环保设备设计优化及新技术采用

　　摘要：我国燃煤电厂安装了大量的脱硝、脱硫、除尘等环保设备，但环保设备的投入相应增加了运行能耗和投资。一些电厂为了最大限度地降低环保设备的运行费用和投资，对环保装置的工艺进行优化设计，并且应用一些新技术以达到节能目的，如：脱硝装置采用的SCR、SNCR、SNCR+SCR工艺，脱硫装置采用的脱硫无GGH、无旁路烟道、增压风机与引风机合并、烟塔合一技术，以及电袋复合式除尘器等。但这些技术的应用也给电厂运行带来一些问题，针对这些问题进行深入分析探讨，查找原因并提出解决方法，降低系统运行存在的安全隐患，确保机组长期稳定运行。
　　随着我国对环境保护的日益重视，燃煤电厂的污染物排放更加受到人们的关注，国家和地方环保部门对燃煤电厂污染物的排放总量有了较严格的控制。为了满足国家和地方制订的污染物排放标准，燃煤电厂陆续安装了脱硫装置、脱硝装置及高效袋式除尘器及电袋复合式除尘器等。由于环保设备的投入相应增加了能耗和投资，电厂为了降低运行成本和投资，对系统进行设计优化及采用新技术，随着这些设备的投入也相应带来了一些负面问题，本文针对这些问题进行分析研究，确保环保装置长期有效运行。
　　燃煤电厂的主要环保设备以烟气的脱硫装置、脱硝装置和除尘装置为主。脱硝装置以SCR（选择性催化还原法）脱硝工艺为主，还有的SNCR（选择性非催化还原脱硝工艺）脱硝工艺及SCR＋SNCR组合脱硝工艺。燃煤电厂的脱硫系统除了设有增压风机、GGH、旁路烟道设备的常规工艺外，还陆续安装了增压风机和引风机合并设计工艺，以及无GGH、无旁路烟道的脱硫工艺。燃煤电厂的除尘器装置除了应用大量的电除尘器外，还陆续安装了袋式除尘器、电袋复合式除尘器。
　　脱硝、脱硫、除尘装置由于运行成本及一次性投资比较高，在达到环保要求的同时，电厂进行了环保装置设计优化以减少占地和设备投资，为了降低运行成本采用一些新技术进行节能，但相应带来的问题也需要我们加以分析解决。
　　目前，燃煤电厂安装的基本上是采用SCR工艺的脱硝系统，绝大多数以液氨为还原剂，但目前城市及周边电厂不允许使用液氨，而使用氨水也要考虑运输成本和存储的泄漏问题，因此只能使用尿素作为SCR脱硝系统的还原剂。脱硝系统使用尿素只有采用将尿素热解和水解的方法，由于热解和水解消耗大量的燃油和蒸汽，迫使电厂采用锅炉一次风通过加热方法作为热解尿素溶液的能源，以降低脱硝运行成本，但热风热解炉的一次风所含粉尘在氨气管道内壁与其他物质易形成硬垢堵塞喷嘴，进而造成反应器入口喷氨的分布不均，采用此技术的关键是解决一次风带粉，减少空预器漏风，此技术应用需要不断的完善及摸索经验。
　　以往锅炉在启停或低负荷工况时采用燃油或煤油混烧，一般而言点火油枪雾化效果比较好，对锅炉尾部烟道基本不会发生二次燃烧，但现在多数锅炉采用无油等离子点火技术，等离子点火技术可节约
　　大量的燃油。锅炉在投入等离子点火期间对脱硝反应器中催化剂有负面影响，等离子点火时烟气含大量未燃尽煤粉，易在催化剂表面沉积和烧结，影响催化剂的活性，因此需要在锅炉点火前将各层催化剂的吹灰器投入，避免催化剂表面未燃尽煤粉的堆积，同时投入稀释风机保证喷氨管道清洁，避免烟气返灌。
