火电行业怎样治理PM2.5?_9

2019-07-09 11:41

  去年以来,PM2.5成为公众热议的环保大事。随着新修订的《环境空气质量标准》正式发布,PM2.5首次被纳入常规空气质量评价。治理PM2.5污染从何入手?作为污染物排放大户的火电行业备受关注。

  今年1月1日起,修订后的《火电厂大气污染物排放标准》开始实施,二氧化硫、氮氧化物等各项污染物的排放限值被加严,其中,新建燃煤发电机组锅炉烟尘排放浓度要小于30mg/m3,重点地区要小于20mg/m3,相关设施的改造势在必行。

  燃煤电厂烟气中不仅包括直接排放的一次颗粒物,二氧化硫、氮氧化物等污染物也是生成二次颗粒物的重要前体物。如何提高烟气中细颗粒物的捕集效率?在多种污染物排放限值都被加严的背景下,能否实现多污染物的协同控制?能否在减排污染物的同时,有效降低成本,实现经济与环保的双赢?

  作为我国大气污染治理行业的龙头企业,福建龙净环保股份有限公司在20多年的低排放烟气除尘设备开发中,开展了大量的燃煤高效除尘技术试验研究和工程应用实践,并前瞻性地加强了细微颗粒粉尘和多污染物协同控制领域的相关研发,开发出了湿式电除尘技术、电袋复合除尘技术、机电多复式双区技术、余热利用高效节能电除尘技术、循环流化床干法烟气多污染物协同控制技术等一系列控制PM2.5颗粒物的新技术。实践表明,这些技术在节能减排方面效果明显。

  接近零排放的湿式电除尘技术

  湿式电除尘器作为控制燃煤烟气PM2.5非常有效的设备,在发达国家的电力等工程领域得到了广泛应用,仅日本三菱重工就已有32台套应用于电厂。美国BruceMansfield电厂、MirantDickerson电厂等多家电厂测试报告表明,湿式电除尘器对PM2.5的去除效率均高于95%,粉尘排放浓度低于5mg/Nm3。

  基于湿式电除尘在脱除PM2.5方面具有的独特优势,龙净开展了大量燃煤锅炉湿式电除尘器的技术研发工作,并自主设计制造了国内领先的湿式电除尘器综合实验台、多功能热态除尘试验台、大型气流物模试验平台、理化分析试验台、CFD数值模拟仿真研究室等试验研究平台。

脱硫控制

  经过多年的研究和攻关,在吸收国外先进技术的基础上,龙净成功研发出LKWESP型湿式电除尘器。

  LKWESP型湿式电除尘器一般用于湿法脱硫之后,可控制SO3酸雾、控制PM2.5、脱除汞等重金属,具有无二次扬尘、除尘效率高、压力损失小、无运动部件、防腐性能高、维护费用低、工作于烟气露点温度以下、结构紧凑、占地面积小等优点。

  一方面,LKWESP型湿式电除尘器可将烟尘排放浓度控制在10mg/m3以下,由于取消了振打,避免了粉尘的二次飞扬,在很多应用场合可将粉尘排放控制在5mg/m3以内,基本接近零排放。

  另一方面,LKWESP型湿式电除尘器还可以对SO3酸雾、汞等重金属进行有效控制。在电除尘器内部通过喷雾增湿,荷电后的SO3酸雾在静电凝聚作用下粒径增大,被捕集于极板并与水膜形成稀酸,去除效率可达95%以上。同时,基于电除尘器内部过饱和环境和静电脱除效应,对烟气中颗粒汞、氧化汞的脱除效率高达60%以上。

  据介绍,LKWESP型湿式电除尘器有三大工艺特点。首先,采用高强度、高抗腐蚀性合金材料制成的合金极板,板面平整光滑,能有效保证湿式电除尘器极板表面水膜平整光滑,避免了死区和粉尘堆积。

  其次,超细雾化喷嘴在较低压力下能优质雾化,迅速传递液滴与热量,不但能有效对湿式电除尘器的细微颗粒物进行浸润,对微细颗粒起到凝结作用,而且能保证极板表面水膜分布均匀。

  第三,龙净与澳大利亚科学技术与工程学院合作建设了CFD数值模拟仿真研究室,根据现场工程的布置需要,采用CFD计算软件对其进行流场优化模拟,保证湿式电除尘器内部流场均匀,无旁路与泄漏。

  此外,LKWESP型湿式电除尘器可与湿法烟气脱硫设备组合,解决脱硫后的烟气排放问题,并可应用于氨法脱硫后脱除酸雾气溶胶、麻石水膜除尘器提效改造、钢铁行业微细颗粒物捕集,还可应用在陶瓷、玻璃、冶金等窑炉的消烟除尘上。

