余熱利用高效節(jié)能電除塵器技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用

廖增安，鐘志良，廖定榮，謝慶亮，黃舉福

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

余熱利用高效節(jié)能電除塵器技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用

廖增安，鐘志良，廖定榮，謝慶亮，黃舉福

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

論述了余熱利用高效節(jié)能電除塵器的開發(fā)背景、原理和特點，介紹了粵嘉電力135MW-CFB循環(huán)流化床燃煤鍋爐上的開發(fā)應(yīng)用情況，并加以總結(jié)，為進(jìn)一步推廣取得有益經(jīng)驗。

電除塵器;燃煤鍋爐;余熱利用;節(jié)能;高效

傳統(tǒng)的電除塵技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于燃煤火電機(jī)組鍋爐排煙除塵等行業(yè)，但由于煙氣溫度偏高等因素的影響，使得粉塵比電阻增大，影響了電除塵效率的進(jìn)一步提高。

“十二五”期間，國家將進(jìn)一步加大節(jié)能減排政策的執(zhí)行力度，環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺，排放限制要求不斷趨嚴(yán)，許多老的燃煤發(fā)電機(jī)組都將面臨除塵提效改造，但由于受場地、空間及工期等條件的限制，傳統(tǒng)的電除塵技術(shù)在除塵效果和經(jīng)濟(jì)性上都存在一定的局限性。

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展，電力供應(yīng)需求缺口仍然較大，同時國家加強(qiáng)關(guān)停小煤窯的舉措，加劇了電煤供應(yīng)緊張的局面。因此國內(nèi)的燃煤電廠要通過技術(shù)創(chuàng)新，采取加強(qiáng)自身節(jié)能降耗的管理等措施，以進(jìn)一步提高電除塵器對工況煙塵的適應(yīng)性，更好地滿足國家新的節(jié)能和減排標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 燃煤鍋爐高排煙溫度的危害

1.1 排煙熱損失及煙溫升高的影響因素

排煙溫度每增加10℃，相同的發(fā)電負(fù)荷下需多耗煤1.2%～2.4%。排煙熱損失是鍋爐各項熱損失中最大的一項，一般為5%～12%，占鍋爐熱損失的60%～70%。

影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度，一般情況下，排煙溫度每增加10℃，排煙熱損失增加0.6%～1.0%。實際上我國許多電站鍋爐的排煙溫度都高于設(shè)計值，尤其在循環(huán)流化床鍋爐（CFB）應(yīng)用場合，其排煙甚至比設(shè)計值要高出20℃～50℃，煙氣熱損失嚴(yán)重。

從鍋爐系統(tǒng)看，造成排煙溫度升高的因素有：煤粉變粗、煤的揮發(fā)分變低、煤的水分增大、爐結(jié)渣、一/二次風(fēng)配風(fēng)不當(dāng)使火焰中心上移、對流受熱面堵灰、換熱器減少。上述因素均會導(dǎo)致鍋爐排煙溫度升高，通過改進(jìn)可以部分解決煙溫高的問題，但受實際條件限制，往往不能達(dá)到較為理想的設(shè)計要求，實際排煙溫度仍然偏高。

1.2 高煙溫對電除塵器的不利影響

（1）排煙溫度升高，使煙氣量增大，電場風(fēng)速提高，煙塵經(jīng)電場處理時間變短，同時加劇二次揚塵，除塵效率將呈指數(shù)關(guān)系下降。從以下經(jīng)驗公式可知， 排煙溫度每升高10℃，煙氣量增加約3%。

經(jīng)驗公式：

式中：η— 除塵效率（%）；ω— 塵粒有效驅(qū)進(jìn)速度（m/s）；f — 比集塵面積（m2/m3/s）；A— 電除塵器總有效收塵面積（m2）；Q— 煙氣量（m3/s）；h — 收塵極板的高度（m）；l — 沿?zé)煔夥较虻碾妶鲩L度（m）；n — 通道數(shù)；s —異極距（m）；ν— 電場風(fēng)速（m/s）。