　　SCR投入NH3后烟气中少量的NH4HSO4对下游设备空预器易造成堵塞，应对空预器做相应的防范措施，如改造更换搪瓷换热片、加强吹扫等。同时脱硝系统的氨逃逸也会对下游除尘器造成影响。
　　对于电除尘器而言，虽然NH3逃逸对除尘效率有所提高，但长期运行后烟气中NH4HSO4易在集尘极、放电极形成灰垢板结，不易被振打脱落。对于袋式除尘器或电袋复合式除尘器长期运行易产生糊袋及挂袋现象。由于SCR反应器出口烟道的在线氨逃逸仪表准确度一般不高，应控制反应器入口喷氨的均匀性及喷氨量，防止过多的氨喷入而逃逸，避免出现潜在的问题。
　　SNCR脱硝装置是适应某些地区的NOx排放标准不高而设置的，以降低改造及运行成本。SNCR脱硝装置是尿素溶液喷入锅炉炉膛内与烟气中NOx反应，SNCR脱硝效率一般比较低，与锅炉类型、炉膛内烟气流场、锅炉负荷、燃烧温度、投入磨层、喷氨高度及方位等诸多因素有关，因此采用SNCR工艺需要进行全面的分析研究，如果SNCR设计、控制及调整不佳，易造成喷入锅炉的尿素溶液在锅炉燃烧温度高于其反应温度时直接分解N2和CO2而没有形成氨气，并且部分NH3与烟气中的H2O、SO3反应产生NH4HSO4或NH4SO4，对下游设备易造成板结、堵塞，烟囱排放出烟气形成气溶胶。
　　对于采用SNCR装置的锅炉需对锅炉在不同负荷、不同尿素流量、不同磨层的组合进行摸索试验，取得最佳组合控制方式，达到减少NOx排放同时降低尿素的分解及减少二次污染。
　　SNCR＋SCR组合工艺脱硝装置是通过锅炉炉膛温度热解尿素溶液而产生的一部分氨气在炉膛内部与NOx反应，未反应的氨在锅炉尾部通过催化剂进一步与NOx反应，进而达到较高的脱硝效率，其设计目的是即保证较高脱硝效率又降低改造成本。SNCR＋SCR脱硝组合技术应用有广阔的前景，但也存在与SNCR脱硝工艺相同的问题，如尾部烟道腐蚀、结垢及气溶胶等问题，也需进行最佳控制方式的摸索。
　　多数燃煤电厂烟气脱硫装置采用石灰石－石膏湿法脱硫工艺，以往的工艺设计基本是设有旁路烟道，但严格的环保监察及系统优化要求使许多燃煤电厂取消了旁路烟道，采用增压风机和引风机合并的设计方式，虽然确保了环保要求、减少占地面积、节约一次性投资，但也带来相应的运行问题；
　　无旁路脱硫系统运行问题主要在启停设备顺序与常规机组不同，在锅炉点火前必须提前投入除尘器及吸收塔浆液循环泵，因此要求电除尘器必须具有冷态投入的高压控制功能，防止锅炉启动烟风系统后粉尘进入吸收塔浆液及吸收塔超温。
　　在锅炉煤油混烧及等离子点火期间电除尘器必须投入，并严格控制投入电场的二次电压低于闪络电压，防止烟气中未燃尽物质在电场内燃烧，同时电场投入易使集尘极和放电极积灰板结，应尽量缩短此工况运行时间并且少投入电场数量，等待锅炉高负荷时通过烟气冲刷已投入的集尘极、放电极。
　　电袋复合式或袋式除尘器在锅炉煤油混烧及等离子点火期间也必须投入，提前进行滤袋预喷涂处理。为避免在吸收塔循环泵提前投入时产生的湿气流向除尘器侧，造成糊袋现象，尽量缩短浆液循环泵和锅炉烟风系统之间的启动间隔。
　　当烟气超温或浆液循环泵全部故障停运时，需投入事故喷淋甚至停炉，以保护吸收塔，因此无旁路脱硫系统故障会增加锅炉停运的几率。
