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600MW机组湿烟气除尘除雾超低排放技术研究与应用

编辑:   发布时间:2018-08-16

一、基本情况

    2014年9月12日国家发改委、环保部、能源局三部门联合印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020)》,行动计划明确了在基准氧含量6%的条件下,烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50mg/Nm3的超低排放要求。随着污染物排放标准的不断升级,对电厂环保设施也提出了更高的要求。一般情况下,常规脱硫吸取塔的粉尘脱除率在50%左右,常规ESP出口粉尘浓度一般在20 mg/Nm3以上。要达到粉尘超低排放要求,环保设施除尘总效率应达到99%以上,常规环保设施无法满足要求。针对超低排放要求,国内部分电厂采用湿式电除尘技术,该技术可以满足烟尘小于20 mg/Nm3的排放要求,但存在初投资大、运行费用高、后期维护量大、耗水量大等缺陷问题。

    按照华电集团企业科技进步工作的有关部署,华电能源股份有限企业、华电能源哈尔滨第三发电厂及上海霍林环保工程设备有限企业积极探索烟尘超低排放新技术新工艺。以技术简单且设备一次性投资小、技术成熟度和可靠性高、性能满足“全负荷”工况稳定运行、运行维护费用低乃至于免维护为目标,创新性开发了“旋流型可调节湿式除尘除雾一体化集成装置”。

    该项目于2016年3月立项, 2016年5月完成技术开发与实验室验证,2016年7月在哈三电厂3号600MW机组完成工程示范,在不同运行工况、不同季节条件下烟尘均稳定可靠实现超低排放。并相继在哈三电厂4号机组,佳木斯热电厂1、2号机组和牡丹江第二发电厂8、9号机组推广应用,均实现烟尘超低排放且稳定运行,尤其在牡丹江第二发电厂9号机组运行过程中,电袋除尘器出现局部破袋问题,入口粉尘严重超标的情况下,出口粉尘排放仍然稳定在3.7~4.15mg/Nm3,保证烟尘“超低排放”,成效显著。

二、成果完成前超低排放改造技术现状

    当前火电机组超低排放改造技术难点在于烟尘超低排放技术改造,除烟尘(含石膏、亚硫酸钙、胶质物等粉尘)技术措施现状分析:

(一)湿式电除尘技术可以稳定实现烟尘≤5mg/Nm3,但是烟尘入口设计边界条件必须≤20mg/Nm3,有局限性,且设备一次性投资大,运行维护费用高。

(二)三级屋脊型除雾器,管束式除雾器均无法稳定实现烟尘≤5mg/Nm3,性能不稳定、不可靠。

(三)现有的其他烟尘超低排放技术不具备工业实用性转化和推广条件。

三、主要研究内容与设计

(一) 理论研究:

    通过对烟尘入口浓度与出口浓度保证数值关系探索,以及旋流器烟尘捕集效率与穿孔面积的函数研究与计算,并经过美国联合能源企业计算流体力学(CFD)建模与模拟论证,完成了烟尘在不同区域、不同流场、不同浓度对应不同叶片旋流角度下最优捕集效率理论研究与论证。

(二)系统设计:

1、“非直接耦合”设计:即在脱硫塔内拆除原除雾器,采用一级管式流场分配器+一级屋脊型除雾器+两级并列组合新型旋流板除尘除雾器+湿烟气流速调节关断门进行“非直接耦合”设计。

2、动态可调设计:在新型旋流板除雾器湿烟气入口部分区域设计关断门,用来调节进入旋流器湿烟气流速,该装置结构关联性好、互补性强,使除尘除雾器由静态设备改变为动态设备。

3、一体化集成设计:将不同形式的除尘除雾器一体化有机结合,优势互补,性能可靠,可以捕集大于6μm以上的烟尘颗粒和雾滴,除尘除雾效率非常高,是除尘除雾技术的革命性突破。

