摘要：通過對(duì)燃煤火電機(jī)組燃用煤種多變性、變工況現(xiàn)象及穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)超低排放的政策要求和《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》的研究，對(duì)我國(guó)多煤種、變工況運(yùn)行對(duì)實(shí)現(xiàn)顆粒物超低排放的影響進(jìn)行了分析，并對(duì)除塵技術(shù)對(duì)多煤種、變工況的適應(yīng)性進(jìn)行分析。研究顯示，在多煤種、變工況的新常態(tài)下，低低溫電除塵技術(shù)更好地提升了電除塵技術(shù)的適應(yīng)性，而濕式電除塵能夠適應(yīng)新常態(tài)下的工況變化，起到終端把關(guān)作用，濕法煙氣脫硫+濕式電除塵器對(duì)于硫酸氣溶膠和細(xì)顆粒物有很高的脫除效率，滿足顆粒物超低排放及控制PM2.5、硫酸霧和脫汞的要求。同時(shí)，對(duì)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：多煤種；變工況；顆粒物；超低排放
2016年，全國(guó)6000kW及以上的火電廠發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)為4165h，比上一年降低164h。隨著全社會(huì)用電需求增速放緩，以及核電機(jī)組、新能源機(jī)組的大規(guī)模發(fā)展，火電利用小時(shí)數(shù)預(yù)計(jì)將有所減少。
非化石能源裝機(jī)占比從2010年的27%提高到2015年的35%；非化石能源在一次能源消費(fèi)中的比重從2010年的9.4%提高到2015年的12%。隨著新能源利用小時(shí)數(shù)的提高，降低了部分燃煤火電機(jī)組的利用小時(shí)數(shù)。根據(jù)《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，風(fēng)電、太陽(yáng)能、核電、燃煤火電、火電靈活性改造市場(chǎng)增量情況如表1所示。
表1電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃
《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》要求全面推動(dòng)煤電機(jī)組靈活性運(yùn)行，熱電機(jī)組約1.33億kW，純凝機(jī)組改造約8200萬(wàn)kW；燃煤火電機(jī)組參與調(diào)峰的頻度和幅度不斷增加，部分供熱機(jī)組將改為調(diào)峰運(yùn)行。
1穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)超低排放的政策要求
為了達(dá)到競(jìng)價(jià)上網(wǎng)、降低成本的要求，燃煤電廠可能購(gòu)買成本相對(duì)較低的煤，例如為了系統(tǒng)效益、地域效益，改燃系統(tǒng)內(nèi)供應(yīng)煤或當(dāng)?shù)孛?，特別是在煤資源緊張時(shí)，買到什么煤就燒什么煤，導(dǎo)致機(jī)組燃用的煤種多變。煤種的變化，直接導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行工況的多變性。隨著燃煤火電機(jī)組靈活性改造工作的全面推動(dòng)，燃煤機(jī)組快速啟停的頻繁，參與調(diào)峰的頻度和幅度不斷增加，造成機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行的情況越來(lái)越多。
《關(guān)于實(shí)行燃煤電廠超低排放電價(jià)支持政策有關(guān)問題的通知》(發(fā)改價(jià)格[2015]2835號(hào))規(guī)定：超低排放電價(jià)支持政策實(shí)行事后兌付、季度結(jié)算，對(duì)符合超低排放限值的時(shí)間比率達(dá)到或高于99%的機(jī)組，該季度加價(jià)電量按其上網(wǎng)電量的100%執(zhí)行(1分/kWh)。
