660MW超超臨界燃煤機組袋式除塵器的設(shè)計

楊傳遍，燕艷嬌，劉 軼

（南京龍源環(huán)保有限公司，南京 210012）

660MW超超臨界燃煤機組袋式除塵器的設(shè)計

楊傳遍，燕艷嬌，劉 軼

（南京龍源環(huán)保有限公司，南京 210012）

簡介了660MW超超臨界燃煤機組袋式除塵器的技術(shù)性能參數(shù)；闡述了袋式除塵器的設(shè)計方案及系統(tǒng)組成，以及除塵器除塵室間的氣流分配、除塵室內(nèi)的氣流分布以及氣流分布合理的重要性；引用運行數(shù)據(jù)說明除塵器工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、氣流分配及氣流分布設(shè)計的合理性。

袋式除塵器；除塵室；氣流分配；氣流分布

1 前言

國電九江發(fā)電廠“上大壓小” 擴建工程2×660MW超超臨界燃煤機組袋式除塵器是中國國電集團2010年度科技項目之一，由國內(nèi)企業(yè)承擔(dān)660MW機組袋式除塵器的設(shè)計、建設(shè)，研究內(nèi)容包括：袋式除塵器本體工藝、結(jié)構(gòu)及進(jìn)出口煙道的設(shè)計和建設(shè)、超細(xì)纖維濾料的研究和開發(fā)、大型脈沖閥的研究和開發(fā)以及袋式除塵器的自動控制、檢測和保護系統(tǒng)。本文主要介紹了660MW超超臨界燃煤機組袋式除塵器的設(shè)計。

2 設(shè)計原始條件

2.1 燃煤性質(zhì)及飛灰性質(zhì)

設(shè)計煤種為鄭煤集團貧煤，校核煤種1為山西潞安貧煤，校核煤種2為平頂山煙煤。煤質(zhì)分析見表1，灰成分分析見表2。

2.2 燃油及煙氣特性

鍋爐點火及助燃油為0號輕柴油。煙氣特性見表3。

表1 煤質(zhì)分析表

3 袋式除塵器技術(shù)性能參數(shù)

袋式除塵器型號為LXMC（1188）-16；每臺爐配置1臺除塵器；設(shè)計煙氣量3,323,880m3/h；設(shè)計效率99.9%；入口溫度105℃～160℃；入口粉塵濃度≤50g/Nm3；保證效率≥99.9%；出口粉塵濃度保證值≤26mg/Nm3；除塵器設(shè)備本體阻力為250Pa；初始運行壓差≤1000Pa；濾袋壽命末期運行壓差≤1200Pa；一個通道離線檢修時運行壓差≤1500Pa；本體漏風(fēng)率2%；每臺爐除塵器室數(shù)/單元數(shù)為8/16（個）；總過濾面積61,585.92m2/爐；氣布比0.90m3/（min·m2）；濾袋材質(zhì)為PTFE基布，無紡層PPS超細(xì)纖維+PTFE混紡濾料；濾袋規(guī)格（直徑×長度）為Φ127×8130（mm）；濾袋數(shù)量19,008條；清灰方式為低壓脈沖；清灰氣源為壓縮空氣；氣源壓力0.085M～0.095MPa；耗氣量68Nm3/min；電磁脈沖閥型式及規(guī)格為14；電磁脈沖閥數(shù)量為16個。

表2 灰成分分析表

表3 煙氣性質(zhì) （鍋爐B-MCR工況）表

4 袋式除塵器系統(tǒng)組成

4.1 設(shè)計方案

單臺660MW超超臨界燃煤機組配一臺旋轉(zhuǎn)式低壓脈沖袋式除塵器，在順氣流方向上分為8個獨立的除塵室，每個室有2個除塵單元，即整臺除塵器由8室16單元結(jié)構(gòu)形式。每個單元安裝濾袋1188條，整臺除塵器安裝濾袋19,008條。

