粒物等污染物的含量是否發(fā)生變化，調(diào)整氧氣濃度如何影響污染物成分的濃度大小和后續(xù)污染物的排放也是研究的主要方向。

2.3國內(nèi)外煤粉富氧燃燒研究

近年來，國內(nèi)外學(xué)者研究了煤粉和煤的富氧燃燒。羅思義[8]做了煤粉微米燃料在富氧狀態(tài)下燃燒的實(shí)驗(yàn)，析其特性。他認(rèn)為富氧燃燒對改善煤粉的燃燒特性起著很大的作用。他指出，當(dāng)氧濃度為40%時(shí)，爐膛溫度可達(dá)1600℃，釋放大量熱量。陳祓研究了不同煤粉的燃燒特性，燃料采用了3種煤粉。

得出結(jié)論:受氧濃度影響與煤粉種類有關(guān)，但同一煤粉氧濃度增加，煤粉燃燒特性變化明顯，氣體析出溫度范圍變小。王藝以褐煤為實(shí)驗(yàn)原料，在不同氧濃度下進(jìn)行熱解實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。

實(shí)驗(yàn)分析顯示，隨著氧濃度的增加，燃燒反應(yīng)的時(shí)間減少，但放熱峰值增加，氧濃度的增加增強(qiáng)了熱解反應(yīng)，研究各種生成氣體的曲線時(shí)，隨著氧濃度的增加，大部分氣體的分析時(shí)間減少，峰值也增加。王泉斌[11]將煤粉與生物質(zhì)混合作為實(shí)驗(yàn)燃料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氧氣濃度增加時(shí)，直徑不同的粒子變化，小粒子的樣品變化幅度小，大粒子變化大。外國學(xué)者H.Haykiri-Acma研究了在空氣和純氧兩種不同的氣氛下，煤粉和褐煤混合燃燒的特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在純氧條件下，煤粉與煤混合作為原料比煤混合作為原料產(chǎn)生的熱流率大。

3燃煤電廠超低排放技術(shù)應(yīng)用解析-以太原第二熱電廠為例

山西是我國煤炭生產(chǎn)和利用大省，高效使用煤炭是山西新能源改革趨勢下一個(gè)重要主題�；�于燃煤的高效燃燒和尾氣排放管理，對傳統(tǒng)的發(fā)電、減排系統(tǒng)進(jìn)行了一些列的改進(jìn)和發(fā)展，從實(shí)際使用來看，已經(jīng)取得了很好的應(yīng)用效果，筆者以太原第二熱電廠為例，簡單介紹了我廠實(shí)現(xiàn)的一系列超低排放技術(shù)應(yīng)用。

本案例中的超低排放改造工作中，主要進(jìn)行二期改造工程（六期、七期），而且值得一提的是，該廠針對設(shè)備情況，對六期、七期各單元采用不同的改造方案。

3.2改造前本廠設(shè)備建筑概況

太原第二熱力發(fā)電廠是山西大唐發(fā)電集團(tuán)下屬以發(fā)電和供熱為主的熱力發(fā)電廠，太原第二熱力發(fā)電廠擴(kuò)建工程2×330MW項(xiàng)目，12號爐為亞臨界壓力一次中間再熱自然循環(huán)鍋爐。亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、單汽包、單膛平衡通風(fēng)、死角切圓燃燒、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、燃燒器擺動(dòng)調(diào)溫、緊身封閉、主副雙鋼架π汽包爐、固體排渣、煤粉爐、空氣預(yù)熱器采用三分倉旋轉(zhuǎn)式預(yù)熱器。

鍋爐制粉系統(tǒng)采用ZGM95G-ⅱ中速磨煤機(jī)一次冷卻風(fēng)扇直吹系統(tǒng)。設(shè)計(jì)煤種每臺(tái)鍋爐配置5臺(tái)中速磨煤機(jī)。煤粉細(xì)度R90≤14.5%，其中4臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。本工程點(diǎn)火方式采用微油點(diǎn)火+常規(guī)油槍點(diǎn)火，在燃燒器a層配置微點(diǎn)火裝置。

工廠設(shè)備改造前使用石灰石脫尿酸熱解SCR脫硝無除塵。對于除塵，目前常用的技術(shù)主要是靜電除塵、布袋除塵、布袋復(fù)合除塵、濕式靜電除塵等，在技術(shù)方面，MEIJI等眾多國內(nèi)外學(xué)者開展了深入的研究，其研究方向主要是吸塵器的電源設(shè)計(jì)、粒子物比電阻對除塵少的影響等。

圖1 顯示是一種MGGH低低溫電除塵超低排放技術(shù)，這種排放技術(shù)是低低溫電除塵技術(shù)的典型代表，在我國目前使用的裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到13000MW。圖2顯示，MGGH濕式電除塵超低排放技術(shù)，在煙氣脫硫裝置的歐元增設(shè)電除塵器，滿足煙塵超排放要求，哈哈可以減輕濕式脫硫后的環(huán)境污染。

圖2MGH濕式電除塵超低排放技術(shù)

3.2針對10號/11號機(jī)組的第六期改造工程

6期工程，主要改造為10號、11號機(jī)組脫硝設(shè)備。其改造后的斷貨系統(tǒng)示意圖如圖3所示。改造的主要工作由以下三個(gè)部分組成。

第一，在原2+0的基礎(chǔ)上，使用新催化劑(或更換新催化劑配方)，加強(qiáng)催化劑吸收層結(jié)構(gòu)，改造后的10號，11號單元脫硝設(shè)備的反應(yīng)面積比原反應(yīng)面積有效增加30%，改造效果有效提高NOx吸收率。

第二，脫硫設(shè)備改造采用吸收塔入口煙道至第一層淋浴層之間安裝脫硫效果裝置，優(yōu)化淋浴層支管和噴嘴配置，采用高效噴嘴，凈煙道在原GGH處直接減少彎頭和煙道長度的方式。

第三，除塵設(shè)備采用脫硫系統(tǒng)協(xié)同除塵技術(shù)，將原吸收塔除霧器更換為管束式除塵除霧裝置，對應(yīng)改造管束式除塵器清洗水管道和閥門和控制邏輯。

圖3實(shí)際運(yùn)行中10號/11號單元改造后的脫硝系統(tǒng)

3.3針對12號/13號單元的第7期改造工程

7期工程，主要改造為12號、13號單元的脫硝設(shè)備。

7期12號、13號單元脫硝設(shè)備在SCR預(yù)約層添加新催化劑，增容為3層催化劑配置。除塵設(shè)備采用脫硫系統(tǒng)協(xié)同除塵技術(shù)，12號脫硫?qū)⒃�吸塔除霧器更換為管束式除塵除霧裝置，13號脫硫?qū)⒃�吸塔除霧器(2層屋頂+1層管式)更換為高效除霧器(3層屋頂式)。

如圖4是13號單元改造后的CEMS參數(shù)，從圖中可以看出實(shí)現(xiàn)超低排放改造后，13號單元的煙氣廢氣進(jìn)一步控制，經(jīng)過同樣的觀察，所有單元改造后NOx排放濃度不足50mg/nm？SO2排放濃度在35mg/Nm以下，固體顆粒物排放濃度小于5?mg/nm？，遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了超低排放的要求。