2016年《最高人民法院、最高人民檢察院關(guān)于辦理環(huán)境污染刑事案件適用法律若干問題的解釋》(法釋[2016]29號(hào))突出了對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)造假行為的懲治，規(guī)定：重點(diǎn)排污單位篡改、偽造自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或者干擾自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)施，排放化學(xué)需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物等污染物的，應(yīng)當(dāng)認(rèn)定為“嚴(yán)重污染環(huán)境”，需實(shí)施《刑法》第三百三十八條的規(guī)定。
2多煤種、變工況運(yùn)行對(duì)顆粒物排放的影響分析
2.1煤種變化對(duì)顆粒物排放的影響
煤種多變對(duì)常規(guī)電除塵器有較大影響。煤質(zhì)中的灰分對(duì)顆粒物排放影響最大：灰分增大，粉塵濃度增大。對(duì)所有的除塵設(shè)備都是不利的。
當(dāng)煤質(zhì)變化時(shí)，直接影響到粉塵顆粒物的比電阻，對(duì)常規(guī)電除塵技術(shù)影響較大，如表2所示。
2.2變工況對(duì)顆粒物排放的影響
機(jī)組正常運(yùn)行條件下，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低時(shí)，排煙溫度也會(huì)降低，煙氣量減少，灰濃度減少，對(duì)除塵設(shè)備是有利的，能實(shí)現(xiàn)顆粒物的達(dá)標(biāo)排放]。但有以下低負(fù)荷運(yùn)行情況時(shí)，對(duì)除塵是不利的：
表2煤質(zhì)變化對(duì)常規(guī)電除塵技術(shù)的影響
(1)機(jī)組經(jīng)常啟停的影響。當(dāng)機(jī)組經(jīng)常啟停，需要低負(fù)荷投油穩(wěn)燃時(shí)，未燃盡的油和碳易粘附于除塵設(shè)備內(nèi)的核心收塵部件上，影響除塵效率，甚至損壞核心收塵部件。
(2)SCR煙氣脫硝工藝的運(yùn)行影響。當(dāng)機(jī)組長(zhǎng)期在50%以下負(fù)荷運(yùn)行，此時(shí)會(huì)使機(jī)組煙氣脫硝的氨逃逸過量，產(chǎn)生的NH4HSO4的量會(huì)有所增加，NH4HSO4是黏性很強(qiáng)的物質(zhì)，易造成除塵設(shè)備粘灰，影響除塵效率。
(3)引風(fēng)機(jī)或增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行的影響。機(jī)組引風(fēng)機(jī)或增壓風(fēng)機(jī)在低負(fù)荷時(shí)處于失速區(qū)，易發(fā)生搶風(fēng)，此時(shí)易造成除塵設(shè)備兩側(cè)流量不均，影響除塵效率，若發(fā)生一側(cè)堵塞，甚至造成停機(jī)。
3除塵技術(shù)對(duì)多煤種、變工況運(yùn)行的適應(yīng)性分析
3.1一次除塵技術(shù)
在燃煤火電機(jī)組顆粒物超低排放技術(shù)路線中，一次除塵技術(shù)主要為電除塵、電袋和袋式除塵技術(shù)。
3.1.1電袋和袋式除塵技術(shù)
電袋除塵器和袋式除塵器對(duì)煤種適應(yīng)性較好，但需要注意劣質(zhì)煤對(duì)濾袋壽命的影響。
在變工況運(yùn)行條件下，使用電袋除塵器和袋式除塵器除塵，需要注意在氨逃逸過量、機(jī)組經(jīng)常啟停穩(wěn)燃時(shí)，燃油對(duì)濾袋的腐蝕和糊袋問題。
3.1.2低低溫電除塵技術(shù)
目前，在一次除塵技術(shù)中，低低溫電除塵技術(shù)已經(jīng)成為使用較為廣泛的電除塵技術(shù)。低低溫電除塵技術(shù)將煙氣溫度降低至酸露點(diǎn)以下，由于煙氣溫度低于酸露點(diǎn)，SO3與H2O反應(yīng)生成H2SO4，在粉塵的表面形成酸膜，增加粉塵的表面電導(dǎo)，使粉塵的比電阻降到108~1010Ω˙cm，從而提高了除塵效率，增強(qiáng)了電除塵器的適應(yīng)性。因此，該技術(shù)已經(jīng)成為部分火電集團(tuán)燃煤火電機(jī)組顆粒物達(dá)標(biāo)排放的主要技術(shù)路線。