　　当除尘器电场出现故障或出口粉尘浓度大于设计值时，需要严密监控吸收塔pH值，同时加强化验吸收塔浆液品质，连续排废水以避免吸收塔浆液“中毒”，严重时需要降低负荷运行或停炉，因此无旁路脱硫系统的锅炉对除尘器效率的要求比较高。
　　脱硫系统吸收塔入口烟气中SO2质量浓度不应超过设计值，否则无法控制浆液pH值，造成脱硫系统无法长期稳定运行，因此对燃用煤质、石灰石品质等均有较高要求。
　　为达到满足污染物排放的要求，同时综合考虑一次性投资、场地布置、运行成本等，烟塔合一技术逐渐被采用，烟塔合一为无旁路烟道、无GGH、增压风机和引风机合并设计，运行启停程控与无旁路脱硫系统基本相同。
　　烟塔合一脱硫净烟气送入冷却塔中心位置，净烟气中携带的部分石膏会沉降在冷却塔池内，对出现除雾器故障、气候环境温度变化时产生的石膏雨起到缓解作用，但相应造成冷却塔循环水品质下降，需定期进行循环水的化学处理。停机时需要检查冷却塔内壁防腐材料脱落及散热板。
　　脱硫系统满负荷运行时旁路挡板前后压差约为
　　1200Pa，脱硫系统故障时开旁路挡板过程中造成炉膛较大负压，如引风机自动调整不及时易导致锅炉跳闸，因此需要根据旁路烟道的烟气流速通过试验摸索旁路挡板的开启时间，最大限度地降低炉膛压力波动。
　　如果旁路挡板密封不严或密封风机压力不足，部分原烟气易漏入净烟道，造成脱硫出口混合烟道上CEMS显示的SO2质量分数偏大，影响运行人员对脱硫装置运行状态判断，传输到环保部门的数据不准确。
　　脱硫系统的GGH堵塞问题目前无法从根本上解决，现在设计脱硫系统基本取消GGH设备，但又带来烟囱腐蚀及产生石膏雨等问题。
　　（1）烟囱腐蚀。烟囱即使进行了较好的防腐，也会因各种问题而出现渗漏腐蚀、防腐材料裂缝、脱落、与烟囱内壁分层等问题，原因如下：a.脱硫系统出现故障或定期试验开旁路时，造成湿烟囱内温度从50℃变为150℃左右，烟气温度的骤变会使防腐材料与烟囱内壁热胀冷缩不均，产生裂纹或裂缝，同时烟囱内壁冷凝液酸性物质浓缩结晶，对烟囱产生更强的腐蚀。b.如果脱硫系统运行时不能及时供应石灰石浆液，吸收塔pH值控制相对较低时，除雾器出口液滴携带的酸性物质对烟囱也具有腐蚀作用。
　　（2）烟囱产生石膏雨问题分析。无GGH脱硫系统的烟囱易出现的石膏雨，石膏雨是取消GGH后出现的一个新难题，石膏雨由以下因素造成：a.原有机组改造脱硫系统后，干烟囱变成湿烟囱，烟气的湿度、温度、临界流速、密度及烟囱内部压力等发生变化造成烟气自拔力降低，并且干烟囱与湿烟囱在设计结构等方面不同，改造后的烟囱不可避免会出现携带沉积在烟囱内壁的石膏现象。b.吸收塔设计塔径小，塔速过高，塔出口流场不均等，烟气易携带石膏。c.除雾器冲洗流量、压力、频率等参数未达到设计要求，冲洗喷嘴堵塞脱落及除雾器局部堵塞偏流等问题造成烟气携带石膏。d.产生石膏雨与电厂所处的环境气候、天气变化及季节等因素有关。
　　烟囱运行条件相对比较恶劣、条件多变，综合考虑在不同的地区、不同的锅炉运行工况、不同的脱硫吸收塔类型等方面进行不断摸索研究加以解决。
　　袋式除尘器目前在燃煤电厂应用逐渐增加，一些电厂出现了滤袋破损问题，从滤袋破损的情况分析，这是设计参数选取、滤料选择、滤袋缝制、烟气超温以及安装质量等问题造成的。
