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350MW机组烟气污染物近零排放措施研究及实践

文档作者：张翼，魏书州，胡建涛文档来源：三河发电有限责任公司		点击数：	更新时间： 2022年03月11日
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热电技术 2015年第4期(总第128期)
350MW 机组烟气污染物近零排放措施研究及实践
张翼，魏书州，胡建涛
(三河发电有限责任公司，河北三河065201)
摘要 针对国华三河电厂环保设施运行现状，以重点区域
燃气机组排放限值(粉尘5．0mg／Nm 、S0，35mg／Nm 、
NOx50mg／Nm )为标准，研究了350MW燃煤发电机组污染物
深度治理措施，采取了机组环保设施升级改造技术方案，即：
低氮燃烧器改造一SCR脱硝改造一加装低温省煤器一电除
尘高频电源改造一脱硫增容提效一加装湿式电除尘器一排
烟经FRP管道引至辫烟塔。按照总体技术路线，环保设施升
级改造完成后的实时监测数据达到并优于了既定目标 证明
了改造实施路线的成功，并对火力发电厂污染物深度治理、
达到“近零排放”具有积极的示范及参考意义。
关键词 火力发电厂 污染物减排粉尘 近零排放
1 前言
三河电厂#1机组为日本三菱350MW 亚临界燃
煤发电机组，燃用煤种为神华煤。机组稳定运行时，
锅炉排烟温度为120～160oC，经电除尘、脱硫系统处
理后，送人烟囱排入大气，改造前执行污染物排放标
准为，粉尘：200mg／Nm ，SO2：1200mg／Nm ，NOx：
1100mg／Nm 。除尘系统共配置两台50％容量的双
室五电场静电除尘器，采取第一电场为芒刺线、其余
为螺旋线的阴极布置方式，原设计电除尘器出口烟
气含尘量不大于100mg／Nm ，除尘器效率不低于99．
88％ ，考虑脱硫系统对粉尘脱除约50％的叠加影响，
最终排放粉尘浓度在50mg／Nm 以下。
原脱硫系统采用石灰石湿法烟气脱硫工艺，一
炉一塔下进上出布置方式，并设有GGH，设置三台浆
液循环泵，两台氧化风机，吸收塔浆池采用脉冲悬
浮，氧化空气管网式布置，设置除雾器系统，石膏排
放泵等设备。脱硫系统按照100％烟气脱硫、95％脱
除效率设计。
由于机组建设初期并未设置脱销装置，而原机
组低氮燃烧器在煤种变化、运行方式调整等因素作
用下，NOx排放控制效果较低，导致尾部烟气中NOx
排放浓度偏高。为使燃煤机组大气污染物排放浓度
满足《火电厂大气污染物排放标准》的有关规定，国
华电力公司积极推行绿色发电计划，即通过对旗下
燃煤机组环保设施的升级改造，实现大气污染物排
放浓度全部优于特别排放限值的要求(粉尘：20rag／
Nm ，SO，：50mg／Nm ，NOx：100mg／Nm )，京津冀区
域的机组率先达到“近零排放”实现燃煤机组排放绩
效优于燃气机组(粉尘：5mg／Nm ，SO2：35mg／Nm ，
NOx：50mg／Nm )的目标。三河电厂以现役机组环保
设施为基础，通过对现行污染物治理技术进行分析
论证，研究并制定了集成化的深度处理方案，并首先
应用于350MW 机组，实现了改造完成后的污染物排
放浓度全部优于燃气机组的目标。
2 污染物减排技术升级方案研究
通过对比分析现有成熟技术，确定了污染物减
排、烟气排放方式的合理可行方案，形成了改造升级
整体技术路线。
2．1 除尘方案分析
目前，火力发电厂除尘设备多采用静电除尘器、
布袋式除尘器、电袋除尘器等形式。
静电除尘器以其除尘效率高、设备阻力小等优