濾料原材料確定由濾料纖維組成，主要原因為：1）除塵器入口煙氣SO2濃度設(shè)計煤種為4852.07mg/Nm3，校核煤種1則是高達(dá)6489.36mg/Nm3；2）除塵器入口煙氣露點溫度設(shè)計煤種為112℃，校核煤種為119℃，但是除塵器入口煙氣溫度設(shè)計煤種只有122.9℃，校核煤種只有123.8℃；3）除塵器出口粉塵排放要求≤26mg/Nm3，因此濾料全部采用PTFE基布，無紡層50%PPS超細(xì)纖維+50%PTFE混紡濾料。

旋轉(zhuǎn)式低壓脈沖清灰袋式除塵器的清灰壓力僅為0.085M～0.095MPa，濾袋以同心圓狀布置，采用動態(tài)清灰方式，使用較少的脈沖閥，660MW機組僅用16個14型大型脈沖閥，控制簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

煙氣進(jìn)、出氣方式具有水平進(jìn)氣、水平出氣的技術(shù)特色，因此，從結(jié)構(gòu)上保證了較低的運行阻力及很少的二次揚塵。

在每一個除塵室的進(jìn)、出口煙道上都裝有百葉窗式擋板門。在運行過程中，煙氣中的粉塵進(jìn)入除塵器后順著氣流的方向進(jìn)入濾袋間，采用較低的入口流速不僅加快了粗顆粒的預(yù)分離，同時也保證了在煙氣進(jìn)入濾袋之前的整體流量的預(yù)分配，煙氣從外到內(nèi)穿過濾袋進(jìn)行過濾，清潔煙氣從濾袋排放出來，粉塵被阻擋在濾袋外側(cè)。隨著濾袋外表面積灰的增多，濾袋內(nèi)外的壓差逐漸增加。當(dāng)壓差達(dá)到設(shè)定值時，DCS控制系統(tǒng)發(fā)出指令，脈沖閥的膜片自動打開，貯氣罐中一定量的壓縮空氣通過旋轉(zhuǎn)風(fēng)管由噴嘴噴入濾袋內(nèi)，進(jìn)行在線自動清灰。由于噴吹管不斷旋轉(zhuǎn)，濾袋上滯留的灰塵顆粒就被清除，灰塵不斷落入灰斗，達(dá)到除塵的目的。

袋式除塵器主要包括六大系統(tǒng)：除塵器進(jìn)出口煙道系統(tǒng)、本體收塵系統(tǒng)、清灰系統(tǒng)、緊急噴水降溫系統(tǒng)、預(yù)涂灰系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)。

大型袋式除塵器系統(tǒng)組成與小型袋式除塵器相比完全相同，本文簡介的660MW超超臨界燃煤機組袋式除塵器為六大系統(tǒng)；大型袋式除塵器與小型袋式除塵器相比，最大的不同之處為：由于大型袋式除塵器除塵室數(shù)量增加很多，保證各除塵室煙氣分配均勻以及除塵室內(nèi)氣流分布合理是大型袋式除塵器設(shè)計最為關(guān)鍵之處，本文主要闡述660MW超超臨界燃煤機組袋式除塵器室間氣流分配及除塵室內(nèi)氣流分布。

4.2 袋式除塵器六大系統(tǒng)

（1）進(jìn)出口煙道系統(tǒng)

袋式除塵器進(jìn)出口煙道系統(tǒng)由除塵器進(jìn)口煙道及出口煙道組成，進(jìn)出口煙道的設(shè)計合理才能保證除塵器各室煙氣分配均勻。

（2）本體收塵系統(tǒng)

本體收塵系統(tǒng)由支架、灰斗、煙氣室、凈氣室、本體保溫組成。除塵器支架采用鋼結(jié)構(gòu)支架，配有二層設(shè)備檢修平臺。

灰斗包括灰斗本體、人孔門、捅灰孔、氣化裝置、灰斗電加熱裝置、料位計等。

煙氣室包括煙氣室本體、花板、濾袋、袋籠、進(jìn)氣喇叭口及氣流分布板等。氣流分布是影響袋式除塵器整機性能、除塵設(shè)備安全以及鍋爐系統(tǒng)安全運行的關(guān)鍵因素之一。

凈氣室包括凈氣室本體、脈沖清灰裝置、檢修門、通氣孔、視窗、出口等。

（3）清灰系統(tǒng)

