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华润电力(渤海新区)有限公司湿式电除尘烟气处理技术及冲洗水循环利用方式介绍

清洁高效燃煤发电技术中心 2019-11-18 08:07:55

【摘 要】:本文主要阐述了华润电力(渤海新区)有限公司(以下简称渤海热电)2×350MW超临界燃煤发电机组湿式电除尘烟气处理技术和冲洗水循环利用方式,湿除处理后的烟气排放参数完全能达到国家“超洁净排放”标准,湿除冲洗水至吸收塔回用效果良好,既免除了配套的湿式电除尘烟气处理后排放废水的处理费用,还增加了石灰石浆液的利用效率,延缓了吸收塔的结垢速率和浆液恶化速率,为其他燃煤电厂的环保运行提供了经验。


【关键词】:湿式电除尘;循环利用


0 引言

2014年6月13日,中央财经领导小组第六次会议提出,我国东部地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度要基本达到燃气轮机组排放限值,即氮氧化物50mg/m3以下、二氧化硫35mg/m3以下、烟尘5mg/m3以下,实现“超洁净排放”。

华润电力(渤海新区)有限公司2×350MW超临界热电联产机组工程位于河北省沧州市渤海新区临港化工园区(国家级)东区,距海边直线距离7.5公里。公司于2015年1月投产发电,公司从设计之初就践行节能环保的生产理念,其中在配套的烟气处理系统优化设计方面,实现了烟气“超洁净排放”,为其他燃煤电厂的建设、改造、运行提供了经验。

本文主要介绍渤海热电配套的湿式电除尘烟气处理技术及其冲洗水循环利用方式。


1 渤海热电烟气处理方法

随着火电厂烟气排放标准越来越严格,电厂脱硝、脱硫和除尘技术也在不断更新,取得了非常显著的成效。

渤海热电的烟气处理方法:选择性催化还原法SCR(设省煤器烟气旁路)+低氮燃烧+干式电除尘(高频电源+末电场旋转电极)+石灰石-石膏湿法脱硫+湿式电除尘烟气处理技术。

高温烟气从锅炉内排出经脱硝、空气预热器、干式电除尘器、引风机、脱硫系统、湿式电除尘,达到“超洁净排放”标准后,由烟囱排至大气。具体流程如下图:


经过近十个月的运行实践检验,渤海热电的烟气排放参数完全能保证达到“超洁净排放”标准,烟气处理方法非常可靠。


2 渤海热电湿式电除尘烟气处理技术

2.1 湿式电除尘的工作原理

湿式电除尘器与干式电除尘器工作原理相同,都是向电场空间输送直流负高压,通过空间气体电离,烟气中粉尘颗粒和雾滴颗粒荷电后在电场力的作用下,移动到收尘极板(集尘板),从而被收集在收尘极表面。在对集尘板上捕集到的粉尘清除方式上,湿式电除尘与干式电除尘有较大区别,干式电除尘器利用振打清灰方式将收集到的粉尘震落到灰斗中,而湿式电除尘器则是通过收集烟气中的雾滴颗粒,在收尘极表面形成溢流而将粉尘冲洗到灰斗中。

湿式电除尘的工艺流程如下图:


2.2 湿式电除尘的特点

2.2.1 湿式电除尘器与干式电除尘器最大的不同,在于烟气工质的差异,干式电除尘器烟气为干烟气,烟气温度较高,烟气中基本不含雾滴。而湿式电除尘器为湿饱和烟气,烟气温度较低,烟气中含有大量的雾滴。

2.2.2 经湿法脱硫洗涤净化后的烟气,温度约45℃-55℃,温度已降至露点以下,所含水蒸气已近饱和,极易结露,对后续烟道腐蚀性较大。湿式电除尘器通常设置在湿法脱硫装置后,脱硫后饱和烟气中携带大量水滴、SO2和SO3,在通过高压电场时被捕获,彻底解决湿法脱硫带来的石膏雨、蓝烟问题,并且可以大大缓解下游烟道和烟囱的腐蚀,节约防腐成本。

2.2.3 湿式电除尘采用水雾冲洗,没有振打装置,完全杜绝了二次扬尘。根据国外相关文献,湿式电除尘对酸雾、有毒重金属以及PM10,尤其是PM2.5的微细粉尘都有良好的脱除效果。

