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火电行业是支撑国民经济和社会发展的重要基础性产业,也是煤炭消费和大气污染物排放的重点固定污染源。结合日趋成熟的烟气治理技术,国家分别下发了《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014−2020年)》(发改能源〔2014〕2093号)和《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》(环发〔2015〕164号),要求到2020年,300 MW及以上燃煤发电机组(暂不含W型火焰锅炉和循环流化床锅炉)实施超低排放改造(即在基准氧含量6%条件下,烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50 mg/m3)。截至2020年,达到超低排放水平的装机容量约9.5亿kW(约占全国煤电装机总量91%),火电行业清洁生产水平快速提高为环境质量改善做出了重要贡献[1]。中国某些地区煤矿资源多为高硫、低挥发分的无烟煤,为适应此煤种,多家电厂选用W型火焰锅炉机组[2]。W型火焰锅炉具有燃烧稳定、运行可靠及可用率高等优势,但由于炉膛燃烧温度较高导致锅炉出口NOx浓度偏高[3-4]。因此,W型火焰锅炉机组烟气污染物通常具有高氮、高硫特性,对环保设施性能要求较高。国家虽然未要求W型火焰锅炉机组实施超低排放改造,但山西、山东、河南等省份已要求W型火焰锅炉实施超低排放改造,其中山西要求其NOx排放浓度限值为50 mg/m3,与其他炉型不予区别对待,山东和河南则将W型火焰锅炉NOx排放浓度限值定为100 mg/m3;在西南地区,如四川和贵州,均鼓励W型火焰炉实施超低排放改造。目前已有部分W型火焰锅炉机组完成了超低排放改造[5-8],但对超低排放实施效果、相关烟气治理设备运行情况和污染物治理成本等问题未有系统研究。本文选择已完成超低排放改造的某600 MW超临界W型火焰锅炉机组,以2019年1~8月的连续分散控制系统(distributed control system, DCS) 和连续排放监测系统 (continuous emission monitoring system, CEMS)小时平均记录为依据,分析了该机组主要大气污染物达到超低排放水平的稳定性、相关烟气治理设备的运行情况、污染物减排效益和经济性等。
1机组概况
1.1 机组基本信息
该电厂建有2×600 MW超临界燃煤机组,本文研究对象为2号机组,2017年2月13日通过超低改造环保验收。锅炉为600 MW级超临界参数、W型火焰燃烧、单炉膛露天岛式布置、垂直管圈水冷壁变压直流锅炉。燃用无烟煤,呈高硫、中高灰、特低挥发分特征。研究期间燃煤收到基硫分、收到基灰分和干燥无灰基挥发分平均值分别为3.19%、36.26%和19.94%,较设计煤质稍好。1.2 超低排放控制技术
该机组原采用选择性非催化还原 (ive non-catalytic reduction, SNCR)脱硝工艺,催化剂层数按2+1模式布置,后增加了第3层催化剂,满足GB 13223—2011排放限值。超低排放改造增设选择性催化还原 (ive catalytic reduction, SCR)脱硝装置,采用尿素溶液作为还原剂,安装56支喷枪,分为一区和二区。一区布置在标高为43.5 m层的炉膛前后墙,安装26支伸缩式喷枪:前墙13支,后墙13支;二区布置在标高为48.0 m层的炉膛前后墙及侧墙,共安装30支固定式喷枪:左、右两侧各2支,前后墙各13支。此外,更换了SCR脱硝装置初装2层催化剂且增加了催化剂模块的高度,新增催化剂为蜂窝式,催化剂模块层高为1260 mm,体积为600.7 m3,开孔率为74.6%。设计SNCR入口NOx浓度为800 mg/m3,炉膛出口NOx浓度为560 mg/m3;设计SCR入口NOx浓度为640 mg/m3,出口NOx浓度为50 mg/m3。
原采用2台双室五电场静电除尘器,第1~3电场采用高频电源,第4、5电场采用工频电源。超低排放改造将第5电场改为旋转电极。电除尘器有效断面积为480 m2,比集尘面积为109.29 m2/(m3·s–1),烟气流速为0.96 m/s,5个电场效率分别为71.95%、20.18%、5.66%、1.59%、0.57%。设计电除尘器出口烟尘浓度为30 mg/m3。经脱硫塔、除雾器后,颗粒物排放浓度低于10 mg/m3。
