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电站锅炉烟气排放控制除尘关键技术

时间: 2016-03-11

一、【技术名称】燃煤电厂湿式静电除尘技术

【技术内容】采用喷水或溢流水等方式使集尘极表面形成一层水膜,将沉集在极板上的粉尘冲走的电除尘器。主要用于解决湿法脱硫后烟气中酸雾、微细颗粒物、重金属汞等污染物的治理,实现烟气超低排放。PM2.5捕集效率一般大于60%,可达90%以上;颗粒物排放浓度可小于10mg/m3;酸雾去除率达80%以上;以300MW机组为例,一次性设备投资约2000万元。

该技术成熟、稳定,除尘效率高,相对占地面积小,适用于燃煤电站锅炉烟气脱硫后烟尘、石膏雾滴等的深度控制。

流程图

【适用范围】燃煤电站锅炉

【主要工艺原理】烟气经脱硫二级塔脱硫后,在通过湿式电除尘其入口区分两路进入除尘器本体,在本体内,水平流动的烟气与电场顶部的喷淋水(循环喷淋)接触发生化学反应吸收SO3及SO2,同时发生物理反应,粉尘和雾滴发生凝并、荷电、长大、趋附于极板随极板上的水膜流入灰水斗内。灰水斗内的灰水流入循环水箱,经加碱中和后由泵打入灰水分离器,干净水循环进入电场喷淋,少量污水排往前置的湿法脱硫工艺水箱,供湿法脱硫使用。除尘脱硫(SO3、SO2)后的烟气经主烟道由烟囱排入大气。

【关键技术或设计创新特色】

l采用科学合理的极配形式,电场强度分布均匀。

2独特阳板技术——具有专利保护的阳极板设计,保证水膜更加均匀。

3采用先进的喷淋系统和冲洗方式。

4独特系统防腐设计。

5先进的灰水分离技术――具有专利保护的全自动灰水分离器,保证循环水更干净。

6严密的系统水平衡设计。

7先进电气控制系统技术。

【优点】

1、不受比电阻影响

2、没有二次扬尘

3、极板上无粉尘堆积

4、无运动构件

5、脱除SO3酸雾,缓解烟道、烟囱腐蚀

6、有效捕集PM2.5

 二、【技术名称】移动极板静电除尘技术

【技术内容】由固定电极和移动电极组成,其工作原理与传统电除尘器一样,仍然是依靠静电力来收集粉尘。来自高压直流电源的高电压施加到电晕线上,电晕线产生电晕放电,流经电场的烟气中的粉尘荷电后,在电场力作用下,被收集到极板上。当极板旋转到电场下端的灰斗时,清灰刷在远离气流的位置把板面的粉尘刷除。转动极板一般设在电除尘器末级电场,极板平行烟气布置。

该技术除尘效率一般大于99.9%,可达99.92%以上,排放浓度一般小于30mg/Nm3以下,可达20 mg/Nm3,系统压力降≤250Pa,本体漏风率≤2%,单位投资大致55~75元/kW,运行成本一般低于0.15分/kWh。

 

      【适用范围】燃煤电站锅炉

【主要工艺原理】变常规卧式静电除尘器(下简称ESP)的固定电极为移动电极(以下简称MEEP);变ESP振打清灰为旋转刷清灰,从工艺上改变ESP的捕集和清灰方式,以适应超细颗粒粉尘和高比电阻颗粒粉尘的收集,达到提高除尘效率的目的。 以ESP和MEEP的结合,以较高的性能价格比实现高除尘效率,保障烟尘排放浓度在30mg/Nm以下,满足中国环保新标准的要求。

【关键技术或设计创新特色】

l 由于集尘板能长期保持洁净,随着时间的推移,电除尘器除尘效率下降缓慢;避免反电晕现象的发生,能有效地解决高比电阻、超细、高粘度粉尘的收尘问题。

2 能最大限度地抑制末级电场二次飞扬的产生,以较高的性价比,实现较高的除尘效率,并持续保障烟尘达标排放低于30mg/Nm3以下。

3 适应燃料品种的范围更宽,适用收集的粉尘范围广泛。

4 节省空间、节省能源,实现除尘器的小型化,特别适合于老机组电除尘器改造,通常情况下将末电场改成移动极板电场排放就能达标,不需另占场地。

5 移动电场采用方管作为加强框架,具有较好的刚性,极板两端由链条传动,通过限位保证在烟气流中平稳运行。

6 极板转动缓慢,电机使用变频调速,以适应机组工况变化,正常工况下传动机构功耗为额定功率输出的一半。一台电机通过链条传动可同时驱动(4~6)根驱动轴,减少驱动电机数量。