2.2.4 湿式电除尘由于其终端把关的技术特点,布置在脱硫前的干式电除尘可以在满足脱硫工艺要求的前提下,降低干式电除尘的投资和运行费用。

2.3 渤海热电机组湿式电除尘设备简介

每台机组脱硫后配置一台卧式湿式电除尘器,高压供电部分选用高压硅整流变。湿式电除尘器为双室一电场除尘器,每台炉配置一台,设计除尘效率为效率≥ 70% 或出口排放浓度≤ 5mg/ Nm³。湿式电除尘器电场阳极板采用平板型极板,阴极线采用针刺线,清灰方式为冲洗水。

湿式电除尘下设三个箱罐:碱液箱、循环水箱和排水箱,供水箱直接由脱硫工艺水箱代替。运行方式是通过循环水箱的循环水泵连续冲洗湿式除尘器的前2/3,由补水泵(原水)间歇冲洗湿式除尘器的后1/3,冲洗湿式除尘器的水从底部流到废水箱内,再由废水箱流至循环水箱重复冲洗使用。

2.4 渤海热电机组湿式电除尘运行方式介绍

由于通过湿式电除尘的烟气呈酸性,由碱液泵间歇向循环水箱供碱以维持循环水PH,防止冲洗水PH过低导致湿式电除尘内部腐蚀。

湿除循环冲洗水PH原设计可以由循环水箱控制或排水箱控制,循环水箱PH控制在8-10之间,排水箱PH控制在6-8之间,经过十个月左右的摸索实践,目前多采用排水箱PH维持在7左右来控制供碱,这样既可以防止湿式电除尘内部和烟囱内筒腐蚀,又可以保证烟囱排烟带水PH维持在7左右,避免烟囱排烟带水导致的酸污染或碱污染。

碱液泵供碱方式原设计为和循环水箱PH或排水箱PH连锁,因PH计反应较慢,经常发生供碱不均匀现象,经过十个月左右的运行摸索实践,目前增加了按时间周期供碱连锁,且规定每两个小时就地PH值实测和DCS显示值比对,确保排水箱PH一直维持在7左右,确保排烟带水为中性,更加实用。

为保证冲洗水的清洁,渤海热电湿式电除尘系统每小时排放10吨左右的冲洗废水至脱硫吸收塔。


3 渤海热电湿式电除尘冲洗水循环利用方式分析

3.1 湿式电除尘冲洗水外排的必要性

湿式电除尘器运行时其中一个关键问题就是外排水的二次污染和水耗问题,直接排放会造成二次污染,且耗水量大,运行成本高。

湿式电除尘采用冲洗水冲洗极板上吸收的烟尘,经过湿式电除尘喷淋冲洗之后的水,含有大量酸性物质和细微颗粒物,如果不加以外排换水,浊度会一直增加,导致烟气带水含尘量增大,烟气排放参数不合格。

为了保证湿式电除尘循环冲洗水水质能够一直保持合格,排水箱每小时必须外排一定量的废水。

3.2 石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术和氢氧化钠(NaOH)法烟气脱硫技术介绍

3.2.1 石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术的工作原理

在石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺中,脱除二氧化硫(SO2)的基本工艺过程为烟气进入吸收塔后,与石灰石浆液接触,进行物理、化学反应,最后产生固化二氧化硫的石膏副产品。

基本化学反应方程式为:

1.SO2+H2O→H2SO3 吸收

2.CaCO3+H2SO3→CaSO3+CO2+H2O 中和

3.CaSO3+1/2O2→CaSO4 氧化

4.CaSO3+1/2H2O→CaSO3•1/2H2O 结晶

5.CaSO4+2H2O→CaSO4•2H2O 结晶

6.CaSO3+H2SO3→Ca(HSO3)2 pH控制

同时烟气中的HCL、HF与CaCO3反应,生成CaCl2或CaF2。

3.2.2 氢氧化钠(NaOH)法烟气脱硫技术的工作原理

NaOH烟气脱硫工艺是为了克服石灰石/石灰法容易结垢的缺点而发展起来的。

基本化学反应方程式为:

1. 2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O

2.Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3

先用NaOH的水溶液吸收SO2,吸收后的产物回收或者再生循环利用。主要利用石灰(Ca(OH)2)或石灰石(CaCO3)进行再生。

利用石灰石的基本化学反应方程式为:

1. Na2SO3+1/2O2→Na2SO4

2. NaHSO3+1/2O2→NaHSO4

3. Na2SO4+CaCO3+H2O→2NaOH+CaSO4+CO2

4. NaHSO4+CaCO3→NaOH+CaSO4+CO2

5.CaSO4+2H2O→CaSO4•2H2O 结晶

同时也会发生副反应生成CaSO3•1/2H2O。

3.3 湿式电除尘冲洗水外排至脱硫吸收塔的可行性分析

3.3.1 氢氧化钠(NaOH)法烟气脱硫技术因受限于脱硫剂运行费用太高而且脱硫产物不易处理,致使市场占有率不高,但由于钠碱吸收液和二氧化硫反应的速率比钙碱快很多,能在较小的液气比条件下,达到较高的二氧化硫脱除率,而且氢氧化钠(NaOH)法烟气脱硫产物不会结垢。

3.3.2 湿式电除尘系统需要用到原材料只有水和NaOH,其余全为烟气中本身携带的成分,和脱硫塔脱除烟气的成分基本是完全一致的,只相当于增加了一层过滤吸收系统,从而可以脱除更多烟气中的有害成分(如SO2、粉尘等)。

3.3.3 湿式电除尘系统外排的废水可以达到部分氢氧化钠法烟气脱硫的效果,原有的吸收塔浆液中会有极小的一部分起到再生作用。和催化剂或增效剂原理相似,可以达到同样的效果,最后的主要产物也为CaSO3•1/2H2O和CaSO4•2H2O。(可以参考氢氧化钠(NaOH)法烟气脱硫的反应方程式)

3.3.4 重金属是吸收塔浆液起泡的主要原因之一,而绝大多数重金属都和氢氧根(OH-)都会反应生成不容于水的固体,再生出来的氢氧根会和吸收塔内的重金属反应,达到净化吸收塔浆液的作用。最终重金属和氢氧根反应生成的沉淀物和部分再生的氢氧化钠都伴随脱水系统产生的石膏带走。

3.3.5 我司已运行十个月有余,单台炉湿除用碱量约为1天/吨,湿除排水箱每小时外排约10吨水至脱硫吸收塔。运行期间,因机组多次启停和脱硫废水处理系统投运率不高,吸收塔浆液品质一直较差,但脱硫效率一直维持非常高的水平,在同样的燃煤硫分条件下,比原设计可以减少将近一台浆液循环泵的运行量。

3.3.6 因烟气排放指标越来越严格,部分电厂采用添加脱硫增效剂来提高脱硫效率(一般单台炉添加量100公斤/天,约2500元),对比吸收塔添加脱硫增效剂,单台炉用碱量1天/吨(约650元),既保证了湿式电除尘系统的正常运行,又节约了脱硫系统的运行费用。

3.3.7 通过运行期间的石灰石耗材分析,石灰石浆液的利用率非常高,超过了原设计Ca/S比1.03的水平,一定程度上证实了湿除废水回用的增效作用。

3.3.8 机组临时停运时进入吸收塔内部检查,未发现结垢现象,一定程度上证实了湿除废水回用的缓解吸收塔结垢作用。


4 结论

4.1 湿式电除尘烟气处理技术工艺通过华润电力(渤海新区)有限公司运行情况证明, 其系统运行可靠性高, 机组净烟气粉尘含量长期恒定稳定在3mg/m3以下,完全达到了国家“超洁净排放”环保标准, 在技术上是完全可靠的。

4.2 湿式电除尘烟气处理冲洗水循环利用方式不但在技术上科学合理,而且在经济上可以节能降耗,经济效益和社会效益都非常显著。


5 结束语

华润电力(渤海新区)有限公司湿式电除尘烟气处理技术,运行可靠性非常高,湿除处理后的烟气排放参数完全能达到国家“超洁净排放”标准,湿除冲洗水外排至吸收塔回用效果良好,既免除了配套的湿式电除尘烟气处理后排放废水的处理费用,还增加了石灰石浆液的利用效率,延缓了吸收塔的结垢速率和浆液恶化速率,为其他燃煤电厂的环保运行提供了经验。


文章来源:《2015火力发电节能改造现状与发展趋势技术交流会论文集》


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