　　袋式除尘器运行时主要防止烟气超温，针对烟气超温设计的喷水冷却装置易对滤袋造成水解、板结及糊袋，同时冷却水泵长期备用运行不经济，喷嘴在烟道内易堵塞，尽量不采用。烟气超温设计冷风冷却装置易对滤袋造成氧化、结露，尽量不采用。在设计选型时应注意燃用褐煤的锅炉，这类锅炉烟气中的含湿量高，粉尘易在袋式除尘器滤袋上挂袋板结。
　　2.4电袋复合式除尘器
　　电袋除尘器既提高了除尘效率又克服电除尘器和袋式除尘器的一些缺点，电袋复合式除尘器还处于发展完善阶段，运行中出现的问题更加需要研究、分析和解决。
　　2.4.1电袋除尘器内部烟气导向
　　一般烟气经电除尘器入口气流分布板后进入电场通道，而袋式除尘器烟气流向为从底部进入滤袋后由上部进入净烟气室，烟气在电袋复合式除尘器内部改变了流向。如果在电场区和袋区设置的导流板或孔板有设计问题，会造成烟气对前面电场各个通道气流分布有扰动，以及烟气对后面滤袋区的局部滤袋造成冲刷磨损，影响整体除尘器效率。
　　2.4.2电袋除尘器产生臭氧问题
　　理论上高电压产生的臭氧对滤袋材料有损害，使滤袋的使用寿命减少，但还没有现场试验验证在电袋除尘器烟气中有臭氧存在。同时臭氧质量浓度达到多少才会对滤袋产生影响，需要电袋除尘器长期运行观察加以确认。为了减少电袋除尘器电场产生臭氧的可能性，在电场的高压控制调节方面应进行相应的研究工作，减少臭氧产生的可能性。
　　2.4.3电场区和袋区的距离
　　因电袋除尘器发展才有两三年的时间，臭氧问题还处于探讨阶段，但为了避免此类问题发生，在设计时需考虑加大电场区和袋区的距离，让烟气流向平稳均匀，避免滤袋冲刷，使前面电场产生臭氧反应为其他气体，确保滤袋寿命。
　　2.4.4针对滤袋材料、静电的问题分析
　　电袋除尘器的前面电场收集了80％以上的粉尘，因此滤袋收集的粉尘量相对较少，粉尘偏小，理论上细粉尘易填充滤袋滤料纤维缝隙，使滤袋阻力逐渐增加，影响寿命，而带荷电粉尘在滤袋上是否比较松散或形成大颗粒，需要长期运行观察加以验证。
　　总之，电袋除尘器通过收集粗粉尘颗粒，减少滤袋的负担，目前正处于发展完善阶段，有广阔市场前景，适合原有除尘器改造和燃用高灰分、高磨损性煤质的锅炉。
　　通过对脱硫、脱硝、除尘装置采用优化设计及新技术后可进一步降低运行成本和投资，对环保装置采用优化设计及新技术后出现的问题通过综合分析，避免以后环保装置在设计选型、运行控制方面出力科技信息总投资的15%。2010—2015年，关于网络安全方面的投资将累计达到210亿美元，且2015年当年的年收入将会达到
　　到2015年全世界智能电网网络安全市场37亿美元。这其中，北美将是网络安全的最大市场，该项年年收入将达37亿美元随着智能电网的不断发展、扩收入将达15亿美元。世界其他地区也会迅速发展，亚太地大，网络安全问题日渐突出，需要加大研发强有力的安全措区将达12亿美元，英国7.84亿美元。
　　施的投入。美国的一项研究表明，美国在其政府的支持下，美国政府还将指定国家标准与技术研究院编制新的智对于智能电网网络安全的投入在世界范围内是最高的。预能电网及其安全性标准，如关于各个系统及行业参与者之计到2015年，全世界关于网络安全的投资将占到智能电网间可互动性标准等。