30mg/m3煙塵排放標準下電除塵器改造可行方案對比分析

李 超，王中偉，于麗新，李留強，張晉育 (.遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 0006；.中電投東北電力有限公司，遼寧 沈陽 08；.遼寧電力勘測設計院，遼寧 沈陽 079)

0 引言

隨著國家“十二五”規(guī)劃與《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)[1]的發(fā)布，火電行業(yè)的煙塵排放受到了更加嚴格的限制，電除塵器進行增效改造已經(jīng)勢在必行。本文以國內(nèi)某1000t/h鍋爐除塵器改造工程為例，結合實際場地情況，篩選出以下五種改造方案：低低溫煙氣處理系統(tǒng)(Mitsubishi recirculated nonleak type gas-gas heater，以下簡稱MGGH)[2]、電袋除塵器、電除塵器增容、旋轉電極式電除塵器、高頻電源改造。方案制定過程中，根據(jù)實際需要對不同方式的電除塵器技術進行了組合，最終通過幾種可行方案的多角度對比分析，提出了新標準下電除塵器改造方案的選擇思路，為同類機組進行電除塵器改造提供參考。

1 概述

本工程1000t/h鍋爐為日本三菱公司設計制造的CE型、亞臨界壓力、強制循環(huán)、一次中間再熱、平衡通風、固態(tài)排渣、四角切園燃燒煤粉爐。鍋爐煙風依次經(jīng)過熱器、再熱器、省煤器、SCR(方案已定，尚未施工)、空預器、除塵器、海水脫硫，最后進入煙囪排放。該臺鍋爐配備兩臺單室五電場靜電除塵器?？谠O計煙塵濃度為25g/m3(標干態(tài)、6%O2)，設計煙氣量為910000m3/h，設計除塵效率為99.8%，設計煙塵排放濃度為50mg/m3。比集塵面積設計值為92.45m2/m3/s，總有效收塵面積為46740m2。驅進速度設計值為6.64cm/s，每臺除塵器配備5臺整流變壓器，容量為186kVA。除塵器改造前煙氣參數(shù)見表1。

表1 除塵器改造前煙氣參數(shù)(單臺除塵器)

項 目設計煤種校核煤種1校核煤種2煙氣量/m3·h-1921000960000937000煙氣溫度/℃154159158入口煙塵濃度/g·m-329．617．438．3煙塵實際排放濃度/g·m-370．865．586．0

2 改造方案

2.1 MGGH+高頻電源改造

本工程脫硫系統(tǒng)至煙囪入口處煙氣溫度在30℃左右，煙氣溫度過低造成了脫硫后煙道及煙囪的腐蝕情況嚴重。采用MGGH方案，不僅可以使鍋爐排煙溫度降低，減少進入電除塵器的煙氣量，還使粉塵比電阻降低，而循環(huán)水引入脫硫系統(tǒng)后煙道還可以提高脫硫出口煙氣溫度，從而實現(xiàn)減輕脫硫后煙道腐蝕與提高除塵效率的雙重目的[3]。

MGGH技術工藝流程如圖1所示。

圖1 MGGH工藝流程

方案簡述如下：在空預器和電除塵器之間的水平煙道上布置熱回收器(MGGH-H/E，第一級換熱器)，把煙氣溫度從158℃降至95℃；在脫硫吸收塔與煙囪之間的水平煙道上設置再加熱器(MGGH-R/H，第二級換熱器)，使煙氣溫度從30℃提升至80℃左右；MGGH采用雙H型翅片擴展受熱面結構型式，傳熱元件采用09CrCuSb(企業(yè)代號ND鋼)+20G；熱回收器采用聲波吹灰，再加熱器采用蒸汽吹灰器；一、二電場由普通工頻電源更改為高頻電源。

對本工程三個煤種進行計算，電除塵前的煙氣酸露點分別為92.3℃、90.1℃和82.3℃。依據(jù)低低溫除塵技術的原理，煙氣經(jīng)過MGGH后，煙氣中的SO3與水蒸汽結合，生成硫酸霧，此時由于未采取除塵措施，SO3被飛灰顆粒吸附，然后被電除塵器捕捉后隨飛灰排出[4]。因此本次設計(除塵器前煙溫95℃)不僅保證了更高的除塵效率，還可以緩解下游設備的腐蝕難題。

煙塵減排效果分析：煙氣溫度由160℃降低到95℃后，處理煙氣量由1874000m3/h降低到1600000m3/h，降低幅度為14.62%。比集塵面積由92.45m2/m3/s增加到105.165m2/m3/s，電除塵器的實際驅進速度為6.619cm/s，除塵器效率為99.905%，煙塵排放濃度為36mg/m3，繼續(xù)對一、二電場采用高頻電源后可將煙塵排放濃度降低到30mg/m3以下。

