340MW煤电机组化学团聚强化除尘系统的运行

文_占阜元 潘喜桂 熊昌勇 国能丰城发电有限公司

随着碳达峰碳中和发展战略的不断深入，我国以燃煤为主的能源结构将发生根本性调整。据统计，2020年我国煤炭的火力发电量仍占总发电量的57%。火电厂在我国电力行业的占比仍然很大，而以煤炭为主的化石燃料燃烧产生的PM2.5颗粒物仍是我国城市和区域大气的首要污染物，对人体健康和可持续经济发展造成严重的威胁。

目前而言，现有燃煤电厂运行的除尘技术和装置（包括静电除尘和布袋除尘），对粗颗粒物（粒径dash＞2.5μm）的除尘效率可达99%以上。这些除尘设备对细飞灰颗粒的捕获率相对较低，虽然细飞灰颗粒的质量占比较小，但以颗粒的数量计可达到飞灰总数的90%以上。减少PM2.5细飞灰颗粒的排放污染是国家节能减排战略的重大需求，提高除尘器对PM2.5细飞灰颗粒的脱除效率迫在眉睫。

为了强化细飞灰颗粒脱除效果，在传统除尘器前设置预处理系统，使细飞灰颗粒通过物理或化学作用团聚成较大粒径，可以有效提高除尘器对细飞灰颗粒的脱除效率。目前，预处理阶段细飞灰颗粒团聚的方法主要有磁团聚、热团聚、声团聚、电团聚、湍流边界层团聚和化学团聚等。这些团聚技术都在一定程度上可以促进细飞灰颗粒团聚成大粒径，但在大规模工业应用方面，大都存在如效率低下、结构复杂、不适用等缺陷。其中，化学团聚方法就是在除尘装置前喷入化学团聚剂，利用飞灰颗粒与化学团聚剂雾滴、颗粒与颗粒间的物理化学作用促使细颗粒团聚形成大粒径，再被除尘器加以脱除。

大量研究表明，化学团聚方法能有效提高现有除尘设备对细飞灰颗粒的脱除效率。有学者将浓度为0.5%的新型化学团聚剂喷入烟道，可使静电除尘器对细飞灰颗粒的脱除效率提高至70%以上。我国也有学者在国内首次提出了运用化学团聚的方法提高电厂、水泥厂的除尘设备的除尘效率。陈富华等学者对化学团聚技术中团聚剂汇液室、空气压缩机、雾化喷嘴等设备的工业应用选型和经济性进行了分析；
研究发现，化学团聚技术与传统除尘技术相比，初投资成本低，运行成本相对便宜，设备占地空间小。郭沂权等学者综合考察了不同化学团聚液对300MW燃煤电厂静电除尘器效率、电厂运行数据及大气颗粒物排放特性的影响。秦占峰等针对300MW燃煤电厂的化学团聚系统进行了综合考察，分析了细飞灰颗粒团聚技术对机组除尘效率、电厂运行参数以及经济性的影响。杨晓媛等考察了化学团聚剂对细飞灰颗粒的凝并效果及对除尘效率的影响规律。朱洪堂等针对由表面活性剂、无机盐和高分子絮凝剂构成多元团聚剂体系，研究了团聚剂对细颗粒团聚促进作用的影响。上述示范工程研究发现，化学团聚系统很大程度上增加了细飞灰颗粒的团聚效果，提高了现有除尘设备的除尘效率，运行维护成本低经济性好，具有广阔的应用前景。

本文针对某340MW燃煤机组的化学团聚强化除尘系统进行运行分析，主要考查化学团聚系统对燃煤机组运行排烟参数的影响规律。

本项目化学团聚系统位于某340MW燃煤机组，配套“低氮燃烧＋SCR脱硝装置”、六电场静电除尘器设备、石灰石石膏湿法脱硫设备以及在线监测系统等环保设施。锅炉出口烟气经选择性催化还原脱硝装置、空气预热器、化学团聚系统、静电除尘器及石灰石湿法脱硫处理后排放至大气环境。

在空预器出口喷入团聚混合液，化学团聚系统的关键设备由四大部分组成，即化学团聚剂制备系统、空气压缩系统、化学团聚剂雾化喷入系统以及运行监控系统，系统示意图如图1所示。化学团聚剂与工业用水混合后，经压缩空气雾化喷入空预器后的烟道内，烟气中细飞灰颗粒团聚长大成大粒径飞灰颗粒，一并被静电除尘器捕集。

图1 化学团聚强化除尘系统示意图

2.1 喷液母管流量变化

选取2021年8月20日至2021年9月20日一个月的运行数据进行分析，机组的负荷变化如图2所示，选取时间内，最大功率为319.94MW，最小功率为127.58MW。机组负荷变化范围较大，导致烟气成分变化较大，化学团聚系统的喷液流量变化也较大，详细变化趋势如图3所示。化学团聚系统的喷液流量随着机组负荷变化，喷液流量根据脱硫出口烟尘浓度、引风机和除尘器等运行参数来进行控制。

图2 机组负荷变化趋势图

图3 喷液母管流量变化趋势图

2.2 烟气温度变化

在空预器后烟道，由于化学团聚混合液体和压缩空气的喷入，液滴升温蒸发，吸收烟气热量，导致烟气温度降低。估算得出，喷入团聚剂溶液后，温度降约为7～10℃。静电除尘器前的烟气温度变化趋势如图4所示，最大值为130.5℃，最小值为106.5℃，与机组负荷的变化趋势较为一致，随着喷液量的增大，烟气温度并没有大幅度的变化，这个结果也与上述理论分析的结果一致。由此说明，化学团聚的喷液对烟气温度的影响，在变负荷运行的情况下可以忽略,引起的烟气温度变化对烟道内尾部设备不会造成严重的积灰或腐蚀影响。

图4 烟气温度变化趋势图

2.3 粉尘浓度变化

化学团聚剂溶液雾化喷入烟道后，强化了除尘器对细飞灰颗粒的脱除效果，提高了除尘效率。选取时间内，脱硫后的粉尘浓度变化趋势如图5所示。从图中数据分析可知，虽然绝大部分时间内，均符合国家行业标准10mg/m3以内。因此，化学团聚系统的喷液控制情况良好。

图5 粉尘浓度变化趋势图

2.4 烟气湿度变化

脱硫后烟气湿度的变化趋势如图6所示，烟气湿度有明显的变化，趋势与化学团聚的喷液点有一定关系，主要由于间歇性喷液，喷液在烟道中蒸发，增加了烟气含湿量，导致个别时刻的排烟湿度增大，最高可达40%。但是总体上，湿度相对比较稳定，在11%～16%范围内波动。

图6 烟气湿度变化趋势图

2.5 其他气体变化

脱硫后净烟气中SO2浓度平均值在13mg/m3，满足行业标准35mg/m3以内。脱硫后净烟气中NOx浓度平均值在36mg/m3，满足行业标准50mg/m3以内。O2含量相对比较稳定，在5%～11%范围内波动，平均值为7.77%。

本文针对某340MW燃煤机组的化学团聚强化除尘系统的运行情况进行分析，考察了系统运行效果和存在问题，得出的结论如下：

①化学团聚强化除尘系统运行情况良好，排烟各参数达到国家行业排放标准。

②由于化学团聚强化除尘系统的间歇性喷液，导致个别瞬时时刻的粉尘浓度过高、烟气湿度较大，但是整体运行情况良好。

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