周心澄　 黃治軍　 潘丹萍　 胡　斌　楊林軍

(1東南大學(xué)能源熱轉(zhuǎn)換及其過(guò)程測(cè)控教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京 210096)(2江蘇方天電力技術(shù)有限公司, 南京 211102)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,能源消耗增加,以煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)造成的環(huán)境問(wèn)題日益突顯,其中顆粒物排放導(dǎo)致的環(huán)境污染問(wèn)題尤為嚴(yán)重,PM2.5造成的霧霾天氣頻發(fā)引起了廣泛的社會(huì)關(guān)注[1-2].燃煤電站是顆粒物排放的重要來(lái)源之一,據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計(jì),2016年電力行業(yè)煙塵排放量高達(dá)35×104t.近年來(lái)燃煤電站煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格,2014年出臺(tái)的《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)》[3],要求新建燃煤發(fā)電機(jī)組煙塵排放達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組的“超低排放”標(biāo)準(zhǔn),即在基準(zhǔn)含氧量6%條件下煙塵排放濃度不高于10 mg/m3.

為實(shí)現(xiàn)顆粒物超低排放,燃煤電站應(yīng)綜合采用一次和二次除塵措施[4].一次除塵即濕法脫硫前對(duì)煙氣顆粒物的高效脫除,主流技術(shù)有電除塵、布袋除塵等.二次除塵指濕法脫硫過(guò)程中對(duì)顆粒物進(jìn)行協(xié)同脫除和脫硫后采用濕式電除塵進(jìn)一步脫除顆粒物.目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)燃煤煙氣顆粒物在一次除塵中的深度脫除研發(fā)了很多先進(jìn)技術(shù),如低低溫電除塵技術(shù)、電袋復(fù)合技術(shù)、高頻電源技術(shù)、旋轉(zhuǎn)電極電除塵技術(shù)等.據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),日本運(yùn)用低低溫電除塵技術(shù)的機(jī)組容量累計(jì)超過(guò)15 000 MW,電除塵入口煙溫約90 ℃,出口煙塵濃度均低于30 mg/m3;壽春暉等[5]結(jié)合國(guó)內(nèi)燃煤電站低低溫除塵器運(yùn)行數(shù)據(jù)得到:不同運(yùn)行溫度條件下,設(shè)備出口煙塵濃度可穩(wěn)定控制在20 mg/m3以內(nèi),除塵效率均值達(dá)到99.88%;以低低溫電除塵技術(shù)為核心的煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線已成為我國(guó)燃煤電廠實(shí)現(xiàn)超低排放的主流技術(shù)路線之一,據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計(jì),截至2016年底,火電廠安裝低低溫電除塵器機(jī)組容量約85 GW,占全國(guó)燃煤機(jī)組容量的9.0%.電袋復(fù)合除塵器由于改造便利且兼具靜電除塵器及布袋除塵器的優(yōu)勢(shì)[6-7],在我國(guó)應(yīng)用廣泛;廣東沙角C電廠2號(hào)660 MW燃煤機(jī)組、珠海發(fā)電廠1號(hào)和2號(hào)機(jī)組、河南平頂山發(fā)電分公司2×1 000 MW機(jī)組均采用電袋復(fù)合技術(shù)對(duì)原有電除塵器進(jìn)行超低排放改造.高頻電源是電除塵高壓供電領(lǐng)域的新熱點(diǎn),近幾年被迅速推廣應(yīng)用[8],國(guó)電蚌埠電廠、華能南京電廠、上海外高橋三廠等均對(duì)電除塵器進(jìn)行了高頻電源改造.濕法脫硫協(xié)同高效除塵技術(shù)近年來(lái)也受到關(guān)注,脫硫漿液洗滌脫除SO2過(guò)程中,煙塵、汞等污染物可實(shí)現(xiàn)協(xié)同脫除,在采用托盤(pán)、單塔雙循環(huán)、雙塔雙循環(huán)等技術(shù)對(duì)濕法脫硫系統(tǒng)進(jìn)行脫硫提效改造的同時(shí),協(xié)同除塵效率也有望得到改善,華能上安電廠600 MW機(jī)組脫硫系統(tǒng)采用托盤(pán)塔技術(shù)對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行增容改造,改造后SO2、煙塵脫除效率分別為99.44%和60.84%.

