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Complex choices for decision-makers on technological roadmap for ultra-low emission technology

Published on: May 9, 2016

在党中央、国务院及国家相关部委与地方政府的推动下,我国的电力环保技术和装备从“十二五”之前跟踪学习国外先进技术、引进消化吸收,走向了结合国情的自主创新、深度开发、集成优化,目前污染控制技术、装备、指标已经跟国际先进水平并驾齐驱甚至处于领先地位,关键技术和装备实现了国产化。特别是烟尘控制技术取得了一系列重大突破,形成了多种技术路线,给电厂的技术选择带来了很大困难。

烟尘超低排放技术的重大突破

“十二五”期间,我国燃煤电厂烟尘排放限值经历了从50毫克/立方米到30(20)毫克/立方米再到10(5)毫克/立方米的三级跳,标准倒逼技术进步。低低温电除尘、湿式电除尘、移动电极电除尘、新型电源(如高频、高频脉冲、三相脉冲)等电除尘系列新技术迅速发展,并取得重大突破,使得除尘效率大幅提高,除尘系统能耗大大降低;而滤材创新升级、结构改进、流场优化等也为电袋复合除尘、袋式除尘技术的推广应用提供了有利条件,为实现烟尘超低排放控制提供了技术支持和装备保证。目前形成了以各类高效电除尘器、电袋复合除尘器和袋式除尘器为主的烟尘控制和湿法脱硫、湿式电除尘器为主的颗粒物深度脱除技术格局。

电除尘技术方面,“十二五”期间,通过优化工况条件,改变除尘工艺路线、解决反电晕和二次扬尘等方面的研究,开发出大批新型高效电除尘技术,使电除尘技术适应范围扩大、除尘效率持续提高、能耗显著下降。

(1)低低温电除尘技术。“十一五”末期,我国环保企业对低低温电除尘器提效机理、电除尘效率与粉尘比电阻关系等进行了深入研究,并攻克了余热利用装置与电除尘器有机结合、余热利用装置、烟温调节与电除尘自适应控制等关键技术。实 际应用表明,低低温电除尘器除了能够降低电厂供电煤耗、协同脱除烟气中的三氧化硫、PM2.5、汞等污染物外,还可降低电除尘器的比集尘面积20%以上,减少电除尘器的设备投资;节约脱硫系统水耗;降低整个烟气系统约10%的引风机电耗。在超低排放的背景下,该技术也获得了应用。

(2)先进的供电电源技术。国电环保研究院发明的基于超微晶材料的高频电源,2010年成功在上海外高桥第三发电有限公司100万千瓦机组上应用,实现了电除尘器节能69.5%,提效51.5%。近5年来,该电除尘器高频电源累计投运5000套,减少烟尘排放30%~70%,同时,减少电除尘器能耗50%~80%。高频脉冲电源现已开发成功,30万千瓦机组的应用表明,节能与减排效果更加显著。先进的供电电源全面替代了传统的工频电源。此外,电除尘器的节能优化控制等技术的快速发展,也推动了电除尘器节能减排性能的深度优化。

(3)移动电极电除尘技术。“十一五”末期,我国建成了热态移动电极电除尘中试装置、移动电极电场等试验装备,完成了大量试验验证,全面掌握了核心技术,攻克了设备的可靠性等多项技术难点,并对阳极板同步传动方式、清灰刷组件结构等进行了创新设计,提高了设备的可靠性。

(4)其它电除尘技术。粉尘凝聚、烟气调质、隔离振打、关断气流断电振打等一批新型电除尘技术,已成功应用在大型燃煤机组。这些新型电除尘技术在不同烟气工况条件下的组合应用,也成为应用电除尘实现超低排放控制的重要技术。

电袋复合除尘技术方面,解决了大型化应用、气流均布、荷电粉尘过滤机理、滤料选型配方等多项关键技术难题,工程推广应用十分迅猛。截至2014年底,累计配套应用装机容量突破20万兆瓦,形成了一 个全新的除尘产业。实践表明,电袋复合除尘器具有长期稳定的低排放、适用范围广等优点,并能实现5毫克/立方米以下的超低排放。

袋式除尘技术方面,随着火电厂大气污染物排放标准的日趋严格,袋式除尘器在滤料、清灰、系统阻力等方面均有很大突破,尤其是滤料在强度、耐温、耐磨以及耐腐蚀等方面综合性能有了大幅度提高。

湿法脱硫深度脱除颗粒物技术方面,随着超低排放的推进,空塔喷淋层应用越来越少,不少煤电机组将原来的空塔改为旋汇耦合塔、带1~2层托盘的托盘塔、双pH值循环塔、串联塔、U型塔等,除雾器也改为管式除尘除雾器、3层屋脊式除雾器或2层屋脊式加1层管式除雾器,脱硫与除尘除雾效果均明显提高。