三、【技术名称】高效低低温电除尘技术

【技术内容】通过换热器进行热交换,使得进入电除尘器的运行温度由通常的低温状态(130℃~170℃)下降到低低温状态(90℃左右),实现提高除尘效率的目的。除尘效率可达99.8%以上;出口烟尘排放浓度≤30mg/m3;烟气余热回收系统的漏风率不大于0.5%,电除尘器的漏风率不大于3%。

烟温每降10℃可节省不低于0.4g/kWh的发电标煤耗。粉尘排放浓度可达到国家最新排放标准30mg/Nm3以下。该技术成熟、稳定,节能降耗的同时又能减排,非常适用于燃煤电站锅炉烟气治理。

【适用范围】燃煤电站锅炉

【主要工艺原理】在除尘器的进口喇叭处和前置的垂直烟道处分别设置烟气余热利用节能装置,两段换热装置串联连接,采用汽机凝结水与热烟气通过烟气余热利用节能装置进行热交换,使除尘器的运行温度由原来的150℃下降到95℃左右。垂直段换热装置将烟温从150℃降至115℃,水平段换热装置将烟温从115℃降至95℃。烟温降低使得烟尘比电阻降低至109~1010Ω˙cm的电除尘器最佳工作范围;同时,烟气的体积流量也得以降低,相应地降低电场烟气通道内的烟气流速。这些因素均可提高电除尘效率,使得电除尘出口粉尘排放浓度达到国家环保排放要求。此外,同步对电场气流分布进行CFD分析与改进,改善各室流量分配及气流均布。将换热与电除尘器进口喇叭紧密结合,利用换热器替代原电除尘器第一层气流分布板,重新布置气流分布,形成换热、除尘一体式布置的系统解决方案,实现综合阻力最低。

【关键技术或设计创新特色】

l 在有限的场地空间内合理布置足够的换热面积:垂直烟道换热器和水平烟道换热器;

2 采取“换热+气流均布”复合设计方案,实现综合流阻最低;

3 采取新型复合换热面,高效换热、使用寿命长;

4 采取合理的换热工艺布置,确保换热效果最佳;

5 配置余热利用电除尘自适应控制系统;

6 应用四防(防止低温腐蚀/防止磨损/防止积灰/防止泄漏)关键技术。

四、【技术名称】电除尘器节能提效供电关键技术

【技术内容】通过调整供电方式与电气参数,以克服反电晕危害,并达到有效提高除尘效率和节能效果的目的,如采用高频电源、三相电源、脉冲电源等供电方式。以高频电源为例,用高频电源代替原有工频电源对电除尘器进行供电,具备纯直流供电时输出纹波小,间歇供电时间歇比任意可调的特点,能给电除尘器提供从纯直流到脉动幅度很大的各种电压波形;针对各种特定的工况,可以提供最合适的电压波形,通常能有效降低排放30%以上,且比工频电源节能20%以上,与电除尘节能优化控制系统配合,可实现电除尘系统节能50%以上。

【适用范围】燃煤电站锅炉

【主要工艺原理】

改造工作保留原国产四电场电除尘本体,对16台高压电源改造为16台三相电源。电源根据电除尘指数设计选型,可实现电流电压的极限运行。

【关键技术或设计创新特色】

l 高功率三相电源电流电压极限运行

五、【技术名称】电袋复合除尘技术

【技术内容】在一个箱体内安装电场区和滤袋区(电场区和滤袋区可有多种配置形式),将静电和过滤两种除尘技术复合在一起的除尘器。粉尘排放≤20mg/m3,除尘效率≥99.9%,PM2.5捕集效率≥96%,除尘器阻力≤1200Pa,滤袋寿命≥30000小时,过滤风速≥1.2m/min。以600MW机组为例,一次性设备投资约3200万元。

该技术成熟、稳定,实现电除尘和袋式过滤除尘两种不同机理收尘方式的有机功能集成,具有除尘效率高,结构紧凑,占用场地少,除尘效率高且不受粉尘特性影响等特点,可实现电袋复合除尘器前级电除尘和后级袋式除尘共用同一壳体,非常适合现有电厂的提效改造。