國(guó)內(nèi)外對(duì)除塵、脫硫系統(tǒng)的提效改造進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究,但多關(guān)注單一技術(shù),缺乏對(duì)比;國(guó)內(nèi)燃煤電站對(duì)不同超低排放技術(shù)改造也開(kāi)展了探索,但針對(duì)改造技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況多側(cè)重考察單一污染物在其專用脫除系統(tǒng)的脫除效率.因此,本文選取5臺(tái)應(yīng)用超低排放技術(shù)的機(jī)組,對(duì)其除塵單元的煙塵深度脫除能力和濕法脫硫系統(tǒng)的協(xié)同除塵能力開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,并結(jié)合實(shí)測(cè)結(jié)果分析了各超低排放改造技術(shù)對(duì)煙氣中顆粒物排放特性的影響,為燃煤電站超低排放改造提供理論參考.

1　試驗(yàn)

1.1　測(cè)試對(duì)象

選取已開(kāi)展超低排放改造的5家燃煤電站,煙氣污染物處理工藝路線均為爐內(nèi)低氮燃燒系統(tǒng)—選擇性催化還原脫硝(SCR)系統(tǒng)—靜電除塵器(ESP)—濕法脫硫系統(tǒng)(WFGD).在超低排放改造中,這5家燃煤電站在靜電除塵、濕法脫硫系統(tǒng)采用了不同的改造措施.電站裝機(jī)容量、除塵設(shè)備、脫硫設(shè)備等見(jiàn)表1.

1.2　測(cè)試儀器及方法

測(cè)試內(nèi)容及測(cè)試儀器設(shè)備見(jiàn)表2.

測(cè)試依據(jù)《固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法》(GB/T 161570—1996)、《電除塵器性能測(cè)試方法》(GB/T 13931—2002).煙塵采用嶗應(yīng)3012型自動(dòng)煙塵測(cè)定儀采樣測(cè)試,每點(diǎn)取樣時(shí)間不少于30 min.該儀器采用高精度微壓傳感器、流量傳感器、濕度傳感器,能夠自動(dòng)跟蹤煙氣流速進(jìn)行等速采樣,測(cè)量準(zhǔn)確可靠;采樣使用的玻璃纖維濾筒對(duì)0.3 μm的顆粒物捕集效率不低于99.9%,采樣后樣品在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行烘干稱重.煙氣中細(xì)顆粒物濃度與粒徑分布采用芬蘭Dekati公司生產(chǎn)的電稱低壓沖擊器(electrical low pressure impactor)實(shí)時(shí)在線測(cè)量,該儀器基于慣性撞擊原理,可精確測(cè)量顆粒物粒徑分布的特征,其空氣動(dòng)力學(xué)直徑在0.023 3～9.314 0 μm范圍內(nèi).

表2　測(cè)試方法及主要儀器

測(cè)點(diǎn)主要布置在各機(jī)組ESP和WFGD進(jìn)出口.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí),為保證測(cè)量準(zhǔn)確性,排除高濕煙氣中液滴、冷凝水滴對(duì)測(cè)量精度的影響,在煙塵采樣槍、ELPI采樣管外均加裝伴熱裝置,伴熱溫度為120 ℃,ELPI采用二級(jí)稀釋.

2　結(jié)果與討論

2.1　電除塵超低排放改造對(duì)顆粒物排放特性的影響

2.1.1低低溫電除塵技術(shù)

