烟气调质系统在火电厂电除尘器方面.doc

全国火电大机组（600MW级）竞赛第9届年会论文集 环保

烟气调质系统
在火电厂电除尘器方面的应用

摘要：介绍了SO3烟气调质系统的必要性、原理、工艺流程及主要设备，并就用户对该调质系统的顾虑加以解释。内蒙大唐托电1、2号炉的成功应用表明，在锅炉燃用低硫煤时，该系统可以解决电除尘器效率下降问题，可显著提高电除尘器的集尘效率，并且无不良副作用。
关键词：烟气调质　火电厂　应用

1　概述
环保问题是全球越来越关注的问题，世界各国都在加大对环境问题的整治力度，对工业污染的各项法规越来越严格。能否适应环保要求将是一个企业能否立足的必要条件。在大气治理方面，电除尘器是工业生产中广泛使用的除尘设备，近年来，火力发电厂的锅炉普遍采用电除尘器。
电除尘器的设计效率一般都很高，几乎都在99%以上，但在实际投入运行后，由于各种因素的影响，电除尘器的实际除尘效率都很难达到设计值，实际效率一般在93—98 %之间，老电厂的电除尘器效率还要更低一些。
影响电除尘器效率的因素很多，除电除尘器设备自身因素之外，粉尘特性和烟气性质对电除尘器性能有显著影响。其中粉尘特性中的粉尘比电阻是一个主要因素。对电除尘器来说，比电阻在一定温度下最佳范围是109～1011Ω·cm之间，高于或低于这个范围都会使电除尘器的效率下降。图1表明飞灰的比电阻对除尘效率的影响，当比电阻由1010Ω·cm增加到5×1011Ω·cm时，总除尘效率由98.1%下降到81%。电除尘器的最初设计是以高硫煤为设计对象，目前世界各国普遍燃用低硫煤以限制硫氧化物的排放。而对于低硫煤而言，由于低硫煤燃烧产生的粉尘中Al2O3和SiO2的含量高，有的甚至超过80%，这导致比电阻过高，这使得现有电除尘器难以捕集，粉尘排放严重超标。
提高电除尘器效率的方法主要有：
1）增大电除尘器本体尺寸，以增大集尘面积。这种方法投资高，施工难度大，且效果不十分明显。
2）安装布袋除尘。以布袋除尘器代替电除尘器或在原有的电除尘器下游加装布袋除尘器。这种方法效果虽然明显，但投资高，施工难度大，运行维护费用高。
3）烟气调质。特点是投资小，效果好，运行维护费用相对较低（特别是在已投运电除尘的机组）。该方法可以克服和解决高比电阻粉尘对电除尘器功效的影响，以降低粉尘排放，一直是国际上发展电除尘技术的主要课题。

2　烟气调质的工艺原理
烟气调质就是在烟气进入电除尘器之前对烟气进行调质处理以降低粉尘比电阻，提高粉尘颗粒的荷电性能，使之易于被电除尘器捕集，以提高电除尘器效率，降低粉尘排放。常用的调质剂如：SO3或NH3等化学调质剂，也有特殊配方的其他调质剂。各种烟气调质系统在长期使用中积累了丰富的经验。
SO3调质系统在国外已有多年的应用经验，这一技术已比较成熟。目前，国外已有400多台锅炉，总容量超过10万兆瓦的发电能力已采用了这种烟气调质方法。该调质方法使各个电厂的电除尘器效率均达到了该国国家环保标准。目前，国内第一套SO3调质系统，在内蒙大唐托克托电厂1#炉和2#炉已正式投运，效果良好。
该调质系统的工作机理：就是以一定的工艺流程产生SO3，将SO3与空气的高温混和气体喷射到电除尘器的入口，SO3与烟气中的水汽迅速结合，在粉尘表面形成一层硫酸薄膜，致使粉尘颗粒的比电阻下降，荷电性能提高，易于被电除尘器收集。调整SO3的喷射量，可以将粉尘比电阻调节到适合该电除尘器的理想范围，使用本系统可使电除尘器效率达到设计效率。该工艺所用的原料可以有两种：一种是硫磺，另一种是SO2。应用最广的是以硫磺为原料。
工艺构成：在内蒙大唐托电的调质系统从工艺构成上可分为三大部分——硫磺储罐、集成箱和喷枪系统。硫磺储罐用于将固体硫磺熔化并储存。集成箱是用于生成SO3的设备。硫磺到SO3需要两步转化：第一步硫磺燃烧生成SO2；第二步是SO2催化氧化生成SO3。这两个反应都是放热反应。这两步反应的关键是转化率，即硫磺必须完全燃烧全部转化为SO2，必须采用合适而优质的催化剂，且必须严格控制反应温度，使SO2几乎全部转化为SO3，该系统的正常转化率为97%以上。喷枪系统用于将集成箱转化生成的SO3气体与热空气混合气体喷射到烟气中，位置位于电除尘器入口前。喷枪有多支，且每支喷枪上有多个喷嘴，这种设计的目的是将SO3气体与烟气中的粉尘实现最均匀最充分的混合，使调质效果更有效。
系统根据给煤量信号自动或手动调节硫磺的流量，SO3的喷射浓度由运行人员提前输入设定。为严格控制SO3的转化率、同时考虑到硫磺的易燃特点和SO3的腐蚀性以及硫氧化物对人体和设备的危害，系统用温度及其他多个信号实现连锁保护。系统由PLC控制，在就地由触摸屏式人机界面对系统进行监控，并由位于控制室的上位机实现远程监控。
调质效果：大唐托电1#炉与2#炉共用一个烟囱，在调质系统投运前烟囱粉尘含量较高，平均粉尘排放浓度为552 mg/m3，远远高于国家环保规定100mg/m3。调质系统投运后，＃1炉烟尘排放浓度为32～40mg/m3，＃2炉烟尘排放浓度为91～100mg/m3（测定期间，电除尘处于故障运行状态）。经测定，电除尘器在调质前的效率为96.15～97.3％，调质后#1炉电除尘除尘效率达到99.77～99.80％，＃2炉电除尘除尘效率达到99.46～99.48％，可见效果非常显著。