采用石灰石-石膏湿法脱硫技术,原设5层喷淋层,超低排放改造为双塔双循环工艺,新建一级吸收塔,喷淋层为3层,未设计除雾器,吸收塔内径为17 m,高度为40 m,原吸收塔作为二级塔,设置5层喷淋层,1层管式+3层屋脊式除雾器。一、二级吸收塔浆液循环泵流量均为9800 m3/h。设计入口和出口SO2浓度分别为11583 mg/m3和35 mg/m3,脱硫效率为99.7%。
2超低排放控制效果
该机组总排口烟尘CEMS采用稀释抽取式+光散射法,SO2和NOx均采用直接抽取式+非分散红外法,与主流超低排放应用的CEMS采样和分析方法一致。表1给出了2019年二、三季度CEMS比对结果,可以看到,CEMS数据精度满足HJ 75—2017《固定污染源烟气(SO2、NOx、颗粒物)排放连续监测技术规范》中参比方法验收技术指标要求。
表1 总排口CEMS比对结果
Table 1 Comparison results of total outlet CEMS
2.1 NOx控制效果
表2为SNCR装置出口(SCR入口)浓度情况。A、B侧NOx浓度分别为349.4~859.28 mg/m3和295.5~826.61 mg/m3,小于SCR入口设计值640 mg/m3的概率分别为94.07%和92.61%。
表2 SNCR装置出口运行效果Table 2 Operation effect of SNCR unit exit
表3为SCR出口NOx浓度情况,SCR反应器A、B侧出口NOx小时浓度分别为7.35~60.32 mg/m3和9.01~43.53 mg/m3,小于50 mg/m3的概率分别为99.88%和100%,烟囱出口NOx排放浓度为8.29~48.05 mg/m3,达到超低排放水平的概率为100%。
表3 SCR装置运行效果Table 3 Operation effect of SCR unit
表4为SCR装置氨逃逸情况,A、B侧氨逃逸分别为0.03~27.51 mg/m3和0.02~16.47 mg/m3,超过设计值2.28 mg/m3的概率分别为51.86%和45.96%,氨逃逸较大,空预器有堵塞风险。图1给出了A侧氨逃逸与负荷的关系,可以发现,在各负荷段,氨逃逸超过设计值的概率均较高,但随着负荷的增大,氨逃逸有下降趋势。图2为SCR出口和烟囱出口NOx浓度分布情况,烟囱出口NOx浓度明显高于SCR出口,烟囱出口NOx平均浓度与SCR出口A、B侧平均浓度的偏差分别为17.42 mg/m3和20.6 mg/m3,存在“倒挂”现象[9]。原因可能是由于SCR出口NOx浓度分布不均,建议进行喷氨优化试验,必要时调整SCR出口CEMS测点位置或采用多点采样方式。
表4 SCR装置氨逃逸
Table 4 Ammonia escape from SCR unit
图1 SCR装置A侧氨逃逸与负荷的关系(负荷率≥50%)Fig.1 The relationship between ammonia escape of A side from SCR unit and load (load rate≥50%)
图2 SCR出口和烟囱出口NOx浓度分布(负荷率≥50%)Fig.2 Distribution of NOxconcentration at SCR unit outlet and chimney outlet (load rate≥50%)
2.2 烟尘(颗粒物)控制效果
图3为脱硫系统进出口烟尘浓度分布,脱硫入口(电除尘器出口无浓度测点)烟尘浓度为3.87~44.36 mg/m3,设计指标(30 mg/m3)保证率为96.01%,静电除尘器运行状态良好。脱硫出口烟尘浓度为0.40~7.95 mg/m3,平均烟尘浓度为6.10 mg/m3,达到超低排放水平(10 mg/m3)的保证率为100%。脱硫系统协同除尘效率为39.50%~89.66%,平均效率为68.16%,优于文献中双塔双循环脱硫系统52%的平均除尘效率[10],脱硫系统协同除尘效果较好。
图3 脱硫进出口烟尘浓度分布
Fig.3 Particulate matter concentration distribution at desulfurization tower entrance and outlet
此外,脱硫系统入口烟尘浓度变化较大,图4给出了脱硫系统入口烟尘浓度和烟气温度(电除尘器出口无浓度测点)的关系,可以发现,烟气温度越高,烟尘浓度越大,因此,为保证烟尘达标排放,尽量将烟气温度控制在较低范围,达到节能目的。
图4 烟尘浓度与烟温的关系Fig.4 The relationship between particulate matter concentration and flue-gas temperature
2.3 SO2控制效果