(三)设备结构设计

四、技术创新及专利情况

(一) 技术创新

1、 完成了烟尘颗粒、雾滴动能转换关系机理的深入研究与探索,通过计算与建模找到了烟尘入口浓度与出口浓度的规律,找到了烟气流速与出口浓度的规律,找到了旋流板压差与出口浓度的规律。

2、完成了“非直接耦合”技术的模拟验证应用研究。将管式流场分配器、折流板屋脊型除雾器、调节烟气流速及烟气动力场压差的关断门和并列组合旋流板除尘除雾装置形成一体化有机结合,优势互补、功能稳定。

3、通过流场模拟与建模,深化研究与探索旋流器压力场均布技术。将并列组合旋流型除尘除雾器按不同开孔面积的旋流型除尘除雾器并列组合,使各单元面积的旋流型除雾除尘器烟气动力场压差基本一致,达到捕集效率最高。

4、完成了除尘除雾器冲洗水的创新设计,实现了用于两级旋流板除雾器内对上级旋流板的高效冲洗。

5、完成了旋流器烟尘、雾滴捕集效率与穿孔面积的函数设计与研究。

6、在新型旋流板除雾器湿烟气入口部分区域设计关断门,用来调节进入新型旋流板除雾器湿烟气流速,将除尘除雾器由静态设备改变为可调节的动态设备,解决了全负荷烟尘超低排放性能保证值研究。

(二) 专利情况

1、已授权4项实用新型专利

(1)专利名称:一种集成型除雾器(专利号:ZL. 2016 2 1324685.6)

(2)专利名称:用于两级旋流板除雾器内对上级旋流板冲洗的喷嘴(专利号:ZL. 2016 2 1295663.1)

(3)专利名称:一种并列组合型旋流板除雾器装置的固定结构(专利号:ZL. 2016 2 1324684.1)

(4)专利名称:一种模块化的管式气流分配器合成体(专利号:ZL. 2016 2 1305771.2)

2、已受理发明专利2项(目前正在公示期中)

(1)专利名称:基于流场分布差异布置旋流板除雾器单元组合体的方法

(2)专利名称:一种并列组合型旋流板除雾器的固定结构

五、性能评价与效益分析

(一) 性能评价

    “旋流型可调节湿式除尘除雾一体化集成装置”应用在哈三电厂3号600MW机组超低排放改造工程中。经过华电电科院及西安热工院苏州分院分别于机组不同工况、不同负荷下运行第15天,97天、242天后性能试验(低负荷时烟气流速调节关断门全部关闭):烟尘排放在2.9-3.8mg/Nm3之间,雾滴在15-27mg/Nm3之间,满足性能设计值,处于国内领先水平。其他机组推广应用实施后,均能满足性能保证值。

    西安热工院苏州分院在#3超低改造后运行性能测试:

(二) 技术经济效益分析 

    以哈三电厂 3号机组超低排放改造工程为例,该项目投资为480万,改造完成后,机组连续运行235天,累计发电20.6亿千瓦时,上网电量18.96亿千瓦时。

1、超低排放奖励电价为0.01元/kwh,所获得电价奖励为1896万元(含税),按三类污染物平均分配,烟尘超低排放奖励电价为632万元(含税),项目投资回报年限为0.5年。

2、同类技术方案技经比较分析

说明:

1、屋脊型+湿电的功耗包括高频电源+压差功耗+冲洗水泵功耗

2、旋流型一体化集成装置功耗包括压差功耗+冲洗水泵功耗

3、旋流型可调节湿式除尘除雾一体化集成装置运行至今无维护费用发生,停机检查后设备完好无异常。

六、科技成果评审意见

    2017年5月18日,华电集团企业组织科技成果评审会议,与会国内权威专家组成的评审委员会一致认为:该装置具有投资小、运行成本低、维护费用低、运行可靠性高、负荷适应性强、尤其适用于现役机组的烟气超低排放改造等特点,该装置总体技术达到国际先进水平。(此专文摘自《88必发娱乐游戏》杂志文库,专文主创单位:华能企业哈三电厂)

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