点，在行业内具有广泛的应用，但其也易受烟气比电
阻、烟气湿度变化、煤种变化等因素的影响，除尘效
率的进一步提升只能通过增加电场、加大集尘面积
以及提高工作电压来实现。布袋式除尘器可捕集0．
3nm以上的粉尘，使含尘气体净化到10mg／Nm 甚
至更低，但烟气湿度较高时易产生结露“糊袋”，且由
于布袋寿命偏低造成后期维护、使用成本偏高。电
袋除尘器则有机组合了静电除尘器和布袋除尘器，
前面的收尘室为电除尘方式，后面的为袋式除尘方
式，可以保证最大的除尘效率，多用于老电除尘器的
改造。但受限于两种除尘方式的工作原理以及烟气
流场的适用性，使得电袋除尘器的理论优势并不能
得到完全发挥，相反还会因为电区的增加出现很多
问题。
随着近年国内外除尘技术的研发和工业应用推
广，一些先进的除尘技术得到了广泛应用，技术较成
热电技术 2015年第4期(总第128期)
熟的有低低温电除尘技术、旋转电极电除尘技术、湿
式电除尘技术等。
2．1．1 低低温电除尘技术
低低温电除尘技术是在电除尘器入口布置一套
烟气换热装置，通过加热冷凝水等介质，使进入电除
尘器的烟气温度由常温状态(120~C～160~(2)下降到
低温状态(90℃ 一110％左右)，此时烟气比电阻与体
积流量降低，使得静电除尘器除尘效率进一步提高，
最终可满足低于10mg／Nm 的排放标准。此外，由
于烟气温度降低，还可以达到吸附s0 和降低脱硫
水耗的效果。因此，在电除尘器之前加装烟气冷却
器是进行除尘提效较为经济、简便易行的措施。
2．1．2 旋转电极电除尘技术
旋转电极除尘器的工作原理与传统电除尘器一
样，仍然是依靠静电力来收集粉尘，属于静电除尘技
术的一种。一般是将末级电场的阳极板改成可以旋
转的形式，当极板旋转到电场下端的灰斗时，利用清
灰刷在远离气流的位置把板面的粉尘刷除，达到比
常规电除尘器更好的清灰效果，其除尘效果通常可
控制在50mg／Nm 以下，甚至可达到10mg／Nm 以
下。但由于转动设备的存在，使得安装、维护要求较
高，且设备稳定性较差。
2．1．3 湿式电除尘技术
湿式电除尘器结构原理类似于静电除尘器，不
同的是利用液体冲洗电极的方式来进行清灰。与干
式电除尘器不同，湿式电除尘器的性能不受粉尘比
电阻和煤灰性质的影响，内部没有运动部件，没有振
打清灰引起的二次扬尘，因此，其性能稳定、高效、运
行可靠，对石膏颗粒、重金属、PM2．5和SO 有很高
的脱除效率，是湿法脱硫后进一步降低粉尘浓度的
最佳设备。
2．1．4 除尘技术方案比较
布袋除尘通过滤袋来除尘，效率高，能使含尘气
体净化到10mg／Nm 甚至更低的浓度，并且不受粉
尘比电阻的影响。然而其“过滤”式的除尘方式，也
存在着结露造成“糊袋”、布袋消耗量较大、运行阻力
较大的固有缺点，纯布袋的除尘方式目前已经很少
采用。
电除尘器可处理大量烟气，设备阻力小， 9,tt耗
低，常规电除尘器通常是用增加电场提高比集尘面
积的办法提高除尘效率。三河电厂#1机组初始设计
即为双室五电场电除尘器，若仅改造现有静电除尘
器，无法达到5mg／Nm 的控制目标。
— — ' — —
电袋除尘器改造方案需在现有电除尘基础上，
增加袋式除尘室，改造难度较大，且会带来布袋耗
损、额外增加阻力等不利因素，因此此方案不予考
虑。
旋转极板电除尘器能够高效收集高比电阻粉
尘，不易发生反电晕等现象，可考虑将在电除尘后增
加一级旋转式除尘器，以达到更好的除尘效果。但
改造后，对电除尘系统的运行稳定性及维护水平提
出了更高的水平，复杂的结构将带来更多的故障隐
患。
低低温电除尘技术对现有电除尘工作效率具有
促进作用，可保证电除尘出口粉尘排放浓度低于