針對(duì)一些特定煤種，低低溫電除塵器的除塵效率高于常規(guī)干式電除塵器，當(dāng)煙氣經(jīng)低低溫電除塵器處理后，粉塵濃度可以控制在較低水平。因此，該技術(shù)在與其他技術(shù)組合時(shí)，能夠比常規(guī)干式電除塵器與其他技術(shù)的組合更好地適應(yīng)顆粒物超低排放的要求]。
在變工況運(yùn)行工況下，在機(jī)組經(jīng)常啟停需投油穩(wěn)燃或SCR煙氣脫硝工藝氨逃逸過量時(shí)，可能會(huì)造成電除塵器前電場(chǎng)陰極結(jié)灰、絕緣子粘灰滑閃或爆裂。可采取以下措施解決上述問題：(1)通過對(duì)陰極粘灰電場(chǎng)實(shí)施斷電振打，在較高負(fù)荷時(shí)輪停陰極并對(duì)粘灰電場(chǎng)實(shí)施大顆粒灰沖刷；(2)設(shè)置絕緣子熱風(fēng)吹掃或絕緣子熱氣封等。
截至2015年12月，投運(yùn)及在建的低低溫電除塵器超過150臺(tái)(套)，已有單機(jī)1000MW機(jī)組的低低溫電除塵器投運(yùn)，總裝機(jī)容量約95000MW，其中投運(yùn)約70臺(tái)(套)，總裝機(jī)容量超過40000MW。
3.2二次除塵技術(shù)
顆粒物超低排放技術(shù)路線中，二次除塵技術(shù)的重點(diǎn)是脫除細(xì)微顆粒物，主要為濕法脫硫協(xié)同高效除塵、濕式電除塵技術(shù)。
3.2.1濕法脫硫協(xié)同高效除塵
濕法脫硫協(xié)同高效除塵的機(jī)理分為漿液洗滌、機(jī)械除塵和旋風(fēng)除塵三種協(xié)同除塵方式，其除塵效果均與煙氣流速有關(guān)。要達(dá)到較好的洗滌效果，塵粒需和水滴有足夠的相對(duì)速度，機(jī)械除塵、旋風(fēng)除塵也均需較高的煙氣流速才能達(dá)到最好的除塵效果。當(dāng)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，需要注意煙氣量減少、流速降低，對(duì)濕法脫硫協(xié)同高效除塵的影響。
提高脫硫吸收塔的協(xié)同除塵作用主要有兩條途徑：
(1)增加噴淋漿液的洗塵作用，即提高漿液對(duì)煙氣中粉塵顆粒的吸收效率；
(2)降低脫硫塔出口處的液滴含量，從而降低液滴攜帶含固量。
3.2.2濕式電除塵
粉塵在電除塵器內(nèi)荷電的類型分兩種：電場(chǎng)荷電和擴(kuò)散荷電。對(duì)于粒徑大于1μm的顆粒來(lái)說(shuō)，電場(chǎng)荷電是主要作用，電壓的強(qiáng)弱是影響其效果的主要因素；對(duì)于粒徑小于0.5μm的顆粒來(lái)說(shuō)，擴(kuò)散荷電是主要作用，電流密度是影響其效果的主要因素；濕式電除塵器采用噴淋清灰，不存在二次揚(yáng)塵問題，放電極被水浸潤(rùn)后，電子較易溢出，同時(shí)電場(chǎng)中充滿霧滴，大大增加了亞微米級(jí)粒子碰撞帶電的概率，提高了對(duì)PM2.5的脫除效果。表3為部分案例達(dá)標(biāo)率匯總情況。
表3測(cè)試評(píng)估案例中，不同機(jī)組的灰分變化時(shí)，濕式電除塵器均能穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)5mg/m3排放。
表3部分案例達(dá)標(biāo)率匯總
圖1為浙江某電廠8#機(jī)組燃煤灰分與濕式電除塵器煙塵排放濃度的關(guān)系。圖1表明，浙江某電廠8#機(jī)組(容量1000MW)燃煤灰分為8.76%~14.59%，濕式電除塵器出口顆粒物排放濃度隨灰分的變化趨勢(shì)不明顯，濕式電除塵器對(duì)灰分變化具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。
圖1浙江某電廠8#機(jī)組燃煤灰分與濕式電除塵器煙塵排放濃度的關(guān)系
圖2為廣東某電廠1#機(jī)組濕電進(jìn)出口煙塵濃度的變化情況。圖2表明，廣東某電廠1#機(jī)組濕式電除塵器的入口濃度在0.19~17.69mg/m3范圍波動(dòng)時(shí)，出口顆粒物濃度穩(wěn)定在1.05mg/m3左右，說(shuō)明濕式電除塵器對(duì)顆粒物的脫除有很好的適應(yīng)性。
圖2廣東某電廠1#機(jī)組濕電進(jìn)出口煙塵濃度變化情況
