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上海培训班--燃煤电厂超低排放综合技术路线


燃煤电厂超低排放综合技术路线

国电科学技术研究院 清洁高效燃煤发电与污染控制国家重点实验室 薛建明 2015年12月

汇报提纲
1 2 3 4 5 5 6

研究背景 控制策略 控制技术 技术路线

注意事项
超低排放评估

国电科学技术研究院简介

/>?全国电力行业唯一、长期专业从事电力环境保护研究与开 发的环境保护研究院 ?国电集团技术研发中心、技术服务中心、技术监督中心、 技术信息中心和技术培训中心 ?电力工程调试单位能力资格等级、特种设备检验检测机构 核准、CMA计量认证、工程咨询甲级、环境影响评价甲级、 环境工程设计甲级以及环保工程总承包、安全评价咨询…….

?清洁高效燃煤发电与污染控制国家重点实验室
?国家能源火电节能减排与污染物控制技术研发中心 ?国家环境保护大气物理模拟与污染物控制重点实验室

南京浦口

南京仙林

北京未来城

南京高新区

产业化基地

一、研究背景


2014年10月19日



2013年1月全国大面积灰霾

中国中东部地区灰霾面积为143万平方公里,主要分布于北京、天津、河北、河南、山东、江苏、 安徽、湖北、湖南等地,影响人口约8亿。

多相反应
大气氧化剂
细粒子,O3 (O3, OH)

细粒子
(SO42-,NO3-)

更高浓度的细 粒子,O3 输送,影响

烟光 雾化 学

上风向输送

hv
HC、NOx
SO2, NOx等 PM10、PM2.5

灰 霾 酸 雨

天然源

人为源

通 量

沉降

气象条件+高浓度多污染物,成因十分复杂

严峻形势—资源约束趋紧、环境污染严重、生态退化
习近平总书记:积极推动我国能源生产和消费革命!

李克强总理:深入实施大气污染防治行动计划,实行 区域联防联控,推动燃煤电厂超低排放改造,促进重 点区域煤炭消费零增长”—政府工作报告(十二届全国
人大三次会议,2015年3月5日) 煤电节能减排 推行更严格能效环保标准,加快燃煤发电升级与改造 升级改造行动 —努力实现“三降低”和“三提高” 计划 —打造高效清洁可持续发展的煤电产业“升级版” 2014-2020年

煤炭清洁高效 利用行动计划 2015-2020年

发展超低排放燃煤发电,加快现役燃煤机组升级改造 —逐步提高电煤在煤炭消费中的比重 —推进煤电节能减排升级改造

传统煤电

高效化、清洁化

? 地方超低排放要求
烟尘 浙江 安徽 河南 江苏 河北 山西 福建 山东 陕西关中 (≧30万千瓦) 海南 广西 (新建机组) 天津 广东 5 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 二氧化硫 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 氮氧化物 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 标准公布 时间 2014.12 2015.03 2014.12 2014.11 2015.03 2015.03 2014.12 2015.01 2015.04 2015.05 要求完成 时间 2017 2020 2020 2018 2015 2017 2020 2020 2020 2020 2020

10 10

35 35

50 50

2015.05 2015.05

2020 2020

? 12月2日,李克强总理在国务院常务会议上,决定全面实施燃煤电厂超低排放和

节能改造,大幅降低发电煤耗和污染排放。会议指出,按照绿色发展要求,落实大
气污染防治行动计划,通过加快燃煤电厂升级改造,在全国全面推广超低排放和世 界一流水平的能耗标准,是推进化石能源清洁化、改善大气质量、缓解资源约束的

重要举措。会议决定在2020年前,对燃煤机组全面实施超低排放和节能改造,使所有
现役电厂每千瓦时平均煤耗低于310克、新建电厂平均煤耗低于300克,对落后产能 和不符合相关强制性标准要求的坚决淘汰关停,东、中部地区要提前至2017年和 2018年达标。 ? 12月9日,国家发改委、环保部和国家能源局发布《关于实行燃煤电厂超低排放 电价支持政策有关问题的通知》

燃煤电厂全面进入“超低排放”阶段,电力环保面临更严峻的形势!