清灰系統(tǒng)由空壓機、氣源后處理系統(tǒng)、底部儲氣罐、脈沖閥、頂部儲氣罐組成。

（4）緊急噴水降溫系統(tǒng)

緊急噴水降溫系統(tǒng)由兩相流噴槍、控制閥門及管道組成。

（5）預(yù)涂灰系統(tǒng)

預(yù)涂灰系統(tǒng)由控制閥門、管道組成。

（6）電氣控制系統(tǒng)

電氣自動控制系統(tǒng)包括：低壓電氣系統(tǒng)、自動控制保護系統(tǒng)及自動檢測與自動控制等。

低壓電氣系統(tǒng)按兩路分開的獨立電源考慮，兩路電源互為備用。

除塵器整體控制采用DCS系統(tǒng)控制。控制方式有三種：自動控制、半自動控制、手動控制。除塵器采用3種清灰控制方式：壓差自動控制、時間控制和手動控制。在設(shè)備正常運行期間，以壓差自動控制為主，時間控制和手動控制為輔。

除塵器控制對象包括：除塵器進(jìn)出口擋板門、空壓機、回轉(zhuǎn)臂電機、清灰系統(tǒng)、緊急噴水降溫系統(tǒng)等。

除塵器檢測對象包括：灰斗灰位、空壓機運行狀態(tài)和故障狀態(tài)、濾袋內(nèi)外壓差及壓差超標(biāo)報警、除塵器進(jìn)口煙溫及煙溫超標(biāo)報警、清灰壓力、旋轉(zhuǎn)風(fēng)管運行狀態(tài)、檢漏儀及設(shè)備運行狀態(tài)指示等。

5 除塵室間氣流分配

5.1 除塵器進(jìn)口聯(lián)箱八個出口流量分配情況分析

設(shè)計院提供的兩臺空預(yù)器出口中心相對于除塵器中心而言向內(nèi)偏，但是兩臺鍋爐引風(fēng)機進(jìn)口中心相對于除塵器中心而言向外偏，這給除塵器進(jìn)出口煙道設(shè)計增加了很大的難度。除塵器進(jìn)出口煙道設(shè)計根據(jù)理論計算和經(jīng)驗設(shè)計，經(jīng)計算機模擬計算改進(jìn)。

為盡可能提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，數(shù)值模擬平臺按實際除塵器尺寸建立，對除塵器內(nèi)氣、固兩相流動分別采用歐拉法和拉格朗日法建立數(shù)學(xué)模型，即用歐拉法模擬連續(xù)的氣相，用拉格朗日法跟蹤計算離散顆粒相。在離散顆粒場的數(shù)值模擬過程中，采用目前常用的硬球模型并結(jié)合蒙特卡諾（DSMC）法進(jìn)行數(shù)值計算。

為了更加接近實際，將煙道、除塵器進(jìn)口煙道、除塵器和除塵器出口煙道合為一體（見圖1）進(jìn)行計算，八個除塵室的流量分配如表4所示。結(jié)果表明：八個除塵室的流量分配基本一致。

圖1 袋式除塵器計算結(jié)構(gòu)圖

5.2 除塵器進(jìn)口煙道出口截面的流速分布

圖2是通過計算獲得的除塵器進(jìn)口聯(lián)箱內(nèi)的流場分布圖，結(jié)果表明，出口截面的流速分布很不均勻。圖3給出的是除塵器進(jìn)口1、進(jìn)口2截面的流速分布。其它出口截面流速分布與此類似。

由圖3可見，出口截面流速分布很不均勻，最高風(fēng)速區(qū)域的風(fēng)速可達(dá)17m/s，最低風(fēng)速區(qū)域的風(fēng)速為2m/s左右，因此，需要對氣流加以調(diào)節(jié)。

為改善除塵器進(jìn)口煙道出口截面的流速分布，使煙氣盡可能均勻地進(jìn)入除塵器，以保證除塵器的工作條件，采用的調(diào)節(jié)方法是通過在聯(lián)箱內(nèi)加裝導(dǎo)流板來實現(xiàn)。

