清洁煤电技术与标准体系在 一带一路 沿线国家的应用.pdf

清洁煤电技术与标准体系在“一带一路”沿线国家的应用罗如生1,2，朱法华3，陈奎续1,2，娄彤1,2，尤燕青1,21. 福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000；2. 国家环境保护电力工业烟尘治理工程技术中心，福建 龙岩 364000；3. 国电环境保护研究院有限公司，江苏 南京 210031摘 要 2014年开始，中国推动煤电行业的超低排放，污染治理技术得到快速发展，为使各种治理技术得到精准化、系列化的高效应用，构建了清洁煤电技术标准体系。超净电袋复合除尘技术是颗粒物超低排放技术中重要的技术路线之一，在国内得到广泛应用，并在土耳其某电厂2660 MW机组上成功应用。该项目除尘器出口烟尘排放质量浓度小于10 mg/m3，运行阻力小于800 Pa，已稳定运行3年多。超净电袋复合除尘器在土耳其的成功应用，极大地带动了中国清洁煤电技术与标准体系在“一带一路”沿线国家的推广应用。关键词清洁煤电技术；标准体系；一带一路；超净电袋复合除尘器；超低排放中图分类号 X513；TM621.9 文献标志码 A DOI 10.11930/j.issn.1004-9649.2019080660 引言火电厂大气污染物排放标准[1]于2011年颁布，规定了重点地区烟尘、SO2和NOx的排放限值分别为20 mg/m3、50 mg/m3和100 mg/m3。尽管该标准限值已是世界最严的燃煤电厂排放限值，但在环保压力的推动下，国家发改委、环保部、能源局三部委于2014年联合印发了煤电节能减排升级与改造行动计划（20142020年）[2]，在全国范围内启动煤电行业的超低排放改造，要求燃煤机组的烟尘、SO2和NOx的排放不超过10 mg/m3、35 mg/m3、50 mg/m3，并于2020年前完成。为了实现燃煤电厂大气污染物超低排放，各种先进的新型环保技术得到快速发展。为实现各种技术的精准化和系列化应用，以技术及其应用效果为支撑的相关技术标准陆续颁布，创建了清洁煤电标准体系，有效确保了中国电力行业超低排放改造的顺利实施，进一步降低了火电行业给环境带来的污染影响。“新丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”的合作倡议于2013年由习近平主席提出，两者统一称为“一带一路”。通过“一带一路”的相关合作，将中国的基础设施建设能力推广至合作国家，从而促进合作国家的经济增长。随着“一带一路”合作的顺利开展，中国与“一带一路”沿线国家在高铁、能源、通信等领域有了深入的合作。在中国广泛应用的清洁煤电标准技术及标准体系在“一带一路”沿线国家的应用也开始崭露头角。土耳其是“一带一路”中连接欧亚大陆的重要桥梁国家，将中国的清洁煤电技术及标准体系推广应用至土耳其具有重要的示范意义。本文以在土耳其某电厂2660 MW机组配套的超净电袋复合除尘器为例，详细介绍中国超低排放相关的清洁煤电技术及标准体系在该项目中的应用，为后续其他技术在“一带一路”沿线国家中推广应用提供借鉴。1 国际领跑的清洁煤电技术与标准体系中国每年的煤炭消耗量占世界总量的50以收稿日期2019−08−09。基金项目国家重点研发计划资助项目低成本超低排放技术与高端制造装备 ，2016YFC0203703。第 52 卷 第 10 期中国电力Vol. 52, No. 102019 年 10 月ELECTRIC POWER Oct. 2019132上，其中约有一半用于燃烧发电。为进一步控制煤电行业大气污染物排放，中国率先对煤电行业实施大气污染物超低排放，要求燃煤电厂大气污染物排放执行燃气轮机组的排放水平。各种先进的烟气治理技术得到快速发展，如超净电袋复合除尘技术、湿式电除尘技术、复合塔脱硫技术等等。由于不同燃煤电厂的燃煤煤质、燃烧方式、现场条件、管理能力等差异很大，常常导致同一种技术在A厂使用很成功，照搬到B厂却使用失败。笔者联合许多专家，在调研、总结、评估大量工程案例和实验研究及理论分析的基础上，制定了满足各种技术工程设计标准化要求的工程技术规范、建成后的性能检测技术规范、运行时的操作技术及管理规范，实现了先进治理技术的标准化、精细化应用。为满足不同电厂对污染防治技术的科学选择，笔者提出火电厂污染防治技术的选择原则“因煤制宜、因炉制宜、因地制宜、统筹协同、兼顾发展”，并组织制定了火电厂污染防治可行技术指南，创建了涵盖“排放标准–技术指南–工程规范–性能检测–运行管理”的完整的清洁煤电标准体系（详见表1）。清洁煤电标准体系的建立与颁布，为中国燃煤电厂多煤种、宽负荷、变工况复杂条件下环保设施“建设好、运行好、效益好”提供了科技支撑。2 土耳其某电厂2660 MW机组超净电袋复合除尘器2.1 超净电袋复合除尘技术电袋复合除尘技术将静电除尘与袋式除尘进行有机结合，前级电场脱除70左右的烟尘，并将烟尘荷电，后级袋区过滤拦截剩余的烟尘，除尘效率超过99.9。前级电场一般采用干式、板式电除尘型式，后级袋区分为立式圆袋脉冲清灰型式和卧式扁袋脉动清灰型式。