大型燃煤機組配套除塵設備的技術經(jīng)濟性分析

陳奎續(xù)

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

大型燃煤機組配套除塵設備的技術經(jīng)濟性分析

陳奎續(xù)

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

目前國家批建的火力發(fā)電燃煤機組主要為600MW及以上的大型機組，結合新的粉塵濃度≤30mg/Nm3的排放標準要求，本文根據(jù)大型燃煤機組主流配套的三種高效除塵設備（電除塵器、袋式除塵器、電袋復合除塵器）的設計經(jīng)驗，對其技術經(jīng)濟性進行了對比分析，結果表明，電袋復合除塵器的綜合技術經(jīng)濟性優(yōu)勢明顯。

高效除塵設備;技術經(jīng)濟性;對比分析;電除塵器;電袋復合除塵器;袋式除塵器

引言

隨著我國經(jīng)濟、技術的發(fā)展和人民生活水平的提高，對環(huán)境的要求也越來越嚴格，國家為此制定了更加嚴格的環(huán)保標準。新的《火電廠大氣污染物排放標準》將粉塵排放標準要求由原來的≤50mg/Nm3提高到≤30mg/Nm3，除塵設備面臨嚴峻挑戰(zhàn)和技術升級的機遇，尤其是常規(guī)電除塵器。

當前三種主流的高效除塵設備有：電除塵器、袋式除塵器、電袋復合除塵器，通過正確的技術措施均可滿足新的排放標準，如電除塵器擴容等，但技術經(jīng)濟性卻差別較大。本文深入分析了適應新的低排放標準的三種高效除塵設備的技術性能，可靠、穩(wěn)定性，并以大型火電燃煤機組600MW機組配套除塵設備為例，對比分析一次性投資、能耗、占地、運行維護費用等方面的技術經(jīng)濟性，為除塵設備的選擇提供參考。

1 三種高效除塵設備及技術性能對比分析

1.1 電除塵器

電除塵器是利用強電場電暈放電使氣體電離、粉塵荷電，在電場力作用下使粉塵從氣體中分離出來的高效除塵設備，具有除塵效率高、設備阻力小、運行維護簡單等優(yōu)點，工藝成熟，是當前應用經(jīng)驗最豐富的除塵設備。

但由于電除塵器基于荷電收塵的機理，因而收塵的前提是粉塵要帶上足夠的電荷，而不同成分的粉塵荷電性能大不相同，因此電除塵對粉塵的特性十分敏感，特別對高比電阻粉塵、細微粉塵捕集很困難。除塵效率受煤種變化、運行工況變化影響較大。一般電除塵器是按照某種特定的煤種來設計，而我國燃煤電廠往往按“市場煤”來運行，因此除塵效率難以長期保證高效、穩(wěn)定。排放標準的趨嚴，對細微粉塵捕集率要求更高，而比集塵面積隨除塵效率呈指數(shù)變化，除塵效率的提高需要大大增加比集塵面積，擴容設備，技術經(jīng)濟性將下降。

1.2 袋式除塵器

袋式除塵器也稱過濾式除塵器，基于攔截過濾的機理，利用纖維編織物制作的袋狀過濾元件來捕集含塵氣體中的固體顆粒物。袋式除塵器具有除塵效率高，不受粉塵特性及運行工況的影響，可長期穩(wěn)定保持低排放濃度等優(yōu)點。但袋式除塵器普通存在運行阻力大，粉塵對濾袋的沖刷磨損大，濾袋的使用壽命短，容易產(chǎn)生糊袋現(xiàn)象，設備大型化困難等不足。

此外，不同材質濾袋對煙氣成分有一定的適用范圍要求，如煙氣溫度、SOx含量、NOx含量等，因而濾袋的選型應根據(jù)煙氣的成分進行。

1.3 電袋復合除塵器

電袋復合除塵器是在一個箱體內將電除塵和袋式除塵有機結合的新一代高效除塵設備。其充分吸收“荷電收塵”和“攔截過濾”機理的優(yōu)點，利用電除塵器收集80%以上的粉塵和粗顆粒粉塵，大大降低了袋除塵區(qū)的濃度負荷和粉塵顆粒對濾袋的磨損。同時兩者的結合產(chǎn)生了新的荷電粉塵過濾特性機理：異性電荷細顆粒電凝并形成大顆粒粉塵，提高細微顆粒捕集率；同性電荷相互排斥，迅速擴散，形成均勻分布的氣溶膠懸浮狀態(tài)，使到達濾袋表面的粉塵排列規(guī)則有序、蓬松，透氣性好，粉塵層孔隙率高，剝落性好。荷電粉塵過濾特性使得袋區(qū)清灰容易，清灰周期長、阻力低，濾袋壽命大大延長等。因此，電袋復合除塵器具有不受煤種、粉塵顆粒、比電阻等粉塵特性的影響，能保證長期穩(wěn)定低排放，可脫除PM2.5微粒（可吸入顆粒物），設備阻力低、濾袋使用壽命長、運行能耗低等優(yōu)點，因而迅速得到了廣泛應用。