2.2 電袋除塵器改造

通常情況是保留現(xiàn)有電除塵器五個電場中的前1～2個電場，改造后面電場為布袋，從而形成整體結構的電袋復合除塵器。本工程過濾風速取值為1.1m/min，為了保證足夠的過濾面積，需要拆除4個電場僅保留第一電場，改造后電袋除塵器整體型式為一電一布式。

方案簡述如下：拆除二～五電場殼體內(nèi)的所有設備(收塵極板、電極線、振動裝置、整流變等)。在一、二電場位置之間安裝氣流導向和均布裝置，減少由煙氣帶來的二、三、四、五電場位置的布袋袋束沖刷；在除塵器二、三、四電場柱頂位置安裝布袋除塵器的凈氣室和含塵氣室的隔板，并在隔板上安裝花板，以便安裝濾袋；不設置旁路煙道；利用原有PLC系統(tǒng)，重新組態(tài)等等。

主要設計數(shù)據(jù)如下：過濾風速為1.1m/min，濾料PPS+PTFE基布，總過濾面積14196m2，采用脈沖清灰方式，進口3英寸淹沒式電磁脈沖閥，清灰壓力為0.2～0.3Mpa，清灰周期為40min，清灰耗氣量為10 m3/min。

煙塵減排效果分析：采用電袋除塵器后，通過濾袋過濾，煙塵排放濃度可降低至30mg/m3甚至20mg/m3以下。

2.3 電除塵器增容改造

該機組已完成脫硝改造方案設計，方案中牽扯到引風機改造，引風機可向后移位改造，這就提供了電除塵器增容改造的空間。該方案的總體思想是盡可能多的利用原有的除塵器，保留原先五個電場，并在尾部增加一個電場。

方案簡述如下：利用原電除塵器基礎、支架、底梁和灰斗等設備，修復入口封頭及氣流分布板，極板、極線更換。電除塵器改為六電場，新電場內(nèi)部極板極距與原電場一致，與原五電場電除塵器相比，新電場高度和寬度方向上不變，電除塵器頭部與原支架對齊，出口煙道及煙道支架及向后平移4.0m。

輸灰系統(tǒng)的所有設備利舊，新增的閥門控制進入原除灰DCS控制系統(tǒng)，增加六電場輸灰控制模塊，除灰空壓機利用原有。

煙塵排放分析：比集塵面積為92.45m2/m3/s，總有效收塵面積為46740m2。除塵器入口煙氣量為1874000m3/h時，除塵效率為99.78%。按照多依奇公式，由實測結果計算出電除塵器的實際驅進速度為6.619cm/s。

本次改造通過增加一個電場，實現(xiàn)了原除塵器極擴容1.2倍，即增加9537m2，總收塵面積須達到56277m2，改造后比集塵面積達到108.11m2/m3/s。根據(jù)多依奇公式計算，改造后除塵效率為99.92%。當電除塵器入口煙塵濃度按設計值38.3g/m3時，除塵器出口煙塵排放≤30mg/m3，可實現(xiàn)電除塵增效改造目標。

2.4 旋轉電極+高頻電源改造

旋轉電極式電除塵器是近年來國內(nèi)研發(fā)的一種提高除塵器性能的新技術[5-6]，解決了常規(guī)電除塵器的二次揚塵和反電暈問題[7]。采用旋轉極板電除塵器，利用末級電場旋轉清灰，可以提高電除塵器的除塵效率，降低粉塵排放濃度[8]。

方案簡述如下：

(1)本體改造-前四電場修復，將末電場改造成旋轉電極電場，包括旋轉陽極系統(tǒng)、旋轉陽極傳動裝置、陽極清灰系統(tǒng)、陰極系統(tǒng)、陰極振打等；對底梁、灰斗、頂蓋、頂部吊機等作改制；進出口封頭導流板改制；對除塵器鋼支架進行校核并采取加固措施。

(2)電氣控制改造-旋轉電極電場高壓整流電源利舊，第一電場采用高頻電源，即將現(xiàn)有除塵器的一電場安裝高頻電源SIRIV-85kV/1200mA。安裝電磁振打控制器ERIC，將現(xiàn)有的電磁振打系統(tǒng)接入，實現(xiàn)高低壓一體控制。利用原有的電除塵器PLC控制系統(tǒng)，對原上位機系統(tǒng)的監(jiān)控顯示重新進行組態(tài)，增加一面旋轉極板控制柜。

煙塵減排效果分析：該方案比集塵面積實際值為89.79m2/m3/s，實際驅進速度為6.619cm/s。

采用旋轉電極后，按照旋轉電極的電場相當于1.5個常規(guī)電場的除塵效果來計算，將原五電場改為旋轉電極后，比集塵面積能達到98.77m2/m3/s，此時除塵器效率為99.855%，除塵器出口煙塵排放濃度由86mg/m3降低到56mg/m3以下，繼續(xù)對一電場采用高頻電源后可將煙塵排放濃度降低到45mg/m3以下。