双塔双循环脱硫技术主要是通过2座串联的脱硫塔增加烟气与循环浆液的反应时间,其特点是一级吸收塔重氧化,二级吸收塔重吸收。2座脱硫塔均设有独立的循环系统,可通过调节一、二级吸收塔浆液pH值实现分区控制。一级吸收塔处于低pH值运行,能够促进石膏的结晶和氧化,提高二级吸收塔pH值可实现高效脱硫[10-14]。一级塔浆液pH值宜控制在4.5~5.3,二级塔浆液pH值宜控制在5.8~6.2[15]。图5为一、二级吸收塔浆液pH值,由图5可见一级塔浆液pH值为4.5~5.59,平均值为4.96,在4.5~5.3范围内占比为94.32%,浆液pH值控制较好。二级塔浆液pH值为4.56~7.27,平均值为5.13,在5.8~6.2范围内占比仅为0.15%。虽然二级吸收塔pH值较一级吸收塔略高,但与推荐pH值相差较大,可进一步优化。建议后续运行过程中,积累运行经验,探索合理的pH值,以提高脱硫效率,充分发挥双塔双循环技术的优势。
图5 脱硫塔浆液pH值分布Fig.5 pH distribution of slurry
该机组一、二级吸收塔各有3台和5台浆液循环泵,表5为循环泵运行情况,一级吸收塔2台泵和3台泵运行情况分别占61.77%和38.23%;二级吸收塔78.5%情况为3台泵运行,即大部分时段为一级吸收塔2台泵运行、二级吸收塔3台泵运行。二级吸收塔有1.78%情况为5台泵运行,主要集中在高负荷阶段,且同时段一级塔3台泵也全部开启。由前述可知,二级塔浆液pH值控制偏低,建议在保证系统安全稳定运行的前提下,适当提高二级塔浆液pH值,以减少浆液循环泵的开启台数,达到节能降耗的目的。
表5 脱硫塔循环泵运行统计
Table 5 Operation statistics of circulating pump of desulfurization tower
图6为脱硫出口SO2浓度分布,SO2排放浓度为4.27~34.86 mg/m3,满足35 mg/m3的概率为100%,脱硫系统运行效果良好。
图6 脱硫出口SO2浓度分布Fig.6 Distribution of SO2concentration at the outlet of desulfurization system
图7为脱硫效率分布情况,脱硫效率为99.46%~99.95%,平均效率为99.77%,高于文献中双塔双循环系统脱硫效率[16]。部分低于设计值99.7%是由于脱硫入口SO2浓度低于设计值11583 mg/m3(实际运行脱硫入口SO2浓度在4954.69~13155.43 mg/m3,平均9249.98 mg/m3)。在燃烧过程中,0.5%~1.5%的SO2会被氧化为SO3,在SCR反应器中催化剂的作用下又会有小部分SO2氧化为SO3[17],当SO3排放浓度达到18~36 mg/m3时,可能出现“蓝色烟羽”[18-19]。对于该机组,SCR反应器内SO2/SO3转化率按设计值1%计算,则生成的SO3浓度为138~231 mg/m3,浓度较高,建议电厂监测SO3排放浓度,关注“有色烟羽”治理技术。
图7 脱硫效率分布
Fig.7 Distribution of desulfurization efficiency
3污染物减排效益
表6和图8对比了超低排放改造前(2016年1~6月)和改造后(2019年1~8月)大气污染物排放浓度和排放量。可以看到,改造后SO2、NOx和烟尘平均排放浓度分别为20.76、39.41和5.94 mg/m3,实际排放量分别为119.97 t、226.59 t和33.95 t。排放浓度较改造前大幅下降,SO2、NOx和烟尘分别减排92.2%、74.1%和58.3%。
表6 超低排放改造前后主要大气污染物排放量统计Table 6 Statistics of air pollutant emissions before and after ultra-low emissions reconstruction
图 8 超低排放改造前后大气污染物排放浓度对比Fig. 8 Comparison of air pollutant emission concentration before and after ultra-low emissions reconstruction
图9为该机组污染物排放强度与火电行业2019年全国平均排放强度的对比,该机组SO2、NOx和烟尘排放强度比全国平均排放强度分别低48.7%、7.7%和28.9%。
图9 主要大气污染物排放强度与2019年全国平均排放强度对比
Fig.9 Air pollutant emission intensity compared with the national average emission intensity in 2019
