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脱硫除尘一体化超洁净排放改造实践 锅炉环保

发布日期:2021-07-20 06:00:19浏览次数:

通过对我司脱硫除尘现状分析,确定一体化超洁净排放改造路线,并总结2×630MW机组实际改造实施中安全、进度、现场组织等方面的经验,为其他改造项目提供参考。

1概述

河南华润电力首阳山有限公司(以下简称华润首阳山)一期建设2×630MW超临界燃煤锅炉,同期配套建设两套烟气脱硫装置(FGD),采用由德国鲁奇-比晓芙公司提供的高效脱除SO2的石灰石-石膏湿法工艺,一炉一塔,设计处理烟气量1985300Nm3/h(标干值,6%O2),无GGH,取消了旁路。

脱硫装置设计燃煤含硫量为1.00%,在燃用脱硫设计煤种,BMCR工况时,100%的烟气量,设计二氧化硫脱除率不小于95%,由山东三融环保工程有限公司采用EPC总承包方式建造。

#1炉脱硫除尘装置于2006年5月份投产,#2炉脱硫除尘装置于2006年10月份投产。

根据国家发展改革委、环境保护部、国家能源局2014年9月12日下发的关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》的通知要求,华润首阳山计划在2015年进行#1、2机组烟气超洁净排放改造,本次改造按照烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于5、35、50mg/Nm3设计,两台机组改造已于2015年10月完成。

2超洁净改造前脱硫除尘现状分析及改造路线选择

2.1除尘改造前状况

华润首阳山#1、2机组每台炉原配套2台兰州电力修造厂生产的双室四电场静电除尘器,型号为KFH472.32-4×4-2,设计除尘效率为99.65%。后为了满足新的火电厂烟尘排放标准要求,在2013年利用两台机组大修的机会,进行了提效改造,第四电场采用杭州天明环保工程有限公司的移动极板技术进行改造,最终形成3+1(3个常规电场+1个移动极板电场)的除尘方式,同时对一、二电场进行了高频电源改造。

为进一步提高电除尘器效率,2013年的改造中还同时在电除尘器入口烟道内加装了低温省煤器,以达到降低烟气温度、降低粉尘比电阻的目的。

2013年除尘提效改造完成后,在低省投入的情况下实测电除尘出口粉尘浓度基本在35mg/Nm3左右,电除尘效率可达99.899%;经脱硫后烟囱入口粉尘浓度一般可以保持在20mg/Nm3以下。

2.2脱硫改造前状况

华润首阳山#1、2机组脱硫吸收塔原设计采用空塔喷淋技术,塔身直径15米,配置4台浆液循环泵,单台流量6100m3/h;两级屋脊式除雾器;吸收塔下部浆池装有德国鲁奇-比晓芙专利技术的池分离器及脉冲悬浮系统。无GGH,原有烟气旁路及增压风机已于2013年机组大修及脱硝技改时拆除。机组满负荷时烟囱入口SO2浓度一般不超过70~80mg/Nm3,满足当时环保标准要求。

2.3脱硝改造前状况

2013年由哈锅EPC总包建造SCR,选择性催化还原工艺(2+1层),原设计脱硝出口NOx最高为100mg/Nm3,实际出口NOx:90mg/Nm3左右,满足当时环保标准。

2.4脱硫除尘超洁净改造路线选择

2014年9月国家发展改革委、环境保护部、国家能源局关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》的通知下发后,华润首阳山就迅速成立了节能提效及超低排放工作组织机构,包括公司领导及技术支持部、发电部各专业技术人员,启动了脱硫除尘超洁净改造方案调研。

2014年9月份开始先后邀请十二家国内知名环保公司来我司进行超洁净改造技术交流、研讨,力求找出适合自己的最佳解决方案。最初的方案调研主要集中于当时的主流方案,即吸收塔改造提升脱硫效率+湿式电除尘降低烟尘排放。但该路线不管是选择板式湿电还是蜂窝式湿电,均存在以下问题:

1)建设投资大,现场布置困难。两台机组加装湿式电除尘器,建设投资基本上在四千万元以上,且湿式电除尘器体积庞大,为缩短停机改造时间又需要在机组运行时进行安装,安装位置更受限制。

