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燃煤電廠濕煙羽綜合治理前期工作要點分析
時間:2019-09-26 10:25:05

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摘要:上海市2016年1月出臺政策,要求燃煤鍋爐采取措施消除煙囪有色煙羽現象。天津、浙江、河北等地方政府也相繼出臺相關政策。介紹了燃煤電廠濕煙羽綜合治理前期的主要工作,并對其中的要點及注意事項進行分析探討,以避免濕煙羽治理工程中出現以往環保工程中產生過的弊端,保證技改工程的科學性、先進性。

0 引言

2015年12月三部委頒布了《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》(環發[2015]164號),要求燃煤電廠全面實施超低排放改造,并取得了很好的社會效益和經濟效益。

由于傳統回轉式GGH存在漏風率和故障率高、煙氣阻力大等問題,特別是原煙氣側煙氣漏入凈煙氣側會影響SO2達標排放,所以大部分電廠在超低排放改造過程中取消了GGH。濕煙氣直接排放至大氣中與溫度較低的環境空氣混合會凝結形成濕煙羽現象(俗稱“大白煙”),產生視覺污染。

2016年1月上海市環保局提出燃煤發電鍋爐應采取煙溫控制及其他有效措施消除石膏雨、有色煙羽等現象以來,河北邯鄲、衡水、唐山,到浙江、天津、山西等省市,陸續對濕煙羽治理(又稱“有色煙羽” “大白煙”)提出標準或要求。

由于我國地域差異大,各地經濟水平發展不均衡,對濕煙羽治理的目標也不盡相同,且各地政府出臺的標準和政策差異較大,一般只提定性要求,缺少對具體工藝措施的技術規范和指標定量要求。

目前,國外對濕煙羽的研究主要集中在冷卻塔排煙,鮮見對煙囪排煙研究的研究 。國內的對濕煙羽的治理主要是沿用治理石膏雨的技術方式 ,近期開始開展煙氣冷凝治理濕煙羽的報道。

1 濕煙羽綜合治理前期工作

濕煙羽綜合治理技改工程的前期工作主要包括可行性研究以及招標文件的編制,其中以可行性研究工作為核心。

1.1 濕煙羽綜合治理可行性研究

濕煙羽綜合治理可行性研究的主要任務包括:對當地政策進行解讀,確定濕煙羽綜合治理工程技改項目建設的必要性、治理目標、技術路線;進行充分的資料收集、分析和現場調研,確定改造的邊界條件(如基礎參數、冷源等);根據現場條件、設施狀態及治理目標,論證不同改造方案的可行性、技術可靠性以及經濟指標(投資、運行費用、能耗、阻力等),結合改造需求等多種因素,提出最適合業主實際的設計方案。

濕煙羽綜合治理可行性研究的主要研究依據包括以下幾個方面:國家和地方的經濟和社會發展規劃、行業部門的發展規劃;咨詢有關的法律、法規、政策和文件;有關機構發布的工程建設方面的標準、規范、定額;廠址的自然、經濟、社會概況等基礎資料;涉及項目各方簽訂的協議書或意向書;編制《報告》的委托合同;電廠所在地的氣象、水文等資料;電廠鍋爐、汽機、環保等設施的設計資料(圖紙、技術協議等) 及近一年以上的運行數據;其他有關資料。

濕煙羽綜合治理可行性研究的主要工作過程如圖1所示。

1.2 濕煙羽綜合治理招標文件編制

濕煙羽綜合治理技改工程招標是建設項目業主選擇實施者的過程,由于煙氣濕煙羽綜合治理技改工程涉及到的環保裝置和鍋爐主機設施多,各設備的改造參數復雜。因此,確定明確、科學合理的改造參數及技術要求,對于明確招標工作量和考核指標、合理控制改造的投資費用等工作非常重要。

2 濕煙羽綜合治理前期工作要點分析

2.1 治理要求與基礎參數選擇

燃煤電廠濕煙羽綜合治理,首先要滿足當地政策要求。目前,南方地區(如上海市及浙江省)出臺的政策,主要以消除濕煙羽的視覺影響為主,兼顧污染物減排。北方地區天津市及河北省出臺的治理政策,主要以節水、污染物減排為主,兼顧消除濕煙羽視覺影響。

不同的治理要求和目標,其采用的邊界條件和治理工藝有較大差異,設計基礎參數需要根據政策要求確定。政策中無明確要求的,則按照以下原則進行:以污染物減排為主的地區,因夏季降溫難度更大,節水和污染物脫除效果相對較差,此時應以夏季的參數作為基礎參數;以消除濕煙羽視覺效果為主的地區,因冬季消除濕煙羽難度更大,所以設計參數應該以冬季的煙溫、冷源等溫度作為基礎參數。

