本文介紹了國(guó)內(nèi)某大型火力發(fā)電廠實(shí)施大氣污染物超低排放改造工程的技術(shù)路線，并對(duì)工程實(shí)施過(guò)程中的設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝改進(jìn)案例進(jìn)行匯總分析。這些案例解決實(shí)際問(wèn)題的作用非常明顯，很多優(yōu)化和改善思路具備推廣應(yīng)用的價(jià)值。
目前，國(guó)內(nèi)大型火力發(fā)電廠實(shí)施大氣污染物超低排放改造工程的成功案例非常多，技術(shù)路線多種多樣，但是工程設(shè)計(jì)階段并不能做到十全十美，人們需要在施工過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和完善。
在工程實(shí)施過(guò)程中，有很多設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝改進(jìn)管理案例，這些優(yōu)化案例可有效解決某些突出問(wèn)題。本文對(duì)國(guó)內(nèi)某大型火力發(fā)電廠超低排放改造技術(shù)路線進(jìn)行介紹，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝改進(jìn)案例進(jìn)行匯總分析。
1 技術(shù)路線
某4×600MW火力發(fā)電廠從2015年9月開(kāi)始逐步實(shí)施超低排放改造工程，至2018年2月全部改造完畢，均順利通過(guò)環(huán)保驗(yàn)收，大氣污染物排放達(dá)到超低排放要求。技術(shù)路線為“SCR+電袋除塵器+濕法噴淋單塔脫硫+高效除塵除霧器+賓高德防腐煙囪”。
拆除原有吸收塔、GGH換熱器，新建直徑17.5m、高41.6m的逆流式噴淋塔，利舊原增壓風(fēng)機(jī)。按照入口二氧化硫3840mg/Nm3、出口二氧化硫≤35mg/Nm3進(jìn)行設(shè)計(jì)，塔前煙氣量為2092498.1Nm3/h，塔后煙氣量為2181225.2Nm3/h，漿液循環(huán)停留時(shí)間為2.18min，煙氣在吸收塔內(nèi)停留時(shí)間為4.12s，煙氣流速為3.79m/s，煙氣阻力為1 035Pa。
單塔設(shè)置有5臺(tái)側(cè)進(jìn)式攪拌器；布置1套湍流器系統(tǒng)（228個(gè)湍流子），用于均布煙氣，提高反應(yīng)效率；設(shè)置4臺(tái)漿液循環(huán)泵，每臺(tái)漿液循環(huán)泵對(duì)應(yīng)一層噴淋層，共布置864個(gè)單雙向噴嘴；配置單層高效管束式除塵除霧器，按照入口20mg/Nm3、出口≤5mg/Nm3設(shè)計(jì)。每臺(tái)爐設(shè)置一臺(tái)100%容量氧化風(fēng)機(jī)和75%容量高速離心氧化風(fēng)機(jī)（考慮低負(fù)荷、低入爐煤硫分時(shí)節(jié)能），機(jī)組之間氧化風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置聯(lián)絡(luò)管用于事故情況下緊急備用。
電袋復(fù)合除塵器按照進(jìn)口含塵濃度33.8g/Nm3、除塵器出口設(shè)計(jì)濃度20mg/Nm3、保證除塵器排放濃度<15mg/Nm3進(jìn)行設(shè)計(jì)。總體上，按前級(jí)兩個(gè)電區(qū)分為雙室四通道二電場(chǎng)、后級(jí)四個(gè)袋區(qū)進(jìn)行布置設(shè)計(jì)，在入口喇叭氣流均布板后布置大顆粒捕集裝置，以降低部分比集塵面積，設(shè)計(jì)電場(chǎng)比集塵面積33.1m2（/ m3·s），設(shè)計(jì)袋區(qū)過(guò)濾風(fēng)速0.894m/min。
機(jī)組低負(fù)荷期間，各通道可以隔離，隔離擋板采用一體式翻板式抗磨損高強(qiáng)度材質(zhì)電動(dòng)門(mén)，每個(gè)通道布置煙氣置換和冷卻裝置，人員可以進(jìn)入通道檢查和更換損壞或脫落布袋，各通道都可實(shí)現(xiàn)在線隔離檢修，電袋除塵器為兩電四袋，電區(qū)比集塵面積大于33m2（/ m3·s），袋區(qū)過(guò)濾風(fēng)速小于0.9m/s。