（1）立式圆袋脉冲清灰型式的电袋复合除尘器，在国内外包括1 000 MW各种等级的燃煤机组上广泛应用，目前国内应用机组容量超过255 GW，约占中国总装机容量的26，出口国外装机容量超过27 GW。（2）卧式扁袋脉冲清灰型式的电袋复合除尘器，电区袋区烟流都是水平方向，气流分配和分布都趋向更加均匀，不必重整；烟尘经电区后预荷电充分且能保留进入袋区，对袋区捕尘以及滤袋上粉尘层的附着、形态、性质和反吹清除都很有利，因而采用脉动清灰；在国内350 MW及以下机组（约8 250 MW）稳定、低阻力、达标应用，暂无出口国外项目。超净电袋复合除尘技术是在常规电袋复合除尘技术的基础上创新升级而形成的新一代电袋复合除尘技术，突破了最优耦合匹配、高均匀多维流场、高精过滤、微粒凝并等关键技术[36]，除尘器出口排放粉尘质量浓度可小于5 mg/m3[7]。其具有烟尘排放长期稳定且阻力低、滤袋寿命长、运维费用低、占地小、适用范围广的特点，适用于国内大多数燃煤机组燃用的煤种，特别是高硅、高铝、高灰分、高比电阻、低硫、低钠、低含湿量的煤种。该技术的除尘效率不受煤质、烟气工况变化的影响，排放长期稳定可靠，尤其适用于排放要求严格的地区及老机组除尘系统改造[8-10]。以超净电袋复合除尘技术为基础，不依赖其他二次除尘，实现烟尘超低排放的工艺系统，是HJ23012017火电厂污染防治可行技术指南[8]中实现燃煤机组颗粒物超低排放的主流技术路线之一[11]。目前，中国采用超净电袋复合除尘技术的机组容量超过50 GW。表 1 清洁煤电标准体系Table 1 Clean coal-power standard system标准类型标准作用颁布项数代表性标准排放标准明确治理目标1 GB 132232011 火电厂大气污染物排放标准技术指南指明实施路线2 HJ 23012017 火电厂污染防治可行技术指南工程规范规定设计要求59 HJ 20532018 燃煤电厂超低排放烟气治理工程技术规范性能检测验证工程效果24 DL/T 15202016 火电厂烟气细颗粒物（PM2.5）测试技术规范运行管理指导高效运行27 HJ 20402014 火电厂烟气治理设施运行管理技术规范第 10 期 罗如生等清洁煤电技术与标准体系在“一带一路”沿线国家的应用1332.2 技术出口土耳其某电厂2.2.1 项目概况及除尘器选型某电厂位于土耳其首都安卡拉附近，新建2660 MW超临界燃煤机组，配套建设的环保设备包括除尘器、石灰石–石膏湿法脱硫（FGD）、脱硝装置（SCR）。表2为该电厂燃用煤质分析与灰渣成分。从表2可以看出，土耳其某电厂所用煤种灰分成分波动大，收到基硫质量分数平均值为1.2，小于1.4；灰分中二氧化硅与三氧化二铝含量之和平均值为80.24，大于75；氧化钠含量波动幅度太大，最小值仅为0.05，远低于0.2。依据HJ23012017火电厂污染防治可行技术指南[8]中规定的除尘难易性评价方法，电除尘器较难收集该种灰分。由于机组规模为660 MW，应优先选择电袋复合除尘技术。电厂在当前欧盟排放限值基础上，要求保证除尘器出口的烟尘排放浓度≤10 mg/m3，达到中国的超低排放限值，依照文献[8]，技术方案应优先选用超净电袋复合除尘技术，可保证在煤种波动大、比电阻高的情况下，除尘器出口的烟尘排放浓度长期稳定≤10 mg/m3。2.2.2 项目设计及依据的主要工程技术规范根据入口烟气条件和性能要求，电袋复合除尘器设计阻力≤800 Pa，低于1 100 Pa；设计漏风率为≤1.5，低于2；设计过滤风速0.9 m/min，小于1 m/min；均满足燃煤电厂超低排放烟气治理工程技术规范[12]对性能指标和关键设计参数选取的要求。电袋复合除尘器的总体结构布置为每台机组配置2台超净电袋复合除尘器，每台除尘器前置1个电场作为前级电区，后置3个滤袋除尘室作为袋区，采用立式圆袋脉冲清灰型式，双通道（通道之间相互独立），除尘器电场区每个通道内设前后2个供电小分区，沿气流方向对应布置1个灰斗，总体结构布置满足燃煤电厂超净电袋复合除尘器[13]对结构的相关要求。电袋复合除尘器的基本参数和结构确定后，构造超净电袋复合除尘器结构数学模型，依据电袋复合除尘器气流分布模拟试验方法[14]，对超净电袋复合除尘器内部流场进行数值模拟，根据模拟结果对电袋复合除尘器内部结构进行优化改进。模型计算网格总数约350万，灰斗和出口烟道采用四面体网格，整体网格为四面体/六面体混合网格，计算结果如图1和图2所示。表 2 土耳其某电厂煤质与灰渣成分Table 2 Coal quality and ash composition of theTurkish power plant成分质量分数/波动范围/煤质成分Car 62.01 6070Har 4.2 3.54.6Oar 9 2.912Nar 1.50 1.01.7Sar 1.2 0.601.5Mar 12 7.014Aar 11 8.014灰质成分SiO2 59.7 4074Al2O3 20.54 1738Fe2O3 8.04 2.513CaO 2.23 0.3011MgO 2.35 0.203.4Na2O 0.76 0.051.3K2O 2.16 0.402.5烟气速度/ms−1 1612840图 1 除尘器内部速度云图Fig. 