2.2 基礎數據的測定

濕煙羽綜合治理技改工程與一般新建項目不同,是在燃煤電廠完成超低排放基礎上的進一步深度減排治理及視覺污染消除。所以,濕煙羽綜合治理方案的確定首先要全面把握鍋爐、環保系統及相關輔助系統運行的現狀,有必要在技改工作開展前期對鍋爐及環保設施運行現狀進行摸底測試。

基礎測試主要為常規運行煤質下的參數,包括煙氣量(標干況、工況以及含濕量)、煙氣成分參數(氧量、壓力、煙溫、SO2、NOx 、煙塵等)、煙氣系統阻力(全煙氣阻力、空預器壓差、引風機和增壓風機進出口壓力)。摸底測試主要為鍋爐滿負荷工況下測試,對于煙氣溫度和風機運行出力,有必要測試75%及50%負荷工況下運行情況。

基礎測試主要測試點包括:空預器進出口;引風機及增加風機進出口;脫硫吸收塔進出口。其中空預器出口(即除塵器前),主要測試煙溫、壓力、流量、含濕量、SO2(或SO3 )及粉塵。引風機進出口主要煙氣量及煙氣壓力。脫硫進出口測點測試要求于電除塵器前測點相同,也可參考在線監測數據。

2.3 技術路線的確定

目前,濕煙羽綜合治理技術流派較多 ,總體來說主要有煙氣加熱、煙氣冷凝、煙氣冷凝再熱三種。其中,煙氣加熱(GGH、MGGH 等)對消除視覺污染效果明顯,應用較為廣泛,但對污染物的減排沒有幫助;煙氣冷凝可協同治理污染物,目前開始逐漸有應用,但純冷凝對消除濕煙羽的視覺污染作用有限;煙氣冷凝再熱則結合了煙氣冷凝和煙氣加熱的優點,是目前業內最認可的一種技術路線。

煙氣加熱技術分為直接加熱和間接加熱兩大類。煙氣間接加熱技術:如回轉式GGH、管式GGH、MGGH、熱管換熱器、蒸汽換熱器等;煙氣直接混合加熱技術:熱二次風直接加熱、燃氣直接加熱、熱空氣混合加熱等。

煙氣冷凝技術也分為直接冷凝和間接冷凝兩大類。煙氣直接冷凝技術:噴淋降溫、漿液冷卻等;煙氣間接冷凝技術 :采用換熱器進行換熱,換熱介質不與煙氣直接接觸。

煙氣冷凝再熱則是上述兩種技術結合實施項目具體情況的有機耦合。

由于地方政府對降低PM2. 5等方面有剛性需要,環境敏感地區會進一步提高污染物排放標準;民眾對環境的要求也會不斷提高,對城市周邊電廠的濕煙羽進行治理也是大勢所趨。因此,從污染物減排、節水、消除濕煙羽視覺影響等方面考慮,建議電廠在濕煙羽綜合治理中采用冷凝再熱技術路線。但對于地方政府已有明確政策的地區,可根據要求單獨采用煙氣加熱技術或煙氣冷凝技術,建議預留冷凝或加熱改造的空間,分析現有改造方案的技術經濟性以及后期改造后整體的技術經濟性,從長遠角度綜合考慮選擇最適宜的改造方案。

2.4 設計參數的選取

濕煙羽綜合治理設計參數選取不當,對系統投資和投運效果有很大影響。

濕煙羽的形成主要取決于環境氣候因素(即煙囪出口處的環境溫度與濕度)和煙氣狀態因素(排煙溫度和濕度)。根據治理目標的不同,選取設計參數的原則也不同。

以消除濕煙羽視覺污染為治理目標的地區,上海市、浙江省明確提出了消除濕煙羽的邊界條件:在現場地面環境溫度高于17℃,地面環境相對濕度低于60%的情況下,消除濕煙羽。對以上兩個地區,可直接選取規定的環境邊界條件和測試的煙氣溫度進行設計。但對于要求消除濕煙羽視覺污染而又未給出邊界條件的地區,由于溫度越低,治理消除的難度會急劇增加,因此建議根據冬季平均溫度或全年平均溫度確定(建議在0℃以上),濕度按當地年平均環境相對濕度選擇即可。再根據煙囪排煙溫度實際情況,確定合理冷凝后溫度及煙氣加熱的溫升幅度。需要注意的事,采用煙氣再熱技術時,需要達到一定的排煙溫度,因此需要核算冬季低負荷時是否需要采取其它措施(如蒸汽加熱等)確保達到設計煙溫,實現有效消除濕煙羽視覺影響。夏季消除濕煙羽的難度要小很多,所以不需要校核,若需要通過降低煙氣加熱或冷凝幅度實現節能的目的,可單獨校核計算出設計參數以便指導實際運行。