國內某些學者曾提出電區(qū)產(chǎn)生臭氧會對濾袋壽命有影響的觀點。福州大學化學化工學院曾對該問題進行了系統(tǒng)研究，認為由于臭氧是很不穩(wěn)定的分子，在極短時間內便會分解為中性氧，所以袋區(qū)的臭氧含量極低，不會對濾袋的壽命造成影響。一批已投產(chǎn)的電袋復合除塵器也說明了這一點，其中有的項目已投運5～6年時間，并沒有出現(xiàn)破袋現(xiàn)象。

1.4 技術性能對比分析

以一臺600MW機組配套除塵器為例，在處理煙氣量為330萬m3/h、入口粉塵濃度為45g/Nm3、出口排放濃度滿足≤30mg/Nm3的排放要求下，對其綜合技術性能進行對比分析，見表1。

表1 三種除塵設備綜合技術性能對比

2 除塵設備的技術經(jīng)濟性對比分析

以某廠一臺600MW機組配套除塵設備為例，要求粉塵排放濃度≤30mg/Nm3，燃用中等難收塵煤種（見表2的煤質和飛灰主要參數(shù)），基本煙氣參數(shù)見表3，分別對三種除塵設備進行選型，并對其技術經(jīng)濟性進行對比分析。

2.1 配套除塵器的選型

根據(jù)基本煙氣參數(shù)、煤種及排放濃度要求，并綜合考慮除塵器的使用壽命及經(jīng)濟性，電除塵器選用雙列雙室五電場，陰陽極振打均為頂部電磁錘振打結構；電袋復合除塵器選用二電場二袋區(qū)，低壓脈沖清灰結構；袋式除塵器選用多分室低壓運行脈沖清灰結構。在處理煙氣量為330萬m3/h、煙氣溫度為135℃、入口粉塵濃度45g/Nm3、出口排放濃度≤30mg/Nm3、漏風率為2.5%的條件下，600MW機組配套除塵器的主要技術參數(shù)及配置對比見表4。

2.2 設備投資分析

設備投資分析包括除塵器本身一次性投資和附屬配套設備投資。由于與三種除塵器配套運行的附屬設備不盡相同，且投資也不低，因此有必要納入其中進行綜合投資分析。

表2 煤質和飛灰主要成分

表3 基本煙氣參數(shù)

表4 600MW機組配套除塵器主要技術參數(shù)及配置

2.2.1 除塵設備的一次性投資

電除塵器的投資主要為本體鋼構件、電控設備的造價；電袋復合除塵器和袋式除塵的投資主要為本體鋼構件、電控設備以及濾袋、袋籠的造價。考慮火電機組運行要求高可靠性和穩(wěn)定性，以及濾袋的使用壽命和排放要求，濾袋選用高性能PPS纖維+PTFE基布型式。三種除塵設備的一次性投資（不含土建部分）見表5。

表5 除塵設備的一次性投資比較 （單位：萬元）

2.2.2 附屬配套設備投資比較

附屬配套設備指與除塵器運行直接相關的設備，如引風機、空壓機、干式變壓器、高壓電源動力電纜及橋架、配電柜及土建等。通過測算，袋式除塵器及附屬配套設備合計投資最低，電袋復合除塵器比袋式除塵器增加約100萬元，電除塵器比袋式除塵器增加約265萬元。

從上述投資數(shù)據(jù)可看出，設備一次性投資及附屬配套設備投資的綜合費用，電除塵器最高；袋式除塵器最低，約為電除塵器的87%；電袋復合除塵器居中，約為電除塵器的91%。

2.3 除塵設備的運行能耗

除塵設備的運行能耗主要由高壓電源、引風機、電加熱器、空壓機等造成，電除塵器、袋式除塵器、電袋復合除塵器的電負荷分別見表6、表7、表8。

通過以上數(shù)據(jù)對比可知，三種除塵設備的運行能耗高低依次為電除塵器、袋式除塵器、電袋復合除塵器；袋式除塵器的運行能耗約為電除塵器的61%，電袋復合除塵器約為電除塵器的56%。