脫硝系統(tǒng)在原有SCR反應(yīng)區(qū)預(yù)留區(qū)域增加一層催化加，保證入口煙氣NOx濃度400mg/Nm3，脫硝效率不小于75%?？刂瞥隹跓煔釴Ox濃度≤50mg/Nm3。
2 脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝改善案例
2.1脫硝催化劑密封工藝優(yōu)化
各催化劑模塊安裝就位，固定可靠，每包催化劑距離間隔均勻，每包催化劑之間、催化劑與煙道壁之間使用硅酸鋁纖維棉填滿(mǎn)。催化劑模塊之間及模塊與反應(yīng)器之間的密封條安裝緊密并焊接牢固，每塊密封板之間搭接密封。
密封條邊緣緊貼催化劑單元體邊緣，確保煙道流場(chǎng)無(wú)飛灰沉積部位。催化劑密封條安裝時(shí)，平整統(tǒng)一、坡度一致，無(wú)明顯起伏。通過(guò)對(duì)密封條調(diào)整，減少流場(chǎng)阻力，使煙氣更均勻通過(guò)催化劑，不會(huì)因飛灰沉積而造成流場(chǎng)堵塞、催化劑微孔堵塞，從而減少催化劑磨損。
均勻的煙氣流場(chǎng)能使催化劑充分發(fā)揮催化作用，提高脫硝效率。密封條安裝完成之后，用密封片對(duì)所有密封條間隙進(jìn)行縫隙覆蓋，確保密封條與催化劑及反應(yīng)區(qū)煙道壁板無(wú)縫隙漏風(fēng)。催化劑密封條安裝時(shí)，對(duì)安裝過(guò)程進(jìn)行全程監(jiān)督檢查，確保安裝工序無(wú)遺漏，安裝、焊接等施工質(zhì)量合格，無(wú)遺留缺陷。
催化劑安裝完畢后，對(duì)反應(yīng)區(qū)內(nèi)部全面清掃，將催化劑上方施工殘留的焊渣、焊條頭、鐵屑等雜物全部清理，嚴(yán)禁催化劑表面有任何雜物。
2.2 脫硝流場(chǎng)優(yōu)化
總體來(lái)說(shuō)，增加的9組導(dǎo)流板，大大降低催化劑磨損速率，同時(shí)保護(hù)整流格柵。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬SCR裝置流場(chǎng)，進(jìn)行氨濃度分析，開(kāi)展系統(tǒng)壓降以及飛灰沉降試驗(yàn)，通過(guò)三維建模對(duì)原有導(dǎo)流板和導(dǎo)流裝置進(jìn)行優(yōu)化。
更換原脫硝入口煙道4組導(dǎo)流板，保留原入口煙道1組導(dǎo)流板，原有噴氨格柵下方新增1組導(dǎo)流板，更換原整流格柵前導(dǎo)流板，取消原出口煙道1組導(dǎo)流板，保留原有出口煙道彎頭空預(yù)器上方導(dǎo)流板。
原脫硝煙道為常規(guī)導(dǎo)流板，水平煙道的氣流傾斜，高速氣流貼附于煙道下壁流動(dòng)，上壁區(qū)域出現(xiàn)回流，水平煙道出現(xiàn)二次流動(dòng)，煙氣進(jìn)入第一層催化劑上方，流速不均，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行容易造成催化劑集中穿透。
通過(guò)流場(chǎng)優(yōu)化，調(diào)整煙氣入射角度，減少了流場(chǎng)亂流現(xiàn)象，使煙氣濃度、速度分布均勻，能平穩(wěn)、勻速地流過(guò)煙道，同時(shí)實(shí)現(xiàn)煙氣速度和氨濃度在第一層催化劑前的均勻分布，減少反應(yīng)區(qū)的飛灰沉積，保證脫硝流場(chǎng)阻力穩(wěn)定，降低壓力損失，提高煙氣流場(chǎng)、氨氮混合均勻性，緩解催化劑局部磨損，使催化劑得到均勻磨損，從而提高脫硝效率和催化劑使用壽命，保護(hù)整流格柵。
2.3 脫硝噴氨自動(dòng)優(yōu)化
實(shí)施超低排放標(biāo)準(zhǔn)后對(duì)噴氨自動(dòng)控制策略、調(diào)節(jié)品質(zhì)進(jìn)行更新和優(yōu)化。控制策略直接以考核指標(biāo)（煙囪入口NOx）為控制目標(biāo)，以預(yù)測(cè)控制為主，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行在線評(píng)估，實(shí)時(shí)調(diào)整控制權(quán)重，智能模擬運(yùn)行人員日常操作習(xí)慣進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)。