【适用范围】燃煤电站锅炉、水泥窑、冶金除尘

【主要工艺原理】

采用“前级电除尘器+后级袋式除尘器”的配置型式,首先由前电场捕集80%左右的粗粉尘,其余粉尘则由堆积在滤袋上的荷电粉饼层捕获。电袋复合除尘器的气流分布设计是决定设备性能的关键技术,菲达独特的二次导流技术保证了各滤室气流分布的均匀性,也减少了粉尘的“二次吸附”,良好的气流分布不仅可以降低除尘器的运行阻力,还可以延长滤袋的寿命,保证除尘器的高效率,实现电除尘和袋除尘的有机集成;出色的均流清灰喷吹技术,具有“软着陆”功能的活塞式脉冲阀形成了可靠的清灰系统;国际上最先进的滤料动态过滤性能测试设备,严格的试验程序科为用户优选性能优异的滤料;还有采用专利技术的笼骨、零泄漏的旁通阀以及完善的控制系统。

【关键技术或设计创新特色】

l采用错层式气流分布技术,在袋除尘区,可使阻碍粉尘沉降的上升气流速度减小30%以上,提高清灰效率;并可大大改善电除尘区的气流分布均匀性,消除滤袋受高速气流冲刷发生的大量破袋现象,全面改进传统方式的缺陷,有效提高电除尘区的除尘效率和袋式除尘区的清灰效率。

2研制脉冲喷吹阀性能测试平台,开发出均流喷吹技术,最大限度保证清灰力的均匀性,提高了清灰效果,延长滤袋使用寿命。

3研制适合于电袋复合除尘器应用、针对超细颗粒捕集的多梯度高密面层的优化滤料,降低残余阻力,延长清灰周期。

六、【技术名称】高效袋式除尘关键技术及设备

【技术内容】一种干式滤尘技术,它适用于捕集细小、干燥、非纤维性粉尘。其工作原理是利用滤袋对含尘气体进行过滤,颗粒大、比重大的粉尘,由于重力的作用沉降下来,落入灰斗,含有较细小粉尘的气体在通过滤料时,粉尘被阻留,使气体得到净化。

该技术处理烟气量为10~300万m3/h,入口温度<260℃,排尘浓度≤30mg/m3,漏风率≤3%,设备阻力1200Pa~1500Pa,滤袋寿命>3年(年破袋率≤0.5%)。该设备具有烟气处理能力强、除尘效率高、排放浓度低等特点,且具有稳定可靠、能耗低等特点。

【适用范围】

燃煤电厂锅炉;市政供热锅炉;钢铁、建材、有色、化工、垃圾焚烧等行业锅炉/窑炉

【主要工艺原理】

改进后的袋式除尘器,设置气流分布板、导流板和导流通道,含尘气体水平进入袋式除尘器,经进口喇叭、气流分布板、导流板和导流通道进入中集箱,经滤袋过滤以后,再水平排出,从而表现出结构简单,流程短、流动顺畅、流动阻力低的特点,以达到降低能耗,提高除尘效率,防止冲刷损坏滤袋的目的。

【关键技术或设计创新特色】

l 对原电除尘器改造,拆除其内部构件;

2 改造后颗粒物平均排放浓度13.4mg/m3;PM2.5捕集效率达到95%以上;设备阻力700~1200pa;能耗比常规袋式除尘器降低约30%,比电除尘器降低10%;

3 项目安装工期2个月;

4 在上海外高桥电厂320MW燃煤机组建成示范工程;

5 通过欧盟CE认证,出口至土耳其、哈萨克斯坦、俄罗斯等国家。

七、【技术名称】大型燃煤锅炉PM2.5预荷电增效捕集装置

【技术内容】采用正、负高压电源对微细粉尘进行分列电荷处理,使相邻两列粉尘带上不同极性电荷,然后通过扰流装置扰流作用,使不同粒径粉尘产生速度和方向上的差异,增加正、负粒子碰撞机会,形成容易捕集的大颗粒后进入电除尘器顺利捕获。该技术设备压力损失≤250Pa,粉尘排放浓度≤20mg/m3,PM2.5分级效率≥97%。

【适用范围】燃煤电站锅炉

【主要工艺原理】

含尘气体进入除尘器前,先利用正、负高压对其进行分列荷电处理,使相邻两列的烟气粉尘带上正、负不同极性的电荷,然后,通过扰流装置的扰流作用,使带异性电荷的不同粒径粉尘产生速度或方向差异,增加粒子碰撞机会,从而有效聚合,形成大颗粒后被电除尘器有效收集。