现状—2014年底电力大气污染物排放状况(中电联)
1980年峰值399万吨 下降75.4% 2006年峰值1350万吨 下降76.3% 2011年峰值1003万吨 下降68.1%

98万吨

620万吨

620万吨

烟尘排放量

SO2排放量 排放绩效1.47g/kWh(低于 美国2013年2.28g/kWh), 较2010年下降45.6%

NOx排放量 排放绩效1.47g/kWh, 较2010年下降43.5%

排放绩效0.23g/kWh,

较1980年16.5g/kWh, 下降98.6%

大气污染物控制能力显著提高

排放总量 大幅度下降

污染控制技 术世界先进

对环境质量 的影响越来 越小

电力大气污染物排放总量下降
? 烟尘持续下降, 由1980年399万吨峰值降至2014年98万吨 ? 二氧化硫由2006年1350万吨峰值下降到2014年620万吨 ? 氮氧化物由2011年的1003万吨峰值下降到2014年620万吨

? 1980-2013年电力污染物排放情况

烟尘排放情况
?2014年电力烟尘排放98万吨,1980年399万吨,下降75.4%
?2014年排放绩效0.23g/kWh,1980年16.5g/kWh,下降98.6%

二氧化硫排放情况
?2014年电力二氧化硫排放620万吨,13年率先完成减排目标
?2014年比2005年减少660万吨以上,降低54.1%,低于2000年排放水平 ?与全国二氧化硫相比: 2012年全国二氧化硫比2005年减少排放431.4

万吨、下降17%,电力贡献率为116%

?煤电二氧化硫排放绩效世界先进

—2014年为1.47g/kWh

? 2005-2013年中、美、澳二氧化硫排放绩效

氮氧化物排放情况
?2014年电力氮氧化物排放620万吨、排放绩效1.47g/kWh

?总量比2010年降低12.2%,比2011年峰值下降16.8%
?绩效比2005年下降2.12g/kWh,下降59.1%

二、控制策略

超低排放要求:烟尘:10mg/Nm3、SO2:30mg/Nm3 NOx:50mg/Nm3
?脱硫设备中产生的各类气溶胶等新生污染物;
?雾滴、废水

SCR高效脱除NOx,但是 过程中产生氨逃逸形成 气溶胶。

?消除脱硫、脱硝次生物(氨、SO3等) ?系统控制重金属汞,气溶胶

实现烟气多污染物的综合控制、深度治理

高效清洁燃烧、污染物高效治理、协同控制、深度净化

创新驱动 研究开发
创新提升单项控制 技术的性能和各项 控制技术间的协同 作用 , 构建绿色环保 型新建机组
?单一技术升级向系统性转变 ?反应的单一性向交叉性转变

研究开发新技术, 进一步提升常规污 染物和新型污染物 的控制能力污染物 深度净化技术
多项技术的集成创新,深 度融合各项技术,稳定实 现多污染物的超低排放

污染物控 制由末端 治理向全 过程治理 发展

污染物由 单项控制 向系统治 理协同控 制发展

污染物治 理向深度 净化超低 排放发展

构建烟气净化岛,实现协同控制
?系统化考虑、差异化设计和精 细化管理 ?研发推广烟气深度一体化综合 治理、协同控制技术 锅炉岛 包括: SO2 、 NOx 、烟尘超低排放; 重金属、气溶胶、以生物等

脱硝装置

除尘器

烟气岛

脱硫装置

三、控制技术

NOx控制技术

低氮燃烧 技术

超低氮燃 烧技术

SCR脱硝 技术

全时段脱 硝技术

锅炉匹配 优化运行

催化剂布置:2+1/3+1/3+0 催化剂类型:蜂窝、平板、 波纹 还原剂:液氨、尿素

分段省煤器 省煤器旁路 等等

NOx<200-300mg/Nm3 NOx<100-200mg/Nm3

SCR出口NOx<50mg/Nm3

SCR出口NOx<50mg/Nm3

烟尘控制技术

低低温ESP 技术
烟气冷却器 低温省煤器 供电电源

高效布袋/ 电袋技术

湿式电除 尘器技术
卧式、立式 导电玻璃钢、 钢结构

布袋/电袋

ESP出口烟尘<2030mg/Nm3

除尘器出口烟尘<1020mg/Nm3

入口烟尘<20-30mg/Nm3,雾 滴<20-40mg/Nm3,实现颗粒 物排放<5-10mg/Nm3

SO2控制技术

石灰石湿法脱硫

湿法脱硫除尘一 体化
吸收塔顶部安装管式除尘器 或三级高效除雾(尘)器, 协同控制

单塔双循环、双塔双循环、 单塔双区、U塔双循环

出口SO2

<35mg/Nm3

出口SO2<50mg/Nm3 烟尘<10mg/Nm3

四、技术路线

3.1 污染物控制

燃煤硫份小于0.8-1%、灰份 小于20%
燃煤硫份为 1-1.5%、灰份 为20-30% 燃煤硫份大于1.5%、灰份 大于30%

采用合适综合技术路 线,可实现大气污染 物的超低排放

电厂实际情况、区域环 境质量要求等,进行实 验研究和技术经济评估

应以达标排放为原则, 不宜追求超低排放

新建机组
统筹规划烟气净化岛时,可采用以下2条超低排放的技术路线:

路线一:

低氮或低低氮燃烧技术(其出口 NOX < 200-300 mg/m3 或 100-200 mg/m3 ) +

SCR 脱硝技术(其出口 NOX < 50 mg/m3 ) + 电除尘技术( ESP )(其出口烟尘应<
30mg/m3)+高效湿法烟气脱硫技术(其出口SO2<35mg/m3、烟尘<20-30mg/m3、 雾 滴 < 40-50mg/m3 ) + 湿 式 电 除 尘 器 ( 其 出 口 烟 尘 < 5-10mg/m3 、 雾 滴 < 1020mg/m3)

路线二:

锅炉

SCR

AH

WHR

ESP FF EFIP

湿法脱 硫除尘 一体化 BUF 烟囱

低氮或低低氮燃烧技术(其出口NOX< 200-300 mg/m3或 100-200 mg/m3) + SCR脱 硝技术(其出口NOX<50 mg/m3) +高效除尘技术包括低低温 ESP、高效袋式除尘器和 电袋复合除尘器(其出口烟尘浓度应<10-20mg/m3)+湿法脱硫除尘一体化技术(其

出口SO2<35mg/m3、烟尘<10mg/m3、雾滴<20-30mg/m3)。

现役机组

现役机组

?诊断评估

环保设施诊断,发现问题, 提出对策;

?优化调整
?技术改造
结合状态诊断结果,先进的 优化调整技术,最优调整;

环保改造,五位一体

装备和现 状

现有烟气净化岛所有环保设施的技术装备 和运行现状,分析其与改造目标的差距。 ?燃煤硫份、灰份、挥发份,烟气 流量、温度和成分等

烟气条件

一厂一策 一炉一策

场地条件

?实施改造可利用的场地条件和空 间条件,分析其是否满足改造要求。

配套改造 改造难度

?分析因超低排放改造将涉及的非环 保设施的改造范围,如空预器、引 风机改造等

统筹考虑 前瞻性

?分析原环保设施、障碍物、停炉时间、对 主机可能产生的影响等 ?统筹考虑常规污染物和非常规污染物

3.2 烟囱冒“白烟”控制

烟气换热方式

?烟气冷却器(或低低温省煤器)布置在电除尘器上游,烟气被循环水冷却 到85~90℃后进入低低温电除尘器; ?烟气加热器布置在烟囱上游,烟气被循环水加热到70~80℃后排入大气。

烟气冷却方式
水汽凝聚 功能

相变 凝聚

改善区域 环境质量

相变团聚 功能

3.3 烟气排放监测

1

2

3

4

监测位置: 应安装在 烟 囱 6080m的位置。

采用低浓 度高湿度 烟 尘 、 SO2 、 NOX 在 线 多 点测量仪。

NOX 在 线 测量仪增 加 NO2 测 量功能

加强SO3、 汞排放监 测,必要 时加装汞 在线测量 仪

五、注意事项

4.1低氮改造注意事项 低氮燃烧控制

四角切圆燃烧

对冲燃烧

W火焰锅炉

NOx生成量
?200-250mg/Nm3 ?250-300mg/Nm3 ?700-800mg/Nm3

4.1低氮改造注意事项

1
全面开展锅炉燃烧 情况摸底试验,确 定合理的边界条件, 制定切合实际的低

2

3
系统开展燃烧优化

4
加强培训管理,提 高运行人员技能水 平,着力解决改造 后可能出现的高温 腐蚀、炉膛结焦、 蒸汽参数异常、锅 炉效率下降等影响 机组安全经济的突 出问题

加强管理,提高低 氮燃烧器的制造和 施工质量

调整试验,制定科 学规范、操作性强 的燃烧调整指导手 册

氮燃烧改造方案

4.2 SCR注意事项
边界条件 设计裕度

物模数模

氨测量仪 低浓度NOx测量仪

SCR 超低排放

NOx浓度均布 机组负荷波动

催化剂全生 命周期管理

次生物 潜在风险

4.3 FGD注意事项
严格控制燃煤质量, 确保燃煤硫份相对稳定

SO2超低排放

FGD设计、工程建设、设备成套、 运行优化、检修维护等阶段 精细化管理

边界条件

脱硫石膏

强化数模

在线仪表

协同除尘

次生物

4.4 烟尘注意事项 颗粒物超低排放

严格控制燃煤质量,确保 燃煤灰份相对稳定

统筹考虑干法除尘、低低温电 除尘、FGD协同除尘、FGD携带 液滴和湿法电除尘的除尘性能, 分级控制,层层把关

制定切实可行 改造方案

?设计边界条件 ?技 改 项 目 , 挖 掘 潜力

结合FGD升级改造 协同除尘

低浓度颗粒物 测量仪

合理配置湿式 除尘器

六、超低排放评估

随着燃煤超低排放大面积推广,正确评估超低排放的实施效 果显得十分重要,已引起各方的高度关注,因为它直接关系到:

(1)技术价值,能否准确评价应用技术的先进性,避免“鱼龙
混杂”,真正起到淘汰落后技术,促进技术进步的目的; (2)环境价值,能否真正实现预期的减排效果和超低排放效果,

避免“以假乱真”,真正掌握实际排放状况,以便准确分析对区
域环境质量的改善情况; (3)投资价值,能否准确评估单位污染治理成本与全社会平均 污染治理成本的关系,避免脱离当前我国的经济状况、违背“成 本-效益最大化”现象出现,以便准确分析超低排放的经济效益 和投资价值。

通过超低排放评估,拟达到以下目的
1、掌握超低排放设施的实际运行情况和管理状况 (1)减排效果 (2)达标情况 (3)存在问题

分析浓度达标的可行性(小时达标、6-8小时达标,日达标)

2、掌握低浓度污染物的监测技术及装备
(1)监测结果的正确性 (2)探讨形成统一的方法、标准

3、掌握各种超低排放技术的成熟度

(1)投入运行6个月-1年后,由有资质的第三方进行性能监测;
(2)开展运行状态评估 4、分析超低排放技术的适用范围,及可达到的减排效果

5、技术、经济、环境综合分析,寻求成本、效益最大化的技术

评估方法
评估范围

脱硫设施

脱硝设施

除尘设施

1、减排技术(主要指标包括:脱除率、能耗、水耗,技术的经济性

评 估 内 容

与技术推广应用前景等) 2、运行管理(主要从设施的运行管理体系的建立、档案、运行培训、 设备的运行管理等) 3、环境效益(排放总量、浓度、次生物等) 4、监测、验收技术(主要设施运行过程和验收过程中采用的超低排 放监测的技术及仪器等)

评估方法
1、定量分析、定性分析和对比分析相结合,通过资料 分析、现场检查、访谈、调查、试验、第三方检测等手段。 2、前后对比法,对项目实施前后相关指标进行对比,用以直 接估量项目实施的相对成效。 3、有无对比法,“有项目”(实施技改)相关指标的实际值 与“无项目”(不实施技改)相关指标的预测值对比,用以 度量项目真实的效益、作用及影响。 4、横向对比,类似项目相关指标对比,用以评价项目水平。

评估方法

1、专家评估:行业协会或企业主管部门组织,对工程的建设质量和 运行状态进行全面的专家评估。专家的专业范围应至少包括:工艺

评估形式

设计、施工、调试、技术经济、运行和管理等。
2、企业自评:各企业应按照相关要求,定期组织对超低设施的运行 状态进行评估。

评估指标
大气污染SO2、NOX 、烟尘 水污染物 噪 声 总量控制 15分 总量控制

制度与规程
污染 物排 放达 标状 况 总分 70 环保 管理 体系 总分 15 组织机构 应急预案

综合评估 100分

人员培训
档案制度

环保设施的建设及运行概况,总分15分
低 氮 燃 烧 烟 气 除 尘 烟 气 脱 硫 污 水 处 理 灰 场 及 管 理 设 施 噪 声 控 制 固 体 废 弃 物 无 组 织 排 放 控 制 环 境 监 测

以脱硫设施为例
脱硫设施
综合脱硫率 连续脱硫率

250分
100分

?管理体系 12分

?制度与规程 3分 ?组织机构 3分 ?应急预案 3分 ?人员培训 3分

?脱硫效率 30分 ?达标排放率 30分 ?电耗 12分 ?水耗 12分 ?吸收剂消耗 12分 ?对机组负荷的适应性 4分

性能指标 运行管理 主要设备 125分

25分

?运行水平 13分

?运行台帐及记录 2分 ?检修台帐及记录 2分 ?化学分析记录 2分 ?设备台帐 2分 ?技术资料 2分 ?安全文明生产 2分 ?技术改进和运行优化 1分

?工艺、工业水系统 5分 ?烟气系统 25分 ?事故浆液系统 5分 ?吸收塔系统 25分 ?电气系统 5分 ?吸收剂制备系统 20分 ?压缩空气系统 5分 ?石膏脱水系统20分 ?仪控系统 15分

石灰石-石膏法

全面落实超低排放要求,引导企业主动跟踪先进,切实 以主设备管理要求,自觉查找差异,深入分析原因,扎实整 改,在安全生产、运行管理、检修管理、燃料管理、技术改 进、达标排放等方面挖掘潜力,改善技术经济指标,持续提 升环保设施的运行水平!

加强环保能力建设,携起手来,共同为绿色、和谐、 可持续发展,生态文明建设作出新的、更大贡献!

谢谢!
国电科学技术研究院 地址:江苏省南京市栖霞区仙境路10号

邮编:210046
信箱:xjm_gdhb@126.com


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