優(yōu)化后，脫硝噴氨自動(dòng)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，將機(jī)組煙囪入口的NOx濃度與設(shè)定值的偏差控制在5mg/Nm3（穩(wěn)態(tài)下）和10mg/Nm3（負(fù)荷大幅變化時(shí)）之內(nèi)。
控制器采集實(shí)時(shí)負(fù)荷、鍋爐總風(fēng)量、SCR出入口NOx濃度、氨逃逸量、噴氨流量作為控制器前饋量，每個(gè)前饋量所占總前饋量的比重根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷和及時(shí)調(diào)整，在不同負(fù)荷、不同工況、診斷到參數(shù)突變或死值等異常情況下，前饋系數(shù)隨之變化，具有自適應(yīng)功能。
自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)預(yù)留脫硝A、B側(cè)NOx濃度調(diào)節(jié)偏置，運(yùn)行人員可選擇偏重哪一側(cè)調(diào)節(jié)，例如，A空預(yù)器壓差高時(shí)，運(yùn)行人員可設(shè)置A側(cè)噴氨為輔，B側(cè)噴氨為主，但是不影響煙囪入口NOx濃度調(diào)節(jié)值。
3 脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝改善案例
3.1吸收塔入口煙道與吸收塔結(jié)合處增加布置兩
層與煙道垂直方向的噴淋層為提升脫硫系統(tǒng)運(yùn)行靈活性，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，吸收塔入口處增加1臺(tái)出力為800m3/min的小循環(huán)泵，其噴淋層布置于吸收塔入口煙道與吸收塔結(jié)合處，其與入口煙道垂直，并列布置兩層，采用與塔內(nèi)相同的空心錐形噴嘴，用于對(duì)吸收塔進(jìn)塔煙氣噴淋脫硫和進(jìn)一步降低煙氣溫度，測(cè)算可降低300～500Nm3的二氧化硫。
在低負(fù)荷運(yùn)行和燃燒低硫分燃料時(shí)，可運(yùn)行該小循環(huán)泵與1臺(tái)大循環(huán)泵，從而滿(mǎn)足脫硫條件。此種設(shè)計(jì)可減少設(shè)備數(shù)量，直接降低改造投資，后期運(yùn)行方式靈活，亦可達(dá)到節(jié)能降耗目的。
3.2 吸收塔進(jìn)出口水平煙道防腐工藝改進(jìn)處理及煙道冷凝水回收優(yōu)化
一期吸收塔入口煙道位于干濕交界處，煙氣腐蝕及飛灰對(duì)煙道底板防腐鱗片的沖刷損壞性較強(qiáng)，多次出現(xiàn)漏點(diǎn)。為此，對(duì)入口煙道底板防腐工藝進(jìn)行優(yōu)化，采用賓高德威固板甲進(jìn)行基層施工，在板甲上方粘貼耐酸磚，效果非常好。
脫硫一期吸收塔出口煙道采用賓高德板甲進(jìn)行防腐施工，自改造后投運(yùn)以來(lái)，未發(fā)生明顯磨損和脫落，防腐性能良好。
二期脫硫系統(tǒng)改造期間，針對(duì)吸收塔出口水平煙道冷凝水積存與回收問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。出口水平煙道底板順煙氣方向至煙道內(nèi)集水槽之間呈3°找坡進(jìn)行制作和防腐，使煙道內(nèi)冷凝水很快匯集至集水槽，避免長(zhǎng)時(shí)間積存。
煙道集水槽至原有煙道疏水地坑DN300管道改向至吸收塔內(nèi)，這樣就取消原煙道疏水地坑及地坑泵系統(tǒng)，達(dá)到了簡(jiǎn)化系統(tǒng)的目的。
一期煙囪改造后，煙囪冷凝水通過(guò)煙囪底部疏水管排入脫硫吸收塔地溝，回收至1號(hào)脫硫集水坑內(nèi)。吸收塔內(nèi)易沖刷部位采用玻璃鱗片，結(jié)合玻璃絲布和耐磨粉，確保防腐強(qiáng)度。
3.3 優(yōu)化吸收塔底部排污口設(shè)計(jì)
脫硫一期吸收塔底部排污口在建設(shè)初期充分考慮后期檢修及機(jī)組緊急停備消缺的排漿需求，設(shè)置大尺寸方形底部排污口，高800mm，寬600mm，排污口低于吸收塔底板50mm。