1 Velocity distribution map inside precipitator烟气速度/ms−1 1612840图 2 除尘器袋区上升速度分布示意Fig. 2 Distribution map of rising velocity in the bag areaof precipitator中国电力第 52 卷134在FLUENT中，分别取前后袋室滤袋出口的流量总和，计算出袋区流量偏差结果最大值的绝对值＜5，各滤袋流量相对均方根差小于0.2，气流分布较均匀。流场计算结果和袋区流量偏差计算结果符合燃煤电厂超净电袋复合除尘器[13]和电袋复合除尘器气流分布模拟试验方法[14]中对气流均布的相关要求，表明了该项目超净电袋复合除尘器内部流场达到了高均匀性。2.2.3 项目的性能检测电袋复合除尘器稳定运行1个月后，对其进行性能测试。依照电袋复合除尘器性能测试方法[15]和火电厂烟气细颗粒物（PM2.5）测试技术规范[16]的要求，在电袋复合除尘器的出入口布置测点，采用皮托管对各点动压、静压行测试，进而计算出电袋复合除尘器阻力为422498 Pa。采用等速采样法对烟尘进行采样，测得出口粉尘质量浓度为46 mg/m3。电袋复合除尘器烟尘排放浓度和运行阻力等性能参数均优于设计要求。2.2.4 项目的运行管理依照电袋复合除尘器设计、调试、运行、维护安全技术规范[17]和火电厂烟气治理设施运行管理技术规范[18]中的要求，电厂设置1名经过系统培训的专职技术人员对电袋复合除尘器进行管理。项目运行过程中针对烟气进出口温度、烟尘浓度、灰斗料位、二次电压、二次电流等关键参数进行日常监控，设置高温报警、低温报警、高料位报警、清灰压力报警等警示信号，并针对以上信号进行日常记录。每个班次巡检除尘器时，对脉冲阀和电磁阀等易损件进行额外关注，并确认各开关箱的门锁是否关闭。每周检查各表计工作状态是否正常，以保证其达到使用要求。通过上述措施，保障电袋复合除尘器的正常运行。2.3 项目应用的清洁煤电标准体系中的主要标准本项目中应用到的主要标准如表3所示。除表3所列的标准外，还应用了其他包括JB/T121182015电袋复合除尘器袋区技术条件、JB/T 121232015电袋复合除尘器电气控制装置、JB/T 121222015电袋复合除尘器电区技术条件等涉及计算、设计、选型、安装、检测、评价等30多项国家或行业标准。3 其他应用案例及其意义自“一带一路”合作倡议提出以来，已有多个项目应用中国的清洁煤电标准体系建设了电袋复合除尘器，未来可能还有如土耳其某电厂表 3 应用于土耳其工程的清洁煤电标准体系中主要标准Table 3 Main specifications in clean coal-fired power standard system applied to Turkey engineering project标准类型工程中应用的标准名称解决的主要问题排放标准GB 132232011火电厂大气污染物排放标准明确颗粒物排放不大于10 mg/m3技术指南HJ 23012017火电厂污染防治可行技术指南优先选择超净电袋复合除尘技术工程规范HJ 20532018燃煤电厂超低排放烟气治理工程技术规范关键参数选型HJ 20392014火电厂除尘工程技术规范设计选型DL/T 14932016燃煤电厂超净电袋复合除尘器关键参数选型JB/T 118292014燃煤电厂用电袋复合除尘器关键参数选型JB/T 116392013除尘器用高频高压整流设备电气设备设计选型JB/T 125332015电袋复合除尘器用高压电源高压电源设计选型JB/T 84702010正压浓相飞灰气力输送系统气力输送系统设计性能检测DL/T 15202016火电厂烟气细颗粒物（PM2.5）测试技术规范 颗粒物检测GB/T 321542015电袋复合除尘器性能测试方法测试方法和内容JB/T 121142015电袋复合除尘器气流分布模拟试验方法通过气流均布模拟优化除尘器结构运行管理HJ 20402014火电厂烟气治理设施运行管理技术规范明确机构和人员配置、规章制度、考核指标、运行检修维护工艺要求等内容JB/T 116442014电袋复合除尘器设计、调试、运行、维护安全技术规范确认电袋复合除尘器日常运行维护内容第 10 期 罗如生等清洁煤电技术与标准体系在“一带一路”沿线国家的应用1352400 MW机组配套电袋复合除尘器、越南某电厂4350 MW机组配套电袋复合除尘器等项目将应用中国清洁煤电标准体系进行建设。已采用中国清洁煤电标准体系进行建设的电袋复合除尘器项目详见表4。标准是贸易的通行证和敲门砖，是贸易的基础语言。产品要进入其他国家市场，必须经过标准这一道门槛。如果中国的国家标准能被对方接受、达到互联互通，会让贸易更加便利[19]。只有高标准，才更容易被其他国家接受，也只有高标准，产品才能有高质量，从而推动标准“走出去”[20]。上述这些项目的顺利应用，对于中国的清洁煤电标准体系在“一带一路”沿线国家进行推广有重要意义，其意味着中国的清洁煤电标准体系已逐步得到“一带一路”沿线国家的认可。4 结语中国为了进一步控制大气污染，率先实施煤电行业的大气污染物超低排放，建设了大量的超低排放工程，建成了由国家领跑的清洁煤电标准体系。