電站1機(jī)組配置2臺(tái)三室四電場(chǎng)除塵器,原設(shè)計(jì)除塵器入口煙氣量為1.58×106m3/h,入口煙溫為132 ℃,入口煙塵濃度為12 390 mg/m3,除塵效率大于99.7%.超低排放改造后,鍋爐空氣預(yù)熱器出口與電除塵器入口設(shè)置煙氣冷卻器,電除塵器入口煙溫由123～140 ℃降至90 ℃左右.對(duì)改造后的電除塵器性能進(jìn)行了測(cè)試.測(cè)試結(jié)果表明,電除塵器進(jìn)、出口煙塵濃度為12 555,16.30 mg/m3,除塵效率為99.87%,與改造前相比,除塵器出口排放濃度降低了56.15%.測(cè)試期間,電除塵器進(jìn)出口煙溫均為89.9～94.1 ℃,低于酸露點(diǎn),煙氣中大部分SO3形成硫酸霧并黏附在粉塵表面,使粉塵比電阻降低,避免了反電暈現(xiàn)象[9-10].同時(shí),煙氣溫度的降低使煙氣流量減小并提高于電場(chǎng)運(yùn)行的擊穿電壓[11-12],這均有利于除塵效率的提高.

圖1和圖2為該低低溫電除塵器進(jìn)出口細(xì)顆粒物粒徑分布和濃度累積分布.圖中，M為質(zhì)量濃度；Dp為顆粒粒徑.電除塵進(jìn)出口細(xì)顆粒物質(zhì)量主要集中于粒徑大于1 μm的微米級(jí)顆粒,而亞微米級(jí)顆粒數(shù)量占絕大多數(shù),粒徑小于1 μm的顆粒數(shù)量占總數(shù)量的97%以上.經(jīng)低低溫電除塵后,相同粒徑下出口數(shù)濃度累計(jì)百分?jǐn)?shù)高于入口數(shù)濃度累計(jì)百分?jǐn)?shù).主要經(jīng)除塵后,粗顆粒去除率高于亞微米顆粒,亞微米級(jí)顆粒數(shù)量濃度累計(jì)相對(duì)增大.

(a) 電除塵入口

(b) 電除塵出口

圖2　低低溫電除塵器進(jìn)出口顆粒質(zhì)量濃度和數(shù)濃度累積分布

2.1.2電袋復(fù)合除塵技術(shù)

電站2燃煤機(jī)組原電除塵器為雙室三電場(chǎng)四通道電除塵器,除塵效率偏低,煙氣含塵量較高，影響脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行.超低排放改造將原靜電除塵器改為FE型電袋復(fù)合除塵器,一體式“前電后袋”布置,前級(jí)電除塵區(qū)布置2個(gè)分區(qū)電場(chǎng),布袋除塵區(qū)采用低壓長(zhǎng)袋技術(shù).該結(jié)構(gòu)下,煙氣最終通過(guò)布袋排出,避免了靜電除塵器末級(jí)極板清灰時(shí)顆粒逃逸的結(jié)構(gòu)性缺陷.

在機(jī)組330和300 MW負(fù)荷下進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果表明,鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行期間,電袋復(fù)合除塵器進(jìn)、出口煙塵濃度為17 762,10.89 mg/m3,除塵效率為99.94%.降負(fù)荷至300 MW后,除塵器處理煙氣量由2.17×106m3/h降低至2.16×106m3/h,煙氣溫度由128.8 ℃降低至123.0 ℃.除塵器進(jìn)、出口煙塵濃度略有降低,分別為17 284,9.88 mg/m3,除塵效率為99.94%,基本沒(méi)有變化.鍋爐負(fù)荷降低導(dǎo)致煙氣溫度降低,流速減小,使得電暈區(qū)粉塵比電阻降低,荷電量增加[13];布袋除塵區(qū)熱擴(kuò)散能力減弱,一定程度上減小了細(xì)顆粒穿透濾袋纖維間隙的幾率.總體而言,變負(fù)荷前后電袋復(fù)合除塵器的除塵效率較穩(wěn)定.