表4 除塵器進(jìn)口煙道出口流量分配

圖2 除塵器進(jìn)口煙道內(nèi)的流場分布

圖3 除塵器進(jìn)口1、進(jìn)口2截面的流速分布

在對不同導(dǎo)流板方案的計算比較和分析篩選后，得出理想的結(jié)果，出口截面流速已基本均勻，見圖4。

圖4 除塵器進(jìn)口煙道出口1截面氣流流場分布

6 除塵室內(nèi)氣流分布

除塵室結(jié)構(gòu)見圖5。

為便于了解除塵單元內(nèi)流場分布情況，對其中關(guān)鍵截面：軸對稱垂直截面、迎風(fēng)垂直截面以及袋底水平截面的流場進(jìn)行剖析。在不加調(diào)節(jié)措施的情況下，除塵室內(nèi)的流場分布如圖6、圖7所示。

圖6的計算結(jié)果僅起參考作用，由圖6可見，在不加調(diào)節(jié)措施的情況下，除塵室內(nèi)的流場分布極不理想，濾袋區(qū)風(fēng)速很高，難以保證濾袋的正常工作和使用壽命。

圖5 除塵室結(jié)構(gòu)圖

圖6 除塵室內(nèi)的流場分布（不加調(diào)節(jié)措施情況下）

為了確保除塵器高效除塵、避免氣流沖刷濾袋、提高濾袋的使用壽命、減少二次揚塵及降低除塵器運行阻力，通過在除塵器進(jìn)口喇叭口內(nèi)加裝兩層不同開孔率的氣流分布板來改善除塵室內(nèi)的氣流分布，控制濾袋區(qū)的風(fēng)速。

最終確定的除塵器導(dǎo)流板方案所獲得的除塵室內(nèi)部相關(guān)截面的流場分布如圖7所示，除塵室內(nèi)各點的氣流速度均能達(dá)到理想狀態(tài)。

圖7 除塵室內(nèi)的流場分布（采用最終確定的除塵器導(dǎo)流板方案）

理想的進(jìn)、出口煙道及導(dǎo)流設(shè)計可以保證大型袋式除塵器各室之間的氣流分配均勻及降低除塵器的結(jié)構(gòu)阻力；同時，理想的除塵室內(nèi)氣流分布設(shè)計，可避免氣流沖刷濾袋、提高濾袋的使用壽命、減少二次揚塵及降低除塵器運行阻力，保證袋式除塵器長期穩(wěn)定、可靠運行。

7 除塵器運行數(shù)據(jù)

國電九江發(fā)電廠7#機組袋式除塵器項目2012年3月15日開始施工， 2012年12月27日完成168小時試運，至2014年3月10日期間各設(shè)備運行正常，袋式除塵器各項技術(shù)參數(shù)達(dá)到設(shè)計技術(shù)要求，出口粉塵排放濃度＜26mg/Nm3。660MW超超臨界燃煤機組滿負(fù)荷運行，不同運行時間段袋式除塵器各室運行壓差及平均壓差見表5。

表5 660MW機組滿負(fù)荷運行時除塵器各室運行壓差及平均壓差 （單位：Pa）

由表5可知，660MW超超臨界燃煤機組滿負(fù)荷運行時袋式除塵器運行壓差低于800Pa，八個室運行壓差基本相同，不僅說明了袋式除塵器工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)計算精確，而且體現(xiàn)了進(jìn)、出口煙道及其導(dǎo)流裝置、除塵室氣流分布設(shè)計及計算機模擬計算均符合實際運行情況。

Design for Bag Hose Precipitator of 660MW Exceeding Critical Coal-fired Generating Set

YANG Chuan-bian, YAN Yan-jiao, LIU Yi
(Nanjing Longyuan Environmental Co., Ltd, Nanjing 210012, China)

The paper introduces the technical capability parameter of bag hose precipitator of 660MW exceeding critical coal-fired generating set; expatiates the designing program and system composing of the bag hose precipitator, and airflow admeasurements between the precipitation rooms of precipitator, airflow distribution in the precipitation rooms and the importance of the airflow distribution reason; cites operation parameter and explains the technical parameter, structure parameter, airflow admeasurements and reasonability of airflow distribution design of precipitator.

bag hose precipitator; precipitation room; airflow admeasurements; airflow distribution

X701

A

1006-5377（2014）12-0041-05