30mg／Nm ，并具有吸附烟气中的s0，、促进脱硫系统
节水等综合效益，在设备兼容性、改造实施难度等方
面具有优势。
湿式电除尘器布置在脱硫后，可使粉尘排放浓
度满足低于5mg／Nm。的控制目标，同时还对PM2．
5、石膏颗粒等具有较高的脱除效率，是机组排放达
标的最终屏障选择，但其人口烟气粉尘浓度不宜高
于20mg／Nm。。
结合群1机组除尘设备现状，单纯采用一种除尘
技术难以达到5mg／Nm 的控制目标。在综合考虑
各除尘技术特点后，除尘初步选定了低低温除尘技
术+湿式电除尘技术、旋转电极电除尘技术+湿式
电除尘技术两种组合方案，同时对电除尘更换高频
电源，以达到综合提升除尘效率的目的，其中低低温
除尘技术以电除尘前加装低温省煤器的途径实现。
2．2 SO 减排方案研究
按照现有SO 排放统计数据，方案需达到30％
以上的减排提升，才能满足SO 排放浓度低于
35mg／Nm 的目标值。
研究方案以现有湿法脱硫技术为基础，并考虑
除尘技术方案中的低温省煤器、湿式电除尘器影响，
以不增设和重建吸收塔、拆除GGH为原则，确定了
脱硫系统增容提效改造的方向。
2．2．1 增大浆液循环量方案
通过物流平衡计算和对现有脱硫设备的容量校
核后，在新的烟气条件下把脱硫效率进一步提高，可
通过增大浆液循环量的方法实现。
方案一：原吸收塔本体不做改动，在现有喷淋层
上方增加一层喷淋层，并增加一台浆液循环泵，以满
足物料需求，同时对原有的喷淋层部分喷嘴、以及氧
化风机系统进行改造。为降低脱硫出口的浆液雾滴
张翼等：350MW机组烟气污染物近零排放措施研究及实践
携带浓度，将原有的平板式除雾器，改造成两层屋脊
式加一级管式除雾器。
方案二：对吸收塔环切加高，环切加高所提供的
空间用于增加喷淋层以及增大浆池深度。新塔组建
好之后，相配套的循环浆液系统也随之安装。
2．2．2 强化传质效率方案
该技术方案基于旋回耦合专利技术，可使气液
固三相充分接触，迅速完成传质过程，从而实现了气
体高效净化。
改造实施方案为：原有吸收塔不动，为保证脱硫
装置效率，在吸收塔人口与喷淋层间设置旋汇耦合
装置，并拆除现有吸收塔人口第一层喷淋层，在吸收
塔上方增加一套喷淋装置，包含浆液循环泵、喷淋
层、循环泵人口滤网及阀门等，优化喷嘴布置方式。
喷淋层喷嘴采用与专利装置配套使用的高效喷嘴，
能够适应旋汇耦合装置的湍流空间，同时，需增加氧
化风机以保证氧硫比。
2．2．3 脱硫增容技术方案比较
对上述三个方案进行对比，在达到同样减排效
果的前提下，原吸收塔不作改动仅增加喷淋层的方
案，在充分利用原有吸收塔结构和现有设备的基础
上改动工作量最小，节约投资、节省工期并有利于施
工组织，因此将此方案作为推荐方案。
2．3 NOx减排方案研究
在现行火电厂NOx控制技术措施中，可分为燃
烧脱氮(调整燃烧，控制生成)以及烟气脱硝(利用化
学反应除去烟气中的NOx)两种方式。
2．3．1 燃烧脱氮
燃烧脱氮亦可称为低氮燃烧，通过控制燃煤在
炉膛内部的燃烧方式及燃烧条件，使NOx的生成浓
度降低。低氮燃烧器是目前最为流行的燃烧脱氮技
术，经过特殊设计的燃烧器可通过分级配风、燃料浓
淡分离等手段，降低燃料型NOx的生成率，使NOx
降低30％ 以上，达到降低生成浓度的目的。先进的
低氮燃烧器可使炉膛出口NOx控制在200mg／Nm。
以下。此外，还可以通过降低一次风量、多级送风、
烟气再循环的方法，降低燃烧阶段NOx的生成浓度。
2．3．2 烟气脱硝
烟气脱硝是通过增设反应剂等媒介，以化学反
应的方式使NOx转化为N 等物质，以达到脱除NOx
的目的。
常见的烟气脱硝技术措施包括选择性催化还原
