热线电话: 0570-8037373 8037037 8076006 欢迎 电力设计院,电力、钢铁、焦化、化工等相关行业研究所或协会 合作!
联系我们
位置:首页 - 关于我们 - 资料下载

基于实测的烟气消白工程环境效益研究

来源:中国电力  作者:张志强 朱法华等

摘要:为研究烟气消白工程的环境效益,采用RJ-SO3-M型便携式SO3分析仪对河北邯郸某电厂600 MW机组烟气消白工程进行了现场测试,收集了烟气消白工程实施前后相近运行负荷、相近煤质、相同时间段的烟尘、SO2NOx的连续监测数据。研究结果表明,烟气消白工程中的冷却降温对FGDWESP脱除SO3的影响很小,烟气温降与FGDWESPFGD+WESPSO3的脱除效率之间没有相关性,温降为0 2.9 3.9 5.8 4种工况条件下,FGD+WESPSO3总的脱除效率介于75.6%~81.9%,平均为78.9%。烟气消白工程中,烟气降温有利于WESP对颗粒物的脱除,烟尘排放质量浓度约下降0.5 mg/m3SO2NOx排放浓度基本无变化。烟气中SO3的脱除主要取决于FGDWESP,而与烟气是否冷却降温基本无关。烟气冷却降温不是减少污染物排放的有效方法。

引言

2014年以来,中国大力推进实施燃煤电厂超低排放改造,截至2019年年底,全国实现超低排放的煤电机组约8.9亿kW,建成了世界上最大的清洁高效煤电供应体系,为大气污染物减排与环境改善做出了重要贡献。但由于燃煤电厂燃用的煤炭仅占全国煤炭消费总量的46.5%[1],其他行业的煤炭应用污染物排放尚未得到有效控制,秋冬季节在京津冀、汾渭平原等地雾霾仍不期而至。河北、天津、山西等地省、市、县各级政府以减少以SO3为代表的可凝结颗粒物的排放为目的,纷纷出台政策,要求实现超低排放的燃煤电厂对白色烟羽进行治理,俗称烟气消白。一般要求非供暖季排烟先降到48 以下,再加热到54 以上排放;供暖季排烟先降到45 以下,再加热到60 以上排放,这些政策出台的目的均提及为减少以SO3为代表的可凝结颗粒物的排放[2],但除衡水市外均未明确SO3的排放控制限值要求[3]201910月生态环境部牵头印发的《京津冀及周边地区2019—2020年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》明确规定:对稳定达到超低排放要求的电厂,不得强制要求治理白色烟羽。事实上烟气消白工程的环境效益众说纷纭,且部分媒体推波助澜,为弄清烟气消白工程中烟气冷却降温对SO3、常规污染物(烟尘、SO2NOx)的减排情况,本文对河北邯郸某电厂1台已经完成烟气消白工程的600 MW机组进行了现场实测。

1 测试机组及烟气消白工程

1.1 测试机组概况

该机组于20071月投产,为600 MW亚临界空冷燃煤机组,锅炉为自然循环、单汽包锅炉,固态连续排渣,直接空冷,后进行尖峰冷却改造,并增加机力通风塔。2015年完成超低排放改造,采用低氮燃烧器加SCR烟气脱硝,常规高压电除尘器,单塔双循环石灰石石膏湿法脱硫(FGD),湿式电除尘器(WESP)。

1.2 烟气消白工程

烟气消白工程主要分为2种方案,一种是直接对烟气进行加热,另一种是先对烟气进行冷却再进行加热。由于对烟气进行直接加热不能减少污染物排放,一般不被地方政府推荐。烟气冷却降温目前主要有2种工艺,一种是通过冷凝的脱硫浆液来降低烟气温度,另一种是通过冷却水、烟气或空气来降低烟气温度。烟气加热一般也有2种工艺,一种是采用烟气加热,另一种是采用蒸汽加热[4-5]

