1燃煤電站超低排放改造技術發展背景

能源在人類生活和生產中起著至關重要的作用，是我們生存的基礎，也是現代社會經濟發展的重要支柱，也是國家重要的戰略物資。合理開發和利用能源，對人類社會和世界經濟的發展起著重要作用。1970年代出現的兩次能源危機，石油價格急劇上漲，經濟受挫。在當今全球化發展中，能源安全已經上升到國家安全的高度。

在油氣資源相對集中的中東地區，政治、外交和軍事沖突一直存在，最近的戰爭是2011年美國發動的利比亞戰爭，2013年美國攻擊敘利亞和2021年沙特阿拉伯發動的對也門戰爭。因此，能源安全關系到一個國家的長治長安，發展中國和發達國家都把能源安全作為國家安全的重要組成部分。習主席提出建設一帶一路戰略構想，中國與中東國家能源關系發展迅速，成為中國一帶一路框架的戰略支點。

面對國內石油化學能源短缺、能源價格和使用成本的大幅度上升，以及國內環境的惡化，積極開發新能源，尋求未來經濟的可持續發展已經成為我國的重要戰略任務，利用新燃料燃燒技術和尾氣管理設備改善傳統石油化學能源的運行現狀，已經成為我們現在迫不及待的任務，從環境保護和社會經濟的可持續發展來看，石油化學能源在未來逐漸衰退的過程中

表1 大氣污染物特別排放限值

基于大的能源背景，我國對現存的燃煤電廠提出了新的要求——節能改造。在現存的改造過程中主要是圍繞已有的節能技術，對煤粉的高效燃燒和尾氣排放管理進行進一步技術提升，從而到達工業排放新標準(表一)。這也是今后煤電廠的重要研究和發展方向。

2 燃煤電廠超低排放技術研究路線——以富氧燃燒為例的高效燃燒

2.1 富氧燃燒概述

現如今，人類消費的能源其中約80%是通過燃燒獲得的，然而燃燒卻帶來了一系列環境問題。如何在提高資源利用率的同時，減少有害氣體的排放量是一個非常有前途的課題。

目前可以采用的技術有催化燃燒、高溫空氣燃燒、富氧燃燒等。這些技術能有效緩解當前環境污染問題，有很大的實用前景。富氧是指氣氛中氧濃度高于空氣濃度(>；20.97%)。

富氧燃燒又稱OEC，被認為是節能高效的燃燒技術。就低碳排放而言，該技術也是煤電廠最具潛力的技術之一。富氧燃燒的極限是純氧(含氧>；99%)燃燒氣氛。觀察足氧氣氛、污染物排放情況。

以O2/CO2氣氛代替空氣作為燃燒環境燃燒煤粉富氧。壽恩廣經研究發現，提高氧氣濃度可以改善煤粉/煤的燃燒反應，降低燃燒溫度，使燃燒反應像低溫區移動煤粉與煤的混合比例不同，對燃燒特性參數的影響也不同。當煤粉與煤混比較小時，氧氣濃度的變化對混合燃料著火溫度的影響并不明顯。

在O2/CO2各占一半的氛圍下，隨著煤粉比例的增加，所有特征參數都向低溫區域前進，在固定碳燃燒階段逐漸增大。富氧燃燒對提高火焰溫度和燃燒效率有顯著作用，因此在玻璃熔窯和金屬冶金等高溫操作行業應用廣泛。

2.2.富氧燃燒的特點

富氧燃燒與普通空氣燃燒相比，是提高氣氛中的氧氣濃度。由于氧氣濃度高，可以使反應更完全，也可以降低空氣的過剩系數，提高反應速度，最重要的是減少排煙量。即使富氧燃燒具有上述特點，燃燒產生的污染物也是需要解決的問題。

在實驗過程中，需要分析煙氣中SO2、NOX和顆粒物等污染物的含量是否發生變化，調整氧氣濃度如何影響污染物成分的濃度大小和后續污染物的排放也是研究的主要方向。

2.3國內外煤粉富氧燃燒研究

近年來，國內外學者研究了煤粉和煤的富氧燃燒。羅思義[8]做了煤粉微米燃料在富氧狀態下燃燒的實驗，析其特性。他認為富氧燃燒對改善煤粉的燃燒特性起著很大的作用。他指出，當氧濃度為40%時，爐膛溫度可達1600℃，釋放大量熱量。陳祓研究了不同煤粉的燃燒特性，燃料采用了3種煤粉。

得出結論:受氧濃度影響與煤粉種類有關，但同一煤粉氧濃度增加，煤粉燃燒特性變化明顯，氣體析出溫度范圍變小。王藝以褐煤為實驗原料，在不同氧濃度下進行熱解實驗，對實驗結果進行動力學分析。