運(yùn)行期間采用20mm厚防腐堵板封堵。此形式排污口大幅提升吸收塔排漿速度，且塔內(nèi)余漿及沖洗水更容易自流排出，節(jié)省檢修時(shí)清理積泥工時(shí)和勞力，有效縮短檢修周期，達(dá)到了提升檢修工作效率的目的。
3.4 吸收塔出口垂直煙道增加永久支架
脫硫一期吸收塔出口煙道分為水平段和垂直段兩段，水平段與吸收塔出口采用1.4529不銹鋼金屬膨脹節(jié)焊接連接，豎直段與煙囪入口預(yù)埋件焊接固定，垂直段高度約為30m，水平段橫向跨度約為15m。
為了釋放煙道應(yīng)力，防止運(yùn)行期間水平方向和垂直方向振動(dòng)同時(shí)作用于煙道造成煙道損壞，在煙道豎直段與其上部的煙道90°彎頭之間設(shè)置一組蒙皮膨脹節(jié)，同時(shí)在豎直段煙道四周單獨(dú)預(yù)埋柱基礎(chǔ)，采用600#H型鋼及Φ159無(wú)縫鋼管制作煙道支架，用于托舉膨脹節(jié)上部水平段煙道。自投運(yùn)以來(lái)，吸收塔出口水平段煙道振動(dòng)介于0.050～0.065mm，有效保障了風(fēng)煙系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
3.5 除霧器沖洗水系統(tǒng)防凍措施優(yōu)化
除霧器均為高效除塵除霧，沖洗水系統(tǒng)可靠性直接影響粉塵達(dá)標(biāo)排放，而防寒防凍至關(guān)重要，4臺(tái)吸收塔除霧器沖洗水閥門(mén)集中布置在標(biāo)高31m處，基于除霧器沖洗水閥門(mén)及管道防寒防凍需求，該平臺(tái)布置除霧器小屋，小屋采用夾芯板全封閉布置；考慮到常規(guī)暖氣因高度影響壓力，循環(huán)不暢影響小屋溫度，將小屋內(nèi)吸收塔塔壁保溫外護(hù)及保溫棉全部拆除，利用塔內(nèi)煙氣熱量為除霧器小屋供熱。
此種方式與管道電伴熱共同作用，確保系統(tǒng)可靠。
4 除塵器系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝改善案例——電袋
除塵器增加大顆粒捕捉裝置為提高電袋除塵器除塵效率，除塵器入口煙箱上設(shè)計(jì)大顆粒預(yù)捕集裝置，含塵煙氣在進(jìn)入電袋除塵器前進(jìn)行預(yù)補(bǔ)集，將煙氣中大顆粒粉塵提前補(bǔ)集。
這樣可以降低進(jìn)入電場(chǎng)及袋區(qū)的粉塵濃度，減小大顆粒灰塵對(duì)極板、極線的磨損，同步配套頂部電磁振打系統(tǒng)，收集后的積灰通過(guò)振打系統(tǒng)設(shè)備自由落體掉落至入口煙道，并經(jīng)喇叭口流入灰斗，完成顆粒捕集除塵工作。
顆粒捕集裝置主要由模塊、加強(qiáng)筋、頂部振打裝置組成，前、后兩排模塊錯(cuò)列布置形成迷宮式煙氣通道。含塵煙氣在經(jīng)過(guò)氣流均布板的導(dǎo)向、均流作用后，均勻地流向顆粒捕集裝置，煙氣中的粗顆粒粉塵在慣性力的作用下與前模塊相碰撞而被附著在前模塊板壁表面或者失去速度在重力的作用下掉落，未被除去的粉塵顆粒則隨氣流繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)至后模塊的轉(zhuǎn)彎處時(shí)，氣流形成湍流，同時(shí)由于轉(zhuǎn)向離心力及其與后模塊壁板的摩擦、吸附作用，部分粉塵再次被分離下來(lái)。
經(jīng)過(guò)上述的兩分離，煙氣中的大量粉塵得到去除，減輕了電場(chǎng)、袋區(qū)的收塵壓力。粉塵顆粒捕集裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 粉塵顆粒捕集裝置結(jié)構(gòu)
5 結(jié)論
本文僅列舉出超低排放改造工程中一些較為典型的現(xiàn)場(chǎng)解決方案，這些優(yōu)化改進(jìn)措施針對(duì)性極強(qiáng)，對(duì)解決某一方面的問(wèn)題極具意義，實(shí)踐證明非常有效。這些做法對(duì)新建機(jī)組和即將進(jìn)行改造的機(jī)組具備非常大的推廣意義，廣大工程技術(shù)人員要在實(shí)踐中總結(jié)、提煉改進(jìn)方案并付諸實(shí)踐。