（2）排煙溫度升高，使電場擊穿電壓下降，除塵效率下降。煙溫每升高10℃，電場擊穿電壓下降3%。經(jīng)驗公式：

式中：U擊— 實際擊穿電壓（V）；U0— 溫度為T0時的擊穿電壓（V）；Tt＝上升溫度（℃）＋273（K）；T0＝273K。

溫度降低，密度增大，氣體分子間隔變小，電子之間碰撞動能變小，電離效應(yīng)減小，氣體擊穿電壓提高，除塵器電場運行電壓提高，從而提高除塵效率。

（3）高煙溫會給電除塵器帶來危害。如廣東某電廠600MW機(jī)組配套電除塵器，機(jī)組剛投運時，因鍋爐結(jié)焦等影響，使排煙溫度升高到160℃以上，除塵效率下降，煙囪冒煙。通過采取改造水冷壁、增加受熱面積、增設(shè)吹灰器、摻燒部分其它煤等措施，使排煙溫度下降到130℃左右，并使電除塵效率提高，排煙濃度下降到約30mg/Nm3。

（4）煙溫高會使粉塵比電阻增大，易形成反電暈，造成除塵效率下降。當(dāng)排煙溫度在150℃左右時，粉塵的比電阻最高，電除塵器更易出現(xiàn)低電壓、大電流的反電暈現(xiàn)象，造成除塵效率下降。反之，降低溫度，可降低氣體比電阻。

圖1 氣體溫度與粉塵比電阻的關(guān)系曲線

從圖1所示的氣體溫度與粉塵比電阻的關(guān)系曲線可看出，煙溫從150℃下降到100℃左右時，對應(yīng)的粉塵的比電阻將降低1個數(shù)量級以上。

（5）煙溫高還會使氣體的黏滯性變大，導(dǎo)致煙塵顆粒在煙氣中的驅(qū)進(jìn)速度減緩，造成電除塵效率下降。

2 余熱利用節(jié)能高效電除塵技術(shù)

余熱利用高效節(jié)能電除塵器為國內(nèi)企業(yè)自主研發(fā)的新一代集煙氣降溫、電收塵、高頻供電及節(jié)能控制技術(shù)為一體的超高效電除塵器產(chǎn)品，主要適用于燃煤鍋爐煙氣的排煙除塵治理領(lǐng)域，也可應(yīng)用于其他窯爐的煙塵治理。

該系統(tǒng)主要由進(jìn)口煙箱、氣流分布裝置、煙氣換熱系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)裝置、殼體、電場陰陽極、振打清灰裝置、灰斗、出口煙箱、高壓進(jìn)線及樓梯平臺等組成。

該產(chǎn)品綜合應(yīng)用降溫、雙區(qū)及高頻等先進(jìn)技術(shù)，在除準(zhǔn)格爾高鋁低硫煙煤等難電收塵的燃煤工況下，煙塵排放濃度可降到30mg/Nm3以下。

2.1 工作原理及工藝布置

該產(chǎn)品采用汽機(jī)冷凝水與熱煙氣通過換熱裝置進(jìn)行熱交換，使得汽機(jī)冷凝水得到額外的熱量，以減小汽機(jī)冷凝水回路系統(tǒng)中低壓加熱器（簡稱“低加”）的抽氣量，并使得進(jìn)入電除塵器的運行溫度由通常的低溫狀態(tài)（130℃～170℃）下降到低低溫狀態(tài)（90℃～130℃），實現(xiàn)余熱利用和提高除塵效率的雙重目的。

2.2 主要技術(shù)性能指標(biāo)

1）煙氣降溫幅度≥30℃；2）除塵效率達(dá)到合同規(guī)定值或最新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求；3）降低發(fā)電煤耗1.5～4.0g/kW?h；4）節(jié)省電除塵功耗15%～80%（保效節(jié)能運行模式）；5）煙氣壓力損失≤500Pa（電除塵本體及換熱裝置）。

2.3 產(chǎn)品的主要特點

（1）標(biāo)配電除塵煙溫自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。通過對煙塵特性變化、煙溫變化、電除塵電場運行參數(shù)、伏安特性曲線族、反電暈指數(shù)、煙塵濁度變化及煙氣酸露點等數(shù)據(jù)的引入及分析處理，與預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)曲線等作出對比，根據(jù)對比結(jié)果自動調(diào)節(jié)控制換熱裝置，實現(xiàn)動態(tài)煙溫調(diào)節(jié)，改變換熱后的煙氣溫度，使電除塵器工作在最佳狀態(tài)。

