1燃煤电站超低排放改造技术发展背景

能源在人类生活和生产中起着至关重要的作用，是我们生存的基础，也是现代社会经济发展的重要支柱，也是国家重要的战略物资。合理开发和利用能源，对人类社会和世界经济的发展起着重要作用。1970年代出现的两次能源危机，石油价格急剧上涨，经济受挫。在当今全球化发展中，能源安全已经上升到国家安全的高度。

在油气资源相对集中的中东地区，政治、外交和军事冲突一直存在，最近的战争是2011年美国发动的利比亚战争，2013年美国攻击叙利亚和2021年沙特阿拉伯发动的对也门战争。因此，能源安全关系到一个国家的长治长安，发展中国和发达国家都把能源安全作为国家安全的重要组成部分。习主席提出建设一带一路战略构想，中国与中东国家能源关系发展迅速，成为中国一带一路框架的战略支点。

面对国内石油化学能源短缺、能源价格和使用成本的大幅度上升，以及国内环境的恶化，积极开发新能源，寻求未来经济的可持续发展已经成为我国的重要战略任务，利用新燃料燃烧技术和尾气管理设备改善传统石油化学能源的运行现状，已经成为我们现在迫不及待的任务，从环境保护和社会经济的可持续发展来看，石油化学能源在未来逐渐衰退的过程中

表1 大气污染物特别排放限值

基于大的能源背景，我国对现存的燃煤电厂提出了新的要求——节能改造。在现存的改造过程中主要是围绕已有的节能技术，对煤粉的高效燃烧和尾气排放管理进行进一步技术提升，从而到达工业排放新标准(表一)。这也是今后煤电厂的重要研究和发展方向。

2 燃煤电厂超低排放技术研究路线——以富氧燃烧为例的高效燃烧

2.1 富氧燃烧概述

现如今，人类消费的能源其中约80%是通过燃烧获得的，然而燃烧却带来了一系列环境问题。如何在提高资源利用率的同时，减少有害气体的排放量是一个非常有前途的课题。

目前可以采用的技术有催化燃烧、高温空气燃烧、富氧燃烧等。这些技术能有效缓解当前环境污染问题，有很大的实用前景。富氧是指气氛中氧浓度高于空气浓度(>；20.97%)。

富氧燃烧又称OEC，被认为是节能高效的燃烧技术。就低碳排放而言，该技术也是煤电厂最具潜力的技术之一。富氧燃烧的极限是纯氧(含氧>；99%)燃烧气氛。观察足氧气氛、污染物排放情况。

以O2/CO2气氛代替空气作为燃烧环境燃烧煤粉富氧。寿恩广经研究发现，提高氧气浓度可以改善煤粉/煤的燃烧反应，降低燃烧温度，使燃烧反应像低温区移动煤粉与煤的混合比例不同，对燃烧特性参数的影响也不同。当煤粉与煤混比较小时，氧气浓度的变化对混合燃料着火温度的影响并不明显。

在O2/CO2各占一半的氛围下，随着煤粉比例的增加，所有特征参数都向低温区域前进，在固定碳燃烧阶段逐渐增大。富氧燃烧对提高火焰温度和燃烧效率有显着作用，因此在玻璃熔窑和金属冶金等高温操作行业应用广泛。

2.2.富氧燃烧的特点

富氧燃烧与普通空气燃烧相比，是提高气氛中的氧气浓度。由于氧气浓度高，可以使反应更完全，也可以降低空气的过剩系数，提高反应速度，最重要的是减少排烟量。即使富氧燃烧具有上述特点，燃烧产生的污染物也是需要解决的问题。

在实验过程中，需要分析烟气中SO2、NOX和颗粒物等污染物的含量是否发生变化，调整氧气浓度如何影响污染物成分的浓度大小和后续污染物的排放也是研究的主要方向。

2.3国内外煤粉富氧燃烧研究

近年来，国内外学者研究了煤粉和煤的富氧燃烧。罗思义[8]做了煤粉微米燃料在富氧状态下燃烧的实验，析其特性。他认为富氧燃烧对改善煤粉的燃烧特性起着很大的作用。他指出，当氧浓度为40%时，炉膛温度可达1600℃，释放大量热量。陈祓研究了不同煤粉的燃烧特性，燃料采用了3种煤粉。

得出结论:受氧浓度影响与煤粉种类有关，但同一煤粉氧浓度增加，煤粉燃烧特性变化明显，气体析出温度范围变小。王艺以褐煤为实验原料，在不同氧浓度下进行热解实验，对实验结果进行动力学分析。