與常規(guī)布袋除塵器和靜電除塵器相比,電袋復(fù)合除塵器結(jié)構(gòu)緊湊,結(jié)合了2類除塵技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，該電袋復(fù)合除塵器電除塵區(qū)進(jìn)出口煙塵粒徑分布如圖3所示.含塵煙氣經(jīng)電除塵區(qū)后粒徑向細(xì)顆粒方向遷移,亞微米級(jí)顆粒濃度顯著上升,該粒徑分布特征表明電場(chǎng)區(qū)濾去了大部分粗粉塵,大幅降低了濾袋負(fù)荷,提供了選擇較高過(guò)濾風(fēng)速的條件.同時(shí),濾袋數(shù)量的減少降低了除塵器阻力,本次試驗(yàn)過(guò)程中,330,300 MW負(fù)荷時(shí)除塵器本體阻力分別為976.6,1 155.5 Pa,遠(yuǎn)低于常規(guī)布袋除塵器本體阻力(約1 600 Pa),相比布袋除塵器降低了引風(fēng)機(jī)的電耗.

圖3　電袋復(fù)合除塵器電除塵區(qū)進(jìn)出口煙塵粒徑分布

2.1.3旋轉(zhuǎn)電極及高頻電源技術(shù)

電站3燃煤機(jī)組原配有2臺(tái)雙室四電場(chǎng)靜電除塵器,設(shè)計(jì)煙塵排放濃度為50 mg/m3,已無(wú)法滿足排放標(biāo)準(zhǔn).改造后保留電除塵器本體一、二、三電場(chǎng),四電場(chǎng)改為旋轉(zhuǎn)電極,一、二電場(chǎng)電控部分改為高頻電源.對(duì)650,450 MW負(fù)荷工況下電除塵進(jìn)出口煙塵排放特性進(jìn)行測(cè)試.

經(jīng)旋轉(zhuǎn)電極及高頻電源改造后,滿負(fù)荷運(yùn)行靜電除塵器進(jìn)、出口煙塵濃度為19 895,22.94 mg/m3,除塵效率為99.88%.低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),除塵器進(jìn)口煙氣溫度由123.5 ℃降低為112.5 ℃,煙氣量由4.84×105m3/h降低為3.85×105m3/h,除塵器進(jìn)、出口煙塵濃度為21 077,21.88 mg/m3,除塵效率為99.90%.從測(cè)試結(jié)果得到,一、二級(jí)電場(chǎng)經(jīng)高頻電源改造和末級(jí)電場(chǎng)經(jīng)旋轉(zhuǎn)電極改造后,除塵效率得到顯著提高，且負(fù)荷變化時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定,適應(yīng)性良好.旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)的應(yīng)用解決了改造前常規(guī)電除塵器的2個(gè)問(wèn)題:① 末級(jí)電場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)鋼刷可使陽(yáng)極板始終保持清潔,避免了反電暈;② 非電場(chǎng)區(qū)清灰最大限度地減少二次揚(yáng)塵,降低了電除塵出口排放濃度[14].

2.1.4電除塵超低排放改造技術(shù)對(duì)比

低低溫電除塵技術(shù)、電袋復(fù)合技術(shù)、旋轉(zhuǎn)電極和高頻電源技術(shù)改造下各電站電除塵系統(tǒng)在鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)進(jìn)出口煙塵濃度及效率對(duì)比如圖4所示.電袋復(fù)合技術(shù)除塵效率最高,但為保證超低排放運(yùn)行可靠及提高適應(yīng)工況變化的能力,布袋濾料需選用高精度過(guò)濾濾料,如電站2選用的(50%PPS+50% PTFE)混紡+PTFE基布材質(zhì),投資運(yùn)行成本較高.電站1除塵器經(jīng)改造后,假定脫除效率不變,低低溫電除塵器電場(chǎng)數(shù)量、流通面積、運(yùn)行能耗均降低,但由于煙塵比電阻降低,極板對(duì)煙塵黏附力減小,二次揚(yáng)塵增加,削弱了低低溫電除塵的除塵能力.電站3高頻電源相比工頻電源提高了電場(chǎng)的工作電壓和電流,增大了電暈功率,提高粉塵荷電強(qiáng)度，從而提高了除塵效率,特別適用于高粉塵濃度、高電場(chǎng)風(fēng)速的電場(chǎng)改造.除與旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)結(jié)合應(yīng)用外,還可與低低溫技術(shù)等結(jié)合應(yīng)用,在煙塵濃度最高的第一電場(chǎng)布置高頻電源,增加電暈電流,可避免電暈閉塞問(wèn)題,有效提升了電除塵器的工況適應(yīng)性.綜合來(lái)看:電除塵器應(yīng)優(yōu)先配置高頻電源等其他高效電源進(jìn)行供電;低低溫電除塵器適用于灰硫比大于100的煙氣條件;電袋復(fù)合技術(shù)除塵效率受煤質(zhì)、煙氣工況影響很小,尤其適用于排放要求嚴(yán)格的地區(qū)及300 MW及以下老機(jī)組除塵系統(tǒng)的改造.

