烟气深度净化器在燃煤电厂尾部尘雾脱除中的应用

学术论文 2018-03-14 09:54:57
  各发电集团一直都非常重视节能减排工作,为完成国家的节能减排任务,达到SO2排放浓度≤35mg/Nm3、烟尘排放浓度≤5mg/Nm3的目标,针对达标超低排放,发电行业也提出了相关的技术路线。但除雾器的工艺设计却没有突破性进展,目前常用板式和屋脊式除雾器,运行中阻力大、局部堵塞等问题造成在机组高负荷运行或者烟气中粉尘增加时,除雾效果下降,出口雾滴粒径增大,随着烟气排放形成“石膏雨”,造成二次污染。 
  因此如何解决现有脱硫系统下游低浓度微细液滴及颗粒的脱除,满足燃煤电厂烟尘超低排放限值要求,成为了脱硫后除尘除雾技术发展的重点和难点。 
  1 烟气深度净化器介绍 
  1.1 工作原理 
  来自脱硫塔的净烟气进入深度净化器壳体,并进入壳体内并联的分离涡管,分离涡管把来自脱硫塔净烟气中的尘雾进行分离,且通过对涡管的分层设计将分离下来的尘雾与主流隔离,避免烟尘的二次携带,收集系统则将分离出来的尘雾进行收集并排入地坑。冲洗系统采用250~300kPa的工艺水,在每月或在启停机时对核心分离装置进行冲洗,避免装置结垢。 
  1.2 主要特点 
  烟气深度净化器属于静态分离设备,其内部流场及性能采用CFD软件进行计算,同时运用专有软件对旋风分离装置的切割粒径进行计算设计,保证旋风分离装置的性能。设备截面整体尺寸与净烟道尺寸基本差不多,现场空间布局可以选择布置在水平烟道或竖直烟道上,设备制造采用模块化形式,根据不同机组容量、烟道布置及烟气量大小设计成标准模块,方便运输、安装、维护及检修。同时,根据变工况及用户需要,可以在烟道设计烟气调节机构,调节进入旋风分离装置的烟气速度大小,保证高效的分离性能。 
  2 工程实施 
  2015年10~12月期间,华电章丘发电有限公司实施了1号机组(145MW)尾部烟气超低排放改造项目,即在原有环保工艺条件基础上,仅在脱硫岛出口至烟囱入口的水平净烟道上加装尾部烟气深度净化器,以达到超低排放水平。 
  2.1 实施过程 
  2.1.1 尾部烟气深度净化技术调研 
  针对国国内外脱硫尾部烟气烟尘净化技术,尤其是除雾除尘技术,从技术形式、技术特点等方面深入调研,对比分析各类技术优缺点,作为尾部烟气深度净化技术研发的参照。 
  2.1.2 基于高效多相分离技术的烟气深度净化技术研究 
  (1)气固/气液分离机理研究。 
  在分离器中,两相流体通过分离器入口进入分离器内分离区,不同的分离器结构形式决定了不同的分离机理,包括重力分离、惯性分离、离心分离等。撞击惯性-重力分离是分离器经常采用的初分离方法,它的分离效率一般都比较低。相比于重力分离和惯性分离,离心分离过程中由于颗粒在分离区所受的离心力是均匀的,避免了撞击分离的不均匀性。 
  (2)仿真分析。 
  基于流体仿真动力学技术,对尾部烟气高效分离器内部流场及多相流动过程进行仿真分析,获取分离设备内部流动特性以及分离演化特点,进而为结构优化和运行调试提供技术支持。 
  烟气高效分离器计算几何模型及网格由入口、旋流产生装置、分离本体及出口组成。结合旋风分离器中大尺度涡团起主导作用的流场特征,本项目采用大涡模拟方法进行计算,采用亚网格动能输运模型。通过对大涡模拟得到的各个时刻的数据进行统计分析,可以得到流场内各参数的时均值以及脉动特性。能够得到旋风分离器内的涡团演化过程,对分析计算时假设入口处气体流速均匀,而且处于充分发展的湍流状态;本体为壁面,颗粒在壁面的边界条件设为捕捉;出口设为压力出口。 
  2.1.3 烟气高效分离器设计制造 
  (1)2015年10月4~31日,完成示范项目的现场实际勘测,并根据初步方案成高效分离器设备、烟风系统的CFD计算,完成项目高效分离器的初步设计。 
  (2)2015年12月15日完成设备监造、质量验收等工作。 
  (3)2015年12月16日部件级组装完成的主体设备组件和外壳结构运抵章丘公司,12月18日完成了烟气高效分离器整体组装。 
  2.1.4 烟气高效分离器现场安装 
  (1)2015年12月19日完成烟气高效分离器整体吊装。 
  (2)2015年12月22日完成尾部烟道现场施工。 
  (3)2015年12月23日尾部烟气高效分离器试投运。 
  2.1.5 烟气高效分离器性能测试 
  2016年5月25日至6月8日,由西安热工院和华电电科院联合开展1号机尾部烟气高效分离器性能试验。 
  2.2 运行效果 
  深度净化器在章丘电厂一直稳定运行了1年多,根据西安热工院和华电电科院出具的1号机尾部烟气高效分离器性能试验结果,出口烟尘浓度一直低于5mg/m3,满足超低排放的要求。135MW运行时,压降约为540Pa,极大地降低了能耗,运行成本低廉。 
  2.3 效益分析 
  该项目投资相当于一般湿式除尘器投资费用的1/3,有效地节省了企业成本。同时该项目的施工工期非常短,估计在20d左右,极大地减少了施工安全风险,为企业环保技改工程顺利完成提供了安全保障。烟气深度净化器正常运行过程中系统用水量很少,一个月冲洗一次,水量使用约5m3/次,有效降低喷淋水泵电耗和厂用电率。烟气深度净化器属于静态分离设备,结构简单,日常维护量小,维护成本低廉。另外,由于超低排放改造,政府及相关机构对企业实施奖励,同时也减少了排污费用,2016年共获得奖励及减少排污费用共计800多万元,分别为: 
  (1)根据《关于下达燃煤机组超低排放改造奖励资金预算指标的通知》(鲁财建指[2016]42号)文件要求,根据污染物减排量,按照减排1t奖励5000元的标准,1号机组超低排放奖励405万元。 
  (2)山东省超低电价补贴0.01元/kWh,2016年1号机组发电量为40725.52万kWh,累计电价补贴407.25万元。 
  (3)2016年1号机组利用小时为2809h,减排烟尘排放量为30.96t,节省排污费为3.9万元。 
  3 结语 
  深度净化器通过在章丘电厂长时间稳定地运行,充分证明了该设备在燃煤电厂尾部烟气尘雾脱除上的稳定性、可靠性及经济性。
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