2.5 高頻電源改造

通過更改電源，采用高頻電源可提高運行平均電壓，從而加強電場的粉塵荷電，提高粒子驅進速度，提高收塵效率[9-10]。

高頻電源改造方案簡述如下：

(1)本體改造，對當前的電除塵本體進行檢查修復。

(2)電控系統(tǒng)改造-將現(xiàn)有的供電分區(qū)一分為二(前后分區(qū))，即現(xiàn)有的兩臺除塵器的10個供電分區(qū)增加為20個供電分區(qū)。在所有的20個供電分區(qū)安裝高頻電源。安裝電磁振打控制器，將現(xiàn)有的電磁振打系統(tǒng)接入，實現(xiàn)高低壓一體控制。

最終由電除塵控制系統(tǒng)管理整個電除塵工藝過程，由高頻電源、電磁振打控制器，計算機網(wǎng)絡、終端系統(tǒng)組成。采集現(xiàn)場信號，完成電氣設備的順序控制、過程回路控制、設備運轉操作、設備監(jiān)視和報警等基本功能。同時通過安裝上位機軟件實現(xiàn)遠程優(yōu)化功能。

煙塵減排效果分析：采用高頻電源進行除塵器電控系統(tǒng)與本體修復改造后，在燃用本工程3種煤質的情況下，預計可將除塵器出口煙塵排放濃度由86mg/m3降至57mg/m3以下。

3 改造方案對比分析

3.1 綜合性對比

對以上幾種方案進行改造綜合性對比，具體分析結果見表2。

表2 除塵器改造方案綜合性對比

項 目MGGH+高頻電源電袋除塵器電除塵器增容旋轉電極+高頻電源高頻電源(改造)除塵效率/%≥99．92≥99．87≥99．92≥99．87≥99．85出口煙塵/mg·m-3≤30≤20≤30≤45≤57本體阻力/Pa≤250≤1200≤300≤250≤250一次投資/萬元1800140010001000600年電費/萬元345254426357480年維護費用/萬元752267214064年運行費用/萬元420480498497544施工工期/d約50約60約60約60約20

3.2 運行功率對比

按以上幾種方案改造后，除塵器運行功率對比結果見表3。

從表3可看出，采用電袋復合除塵器后，除塵器運行功率最低，僅為1145kW；采用雙分區(qū)高頻電源供電系統(tǒng)除塵器運行功率最高，達到2163kW。

表3 改造后除塵器(單臺爐)運行功率對比kW

項 目MGGH+高頻電源電袋除塵器電除塵器增容旋轉電極+高頻電源高頻電源(改造)電控設備1377408176514692040除塵器改造增加的引風機運行功率0620000絕緣子電加熱6012726060陰、陽極振打189231518灰斗電加熱4536604545空壓機功率055000冷凍干燥機功率05000升壓泵功率550000旋轉電機000180合計15551145192016072163

3.3 運行費用變化量對比

按以上幾種方案改造后，除塵器運行功率對比結果見表4。機組年運行小時以6000h計，電價按0.37元/(kW·h)計，濾袋壽命按4年計，袋籠壽命按8年計。

表4 除塵器(兩臺)運行費用變化量對比萬元

項 目MGGH+高頻電源電袋除塵器電除塵器增容旋轉電極+高頻電源高頻電源(改造)運行電耗費用增加-10-101712125檢修維護費用增加152012404易損件年更換費用01460400合計費用5658378129

從表4可看出幾種方案中，采用高頻電源除塵器年運行費用增加的最多，改造后每年增加運行費用129萬元，采用MGGH與高頻電源相結合的改造方案，除塵器年運行費用增加的最少，僅有5萬元。

4 結語

(1)五種可行方案按技術指標由高到低排序為：電袋除塵器、電除塵器增容/MGGH(配高頻電源)、旋轉電極(配高頻電源)、高頻電源；按工程一次投資由低到高排序為：高頻電源、電除塵器增容/旋轉電極(配高頻電源)、電袋除塵器、MGGH(配高頻電源)。

(2)五種可行方案按運行功率又低到高排序為：電袋除塵器、MGGH(配高頻電源)、旋轉電極(配高頻電源)、電除塵器增容、高頻電源；按改造后電除塵器年運行費用增加量由少到多排序為：MGGH(配高頻電源)、電袋除塵器、旋轉電極(配高頻電源)、電除塵器增容、高頻電源。

(3)分析的五種除塵器改造可行方案中，除了電袋除塵器，其余幾種方案仍屬于電除塵技術范疇，除塵效果受煤質和飛灰的影響比較大，煙塵達標排放穩(wěn)定性比較差，電袋除塵器除塵效果受煤質影響比較小，然而濾袋壽命受煙氣條件影響較大。在具體工程方案選擇時，要根據(jù)電廠自身情況，充分考慮電廠的飛灰特性，在兼顧投資與達標排放穩(wěn)定性的基礎上，優(yōu)選改造方案。

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