圖4　電除塵超低排放改造技術(shù)對(duì)比

2.2　濕法脫硫系統(tǒng)超低排放改造對(duì)顆粒物排放特性的影響

2.2.1托盤(pán)塔技術(shù)

電站1機(jī)組煙氣脫硫裝置采用石灰石石膏濕法煙氣脫硫工藝,脫硫系統(tǒng)原設(shè)計(jì)入口SO2濃度為2 142 mg/m3,脫硫效率不小于95%.為滿足SO2、煙塵的超低排放要求,對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行提效改造,在塔內(nèi)噴淋層下方增設(shè)多孔合金托盤(pán)、優(yōu)化除霧器.對(duì)增設(shè)托盤(pán)后機(jī)組脫硫系統(tǒng)的性能開(kāi)展試驗(yàn),測(cè)試內(nèi)容包括煙塵、SO2脫除效率、托盤(pán)塔系統(tǒng)阻力等.托盤(pán)上方的持液延長(zhǎng)了氣液接觸時(shí)間,并且托盤(pán)均勻多孔的結(jié)構(gòu)對(duì)煙氣起到了整流作用,吸收塔各截面上煙氣與漿液接觸充分,因而改造后系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了較高的脫硫及協(xié)同除塵效率.實(shí)測(cè)得到,在滿負(fù)荷工況下,脫硫系統(tǒng)進(jìn)、出口SO2濃度為20 384,8.2 mg/m3,SO2脫除效率為99.60%,較改造前有很大提高.從協(xié)同除塵能力看,托盤(pán)內(nèi)持液使得煙氣在穿過(guò)托盤(pán)時(shí)氣液劇烈擾動(dòng),呈現(xiàn)出類似“沸騰”狀態(tài),托盤(pán)層對(duì)煙塵的洗滌捕集作用十分明顯[15-16];滿負(fù)荷下實(shí)測(cè)脫硫系統(tǒng)不同位置煙塵濃度和阻力,結(jié)果如圖5所示,其中,測(cè)點(diǎn)1為WFGD系統(tǒng)出口;測(cè)點(diǎn)2為托盤(pán)上部;測(cè)點(diǎn)3為吸收塔除霧器出口;測(cè)點(diǎn)4為煙道除霧器出口;測(cè)點(diǎn)5為煙囪入口.脫硫系統(tǒng)入口煙塵濃度為16.30 mg/m3,經(jīng)托盤(pán)后煙塵濃度降低了26.32%,煙道除霧器出口煙塵濃度為2.09 mg/m3,系統(tǒng)除塵效率為87.18%.

圖5　托盤(pán)塔脫硫系統(tǒng)不同位置煙塵濃度及阻力

托盤(pán)噴淋塔由于氣液接觸充分、傳質(zhì)效果好、捕集效果明顯,具有較高的脫硫、除塵效率,同等條件下降低了漿液循環(huán)量和液氣比.但另一方面,托盤(pán)和持液層的存在增大了系統(tǒng)阻力,從圖5可以看出,系統(tǒng)總壓降2 270 Pa,其中托盤(pán)阻力735 Pa,占總壓降的23.38%.托盤(pán)的壓降與托盤(pán)孔隙率、持液層高度有關(guān),孔隙率過(guò)低使得持液量增大,漿液無(wú)法從托盤(pán)上下落,阻力增大,過(guò)大的托盤(pán)阻力會(huì)增加增壓風(fēng)機(jī)電耗,影響系統(tǒng)正常運(yùn)行[17].因而在進(jìn)行托盤(pán)塔改造時(shí)應(yīng)綜合運(yùn)行工況、操作條件、煙氣性質(zhì)等選擇托盤(pán)孔隙率,在保證脫硫、除塵效率的前提下降低系統(tǒng)阻力.