以污染物減排為治理目標兼顧消除視覺污染的地區,則只需要關注排煙溫度或降溫幅度。由于煙氣夏季降溫難度更大,節水和污染物脫除效果相對較差,應以夏季的環境參數(平均溫度、平均相對濕度)作為邊界條件,結合夏季的煙氣溫度進行設計。

設計計算時,需要考慮到每級換熱器的出口溫度、煙氣量變化時對后續設備的煙氣溫度、煙氣含濕量都有一定影響。因此,在校核計算時需要考慮到所有換熱器進出口煙氣參數的變化。

2.5 招標文件的注意事項

目前濕煙羽綜合治理技改工程的建設通常采用EPC 總承包模式進行,因此作為確定EPC 總承包的招標文件就顯得尤為重要。濕煙羽治理招標文件中必須對濕煙羽治理的工藝路線、邊界條件、設計原則等作出明確的要求及限定,以保證投標工作的正常運行。招標文件中應當明確治理目標。治理目標應當根據地方政府的環保標準制定,同時要滿足業主的實際需求。對一些重要參數的計算需要提供詳細計算書,對于防結垢、堵塞、腐蝕等問題要提供詳細的預防措施或檢修方案。

3 濕煙羽綜合治理技改需協同考慮的工作

3.1 煙風系統優化問題

引風機作為燃煤電廠整個煙風系統的關鍵點,在前期超低排放工作中一般均已進行了相應改造,以適應脫硫、脫銷、除塵改造新增的阻力,濕煙羽綜合治理勢必會又新增煙氣阻力,需要核算引風機現有實際出力能否滿足要求。

如現有風機已經運行裕量很小,且機組剩余壽命較長,建議對引風機進行增容改造;若機組剩余壽命較短、環保壓力較低的電廠,建議采用蒸汽加熱、漿液換熱器等阻力增加較小的技術方案。對于引風機有一定欲量的電廠,建議優化噴氨系統減低空預器阻力或優化煙風系統降低煙道阻力,根據實際優化阻力的空間選擇經濟合適的改造方案。

3.2 冷源(冷卻水)問題

采用煙氣冷凝或煙氣冷凝再熱技術進行濕煙羽綜合治理,都存在冷源及冷卻方式選擇的問題。

燃煤機組的冷卻系統一般分為直流供水冷卻系統、循環水冷卻系統、直接空冷系統三大類。冷源可分為水冷和空冷兩種方式,考慮換熱系統以及冷源全年的溫度分布,一般采用水冷的方式。

機組為直流供水冷卻系統時,冷源可直接從循環管入口取水,經過換熱器后再進入循環管出水管,該方式冷源升溫后不需要再次冷卻。

機組為循環水冷卻系統時,考慮到冷卻水使用量和溫升幅度對鍋爐效益的影響。冷卻水從循環管入口取水,溫升后的冷卻水再進入循環管出水管,利用現有水冷塔降低冷卻水的溫度。該方式建議對原有冷卻塔系統的夏季工況進行重新核算,分析對鍋爐系統的影響是否在可控范圍。如不滿足,則需要考慮采取新增機力冷卻塔、熱泵系統等方式來供應冷源。

機組為直接空冷系統時,可考慮采用新增機力冷卻塔、熱泵系統等方式來供應冷源,或考慮風冷的冷卻方式。

3.3 脫硫水平衡問題

采用煙氣冷凝或煙氣冷凝再熱技術都會將脫硫后濕煙氣中的水分析出,達到節水及協同減排的作用。間接煙氣冷凝技術的凝結水水質穩定,回收水可作為除霧器沖洗,或簡單處理后進入中水處理系統作為工業水。由于回收水可不進入脫硫系統,因此不影響原脫硫系統水平衡。

漿液冷卻技術的凝結水混入脫硫塔漿池漿液,無法直接回用,增加了脫硫廢水的處理量,隨著溫降幅度越大對脫硫水平衡影響越大,對現有脫硫系統運行影響就越大。采用此技術須對脫硫水平衡、脫硫廢水處理等后續工作增加相應的處理環節和投資成本。

此外,采用MGGH等技術會降低脫硫入口煙氣溫度,因此對脫硫水平衡有一定影響。

4 結語

濕煙羽綜合治理的前期工作,特別實在可行性研究和招標文件的實際編制過程中,很多細節方面需要注意。可行性研究要準確分析確定基礎數據,合理確定工藝路線、邊界條件和技術參數。招標文件技術要求要明確、全面。濕煙羽綜合治理技改配套改造要具備整體觀、系統觀和全面觀,煙風系統的優化、冷源選擇確定及脫硫水平衡問題需結合燃煤電廠爐后其他環保設施統籌考慮,避免設備重復改造,節約改造費用及改造工期,濕煙羽綜合治理技改項目對脫硫水平衡問題宜進行單的的專題分析。


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