表中引風機功率指由除塵器阻力引起的引風機消耗功率N1（kW），可按以下公式計算：

其中：Q1— 煙氣量（m3/h）；

P — 設備阻力（Pa），電袋復合除塵器取平均值850Pa，袋式除塵器取平均值1400Pa，電除塵器取平均值250Pa；

表6 電除塵器的電負荷

表7 袋式除塵器的電負荷

表8 電袋復合除塵器的電負荷表

η1— 引風機全效率（%），取0.816；

η2— 電機效率（%），取0.99。

空壓機功率N2（kW），可按以下公式估算：

其中：Q2— 壓縮空氣消耗量（Nm3/min）。

2.4 除塵設備年運行維護費用

年運行維護費用主要包括設備運行電費、陰陽極及易損件等的更換費用、濾袋袋籠的更換費用等，三種除塵設備的年運行維護費用見表9。

表9 三種除塵設備的年運行維護費用

2.5 除塵設備的占地面積

除塵設備的占地面積指除塵器橫向及縱向柱距形成的投影面積，不含進出口喇叭及樓梯走道。根據(jù)表4選型參數(shù)，三種除塵設備的占地面積見表10。

表10 三種除塵設備的占地面積

從表10中可以看出，袋式除塵器占地面積最小，電袋復合除塵器居中，電除塵器占地面積最大。

通過上述各項費用的比較分析可知，無論從設備投資、運行能耗、運行維護費用還是占地面積上，電除塵器均最高，因為電除塵器捕集細微粉塵需要較低的電場風速和較大的比集塵面積，設備選型較大；袋式除塵器設備投資和占地面積最低，但運行能耗和年運行維護費用卻高于電袋復合除塵器；電袋復合除塵器的年運行維護費用最低，約為電除塵器的69%，約為袋式除塵器的88%。

上述各項技術經(jīng)濟性比較是基于燃用中等難收塵煤種，若選用準格爾、霍林河坑口等高比電阻、難于荷電收塵的煤種，那么電除塵器的規(guī)格選型將需增大，技術經(jīng)濟性進一步下降。若選用容易收塵的煤種（例如神華煤、神府東勝煤、比電阻在105～1010Ω.cm之間的煤種），電除塵器的規(guī)格選型可減小，技術經(jīng)濟性將有所提高。

3 電袋復合除塵器運行項目的節(jié)能效果

電袋復合除塵器由于其優(yōu)越的性能迅速得到廣泛推廣應用，目前國內外已有約400臺/套工程項目，其中投運近200臺/套。運行結果表明，電袋復合除塵器的節(jié)能效果顯著。列舉實例如下：

（1）華電新鄉(xiāng)寶山電廠2#爐660MW機組原配套雙列雙室四電場電除塵器，排放濃度250mg/Nm3。該電除塵器于2009年4月改造成電袋復合除塵器，實測排放濃度為21.1mg/Nm3，運行阻力約為900Pa。改造前后由電廠記錄的實際年度引風機及除塵器的耗電量見表11。

表11 年度引風機及除塵器的能耗

按2008年發(fā)電量為277,437萬度計算，除塵器進行技術改造后，一年可節(jié)約電量為277,437×（1.0436%－0.8055%）=660.57萬度。電袋復合除塵器的節(jié)能效果十分顯著。

（2）許昌龍崗發(fā)電有限責任公司2#爐350MW機組原配套雙列雙室四電場電除塵器，于2008年12月改造成電袋復合除塵器，實測排放濃度25.43mg/Nm3。其改造前后實際運行的能耗變化情況見表12。

表12 改造前后實際運行的能耗

從表12中的數(shù)據(jù)可看出，改造后比改造前每天節(jié)約電量（13,890－8270）－（101,156－100,370）= 4834度；若年運行時間按300天計，則每年可節(jié)約電量145萬度。

上述兩項目按新《火電廠大氣污染物排放標準》的≤30mg/Nm3排放要求，如果對原除塵器采用電除塵擴容改造方案，則需擴容約50%，電除塵器的運行電耗將會更高，比采用電袋復合除塵器的改造方案的實際運行電耗也將大大增加。

4 結論

（1）電袋復合除塵器和袋式除塵器能很好地保持長期、穩(wěn)定的≤30mg/Nm3以下排放濃度。電袋復合除塵器由于其細微顆粒的電凝并和過濾攔截共同作用，對PM2.5級細微粉塵的捕集效果最佳。

（2）對于≤30mg/Nm3的排放要求，電除塵器的設備投資、運行能耗、運行維護費用以及占地面積均最大；綜合技術經(jīng)濟性的優(yōu)劣依次為電袋復合除塵器、袋式除塵器、電除塵器。

（3）若燃用難荷電收塵的煤種（如準格爾、霍林河坑口煤），電除塵器的技術經(jīng)濟性進一步下降；若選用容易收塵的煤種（例如神華煤、神府東勝煤），技術經(jīng)濟性將有所提高。

（4）電袋復合除塵器的機理更科學，技術性能更加優(yōu)越，在≤30mg/Nm3的排放要求下，具有最佳的綜合技術經(jīng)濟性。排放要求越高，其綜合技術經(jīng)濟性的優(yōu)勢越明顯。

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Analysis of Technical and Economic Efficiency of Dedusting Equipment for Large-scale Coal-fired Generating Set

CHEN Kui-xu

X701.2

A

1006-5377（2011）11-0053-05