2.2.2單塔雙循環(huán)技術(shù)

電站4機(jī)組采用石灰石石膏法煙氣脫硫工藝,原脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)入口煙氣量為1.16×106m3/h,SO2濃度為3 500 mg/m3,脫硫效率不低于98.6%.因原脫硫系統(tǒng)SO2、煙塵排放均無(wú)法達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn),對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行增容提升和單塔雙循環(huán)改造.改造后脫硫噴淋層分為上、下2個(gè)循環(huán),運(yùn)行參數(shù)相互獨(dú)立,煙氣中SO2、煙塵脫除在塔內(nèi)分區(qū)完成,集液槽將上級(jí)循環(huán)噴淋漿液收集后輸送回AFT漿池.

對(duì)改造后的脫硫系統(tǒng)在滿負(fù)荷時(shí)脫硫、除塵效率、上下循環(huán)漿液pH、含固量等進(jìn)行測(cè)試.脫硫系統(tǒng)進(jìn)、出口SO2濃度分別為2 377.7,12.3 mg/m3,SO2脫除效率99.48%;煙塵進(jìn)、出口濃度72.40,10.48 mg/m3,煙塵脫除效率85.52%,脫除效率較改造前均有較大提升.吸收區(qū)、氧化區(qū)循環(huán)漿液pH值分別為6.99,5.73,含固量分別為7.13%,20.6%.氧化區(qū)pH值較低,保證了石灰石的充分溶解和亞硫酸鈣的氧化效果,同時(shí)在預(yù)洗滌過(guò)程中,漿液除脫除部分SO2外,煙氣中煙塵、HCl、HF等均被部分洗滌去除,降低了雜質(zhì)對(duì)吸收區(qū)SO2吸收效率的影響.吸收區(qū)較高的pH有利于酸性氣體的吸收,保證了SO2較高的脫除效率.從漿液含固量看,氧化區(qū)較高的漿液含固量有利于石膏的沉淀結(jié)晶,同時(shí)由于漿液過(guò)飽和度增加,石膏結(jié)晶時(shí)間增長(zhǎng),有利于晶體長(zhǎng)大與脫水;吸收區(qū)漿液較低的含固量有利于促進(jìn)SO2的溶解吸收,保證脫硫效率.單塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)對(duì)煙塵的脫除效果較改造前有顯著提升.集液槽在集液的同時(shí)均布煙氣,集液過(guò)程產(chǎn)生的水膜對(duì)煙塵有良好的捕集效果.另一方面,脫硫系統(tǒng)出口煙塵成分除飛灰外還有在脫硫過(guò)程中漿液夾帶蒸發(fā)形成的固體顆粒,單塔雙循環(huán)系統(tǒng)吸收區(qū)漿液密度低于氧化區(qū)漿液及單塔噴淋系統(tǒng)漿液密度,經(jīng)吸收區(qū)洗滌后,夾帶液滴的含固量降低,從而減少了顆粒物的排放.

2.2.3雙塔雙循環(huán)技術(shù)

電站5機(jī)組煙氣脫硫裝置采用石灰石石膏法煙氣脫硫工藝,雙塔串聯(lián)結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)WFGD入口煙氣量為1.01×106m3/h,SO2濃度為2 400 mg/m3,脫硫效率不低于99.0%.雙塔雙循環(huán)脫硫技術(shù)的原理與單塔雙循環(huán)技術(shù)類似,通過(guò)調(diào)節(jié)兩塔噴淋漿液pH、脫硫效率分配等實(shí)現(xiàn)高效脫硫除塵,因而試驗(yàn)除關(guān)注SO2、煙塵脫除效率外,對(duì)系統(tǒng)細(xì)顆粒物的排放特征進(jìn)行了測(cè)試分析.