20185月在邯郸市大气污染防治工作领导小组办公室的要求下,该机组采用的是脱硫浆液降温和蒸汽加热方案实施烟气消白工程改造,并于2018年年底完成。

改造方案是将脱硫吸收塔顶层、次顶层喷淋层作为脱硫浆液冷却的低温喷淋层,利用降温后的循环浆液对饱和烟气进行降温。浆液冷却器冷却循环水取自尖峰冷却系统循环泵入口前集水池,换热升温后送至尖峰冷却系统机力冷却塔冷却,完成冷却水循环。供暖季100%负荷工况时,设计入口循环水温度为15 ,出口循环水温度为30 ,脱硫塔出口烟气温度不高于45 ;非供暖季100%负荷工况时,入口循环水温度为30 ,出口循环水温度为38 ,脱硫塔出口烟气温度不高于47

蒸汽再热方案采用机组辅汽为热源,对湿式电除尘器出口湿烟气进行加热升温,疏水经处理后返回至机组汽水系统。蒸汽加热器布置在湿式电除尘器和烟囱之间。供暖季100%负荷工况时,设计蒸汽加热器蒸汽流量为36 t/h1.0 MPa300 ),烟囱入口烟气温度大于65 ;非供暖季100%负荷工况时,蒸汽加热器蒸汽流量为12 t/h1.0 MPa300 ),烟囱入口烟气温度大于54

可见,为确保满足邯郸市大气污染防治工作领导小组办公室的要求,烟气消白工程在烟温设计方面留有一定的裕度。

2 测试方法

2.1 SO3测试

选择基于异丙醇吸收测试方法原理开发的RJ-SO3-M型便携式SO3分析仪进行现场测试,采样温度达到260 ,采样枪内衬为石英材质,颗粒物过滤方式为后置过滤,SO3捕集方式为高效扰流吸收捕集技术,化学分析方法为氯冉酸分光光度法,可以实现高准确度的SO3测试[6]。为验证RJ-SO3-M型便携式SO3分析仪连续监测结果的准确性,采用DL/T 1990—2019《火电厂烟气中SO3测试方法 控制冷凝法》与RJ-SO3-M便携式SO3分析仪在线监测进行了比对试验,控制冷凝法每次采样时间在45 min左右,在线监测为1 h均值,结果见表1

1.png

从表1中可以看出,在线监测方法与控制冷凝法相比,在不同位置、不同烟气环境、不同SO3浓度条件下,测试结果均具可比性,相对偏差都在5%以内;在WESP出口SO3浓度较低条件下,控制冷凝法测试结果均偏低,推测是因为低浓度条件下手工操作过程中造成的SO3损失对测试结果影响更为明显。

对烟气消白工程的测试,机组负荷率在90%左右,煤质保持稳定,调整浆液冷却器的出力设置4个不同工况,每个工况稳定持续时间超过3 h,分别测试每个工况FGD入口、出口和WESP出口的SO3浓度和FGD出口烟气温度。测试时间为20191月。

2.2 常规污染物测试

烟气消白工程实施前后,机组配套的烟气连续监测系统一直处于运行状态,且均依据HJ 75—2017《固定污染源烟气(SO2NOx、颗粒物)排放连续监测技术规范》的要求进行了校准和校验,监测数据获得各级环保行政主管部门的认可。

本次结合机组运行负荷的历史情况,提取机组运行负荷相近、煤质相近的20173月与20193月的连续监测数据。

3 测试结果与讨论3.1 SO3及烟温测试结果与讨论

1SO3及烟温连续监测结果

4种工况下烟气治理过程中SO3浓度及脱硫塔出口烟温连续监测结果见表2

2.png

从表2可以看出,连续监测过程中工况非常稳定,最小负荷率88.3%,最大负荷率91.2%,负荷波动远小于5%的监测要求。随着浆液冷却器出力的增加,FGD出口烟温持续下降,最大降幅达5.8 ,相应烟温仅41.7 ,完全满足地方政府要求的采暖季烟气降温至45 以下。烟囱入口烟气温度的连续监测结果表明,排放烟气温度可以稳定达到工程设计要求的65 以上,说明烟气消白工程是成功的。

2)烟气温降与SO3脱除的关系

一般认为降温过程中烟气中的气态水会凝结成液态水,烟气中的SO3会溶于凝结水中而被脱除,降温幅度越大,脱除效率越高。为弄清实际情况,依据表2中的数据作出烟气治理过程中SO3的浓度随烟气温降的关系(见图1)。