圖3為廣東某電廠1#機(jī)組濕式電除塵器出口煙塵濃度隨機(jī)組負(fù)荷變化。圖3表明，廣東某電廠1#機(jī)組濕式電除塵在30%~100%負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，濕式電除塵器的顆粒物排放濃度在0.91~1.7mg/m3，波動(dòng)性不大，較為穩(wěn)定，濕式電除塵對(duì)負(fù)荷變化有良好的適應(yīng)性。
圖3廣東某電廠1#機(jī)組濕式電除塵器出口煙塵濃度隨機(jī)組負(fù)荷變化情況
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試統(tǒng)計(jì)表明，濕式電除塵器對(duì)煤質(zhì)灰分、入口濃度、負(fù)荷變化的工況均具有很好的適應(yīng)性，在燃煤火電機(jī)組多煤種、低負(fù)荷運(yùn)行條件下，濕式電除塵器能穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)顆粒物5mg/m3排放的需求，起到終端把關(guān)的作用。
截至2015年12月，投運(yùn)及在建的濕式電除塵器超過400臺(tái)(套)，且有多套1000MW機(jī)組投入運(yùn)行，其中投運(yùn)的濕式電除塵器超過180臺(tái)(套)，總裝機(jī)容量超過90000MW。
4結(jié)語(yǔ)與展望
4.1結(jié)語(yǔ)
低低溫電除塵技術(shù)可將煙溫降至酸露點(diǎn)以下，因而在燃煤火電機(jī)組燃用多煤種、變工況運(yùn)行條件下，更好地解決了電除塵技術(shù)的適應(yīng)性問題。濕式電除塵技術(shù)能夠適應(yīng)多煤種(尤其是劣質(zhì)煤)、變工況下的工況變化，起到終端把關(guān)作用。濕法煙氣脫硫+濕式電除塵器對(duì)于硫酸氣溶膠和細(xì)顆粒有很高的脫除效率，滿足顆粒物超低排放要求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)PM2.5和硫酸霧的排放控制，并具有部分脫汞功能。
目前，國(guó)內(nèi)超低排放的各項(xiàng)除塵技術(shù)不是萬(wàn)能的，需要整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行配合，例如對(duì)于灰分的變化，若超出除塵設(shè)備的選型范圍，就容易造成排放超標(biāo)，所以運(yùn)行中應(yīng)盡量選用設(shè)計(jì)煤種或校核煤種，最起碼選用與設(shè)計(jì)煤種、校核煤種相近的煤種。另外，鍋爐輔助系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生較大影響，如引風(fēng)機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)處于失速區(qū)，若發(fā)生搶風(fēng)，造成除塵設(shè)備兩側(cè)流量不均，就需要注意設(shè)置引風(fēng)機(jī)連通煙箱擋板門，并在此時(shí)關(guān)閉擋板門。
4.2展望
(1)低低溫電除塵及濕式電除塵協(xié)同脫除SO3、脫汞技術(shù)。在目前條件下，在實(shí)現(xiàn)燃煤火電機(jī)組顆粒物超低排放之外，還可關(guān)注多污染物(SO3、汞)協(xié)同脫除技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步對(duì)低低溫電除塵技術(shù)對(duì)燃中、低硫煤火電機(jī)組SO3及汞的高效脫除，濕式電除塵技術(shù)對(duì)采用或未采用低低溫電除塵技術(shù)后的SO3及汞的脫除效率開展深入的工程應(yīng)用研究。
(2)燃劣質(zhì)煤火電機(jī)組超低排放技術(shù)。我國(guó)不同地區(qū)煤種差異較大，需要考慮燃劣質(zhì)煤火電機(jī)組的超低排放技術(shù)路線問題。除應(yīng)考慮SO2、NOx、顆粒物的超低排放改造外，還需統(tǒng)籌考慮PM2.5、SO3及汞的脫除要求，可能需要采取低NOx燃燒器+SCR+脫SO3+活性炭煙氣脫汞(可選項(xiàng))+高效除塵器+濕法煙氣脫硫+濕式電除塵器的技術(shù)路線，同時(shí)研究低低溫電除塵器在燃劣質(zhì)煤火電機(jī)組中的工程應(yīng)用。
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