（2）靈活布置，不受場地限制。煙氣換熱裝置復(fù)合在電除塵的進(jìn)口煙箱內(nèi)，此時兼作氣流均布裝置使用，可用于新建或節(jié)能提效改造項目；也可將煙氣換熱裝置獨立布置在電除塵器進(jìn)口煙道內(nèi)，可用于節(jié)能提效改造等受場地限制的項目。

（3）黃金組合，實現(xiàn)超低排放?？删C合應(yīng)用獨具特色的煙氣降溫、機(jī)電多復(fù)式雙區(qū)、高頻電源供電及節(jié)能控制黃金組合產(chǎn)品技術(shù)，在除準(zhǔn)格爾高鋁、低硫、低鈉煙煤等難電收塵的燃煤工況下，煙塵排放濃度可降到30mg/Nm3以下。

（4）余熱利用，實現(xiàn)省煤省電。煙氣余熱利用降溫幅度≥30℃，降低發(fā)電煤耗1.5～4.0g/kW?h，保效節(jié)能運行模式下節(jié)省電除塵功耗15%～80%。

（5）創(chuàng)新設(shè)計，確保高效換熱。換熱面按肋片管組排設(shè)計出廠，獨創(chuàng)“膜式 + H型組合肋片”換熱面復(fù)合結(jié)構(gòu)專利技術(shù)，在順氣流方向的管束上布設(shè)膜式肋片，確保氣流不紊流，減輕了磨損并提高了換熱效率。

（6）傳熱換熱，完善軟件計算。充分地交換熱，是確保煙氣換熱達(dá)到設(shè)計要求的根本，通過采用能量平衡、等效焓變等換熱計算方法，編制計算軟件，結(jié)合各項目實際情況和相關(guān)工程實踐經(jīng)驗，正確選取各項特定工程所需的換熱面積。

（7）在線監(jiān)控，實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整。換熱主回路設(shè)置溫度調(diào)節(jié)閥等，各監(jiān)控點均可引入DCS系統(tǒng)，對換熱系統(tǒng)的流量、壓力、溫度可實現(xiàn)在線監(jiān)控，可實時動態(tài)調(diào)節(jié)換熱后的煙氣溫度，具有良好的負(fù)荷變化適應(yīng)性，滿足節(jié)約煤耗、防止低溫腐蝕等要求。

（8）換熱回路，順排逆流布置。換熱媒體、煙氣呈順排逆流布置，使得兩者的溫差最大化并充分延長熱交換時間，可確保高效換熱效果。

（9）控制煙速，使增加的流阻控制在最小范圍，不增加引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運行出力—由于煙氣阻力與煙速的平方成正比，增設(shè)煙氣換熱裝置后，由于煙速降低，煙氣流阻增加不明顯，同時由于煙溫降低，經(jīng)過引風(fēng)機(jī)的總體煙氣體積流量相應(yīng)降低5%以上。因此，增設(shè)煙氣余熱換熱裝置并不會影響鍋爐引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)正常運行出力要求，實際上由于體積流量降低，引風(fēng)機(jī)還可實現(xiàn)一定的節(jié)能。

3 環(huán)保余熱利用節(jié)能高效電除塵器應(yīng)用實例

3.1 工程概況

廣東粵嘉電力2臺135MW機(jī)組于2005年全部建成投運，所屬鍋爐為上海鍋爐廠設(shè)計制造的440t/h超高壓中間再熱循環(huán)流化床鍋爐，采用爐內(nèi)添加石灰脫硫工藝，設(shè)計煤種Ca/S摩爾比例為2.4。每臺爐配套一臺270/2-4高壓靜電除塵器。由于實燒煤質(zhì)波動，除塵效率不夠穩(wěn)定。為進(jìn)一步提高和穩(wěn)定除塵效率，滿足最新國家標(biāo)準(zhǔn)和地方法規(guī)，2010年對其中一臺爐實施了余熱利用節(jié)能高效電除塵器提效改造，即在電除塵進(jìn)口煙道上加設(shè)余熱利用節(jié)能裝置。主要設(shè)計參數(shù)見下表。