3.png

从图1和表2中可以看出,单塔双循环石灰石石膏湿法脱硫对烟气中SO3具有较为明显的脱除效果,脱除效率介于35.1%~63.8%,平均为51.4%,明显高于单塔单循环脱硫塔对SO3的脱除效率(即30%左右)[7-8],这是由于烟气中的SO3不是以气态形式存在的,而是以硫酸雾滴的形式存在[9-10],双循环吸收塔中烟气与浆液的接触时间更长、气液交换更为充分,更多的硫酸雾滴被捕集;此外,双循环中的高pH值吸收段更加有利于SO3被吸收,也会提高脱除效率。WESPSO3也有明显的脱除效果,脱除效率介于47.6%~71.7%,平均为54.7%,与现有研究WESPSO3的脱除效率总体上介于30%~76%较为一致[11]

从图1和表2中还可看出,烟气温度下降幅度(温降)对FGDWESP脱除SO3的能力影响不大,温降为0 SO3浓度变化曲线与温降为5.8 的变化曲线基本一致,说明温降幅度增加并不能提高对SO3的脱除效率,显然这无法实现许多地方政府希望通过降低烟气温度来减少SO3排放的目的,这是由于烟气中的SO3已与水汽结合形成了硫酸雾滴,烟气冷却过程中会增加冷凝水雾滴,这些水汽雾滴可能会与硫酸雾滴碰撞促进SO3脱除,但水汽雾滴数量的增加又会影响FGDWESP对硫酸雾滴的脱除,所以总体上效果不明显,4种工况下FGDWESPSO3总的脱除效率介于75.6%~81.9%,平均为78.9%

为进一步核实烟气温降与FGDWESPSO3脱除效率的关系,对烟气温降与脱除效率之间进行了相关性分析(见表3)。

4.png

共测试了4种工况,置信水平为90%时临界相关系数为0.90。由表3可知,烟气温降与FGDWESPFGD+WESPSO3的脱除效率的相关系数均远远小于临界相关系数,说明它们之间没有相关性。

3.2 常规污染物

2所示为烟气消白工程实施前后运行负荷相近、煤质相近的相同时间段烟气连续监测的烟尘、SO2NOx排放浓度比较。

5.png

由图2可知,对烟气消白工程:(1)实施前后烟尘、SO2NOx质量浓度均分别稳定小于53550 mg/m3,满足超低排放的要求;(2)实施后烟尘排放质量浓度约下降0.5 mg/m3,这是由于烟气降温后,烟气量减小,WESP内烟气流速下降,有利于烟尘被收集[12];(3)实施前后SO2排放浓度基本无变化,这与石灰石吸收SO2的化学反应与温度关系不大相一致[13];(4)实施后NOx排放质量浓度约上升5 mg/m3,这与烟气降温无关,是由于烟气消白工程实施过程中,对SCR流场进行了优化调整,对NOx排放浓度控制更加稳定,并适当提高了NOx排放浓度的控制值,避免了工程实施前的过量喷氨及NOx排放浓度波动较大的现象[14]

4 结论

1)单塔双循环石灰石石膏湿法脱硫对烟气中SO3具有较为明显的脱除效果,脱除效率介于35.1%~63.8%,平均为51.4%,明显高于单塔单循环脱硫塔对SO3的脱除效率(即30%左右)。

2)烟气消白工程中的冷却降温对FGDWESP脱除SO3的能力影响很小,温降为0 SO3浓度变化曲线与温降为5.8 的变化曲线基本一致,说明温降幅度增加并不能提高对SO3的脱除效率。降温为0 2.9 3.9 5.8 4种工况条件下,FGDWESPSO3总的脱除效率介于75.6%~81.9%,平均为78.9%

3)相关性分析结果表明,烟气温降与FGDWESPFGD+WESPSO3的脱除效率之间没有相关性,进一步说明烟气降温并不有利于FGDWESPSO3的脱除。

4)烟气消白工程中,烟气降温对WESP对颗粒物的进一步脱除有一定效果,烟气连续监测结果中烟尘排放质量浓度约下降0.5 mg/m3SO2NOx排放浓度基本无变化。

 



基于实测的烟气“消白”工程环境效益研究 - 下载
网站地图

法律声明
公司地址:浙江省衢州市绿色产业集聚区银仓路9号
公司总机:0570-8037373 8037037 8037111 8076006
客服代码A 客服代码B