【关键技术或设计创新特色】

l 双极异距荷电技术:采用正、负高压放电极与接地极交替排列,按正、负双极荷电的方式,适当增加正放电通道宽度,来获取较高的平均电场强度,提高PM2.5荷电效果。

2 卡门涡街流动聚合技术:在聚合区内设置扰流装置,流体为湍流状态,产生大规模的卡门涡街,使不同粒径的粉尘产生速度、方向差异,从而增加了正负粒子碰撞的机会,促使不同粒径粉尘有效聚合成更大的颗粒物,从而有利于后级除尘设备高效收集。

3 先进的极配设计技术:采用高锰耐磨钢材质的针剌线为放电线,采取针剌平行气流方向的布置方式,具有良好的电流密度和伏安特性,击穿电压高、放电电流大、放电点多的优点,且耐磨性强、结构稳定。

4 高频高压电源技术:采用高低压一体化协同控制,应用电源运行的能量优化算法,精度高,闪络判断准确,根据不同工况采用不同的火花处理方式,提供最合适的电压波形,提高电场的平均电压和电晕电流,

5 保证闪络后正、负电场正常升压,且使正、负电压基本保持相同水平,提高荷电能力,节约用电,降低能耗。

八、【技术名称】溴化钙添加与FGD协同脱汞技术

【技术内容】针对湿法脱硫装置(FGD)对氧化态汞的脱除效果虽然较好,但对单质汞的脱除不理想的特点,向入炉煤中添加溴化钙作为氧化剂使煤炭燃烧过程中释放出的元素态汞在燃烧炉中氧化为二价汞,二价汞在烟气进入FGD后大部分被脱除。该技术中FGD单独作用对氧化态汞的去除率在80%~95%之间,总汞脱除率在10%-80%之间,加入溴化钙之后,可以使烟气中二价汞占总汞的比例从35%显著提高到90%,并且能使烟气汞浓度下降30%~60%,运行成本约为7.88×10-4元/kWh。

【适用范围】燃煤电站锅炉

【主要工艺原理】

湿法脱硫装置(WFGD)可以达到一定的除汞目的,烟气通过WFGD后,总汞的脱除率在10%~80%范围内,Hg2+的去除率可以达到80%~95%,不溶性的气态单质Hg0去除率几乎为0,气态单质Hg0的去除始终是烟气中汞污染控制的难点。湿法脱硫装置对氧化态汞的处理效果虽然较好,但对单质汞的处理不理想,如果利用氧化剂使烟气中的Hg0转化为Hg2+,WFGD的除汞效率就会大大提高。

实际燃煤烟气中汞主要以Hg0存在,研究如何提高烟气中的Hg0转化为Hg2+的转化率,是目前利用WFGD脱汞的重点。利用强氧化性且具有相对较高蒸气压的添加剂加入到烟气中,使得几乎所有的单质汞都与之发生反应,形成易溶于水的二价汞化合物,提高了烟气中Hg2+比例,脱硫设施的除汞率明显地提高。本次实验喷入溴化钙会使大部分的元素态汞转化为氧化态汞,发生的化学反应如下:

2CaBr2+O2=2CaO+2Br2

Br2+Hg=HgBr2

溴在反应中起到了氧化剂的作用,产生了溶于水的溴化汞。

【关键技术或设计创新特色】

l在燃煤电厂开展燃煤中添加溴化钙协同脱汞实验,增加了烟气中元素汞氧化为二价汞的比例,进一步提高了FGD协同脱汞效率。能使二价汞在气态总汞中的份额从35%显著提高到90%以上,在三河电厂目前的脱硫塔运行条件下,添加溴化钙浓度在50~100ppm时可以取得较好的脱汞效率;

2建立了手动采样和在线连续监测相结合的汞排放监测方法,系统分析了煤、灰、渣、脱硫石膏、烟气以及脱硫废水等样品中汞的含量,揭示了锅炉负荷、烟气温度、脱硫浆液pH值、除雾器冲水及脱硫废液排放周期等机组和FGD运行参数与烟气汞排放特征、排放规律之间的关系;

3提出了将脱硫塔由目前人为因素影响较大的手动控制改为自动控制、将脱硫废水和脱硫石膏的定期外排改为连续排放、在高负荷下增加脱硫塔浆液池氧气补充量、在维持稳定的Ca/S比的情况下增加新鲜工艺水的补充、在低负荷工况下进行除雾器冲洗等机组和FGD运行参数调整以及脱硫运行工艺改进措施,有效提高了烟气汞的脱除率。