超净电袋复合除尘技术具有长期稳定超低排放、运行阻力低、滤袋使用寿命长、运行维护费用低、占地面积小、适用范围广等优点，是清洁煤电标准体系中重要的技术路线之一。清洁煤电标准体系和超净电袋复合除尘技术在土耳其某电厂2660 MW机组上成功应用，实现了烟尘排放质量浓度小于10 mg/m3，运行阻力小于800 Pa，为中国的清洁煤电技术走向“一带一路”沿线国家提供了重要的技术支撑和工程示范。随着“一带一路”国家战略的深入实施，沿线国家在能源环保领域的技术和装备需求不断增加，中国清洁煤电标准体系和超净电袋复合除尘技术将发挥更大作用，应用前景广阔。参考文献环境保护部, 国家质量监督检验检疫总局. 火电厂大气污染物排放标准 GB 132232011[S]. 北京 中国环境科学出版社, 2012.[1]国家发展改革委, 环境保护部, 国家能源局. 煤电节能减排升级与改造行动计划[A]. 2014-09-12.[2]陈奎续. 超净电袋复合除尘器在劣质煤大型机组的应用[J]. 中国环保产业, 20166 20–23.CHEN Kuixu. 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State Environmental Protection Engineering and Technology Center for Power Industry Dust Control, Longyan 364000, China;3. State Power Environmental Protection Research Institute Co., Ltd., Nanjing 210031, ChinaAbstract Since 2014, with the implementation of ultra-low emission in coal-fired power industry of China, the pollution controltechnology has been developed rapidly. In order to efficiently utilize these various treatment technologies in a precise and serializedway, a clean coal-fired power standard system is hence established. As one of the important technical routes in clean coal-fired powerstandard system, Ultra-clean Electrostatic-Fabric Integrated Precipitator technology has been widely implemented in China and thensuccessfully applied in 2660 MW unit of a power plant in Turkey. So far it has been working steadily for three years, with dustemission at the outlet of the precipitator less than 10 mg/m3 and the operating resistance less than 800 Pa. The successful practice ofultra-clean Electrostatic-Fabric Integrated Precipitator in Turkey has greatly promoted the application of clean coal-fired powerstandard system in the countries along the belt and road. There is no doubt that it will effectively boost the implementation of the “thebelt and road“ national strategy.This work is supported by National Key Research and Development Program of China Low-cost Ultra-low Emission Technologyand Advanced Manufacturing Equipment, No.2016YFC0203703.Keywords clean coal technology; standard system; the belt and road; ultra-clean electrostatic-fabric integrated precipitator; ultra-lowemission第 10 期 罗如生等清洁煤电技术与标准体系在“一带一路”沿线国家的应用137