實驗分析顯示，隨著氧濃度的增加，燃燒反應的時間減少，但放熱峰值增加，氧濃度的增加增強了熱解反應，研究各種生成氣體的曲線時，隨著氧濃度的增加，大部分氣體的分析時間減少，峰值也增加。王泉斌[11]將煤粉與生物質混合作為實驗燃料進行實驗。

實驗結果表明，氧氣濃度增加時，直徑不同的粒子變化，小粒子的樣品變化幅度小，大粒子變化大。外國學者H.Haykiri-Acma研究了在空氣和純氧兩種不同的氣氛下，煤粉和褐煤混合燃燒的特性。實驗結果表明，在純氧條件下，煤粉與煤混合作為原料比煤混合作為原料產生的熱流率大。

3燃煤電廠超低排放技術應用解析-以太原第二熱電廠為例

山西是我國煤炭生產和利用大省，高效使用煤炭是山西新能源改革趨勢下一個重要主題。基于燃煤的高效燃燒和尾氣排放管理，對傳統的發電、減排系統進行了一些列的改進和發展，從實際使用來看，已經取得了很好的應用效果，筆者以太原第二熱電廠為例，簡單介紹了我廠實現的一系列超低排放技術應用。

本案例中的超低排放改造工作中，主要進行二期改造工程（六期、七期），而且值得一提的是，該廠針對設備情況，對六期、七期各單元采用不同的改造方案。

3.2改造前本廠設備建筑概況

太原第二熱力發電廠是山西大唐發電集團下屬以發電和供熱為主的熱力發電廠，太原第二熱力發電廠擴建工程2×330MW項目，12號爐為亞臨界壓力一次中間再熱自然循環鍋爐。亞臨界參數、自然循環、單汽包、單膛平衡通風、死角切圓燃燒、一次中間再熱、平衡通風、燃燒器擺動調溫、緊身封閉、主副雙鋼架π汽包爐、固體排渣、煤粉爐、空氣預熱器采用三分倉旋轉式預熱器。

鍋爐制粉系統采用ZGM95G-ⅱ中速磨煤機一次冷卻風扇直吹系統。設計煤種每臺鍋爐配置5臺中速磨煤機。煤粉細度R90≤14.5%，其中4臺運行，1臺備用。本工程點火方式采用微油點火+常規油槍點火，在燃燒器a層配置微點火裝置。

工廠設備改造前使用石灰石脫尿酸熱解SCR脫硝無除塵。對于除塵，目前常用的技術主要是靜電除塵、布袋除塵、布袋復合除塵、濕式靜電除塵等，在技術方面，MEIJI等眾多國內外學者開展了深入的研究，其研究方向主要是吸塵器的電源設計、粒子物比電阻對除塵少的影響等。

圖1 顯示是一種MGGH低低溫電除塵超低排放技術，這種排放技術是低低溫電除塵技術的典型代表，在我國目前使用的裝機容量已經達到13000MW。圖2顯示，MGGH濕式電除塵超低排放技術，在煙氣脫硫裝置的歐元增設電除塵器，滿足煙塵超排放要求，哈哈可以減輕濕式脫硫后的環境污染。

圖2MGH濕式電除塵超低排放技術

3.2針對10號/11號機組的第六期改造工程

6期工程，主要改造為10號、11號機組脫硝設備。其改造后的斷貨系統示意圖如圖3所示。改造的主要工作由以下三個部分組成。

第一，在原2+0的基礎上，使用新催化劑(或更換新催化劑配方)，加強催化劑吸收層結構，改造后的10號，11號單元脫硝設備的反應面積比原反應面積有效增加30%，改造效果有效提高NOx吸收率。

第二，脫硫設備改造采用吸收塔入口煙道至第一層淋浴層之間安裝脫硫效果裝置，優化淋浴層支管和噴嘴配置，采用高效噴嘴，凈煙道在原GGH處直接減少彎頭和煙道長度的方式。

第三，除塵設備采用脫硫系統協同除塵技術，將原吸收塔除霧器更換為管束式除塵除霧裝置，對應改造管束式除塵器清洗水管道和閥門和控制邏輯。

圖3實際運行中10號/11號單元改造后的脫硝系統

3.3針對12號/13號單元的第7期改造工程

7期工程，主要改造為12號、13號單元的脫硝設備。

7期12號、13號單元脫硝設備在SCR預約層添加新催化劑，增容為3層催化劑配置。除塵設備采用脫硫系統協同除塵技術，12號脫硫將原吸塔除霧器更換為管束式除塵除霧裝置，13號脫硫將原吸塔除霧器(2層屋頂+1層管式)更換為高效除霧器(3層屋頂式)。

如圖4是13號單元改造后的CEMS參數，從圖中可以看出實現超低排放改造后，13號單元的煙氣廢氣進一步控制，經過同樣的觀察，所有單元改造后NOx排放濃度不足50mg/nm？SO2排放濃度在35mg/Nm以下，固體顆粒物排放濃度小于5?mg/nm？，遠低于國家標準，達到了超低排放的要求。