  目前,LKWESP型湿式电除尘器中试工程已经在福建上杭瑞翔纸业20t/h循环流化床锅炉中应用。针对业主所选煤种和锅炉炉型,龙净在设计过程中解决了极板极线形式和连接方式定型、雾化和喷淋喷嘴定型、设备防腐材料和施工单位选择、设备供水和水处理方式定型、设备流场和阻力优化等诸多技术问题。

  2012年2月12日,这一项目一次性成功投运,运行期间,进口含尘浓度513mg/Nm3,出口排放达到9.3mg/Nm3,除尘效率高达98.14%(一个电场)。

  中美技术合作,电袋复合除尘技术再登新台阶

  煤质多变是我国燃煤电厂普遍面临的一个棘手问题,这也成为很多人担心普通电除尘技术减排效果的关键问题之一。

  FE型电袋复合除尘器可有效解决这一问题。这一技术能适应各煤种的高比电阻烟尘条件,出口排放浓度能够长期高效稳定地满足30mg/Nm3以下排放要求,可广泛应用于电力、水泥、冶金等各种工业窑炉烟尘治理。据悉,这是龙净自主开发和技术创新的新型高效节能环保除尘产品,具有完全自主知识产权。

  这一技术通过前级电场的预除尘作用收集大部分粗颗粒粉尘,并使未收集的细微颗粒粉尘荷电凝并为较粗的颗粒粉尘,再被后级的袋区收集。它对细微颗粒的捕集效率可达99%以上,同时对重金属砷、镉、汞等也有很好的去除效果,可实现多污染物协同控制,对控制PM2.5的排放作用明显,可为《环境空气质量标准》的实施提供技术保障。

  一直以来,龙净环保对电袋技术的研究及创新就没有停止过。近年来,龙净重点开发研究了长滤袋技术、新结构滤料、大气量脉冲阀、高频电源应用、烟气气路和气流均布等新技术。同时,公司对电袋除尘器在大型化应用中有害气体对滤袋影响、提高电袋对PM2.5颗粒的捕集能力、电区和袋区合理分级效率等课题进行了研究,先后获得了近20项专利。

  2012年3月15日,由龙净环保设计制造的河南新密电厂1000MW机组电袋除尘设备顺利通过168小时试运行。运行期间,除尘器各室出口排放小于30mg/Nm3,进出口压差小于800Pa,喷吹清灰周期达4.6小时,其他各项指标均达到优良水平,获得了业主的一致好评。这一项目是目前世界上最大的电袋复合除尘器,也是国内第一个1000MW机组配套电袋除尘项目,代表了除尘领域电袋除尘技术的世界最高水平,其成功投运标志着龙净电袋技术再上新台阶。

  为进一步巩固龙净环保在电袋除尘技术领域的优势和地位,经过多次技术交流与洽谈,2010年11月,龙净与美国能源与环境研究中心(EERC)正式签订嵌入式电袋(AHPC)专利许可协议。

  嵌入式电袋(AHPC)技术就是在除尘器内同时安装电场通道和滤袋排,而且电场通道与滤袋排有序交错排列。

  进入除尘器的气流和粉尘首先被导向电场通道,粉尘在这些通道中出去,而携带少量粉尘的气体将通过多孔极板上的小孔流向滤袋,经滤袋过滤,将剩余的粉尘除去。在滤袋脉冲清灰时,脱离滤袋的尘块经多孔极板回流,在电除尘区域被捕集,减少了粉尘重返滤袋的机会。同样,收尘极板振打清灰时,未落入灰斗的粉尘也会被滤袋捕集。多孔极板除了捕集荷电的尘粒外,还能保护滤袋免受放电的破坏。

  据介绍,这一技术在实验室里测试对0.01~50m粒径范围内颗粒物的捕集效率高达99.99%,滤袋的气布比可达一般脉冲袋式除尘器的3倍,大大减少了滤袋数量,而且电除尘部分的部件也比普通电除尘器少。因此,AHPC不仅可以有效减少投资,因为滤袋的清灰频率比普通袋式除尘器更低,还可以延长滤袋寿命,运行维护费用也随之降低。通过吸收消化AHPC技术,将AHPC技术和自身的电袋技术进行优势互补,龙净环保的电袋技术可谓如虎添翼。

  电袋复合除尘器有机结合了电除尘的荷电除尘及袋除尘的过滤拦截机理,粉尘在电场区荷电且大部分被捕集,而未被捕集的细颗粒粉尘经过荷电后,更易被袋区捕集。为了研究荷电对粉尘捕集的影响,龙净环保与清华大学进行合作。