湿式电除尘深度脱除颗粒物技术方面,近3年来湿式静电除尘(WESP)技术得到快速发展和广泛应用,已经形成了金属极板WESP、导电玻璃钢WESP、柔性极板WESP三种主要技术流派,均得到了工程应用,为超低排放的实现提供了可靠保障。

烟尘超低排放技术的使用状况

2012年国电环境保护研究院牵头在湖南益阳电厂建成了我国首台30万千瓦机组湿式电除尘器示范工程,采用的是柔性电极。与此同时,福建龙净牵头在上海长兴岛电厂的65吨/小时的锅炉上建成了首台工业性的示范装置,采用的是金属极板。运行检测结果表明,湿式电除尘器对烟气中的各种细颗粒物、三氧化硫、汞及其化合物等均具有很好的脱除效果。此后,各种形式的湿式电除尘器成为燃煤电厂超低排放的标配。

随着烟气脱硫的要求越来越高,不少电厂采用旋汇耦合+管式除雾器工艺、双pH值循环脱硫+3层屋脊式除雾器或2层屋脊式+1层管式除雾器等脱硫除尘一体化 工艺,均起到了很好的除尘效果。因此也形成了多元化的烟尘超低排放技术路线。

技术路线选择的基本原则

考虑到我国的环境状况,国家对煤电企业的环境监管日益严格,燃煤电厂在选择超低排放技术路线时,应选择技术上成熟可靠、经济上合理可行、运行上长期稳定、易于维护管理、具有一定节能效果的技术。鉴于以上要求,笔者提出烟尘超低排放技术路线选择时应遵循“因煤制宜、因炉制宜、因地制宜、统筹协同、兼顾发展”的基本原则。

因煤制宜,不仅要考虑设计煤种、校核煤种,更要考虑随着市场变化,电厂可能燃烧的煤种与煤质波动,要确保在燃用煤质条件下,烟尘能够实现超低排放。对于煤质较为稳定、灰份较低、易于荷电、灰硫比较大的烟气条件,选择低低温电除尘器+脱硫除尘一体化的脱硫工艺,不失为一种经济合理的选择。对于煤质波动大、灰份较高、荷电性能差、灰硫比较小的烟气条件,可选择电袋复合除尘器或袋式除尘器,后面是否加装湿式电除尘器,则取决于除尘器的出口浓度及后面采用的脱硫工艺的除尘效果。

因炉制宜,主要考虑不同炉型对飞灰成份与性质的影响。如循环流化床锅炉,一般用于燃烧煤矸石等劣质燃料,灰份含量高,且燃烧过程添加石灰石脱硫,会造成飞灰中钙成份较高,降低飞灰的荷电性能,一般宜采用电袋复合除尘器或袋式除尘器。燃用无烟煤或低挥发份煤的W型火焰锅炉或者煤粉炉,则要关注飞灰中的含炭量,炭的存在影响电除尘器的除尘效率。

因地制宜,既要考虑改造机组的场地条件,也要考虑机组所处的海拔高程。如采用双塔双循环脱硫工艺、加装湿式电除尘器等一般都需要场地或空间条件。对于高海拔的燃煤电厂,还应考虑高程的空气影响烟气条件,从而影响电除尘器的性能。 统筹协同。烟气超低排放是一项系统工程,各设施之间相互影响,在设计、施工、运行过程中,要统筹考虑各设施之间的协同作用,全流程优化,实现控制效果好、运行能耗低、成本最经济的最佳状态。

兼顾发展,不仅要满足现在的排放要求,还应考虑排放要求的发展以及技术、市场的发展变化。如目前我国对烟气中的三氧化硫排放没有要求,对汞及其化合物的排放要求还比较宽松,技术路线选择时应考虑下一步排放限值的发展。此外,污染防治技术也在不断发展,需要考虑技术进步及其改造的可能性。煤炭市场、电力市场等均处于不断变化之中,煤质稳定性有无保障、电力负荷的变化、煤电深度调峰对烟气成份的影响等也应综合考虑。

总之,燃煤电厂烟尘超低排放技术路线的选择不是一件容易的事,既要考虑一次性投资,也要考虑长期的运行费用;既要考虑投入,也要考虑节能减排的产出效益;既要考虑技术的先进性,也要考虑其运行可靠性;既要考虑超低排放的长期稳定性,也要考虑故障时运行维护的方便性;既要立足现在,也要兼顾长远;是对决策者能力与智慧的综合考验。

(作者系国电环境保护研究院副院长朱法华)
 
Original title: 超低排放技术路线选择考验决策者智慧
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