測(cè)試期間,脫硫系統(tǒng)進(jìn)、出口SO2濃度分別為2 180,28.9 mg/m3,SO2脫除效率顯著提高.系統(tǒng)進(jìn)、出口煙塵濃度分別為101.00,20.40 mg/m3,煙塵脫除效率為79.80%.脫硫系統(tǒng)進(jìn)、出口細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度如圖6所示,經(jīng)脫硫后煙氣中細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度由45.20 mg/m3降至16.08 mg/m3,脫除效率為64.42%.較單塔噴淋系統(tǒng)20%～50%的細(xì)顆粒物脫除效率,雙塔雙循環(huán)系統(tǒng)對(duì)細(xì)顆粒物脫除能力更高.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)除塵機(jī)理主要是慣性碰撞、截留和布朗擴(kuò)散,雙塔脫硫系統(tǒng)煙氣在進(jìn)入吸收塔前經(jīng)預(yù)洗滌塔洗滌,流場(chǎng)更為均勻,對(duì)粉塵的攔截效果增大,提高了漿液滴與顆粒物碰撞捕集幾率.

圖6　雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)進(jìn)出口細(xì)顆粒物濃度

雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)進(jìn)出口煙氣中細(xì)顆粒物粒徑分布如圖7所示.由圖可見(jiàn),煙氣經(jīng)脫硫塔洗滌后,細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度呈單峰分布,大部分粒徑范圍內(nèi)細(xì)顆粒物濃度下降，而PM2.5所占比例增加.與單塔系統(tǒng)相比,雙塔脫硫系統(tǒng)對(duì)微米級(jí)細(xì)顆粒物脫除作用更加明顯,雙塔系統(tǒng)出口亞微米級(jí)顆粒物濃度略有上升,脫硫凈煙氣中亞微米級(jí)顆粒物所占比例高于單塔脫硫系統(tǒng).其原因?yàn)?① 塔內(nèi)脫硫漿液洗滌協(xié)同脫除了脫硫煙氣中部分顆粒物,但細(xì)顆粒在塔內(nèi)不易被捕集,容易被煙氣夾帶出脫硫塔;② 濕法脫硫過(guò)程中由于細(xì)小漿液液滴蒸發(fā)結(jié)晶等物化過(guò)程,使得脫硫過(guò)程中形成了新的顆粒物[18-20].對(duì)脫硫凈煙氣中顆粒物進(jìn)行XRD分析,結(jié)果如圖8所示.可以看出,顆粒物主要成分包含CaSO4·0.5H2O,CaSO4·2H2O等,脫硫后排放總塵中包含了脫硫過(guò)程產(chǎn)生的鹽類物質(zhì).為探究脫硫前后煙氣中細(xì)顆粒物物性變化,分別對(duì)脫硫系統(tǒng)入口及脫硫凈煙氣中的細(xì)顆粒物進(jìn)行了形貌分析,結(jié)果如圖9所示.對(duì)比圖9(a)與(b)可以看出,經(jīng)雙塔雙循環(huán)脫硫后,煙氣中粒徑較大的顆粒被洗滌脫除,凈煙氣中出現(xiàn)了脫硫漿液夾帶蒸發(fā)生成的棱柱狀石膏顆粒.