2)运行消耗高。湿式电除尘器运行中需耗电及消耗冲洗水,且冲洗水量较大时如不能被吸收塔全部吸收,还需考虑进行废水处理,造成长期运行成本较高。

3)设备检修维护量增加较多。增加湿式电除尘器及其相应系统后,尤其是湿电是与脱硫浆液接触,故障率较高,给日常维护及停机检修增加了大量工作量。

因此在得到脱硫除尘单塔一体化改造已有机组投运的消息后,公司领导马上认识到这一路线的价值,迅速派人至山西大唐国际云冈热电、内蒙大唐托克托电厂现场调研,之后经过反复讨论,与改造方多次进行技术交流,最终确定华润首阳山脱硫除尘提效改造按“提高液气比+旋汇耦合+管束式除尘”方案进行。

3单塔一体化脱硫除尘深度净化技术原理及首阳山改造方案介绍

华润首阳山所使用的超洁净排放改造技术是北京清新环境技术股份有限公司单塔一体化脱硫除尘深度净化技术(SPC-3D),是该公司自主研发的专有技术,该技术可在一个吸收塔内同时实现脱硫效率99%以上,除尘效率90%以上,满足二氧化硫排放35mg/Nm3、烟尘5mg/Nm3的超净排放要求。

3.1SPC-3D技术原理:

1)高效旋汇耦合脱硫除尘技术:

引风机出口烟气进入吸收塔,经过高效旋汇耦合装置,利用流体动力学原理,形成强大的可控湍流空间,使气液固三相充分接触,提高传质效率,同时液气比比同类技术低30%,实现第一步的高效脱硫和除尘。

2)高效节能喷淋技术:

优化喷淋层结构,改变喷嘴布置方式,提高单层浆液覆盖率达到300%以上,增大化学吸收反应所需表面积,完成第二步的洗涤。烟气经高效旋汇耦合装置和高效节能喷淋装置两次洗涤反应,两次脱硫效率的叠加,可实现烟气中二氧化硫降低至35mg/Nm3以下。

3)离心管束式除尘技术:

经高效脱硫及初步除尘后的烟气向上经离心管束式除尘装置进一步完成高效除尘除雾过程,离心管束式除尘装置由分离器、增速器、导流环、汇流环及管束等构成。烟气在一级分离器作用下使气流高速旋转,液滴在壁面形成一定厚度的动态液膜,烟气携带的细颗粒灰尘及液滴持续被液膜捕获吸收;

连续旋转上升的烟气经增速器调整后再经二级分离器去除微细颗粒物及液滴。同时在增速器和分离器叶片表面形成较厚的液膜,会在高速气流的作用下发生“散水”现象,大量的大液滴从叶片表面被抛洒出来,穿过液滴层的细小液滴被捕获,小液滴变大后被筒壁液膜捕获吸收,实现对细小雾滴的脱除,最后经过汇流环排出,实现烟尘低于5mg/Nm3超净脱除。

3.2SPC-3D技术特点及优势:

1)脱硫效率高、除尘效率高

吸收塔入口SO2浓度在1500~15000mg/Nm3时,脱硫效率高达99.8%;吸收塔入口烟尘浓度在50mg/Nm3以下时,出口烟尘浓度≤5mg/Nm3,净烟气雾滴含量≤30mg/Nm3。

2)改造工期短、工程量小

可利用原有吸收塔改造,不改变吸收塔外部结构。布置简洁,工程量小,改造工期根据原吸收塔结构变化一般为20~40天。

3)投资低、运行费用低

该技术改造吸收塔内构件,实现脱硫除尘一体化,投资低于常规技术约40%。且离心管束式除尘器不耗电,阻力与原屋脊式除雾器相当。

运行费用是常规技术的15%~30%。

4)系统运行稳定,可靠性高

对烟气污染物含量和负荷波动适应性强,系统运行稳定,操作简单,对运行人员而言未增加额外的操作量,可靠性高。

3.3SPC-3D技术风险

在我司对SPC-3D单塔一体化脱硫除尘深度净化技术进行调研时,该技术刚刚投入实用,全国仅两、三台机组投运,最长投运时间不过两个多月,远未经过一个小修期。该技术核心设备管束式除尘器没有经过长时间的运行考验,冲洗是否有效、管束是否存在结垢堵塞问题、材质是否可靠、适应高低负荷变化能力等尚未确定。

在当时的情况下确定采用SPC-3D单塔一体化脱硫除尘深度净化技术进行超低排放改造,我司领导及技术人员承担了极大的风险,甚至做好了万一改造失败、达不到超低排放效果,就后续进行加装湿式电除尘器改造的打算。