实验分析显示，随着氧浓度的增加，燃烧反应的时间减少，但放热峰值增加，氧浓度的增加增强了热解反应，研究各种生成气体的曲线时，随着氧浓度的增加，大部分气体的分析时间减少，峰值也增加。王泉斌[11]将煤粉与生物质混合作为实验燃料进行实验。

实验结果表明，氧气浓度增加时，直径不同的粒子变化，小粒子的样品变化幅度小，大粒子变化大。外国学者H.Haykiri-Acma研究了在空气和纯氧两种不同的气氛下，煤粉和褐煤混合燃烧的特性。实验结果表明，在纯氧条件下，煤粉与煤混合作为原料比煤混合作为原料产生的热流率大。

3燃煤电厂超低排放技术应用解析-以太原第二热电厂为例

山西是我国煤炭生产和利用大省，高效使用煤炭是山西新能源改革趋势下一个重要主题。基于燃煤的高效燃烧和尾气排放管理，对传统的发电、减排系统进行了一些列的改进和发展，从实际使用来看，已经取得了很好的应用效果，笔者以太原第二热电厂为例，简单介绍了我厂实现的一系列超低排放技术应用。

本案例中的超低排放改造工作中，主要进行二期改造工程（六期、七期），而且值得一提的是，该厂针对设备情况，对六期、七期各单元采用不同的改造方案。

3.2改造前本厂设备建筑概况

太原第二热力发电厂是山西大唐发电集团下属以发电和供热为主的热力发电厂，太原第二热力发电厂扩建工程2×330MW项目，12号炉为亚临界压力一次中间再热自然循环锅炉。亚临界参数、自然循环、单汽包、单膛平衡通风、死角切圆燃烧、一次中间再热、平衡通风、燃烧器摆动调温、紧身封闭、主副双钢架π汽包炉、固体排渣、煤粉炉、空气预热器采用三分仓旋转式预热器。

锅炉制粉系统采用ZGM95G-ⅱ中速磨煤机一次冷却风扇直吹系统。设计煤种每台锅炉配置5台中速磨煤机。煤粉细度R90≤14.5%，其中4台运行，1台备用。本工程点火方式采用微油点火+常规油枪点火，在燃烧器a层配置微点火装置。

工厂设备改造前使用石灰石脱尿酸热解SCR脱硝无除尘。对于除尘，目前常用的技术主要是静电除尘、布袋除尘、布袋复合除尘、湿式静电除尘等，在技术方面，MEIJI等众多国内外学者开展了深入的研究，其研究方向主要是吸尘器的电源设计、粒子物比电阻对除尘少的影响等。

图1 显示是一种MGGH低低温电除尘超低排放技术，这种排放技术是低低温电除尘技术的典型代表，在我国目前使用的装机容量已经达到13000MW。图2显示，MGGH湿式电除尘超低排放技术，在烟气脱硫装置的欧元增设电除尘器，满足烟尘超排放要求，哈哈可以减轻湿式脱硫后的环境污染。

图2MGH湿式电除尘超低排放技术

3.2针对10号/11号机组的第六期改造工程

6期工程，主要改造为10号、11号机组脱硝设备。其改造后的断货系统示意图如图3所示。改造的主要工作由以下三个部分组成。

第一，在原2+0的基础上，使用新催化剂(或更换新催化剂配方)，加强催化剂吸收层结构，改造后的10号，11号单元脱硝设备的反应面积比原反应面积有效增加30%，改造效果有效提高NOx吸收率。

第二，脱硫设备改造采用吸收塔入口烟道至第一层淋浴层之间安装脱硫效果装置，优化淋浴层支管和喷嘴配置，采用高效喷嘴，净烟道在原GGH处直接减少弯头和烟道长度的方式。

第三，除尘设备采用脱硫系统协同除尘技术，将原吸收塔除雾器更换为管束式除尘除雾装置，对应改造管束式除尘器清洗水管道和阀门和控制逻辑。

图3实际运行中10号/11号单元改造后的脱硝系统

3.3针对12号/13号单元的第7期改造工程

7期工程，主要改造为12号、13号单元的脱硝设备。

7期12号、13号单元脱硝设备在SCR预约层添加新催化剂，增容为3层催化剂配置。除尘设备采用脱硫系统协同除尘技术，12号脱硫将原吸塔除雾器更换为管束式除尘除雾装置，13号脱硫将原吸塔除雾器(2层屋顶+1层管式)更换为高效除雾器(3层屋顶式)。

如图4是13号单元改造后的CEMS参数，从图中可以看出实现超低排放改造后，13号单元的烟气废气进一步控制，经过同样的观察，所有单元改造后NOx排放浓度不足50mg/nm？SO2排放浓度在35mg/Nm以下，固体颗粒物排放浓度小于5?mg/nm？，远低于国家标准，达到了超低排放的要求。