根据电厂提供的部分成本数据,估算单位发电量污染物脱除成本(仅包括投资成本、电耗成本、脱硝还原剂成本和脱硫石灰石成本,未考虑催化剂成本、用水成本、财务成本、维修成本、人工成本等)达0.0616元/(kW·h)(实际更高),其中以脱硫系统成本最高,为0.047元/(kW·h)。根据相关电价政策,该电厂执行0.027元/(kW·h)的环保电价(其中,脱硫0.015元/(kW·h)、脱硝0.010元/(kW·h)、除尘0.002元/(kW·h))和0.01元/(kW·h)的超低排放电价。可见,污染物脱除成本远高于环保电价补贴0.037元/(kW·h),电厂应优化运行方式(如SCR喷氨优化[20]、探索合理的浆液pH值等),以降低运行成本。
4结论
(1)该机组采用“SNCR+SCR脱硝、配高频电源+旋转电极的双室五电场电除尘器、采用双塔双循环技术的石灰石-石膏湿法脱硫(3+5层喷淋)”的超低排放技术路线,烟囱出口主要污染物浓度能稳定达到超低排放水平。
(2)SCR装置A、B侧氨逃逸分别为0.03~27.51 mg/m3和0.02~16.47 mg/m3,超过设计值2.28 mg/m3的概率分别为51.86%和45.96%,氨逃逸较大,原因为脱硝系统中浓度场分布不均,脱硝过程中NOx与NH3的单点监测结果不具代表性,应尽快开展脱硝系统运行优化,减少氨的耗量与氨逃逸。
(3)脱硫系统一级塔浆液pH值为4.50~5.59,pH值控制较好,二级塔浆液pH值为4.56~7.27,pH值控制偏低,未发挥出双塔双循环技术的优势。建议在保证系统安全稳定运行的前提下,探索合理的二级吸收塔浆液pH值,以减少浆液循环泵的开启台数,并达到节能降耗的目的。
(4)超低排放改造后SO2、NOx和烟尘平均排放浓度分别为20.76、39.41和5.94 mg/m3,较改造前分别减排92.2%、74.1%和58.3%;SO2、NOx和烟尘排放强度比2019年全国平均排放强度分别减排48.7%、7.7%和28.9%。
(5)污染物脱除成本在0.0616元/(kW·h)以上,远高于环保电价补贴0.037元/(kW·h),建议电厂优化运行方式,以降低运行成本。
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青海华电柴达木沙漠格尔木东基地4×660MW煤电项目超超临界燃煤发电机组锅炉(含脱硝)设备招标公告(招标编号:CHDTDZ011/21-ZJ-002)一、招标条件青海华电柴达木沙漠格尔木东基地4×660MW煤电项目超超临界燃煤发电机组锅炉(含脱硝)设备项目已批准,招标人为华电新能源集团股份有限公司青海分公司,
北极星售电网获悉,国家能源局官网近日发布了对“关于加快全国能源体制改革促进新能源高质量发展的建议”的答复,关于健全绿色能源消费制度体系,明确下一步将持续完善绿色能源消费制度体系,深化可再生能源消纳保障机制和绿电市场化交易机制,不断健全绿证制度体系,制定碳达峰碳中和综合评价考核办法
7月18日,广东德庆县人民政府发布关于印发《德庆县碳达峰实施方案》的通知。通知提到,加快培育低碳新兴产业。重点发展节能环保、清洁生产、清洁能源、生态环境和基础设施绿色升级、绿色服务等绿色产业,加快培育低碳零碳负碳等新兴产业。着力发展可再生能源无碳技术与装备,以及热电联产、化工、陶瓷
北极星售电网获悉,7月21日,广东省广州开发区发展和改革局、广州市黄埔区发展和改革局发布了关于印发广州开发区广州市黄埔区关于促进新能源产业与节能环保领域高质量发展的若干措施的通知,其中提到,积极有序推进存量煤电机组节能降耗、供热、灵活性“三改联动”改造升级工作,鼓励电厂建设集分布式
大唐台州头门港电厂2×660MW超超临界一次再热燃煤机组脱硫EP中标候选人公示第一中标候选人:福建龙净环保股份有限公司,投标报价:83360000.00元,交货期:满足,质量:良好;第二中标候选人:同方环境股份有限公司,投标报价:83872400.00元,交货期:满足,质量:良好;大唐江西抚州2×1000MW煤电扩
中国电煤采购价格指数(CECI)编制办公室发布的《CECI指数分析周报》(2025年第26期)显示,CECI沿海指数中高热值煤种现货成交价分别较上期上涨11元/吨、6元/吨。曹妃甸指数各规格品价格较上期均上涨10元/吨左右。CECI进口指数到岸标煤单价继续上涨。CECI采购经理人连续6期处于扩张区间,分项指数中,
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