同时在华润电力内部,我司作为率先采用该技术进行改造的单位,也承担着示范工程的作用,我司改造能否成功,关系着华润电力上百台机组、数十亿资金投入的重大技术决策,沉重的担子压在华润首阳山人的肩上。

3.4华润首阳山吸收塔改造方案

华润首阳山超洁净排放改造工程采取EPC总承包模式。本次改造属于在役机组脱硫除尘大型技改项目,存在场地狭小,平面布置困难,施工难度大等特点,在工艺选择和设备布置中充分考虑综合利用原有的脱硫场地。新增设备尽量布置在原有场地周围,以减少占地面积,简化系统设计;并充分考虑利用原设备,以减少投资。

1)拆除原有两级屋脊式除雾器,原除雾器大梁降低高度重新利旧安装,安装清新环境专利技术产品离心管束式除尘除雾器。

2)原有四层喷淋层全部拆除(含原喷淋层母管),更换重新设计的高效节能喷淋层。因除雾器下表面高度降低,四层喷淋层高度全部重新调整。

3)为提高液气比,更换A、C层浆液循环泵,单台流量由6100m3/h增加到8800m3/h,B、D泵保持不变。

4)在最下层喷淋层下部加装清新环境第二代旋汇耦合装置。

5)为适应增大的液气比,吸收塔入口烟道抬升1.3米以加大浆池容积。

6)由于原吸收塔塔身烟气入口至最下层喷淋层间高度差接近六米,因此烟道抬升及增加旋汇耦合装置均可利用这段空间,吸收塔塔身不需切割抬升,有利于缩短停机时间。

3.5脱硝改造方案

在目前2层催化剂的基础上,增加一层催化剂;继续对燃烧器进行优化,同时通过运行优化调整,实现NOx<50mg/Nm3的排放标准。

4改造施工主要工序及经验

4.1塔内工作顺序:

塔内工作根据工作面不同,采取逐层搭设脚手架,完成一层工作后继续向上搭设;之后拆除时同样安排,一层工作完成后拆除一层;塔内件拆除、安装工作与脚手架搭拆紧密结合,有效缩短了总的塔内工作时间。

1)顶部喷淋壁板开孔,穿梁,对该层喷淋进行加固;满铺脚手板;然后在壁板上焊接吊耳,穿安全绳;进行除雾器拆除、大梁拆除工作,并安装新增的除尘器上部环形圈。

2)底部清淤。

3)塔内脚手架搭设至湍流器标高,进行湍流器大梁安装。

4)塔内脚手架搭设至21米,安装新设计的第一层喷淋梁。

5)塔内脚手架搭设至23米,拆除旧的第一层喷淋,然后安装第二层喷淋梁。

6)塔内脚手架搭设至25米,拆除旧的第二层喷淋,然后安装第三层喷淋梁。

7)塔内脚手架搭设至27米,拆除旧的第三层喷淋,然后安装第四层喷淋梁。

8)塔内脚手架搭设至29米,拆除旧的第四层喷淋,安装新设计的除尘器大梁。

9)塔内打磨清理,交防腐。

10)安装除尘器格栅及下部管道,安装完成后,拆脚手架,剩余工作在格栅上进行。

11)安装四层喷淋装置。

12)拆脚手架至旋汇耦合装置下方,安装旋汇耦合装置。

13)拆除脚手架,安装浆液循环泵、脉冲悬浮泵等入口滤网。

14)塔底清理,防腐检查修复。

15)封门。

4.2塔外工作顺序:

1)停机前开始塔外脚手架搭设。

2)拆除塔外连接件,其连接件有:除雾器冲洗水主管、支管,塔顶人孔,塔外平台照明及控制电缆、拆除件搬移或者牢固绑扎在平台上。

3)拆除原有除雾器冲洗水管,支管封堵,重新开孔。

4)烟气入口保温拆除,积灰清理,待内部脚手架搭设至该标高,进行内部划线,砸防腐工作。同时外部焊接吊耳,挂10t手拉葫芦,然后进行壁板切割,最后将烟气入口提升到位。

5)原烟道弯头的提升等同于烟气入口提升,提升后烟气入口下部缺板安装。

6)新增塔外加强圈安装。

7)冲洗水管吊架安装。

8)冲洗水管短接及补强板安装。

9)浆液循环管拆除,待设备安装完成后,装新到货管道。

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