  研究发现,荷电粉尘具有一定的聚并效果,有利于细微颗粒的捕集。电袋复合除尘器袋区的荷电粉尘除尘机理主要表现为两个方面:一是荷电粉尘由于同极电荷相互排斥,排列规则有序,提高了粉尘层孔隙率,有助于提高清灰效率,降低阻力;二是荷电粉尘由于异极电荷相吸发生颗粒凝并,提高了细微颗粒的捕集率并降低阻力。

  同时,清华大学的宋蔷博士研究发现,经布袋除尘器排放的粉尘中PM2.5颗粒约占13%,而经电袋复合除尘器排放的粉尘中PM2.5颗粒仅占4%。

  2012年3月中旬,龙净对某电厂电袋复合除尘器PM2.5排放进行监测。结果表明,这一除尘器对PM2.5脱除效率达99%以上,这说明电袋复合除尘器对PM2.5具有高效的脱除性能。随着滤袋选型技术的不断突破,采用电袋复合除尘器将可成为未来燃煤锅炉控制PM2.5细微颗粒粉尘的主要措施。

  抑制细颗粒物逃逸的双区电除尘技术

  常规电除尘器是一种单区电除尘器,荷电和收尘在同一区域完成,很难兼顾荷电和收尘都达到最佳状态,因此对微细粉尘的捕集效率较低。对此,早在20世纪末,龙净就围绕如何提高微细粉尘捕集效率,开展了大量双区电除尘技术理论的研究和实践,开发了新型的机电多复式双区电除尘技术,并于2005年获得了国家专利。

  双区电除尘技术对微细粉尘具有良好的捕集效果,常用于烟雾捕集,但极少用于燃煤烟气除尘。针对常规单区电除尘器难以捕集0.5m~2m细微粉尘的实际情况,龙净早在2001年初就开始研究解决细微粉尘的荷电与收尘问题。机电多复式双区电除尘器不仅能有效抑制电除尘器末电场细微粉尘逃逸,高效捕集荷正、负离子的细微粉尘,还可以大幅减少二次扬尘。

  为什么新型双区电除尘技术对微细粉尘具有很高的捕集率?因为这种新型双区电除尘,在电场结构设计方面,不仅将粉尘荷电区与收尘区分开,而且采用连续多个小双区进行复式配置。同时,在配电上,采用独立电源分别对荷电区与收尘区供电,使荷电与收尘各区段的电气运行条件最佳化。

  由于收尘区采用了高场强的圆管板式极配,实现了高电压低电流的运行特性,有效提高了对电除尘器后级电场细微粉尘的捕集,并可有效抑制高比电阻粉尘条件下的反电晕发生和低比电阻粉尘条件下的粉尘二次反弹,管式电极还可以收集荷正电粉尘,从而有效提高除尘效率。

  2004年,龙净设计投运了国内第一台双区电除尘器。截至目前,双区电除尘器已累计成功投运近百台,最大配套火电装机容量为100万千瓦机组。

  应用实践表明,双区电除尘器收尘区内不会发生反电晕,能够较好地抑制电除尘器末电场细微粉尘逃逸,捕集荷正、负离子的细微粉尘,并可以有效捕集PM2.5等细微粉尘。

  实现环保与节能双赢的烟气余热利用技术

  受煤质波动及其他因素影响,当前国内燃煤电站锅炉排烟温度普遍偏高,通常高于设计值20~50℃。一方面,由于排烟温度高,将造成粉尘比电阻值增大,烟气量变大,影响电除尘效率进一步发挥,往往造成烟尘排放浓度较高;另一方面是热损失严重,造成较大资源浪费,不符合进一步加大节能减排的国家政策。

  有没有一种方式或装置能把烟气温度降下来,进而降低粉尘比电阻,减小烟气量,提高除尘效率、实现低排放的同时还能把这部分热量利用起来呢?答案是肯定的。

  2008年,龙净环保就已着手研究如何通过余热利用实现环保、节能的双赢,还成立了烟气余热利用高效节能电除尘器技术开发专题组,专门研发既减排又节能的电除尘技术。

  2010年,龙净环保在广东粤嘉电力6#机组上成功实施了余热利用高效节能电除尘器提效改造,实现烟气降温30℃,电除尘器出口烟尘排放由改造前的100mg/Nm3下降到20~30mg/Nm3,相当于每发一度电平均节省电煤消耗约2.6g、引风机每小时节省电耗约25度电。