設(shè)計參數(shù)表

3.2 性能試驗結(jié)果

改造后系統(tǒng)運行穩(wěn)定，余熱利用節(jié)能電除塵器換熱降溫監(jiān)控畫面及煙囪排放情況見圖2、圖3，性能試驗結(jié)果如下：

（1）出口排放煙塵濃度由改造前的100mg/Nm3下降到20~30mg/Nm3；

（2）電場平均運行電壓大幅上升，各電場電壓平均上升8.8kV，平均上升率16.2%，其中第4電場電壓平均上升12.5kV，上升率高達(dá)26.6%；

（3）在70%設(shè)計冷凝水用量下，煙溫從138℃下降到108℃（降幅達(dá)到30℃），冷凝水溫從40℃上升到76℃（升幅達(dá)到36℃），煙氣換熱降溫達(dá)到了預(yù)期效果；

（4）據(jù)電廠1個月的運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計：每發(fā)1度電可節(jié)省電煤消耗約2.6g，同時引風(fēng)機(jī)每小時節(jié)省電耗約25度。

3.3 余熱利用節(jié)能高效電除塵器節(jié)能效益分析

（1）節(jié)約煤耗。每發(fā)1度電節(jié)約電煤2g/kW?h（按全年平均考慮），機(jī)組年發(fā)電小時數(shù)為5000h，平均煤價為900元/t，則每年可降低電煤消耗費用：

（2/106）×（1.35×105）×5000×900/10,000=121.5（萬元）。

（2）節(jié)約電除塵電耗。電除塵效率提高，按保效節(jié)能運行模式，還可節(jié)省約20%電除塵電場運行功耗費用，電除塵正常運行功耗按250kW，每度電價0.4元/kW?h，則每年可降低電除塵電耗費用：

250×20%×5000×0.4/10,000=10（萬元）。

（3）節(jié)約引風(fēng)機(jī)電耗。引風(fēng)機(jī)由于煙溫下降，使經(jīng)過引風(fēng)機(jī)總的體積流量下降，克服新增煙氣換熱器增加的煙氣阻力后，每小時節(jié)省電耗約25度，每年可降低引風(fēng)機(jī)電耗費用：

25×5000×0.4/10,000=5（萬元）。

綜上，該項目合計每年可節(jié)省運行成本136.5萬元，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。因此，采用電除塵器煙氣余熱利用提效節(jié)能技術(shù)，不僅能提高電除塵器效率，還可節(jié)省可觀的運行成本。采用該技術(shù)節(jié)省的費用與電除塵的正常運行費用相當(dāng)，甚至還要高些。因而實際上，該項目的電除塵器綜合能耗可視為“零電耗”，可獲得較為顯著的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)雙重效益。

圖2 余熱利用節(jié)能電除塵器換熱降溫監(jiān)控畫面

圖3 煙囪排放情況

4 結(jié)語

燃煤火電廠發(fā)電機(jī)組鍋爐尾部排煙采用余熱利用高效節(jié)能電除塵器技術(shù)，可以既實現(xiàn)省電煤消耗，又可進(jìn)一步保證實現(xiàn)低排放的環(huán)保與經(jīng)濟(jì)方面的雙重效益，尤其是對于循環(huán)流化床鍋爐高煙溫工況，具有更強(qiáng)的針對性。對于配套濕法脫硫的燃煤電廠發(fā)電機(jī)組，應(yīng)用該技術(shù)，還可進(jìn)一步節(jié)省脫硫用水量，減少蒸發(fā)和煙囪水汽的排放。因此，余熱利用節(jié)能高效電除塵器技術(shù)是一種集節(jié)煤、節(jié)電、節(jié)水以及煙塵減排的一舉多得的節(jié)能提效的實用技術(shù)，是一種結(jié)合了煙氣溫度和除塵技術(shù)的創(chuàng)新，符合國家提倡的節(jié)能減排的政策要求，具有較為顯著的推廣應(yīng)用價值?！?/p>

Development Application for Electrical Precipitator Technology with Residual Heating Utilization and Energy Saving of High Ef fi ciency

LIAO Zeng-an, ZHONG Zhi-liang, LIAO Ding-rong, XIE Qing-liang, HUANG Ju-fu
(Fujian Longking Co., Ltd, Longyan Fujian 364000, China)

The paper discusses the development background, principle and development points of electrical precipitator with residual heating utilization and high ef fi ciency energy saving, introduces the development application in coal- fi red boiler of circulating fl uidized bed of Yue Jia power 135MW-CFB. The paper sums up experiences in order to gain an availability experience.

electrical precipitator; coal- fi red boiler; residual heating utilization; energy saving; high ef fi ciency

X701.2

A

1006-5377（2012）06-0030-04