九、【技术名称】燃煤电站锅炉乙醇胺法CO2捕集技术

【技术内容】采用乙醇胺(MEA)作为吸收剂,在吸收塔内,经雾化的吸收剂浆液与从底部进入的被冷却至40℃~50℃左右的烟气充分接触混合,烟气中的CO2与MEA发生化学反应生成氨基甲酸盐,在再生塔内,氨基甲酸盐解析出高浓度CO2后循环使用,从而实现烟气CO2高效分离和捕集。

该技术净化气中CO2浓度一般小于0.1%,CO2回收率一般可达95%以上,该技术单位投资大致为800~5100元/tCO2,运行成本大致为310~570元/tCO2。

【适用范围】燃煤电站锅炉

【主要工艺原理】

工艺流程主要由三部分组成:以吸收塔为中心,辅以喷水冷却及增压设备;以再生塔和再沸器为中心,辅以酸气冷凝器以及分离器和回流系统;介于以上两者之间的部分,主要有富酸气吸收液、再生吸收液换热及过滤系统。

从炉后经除尘、脱硫后引来的烟气温度约为50℃,经设置在CO2捕集装置吸收塔前的旋流分离装置将烟气中的石膏液滴脱除并降尘,然后进入烟气冷却器中与循环冷却水换热,使其温度降到~40℃,达到MEA理想吸收温度,通过气水分离器除去游离水后经增压风机加压后直接进入捕集装置吸收塔进行CO2吸收。设置烟气预处理系统,脱除烟气脱硫后携带的粉尘、水等杂质对系统的长期稳定运行有利,同时使用抗氧化剂和缓蚀剂,吸收剂消耗低,设备腐蚀小。增压风机用来克服气体通过捕集装置吸收塔时所产生的阻力。

在捕集装置吸收塔中,烟气自下向上流动,与从上部入塔吸收液形成逆流接触,使CO2得到脱除,净化后烟气从塔顶排出。由于MEA具有较高的蒸汽压,为减少MEA蒸汽随烟气带出而造成吸收液损失,通常将吸收塔分成两段,下段进行酸气吸收,上段通过水洗,降低烟气中的MEA蒸汽含量。洗涤水循环利用,为防止洗涤水中MEA富集,需要将一部分洗涤水并入富液中送去再生塔再生,损失的洗涤水通过补给水系统来保持。

吸收了CO2的富液通过富液泵加压送至再生塔,为减少富液再生时蒸汽的消耗量,利用再生塔出来的吸收溶液的余热对富液进行加热。富液从再生塔的上部入塔,自上向下流动,与从塔的下部上升的热蒸汽接触,升温分离出CO2。富液达到再生塔下部时所吸收的CO2已解析出绝大部分,此时可称为半贫液。半贫液进入再沸器内进一步解析,残余的CO2分离出来,富液变成贫液。

出再沸器的贫液回流至再生塔底部缓冲后从底部流出,经贫富液换热回收装置,通过贫液泵加压进入贫液冷却器,在冷却器中冷却至适当温度进入吸收塔,从而完成溶液的循环。

从再生塔塔顶出来的CO2蒸汽混合物经再生冷却器冷却,使其中的水蒸汽大部分冷凝下来,此冷凝水进入分离器、地下槽、并送入再生塔。为维持吸收液的清洁,在贫液冷却器后设立旁路过滤器,脱除吸收液中的铁锈等固体杂质,分离的CO2气体进入后续的精制装置。

【关键技术或设计创新特色】

l 设置烟气预处理系统,脱除烟气脱硫后携带的粉尘、水等杂质,同时使用抗氧化剂和缓蚀剂,吸收剂消耗低,设备腐蚀小。

2 在吸收塔中布置孔板波纹规整填料,使氨溶液在填料中均匀分部,强化气液接触。

3 吸收塔顶部设置循环洗涤和除雾装置,减少MEA蒸汽随烟气带出而造成吸收液损失。

4 CO2捕集工艺采用贫富液换热器、CO2冷却器等多级换热,热量综合利用,系统能耗低。

5 在再生塔下半部增设升气帽,既可降低再生温度,又缩短了溶液在再沸器内的停留时间,降低氨溶液降解的可能性。

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