  继首台样机开发成功后,龙净环保又先后在粤嘉电力5#机组、龙岩坑口电厂3#炉上取得烟气余热利用技术的工程应用,均获得非常显著的经济、环境效益。

  协同脱除PM2.5的循环流化床干法脱硫技术

  燃煤电厂是细颗粒物的主要排放源之一,由燃煤电厂排放的PM2.5分为可过滤颗粒(即一次PM2.5)和可凝结颗粒(即二次PM2.5)。可过滤颗粒是燃煤电厂直接排放的机械性颗粒,粒径一般为1~2.5微米;可凝结颗粒是由燃煤电厂排放的污染物(如SO3)在环境中经过复杂反应生成的二次PM2.5。因此,对PM2.5排放进行控制时,不仅要考虑一次PM2.5的控制,还要考虑二次PM2.5的控制。

  循环流化床干法烟气多污染物协同控制技术除了具有CFB干法脱硫工艺的优点外,还具有一个最大的特点在不增加额外设备(即采用单一反应器)的情况下,可协同脱除烟气中的一次PM2.5及SO3、Hg等一系列污染物,并可有效避免二次PM2.5的生成。

  龙净自2001年引进德国鲁奇公司循环流化床干法烟气脱硫技术以来,相继建立了多组分烟气协同净化实验装置等实验研究平台,开展了大量的引进消化、实验研究和二次创新开发工作,先后实现了新型循环流化床干法烟气多污染物协同控制技术在300MW、660MW大型火电机组应用的重大突破,接连创造世界纪录。

  龙净的循环流化床干法烟气多污染物协同控制技术可广泛应用于我国缺水地区和低硫煤地区的燃煤锅炉上,具有节水、节能、烟气无需防腐、脱硫除尘一体化等优点。同时,这一技术还可应用于烧结机、焦化炉、垃圾焚烧炉、玻璃窑等其他工业窑炉的烟气多组分污染物治理,呈现出很好的普适性,市场前景广阔,社会经济效应显著。

  在这一协同控制技术中,原烟气通过吸收塔底部文丘里管的加速,进入循环流化床体,物料在循环流化床里,气固两相由于气流的作用,产生激烈的湍动与混合,充分接触,在上升的过程中,不断形成絮状物向下返回,形成类似循环流化床锅炉所特有的内循环颗粒流。这一内循环颗粒流有着巨大的比表面积,为细颗粒凝并成粗颗粒提供了很好的载体。

  此外,用于调节反应温度及凝并颗粒物的水,由高压雾化喷水装置单独喷入文丘里加速区的扩管段,可保证水快速蒸发,在此区域完成较粗颗粒物与PM2.5的凝并,同时完成脱硫反应,脱硫效率可高达95%以上。

  脱硫后的烟尘经吸收塔的出口烟道进入布袋除尘器,凝并后的颗粒物被布袋除尘器捕集。因为滤料经过特殊处理后形成的过滤孔径很小,凝并后的细颗粒物基本无法穿透。

脱硫系统

  某电厂实施循环流化床干法脱硫后,布袋除尘器采用普通PPS滤料。经过测试,布袋除尘器下游约有97%以上的PM10被脱除,96%以上的PM2.5被脱除。

  因烟囱排出的SO3主要以硫酸气溶胶状态存在,这些硫酸气溶胶最终会和环境空气中的正离子生成二次PM2.5,循环流化床干法烟气多污染物协同控制技术因其独特的Ca(OH)2吸附机理和物理化学反应条件,在高效脱除SO2的同时可以脱除99%的SO3,从而有效避免了二次PM2.5的生成。

  综上所述,循环流化床干法烟气多污染物协同控制技术既能在高效脱硫的同时,协同脱除一次PM2.5及SO3、Hg等一系列污染物,还可有效避免二次PM2.5的生成。这一新型技术的开发应用,无疑为PM2.5排放控制提供了一种新选择。

  随着政府和公众对PM2.5等细颗粒物的关注,PM2.5的监测和控制迫在眉睫,研发相关控制技术装备也势在必行。

  龙净环保的湿式电除尘技术、电袋复合除尘技术、机电多复式双区技术、余热利用提效节能技术、循环流化床干法烟气多污染物协同控制技术等不但可以单机利用,还能结合现场情况进行有机组合,有效控制和减少PM2.5的排放。

  龙净环保相关负责人表示,湿式电除尘以其接近零排放的终端把关技术,将在我国燃煤锅炉PM2.5脱除中发挥重要作用,也会成为实现我国燃煤锅炉PM2.5控制的有效手段。

  来源:中国环境报

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