圖7　雙塔雙循環(huán)脫硫系統(tǒng)進(jìn)出口粒徑分布

圖8　脫硫凈煙氣中顆粒物組分分析

(a) 脫硫前

(b) 脫硫后

2.2.4濕法脫硫超低排放改造技術(shù)對(duì)比

托盤(pán)塔技術(shù)、單塔雙循環(huán)技術(shù)及雙塔雙循環(huán)技術(shù)改造后各電站濕法脫硫系統(tǒng)在鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)進(jìn)出口煙塵濃度及脫硫、除塵效率對(duì)比如圖10所示,改造后WFGD系統(tǒng)脫硫除塵效率均顯著提高.單塔、雙塔雙循環(huán)技術(shù)原理相似,本次試驗(yàn)中雙塔脫硫系統(tǒng)脫硫、除塵效率略低于托盤(pán)塔系統(tǒng),除運(yùn)行參數(shù)影響外,原因可能是測(cè)試期間該雙塔雙循環(huán)系統(tǒng)入口煙塵濃度較高.相比于單塔增容、塔內(nèi)構(gòu)件改造及單塔雙循環(huán)技術(shù),雙塔雙循環(huán)技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)原單塔進(jìn)行改造時(shí)設(shè)備可全部利用且無(wú)需改動(dòng),此外雙塔系統(tǒng)對(duì)高硫、高灰煤和機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷有良好的適應(yīng)性.本次試驗(yàn)中,托盤(pán)塔系統(tǒng)煙塵、SO2脫除效率均較高,在保證系統(tǒng)阻力的情況下,托盤(pán)塔技術(shù)可與雙循環(huán)技術(shù)結(jié)合使用.經(jīng)脫硫系統(tǒng)后,出口煙塵排放主要包括吸收塔內(nèi)未被捕集完全的燃煤粉塵和煙氣經(jīng)除霧器后夾帶液滴中的石膏顆粒、可溶鹽等.托盤(pán)塔技術(shù)及雙塔技術(shù)增大了顆粒物與霧化液滴間的攔截和慣性碰撞概率,提高了捕集效率;單/雙塔雙循環(huán)技術(shù)吸收區(qū)漿液較低的含固量減少了液滴中的石膏顆粒排放.綜合上述2個(gè)方面,通過(guò)對(duì)脫硫塔及相關(guān)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)或改造,即可在保證高脫硫率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同除塵.

圖10　濕法脫硫超低排放改造技術(shù)對(duì)比

通過(guò)對(duì)除塵系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)超低排放改造的合理匹配,除塵器出口粉塵排放低于15～20 mg/m3.再結(jié)合濕法脫硫超低排放改造,使脫硫系統(tǒng)協(xié)同除塵效率達(dá)到70%以上,可實(shí)現(xiàn)最終粉塵排放低于5 mg/m3,如電站1耦合低低溫電除塵技術(shù)與托盤(pán)塔技術(shù),在不安裝濕電的情況下實(shí)現(xiàn)了粉塵超低排放.

3　結(jié)論

1) 電除塵系統(tǒng)經(jīng)低低溫、電袋復(fù)合、旋轉(zhuǎn)電極及高頻電源技術(shù)改造,各機(jī)組除塵器出口煙塵濃度均低于25 mg/m3,除塵效率均高于99.8%,其中電袋復(fù)合技術(shù)除塵效率最高.

2) 各機(jī)組濕法脫硫系統(tǒng)經(jīng)超低排放技術(shù)改造后協(xié)同除塵效率均提高至70%以上;托盤(pán)塔托盤(pán)層、單塔雙循環(huán)系統(tǒng)集液槽對(duì)煙塵均有明顯的洗滌捕集作用.雙塔雙循環(huán)系統(tǒng)對(duì)10 μm以下的顆粒物洗滌脫除效率可達(dá)64.42%以上,與單塔系統(tǒng)相比,雙塔脫硫系統(tǒng)對(duì)微米級(jí)細(xì)顆粒物脫除作用更加明顯.

3) 燃煤機(jī)組顆粒物超低排放技術(shù)改造路線應(yīng)綜合考慮除塵系統(tǒng)除塵與脫硫系統(tǒng)協(xié)同除塵的作用,結(jié)合燃煤性質(zhì)、飛灰特性、改造難易等進(jìn)行選擇,對(duì)于灰分低、易于荷電、灰硫比較大的煙氣條件,可選擇低低溫電除塵技術(shù)進(jìn)行一次除塵;對(duì)于煤質(zhì)波動(dòng)大、灰分高、荷電性能差的煙氣條件,可選擇電袋復(fù)合技術(shù)進(jìn)行一次除塵.根據(jù)一次除塵后煙氣中SO2、煙塵濃度等條件匹配濕法脫硫協(xié)同高效除塵技術(shù),通過(guò)耦合電除塵、濕法脫硫超低排放改造,可在不安裝濕式電除塵器的情況下實(shí)現(xiàn)煙塵超低排放.

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