3　烟气调质的安装、运行维护
1）调质系统的安装
SO3调质系统自成系统，除与烟道的接口在停炉期间预留外，其他安装工作无需大小修即可完成，并且此套系统占地面积小，安装工作量小，工期短；所以，特别适用于原电除尘设备不动情况下的改造。
2）调质系统的运行维护
托电调质系统自04年8月投产以来，系统投运稳定正常，运行值班人员只需进行设备的启停操作，其他过程系统自动完成。此系统维护保养小，只需定期将固态硫磺通过加料斗吊至罐体加料口向罐中添加以及定期清理风机入口滤网。
3）调质系统的注意事项
a)托电的调质系统的原材料为固态硫磺，硫磺品质必须满足现场要求，（即硫磺含量≥99.957%，灰含量≤0.0007％，有机物含量≤0.0036％，湿度≤0.0872％，硒含量≤1ppm，碲含量≤1ppm，砷含量≤10ppm。），防止硫磺不纯造成的管路堵塞甚至系统停运。
b）硫磺保存和添加过程要确保环境清洁，防止二次污染，使灰尘等掺入硫磺，造成硫磺管路堵塞以及系统故障。
c）由于北方冬季寒冷，由此，输送硫磺管路必须做好保温措施，防止液态硫磺的结晶凝结造成管路堵塞甚至系统停运。
d）电除尘应保证设备完好，投入正常，无故障运行，才能确保除尘效率和除尘效果。

4　烟气调质的副作用分析
对于加装烟气调质系统，主要有以下三个方面的顾虑：
1) 最大的顾虑是它是否降粉尘排放的同时增加硫氧化物的排放。由于SO3具有极强的活性，几乎全部与粉尘结合被电除尘器捕集。对于烟囱排放的硫氧化物污染而言，主要指的是SO2，燃煤中的硫几乎全部转化为SO2直接排放到大气中。对于调质系统，一方面，系统燃烧的硫磺相对燃煤中的硫磺来说，量非常小；另一方面，硫磺全部燃烧生成SO2，通过选用合理适量的催化剂，且严格控制反应参数，可使SO2 到SO3的转化率达到95%以上。因此，调质系统并不会增加硫氧化物的排放。
表 1
硫氧化物排放（PPMV）
煤种
含硫2.5%
含硫0.5%
含硫0.5%，采用SO3调质
电除尘器
入口
SO2
1856
317
317
SO3
19
4
4+15
烟囱
入口
SO2
1856
317
317
SO3
5
4
4

表1是在国外一家电厂做过的实验，机组分三种情况电对除尘器及烟囱入口的硫氧化物含量进行测试。第一种情况是燃用高硫煤，第二种情况是燃用低硫煤，第三种情况是燃用低硫煤并采用SO3调质。从表中可以看出：采用SO3调质没有增加硫氧化物的排放。
目前，从托电投运后烟气监测来看（见表2），烟气调质投入对于SO2排放浓度基本没有影响，烟尘浓度较投入前下降了4-7倍，从烟囱出口目测除尘效果也明显好转。
表 2
时间
机组
SO2浓度mg/Nm3
燃煤硫分
%
烟尘浓度mg/Nm3
燃煤灰分
%
备注
4
月
1
1394
0.49
680
23.59
烟气调质投入前
2
1324
0.57
604
22.54
5
月
1
1475
0.55
619
24.91
2
1472
0.56
416
24.63
7
月
1
1342
0.6

2
1314
0.59

8
月
1

在线监测故障
2
1396
0.63
87
28.1
烟气调质投入后
执行标准
2100

100

2) 对管道和设备会不会造成腐蚀。由于系统设计已充分考虑了SO3的结露腐蚀问题，系统过程温度控制恒定，喷枪热电偶实时监测SO3气体温度。当管路内的温度接近酸的露点时，系统会自动停止，保证管路不会腐蚀。托电经过几次的停炉检查发现，引风机、电除尘内部未发现明显的硫酸沉积以及腐蚀现象。
3) 烟气调质后是否影响灰的综合利用。根据建筑材料业的标准，灰中的SO4的含量不超过2.5%即可满足使用要求。调质系统的SO3用量非常小，为百万分等级，故不会影响灰品质。

5 结论
内蒙古大唐托克托电厂在＃1、＃2锅炉安装了烟气调质系统取得了成功地经验，很好地解决了因燃用低硫煤产生高比电阻烟尘对电除尘器效率影响，环保达标得到了可靠保证，效果显著。在国内燃烧高比电阻、低硫煤电除尘的火力发电厂推广该套调质系统，必将对我国的环保事业产生深远的影响。
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