法(SCR)、非选择性催化还原法(SNCR)、电子束法、
活性炭法等，其中SCR、SNCR为目前较为主流的脱
硝工艺。SCR方法是在催化剂(V 0 ／TiO：)作用下，
向烟气中喷入液氨、尿素等还原剂，与NOx反应生成
可向大气中排放的N 和H：0，由于催化剂的存在，
该反应可在较低的烟温(300～400"12)环境中进行。
SNCR方法使用与SCR方法类似的还原剂，区别在
于不采用催化剂，因此其使用温度需在较高温度
(850—1100℃)环境中进行。
2．3．3 NOx减排控制方案选择
由于机组原燃烧器对NOx生成的控制效果不
佳，且脱销装置运行需要投入反应介质，单纯依靠烟
气脱硝经济性较差，因此必须对其进行高效低氮燃
烧器改造，并结合烟气脱硝改造，使得NOx最终排放
低于50mg／Nm 。同时，机组省煤器出口烟温长期保
持在300～350~C，烟气脱硝适用于选择SCR方法。
2．4 排烟方式选择研究
烟气经过除尘、脱硫处理后，机组原排烟方式是
引入烟囱排放。三河电厂二期机组为脱硫湿烟气直
接引至排烟冷却塔的烟塔合一排烟方式，由于冷却
塔内部大量热蒸汽的存在，使得其在抬升高度、降低
污染物扩散浓度等方面较烟囱排放有较大优势。
考虑到脱硫增容改造拆除GGH、尾部加装湿式
电除尘器，机组最终排放烟气为低温湿烟气，直接引
入烟囱排放将会对其造成腐蚀。为此，排烟采取通
过长距离改向烟道将烟气引至二期烟塔排放，并将
烟囱防腐处理后作为备用排放通道的方案。为保证
全厂机组改造的延续性，研究决定将}}1机组烟气通
过改向烟道引至 烟塔。
2．5 技术路线选择
2．5．1 近零排放改造技术路线一
低氮燃烧器改造+SCR+低温省煤器+电除尘
高频电源改造+脱硫增容提效改造+湿式电除尘器
+排烟引至二期烟塔(烟囱防腐后作为备用)。
此技术路线主要特点是集成了低低温电除尘技
术以及湿式电除尘技术。加装低温省煤器后，为防
止出现低温腐蚀，根据酸露点加10℃的原则，将进入
电除尘的烟气温度控制在105℃ 。此时，烟气温度的
降低对电除尘工作效率贡献约0．05％，可控制电除
尘出口粉尘浓度低于20mg／Nm ，考虑脱硫系统可降
低粉尘浓度约10mg／Nm。，出口石膏颗粒携带约
15mg／Nm。，合计进入湿式电除尘器的粉尘浓度为
25mg／Nm。(含石膏)，湿式电除尘器效率按大于80％
计算，最终可实现烟气中粉尘浓度低于5mg／Nm 的
一3 一

张翼等：350MW机组烟气污染物近零排放措施研究及实践
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图4 7—10月份NOx月均排放浓度
可以看出，#1机组改造完成启动后，粉尘月均排
放浓度低于4mg／Nm ，SO 月均排放浓度低于20mg／
Nm ，NOx月均排放浓度低于40mg／Nm。，实施环保
升级改造后污染物排放浓度优于了燃气机组污染物
排放指标。
为了避免出现排烟影响并列机组运行，以及更
好的对排烟切换的风险进行评估，机组启动时选择
了回烟囱排烟通道。在完成汇合点与塔内出口压阻
校核并完成相关试验工作后，研究并制定了烟道切
换的最优操作方案，保证了一次切换成功，实现了技
术路线的排烟方式设计目标。
5 结束语
以燃气机组污染物特别排放限值为目标，研究
了350MW燃煤机组主要污染物深度治理技术措施，
制定了合理可行的集成技术路线，改造实施后机组
稳定运行，各项污染物月均排放浓度均优于燃气机
组排放指标，实现了近零排放。
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