645MW級(jí)燃煤機(jī)組除塵器優(yōu)化改造

文 // 單娟娟 王妮妮 山東電力工程咨詢(xún)?cè)河邢薰?/p>

為控制火電廠污染物排放，國(guó)家環(huán)境保護(hù)部于2011年7月頒布了新版《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，要求標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之日前已投產(chǎn)機(jī)組自2014年7月1日起執(zhí)行火力發(fā)電燃煤鍋爐煙塵排放小于30mg/Nm3，重點(diǎn)地區(qū)小于20mg/Nm3。山東省地方標(biāo)準(zhǔn)DB37/664-2013《山東省火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，2017年煙塵排放濃度將執(zhí)行20mg/Nm3的標(biāo)準(zhǔn)。

1 工程概況

菏澤某電廠2×645MW機(jī)組采用超超臨界、變壓運(yùn)行、前后墻對(duì)沖燃燒直流爐，中速磨冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，空預(yù)器為三分倉(cāng)的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，每臺(tái)爐配備兩臺(tái)雙室四電場(chǎng)靜電除塵器。由于入爐煤質(zhì)與原有設(shè)計(jì)煤質(zhì)差別較大，煤源來(lái)源不穩(wěn)定，為多種煤的摻燒煤，目前機(jī)組電除塵器入口濃度為30g/Nm3，除塵器出口濃度約為70～80mg/Nm3，已不符合環(huán)保要求，需要進(jìn)行電除塵器優(yōu)化改造，將除塵器出口濃度降到30mg/Nm3以下。

該除塵器改造工程的煤質(zhì)灰成分分析及煤灰比電阻資料，見(jiàn)表1。

該工程靜電除塵器入口及引風(fēng)機(jī)入口煙氣量參數(shù)具體見(jiàn)表2。

2 除塵器概況

該機(jī)組每臺(tái)爐配置兩臺(tái)雙室四電場(chǎng)除塵器，電除塵器阻力≤230Pa，設(shè)計(jì)效率（設(shè)計(jì)煤種）≥99.8%。

3 改造方案分析

通過(guò)對(duì)電廠進(jìn)行的電除塵器性能試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果分析，兩臺(tái)機(jī)組的進(jìn)口含塵濃度平均約為27.1g/Nm3，1號(hào)機(jī)組的電除塵器運(yùn)行效果相對(duì)較好，電除塵器的出口含塵濃度約為70mg/Nm3，而2號(hào)機(jī)組的電除塵器出口含塵濃度約為75mg/Nm3。考慮到一定的裕量，選取除塵器入口含塵濃度為30g/Nm3，除塵器出口含塵濃度為80mg/Nm3。

表1 煤質(zhì)資料分析表

表2 煙氣量參數(shù)

3.1 電除塵器改造適應(yīng)性分析

本期工程飛灰在120～150℃時(shí)比電阻為：6.91×1010～2.49×1011；處于1010～1011為“能用靜電除塵器具有最佳的運(yùn)行范圍，適合靜電除塵器運(yùn)行的粉塵”。通過(guò)對(duì)靜電除塵器選型的飛灰成分除塵指數(shù)分析結(jié)果可得：正常運(yùn)行情況下，設(shè)計(jì)煤種和校核煤種的飛灰化學(xué)成分適合使用靜電除塵器除塵。因此，該工程燃用煤種適合使用電除塵器收塵。

3.2 電除塵器改造技術(shù)方案

針對(duì)該工程的具體情況，從降低除塵器的出口含塵濃度，提高除塵器效率的同時(shí)，也考慮到節(jié)能的效果，主要考慮采用以下幾種技術(shù)改造方案。

3.2.1 電袋除塵器技術(shù)

電袋除塵技術(shù)是將電除塵器與袋式除塵器作有機(jī)組合。這種組合式裝置綜合了傳統(tǒng)的電除塵和袋式除塵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于常規(guī)的靜電除塵器，電袋復(fù)合式除塵器能捕集高比電阻粉塵，并且不受煤種、煙灰特性影響，對(duì)高比電阻煙塵捕集能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)微量排放，排放濃度可長(zhǎng)期穩(wěn)定在30mg/Nm3以下。

3.2.2 濕式靜電除塵器（WESP）技術(shù)

WESP是在濕法脫硫吸收塔后設(shè)置濕式靜電除塵器，用于有效降低凈煙氣中液滴攜帶量至15～20mg/Nm3，減輕“石膏雨”問(wèn)題。WESP具有捕集煙氣中霧滴和微小塵粒的功能，不僅能降低煙氣中液滴的攜帶量，解決石膏雨問(wèn)題，而且能去除大部分的PM2.5等微小顆粒。

3.2.3 低低溫電除塵技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)低低溫技術(shù)）

低低溫技術(shù)是通過(guò)在除塵器前安裝煙氣換熱裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)低低溫設(shè)備），使得除塵器入口煙氣溫度降低到煙氣露點(diǎn)溫度以下，除塵器的比集塵面積增加，粉塵比電阻降低，煙氣溫度降低，達(dá)到提效和節(jié)能的目的。

3.2.4 轉(zhuǎn)動(dòng)極板電除塵技術(shù)

轉(zhuǎn)動(dòng)極板電除塵器的工作原理與傳統(tǒng)電除塵器一樣，仍然是依靠靜電力來(lái)收集粉塵，屬于靜電除塵技術(shù)的一種技術(shù)延伸。一般是將末級(jí)電場(chǎng)的陽(yáng)極板改造成可以旋轉(zhuǎn)的形式，將傳統(tǒng)的振打清灰改造為旋轉(zhuǎn)刷清灰，當(dāng)極板旋轉(zhuǎn)到電場(chǎng)下端的灰斗時(shí)，清灰刷在遠(yuǎn)離氣流的位置把板面的粉塵刷除，達(dá)到比常規(guī)電除塵器更好的清灰效果，能提高電除塵器的除塵效率，降低排放濃度。

轉(zhuǎn)動(dòng)極板電除塵技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)有：（1）有效消除二次揚(yáng)塵

極板清灰憑借設(shè)置在極板下端的清灰刷在遠(yuǎn)離氣流的位置對(duì)板面的粘灰實(shí)行刷除，被刷除的粉塵直接落入灰斗，可以有效地避免發(fā)生二次揚(yáng)塵。

（2）有效消除反電暈

采用移動(dòng)電極技術(shù)后，由于清灰徹底，極板表面潔凈，加上末級(jí)電場(chǎng)的灰量較少，在同一極板兩次刷灰的時(shí)間間隔里，極板表面不會(huì)形成連續(xù)的粉塵層，便徹底消除了由于氣隙擊穿所引發(fā)的反電暈，有效改善收塵環(huán)境，這對(duì)提高除塵效率同樣起到了決定性作用。

（3）有效消除極板沾灰造成的效率下降

（4）有效消除電場(chǎng)紊流現(xiàn)象

移動(dòng)電極除塵器的陽(yáng)極為雙面平滑設(shè)計(jì)，水平布置，在極板側(cè)不會(huì)發(fā)生擾動(dòng)性紊流，保證荷電粉塵快速趨極。

表3 電除塵器本體技術(shù)改造方案對(duì)比

（5）檢修工作量小

移動(dòng)電極除塵器與常規(guī)靜電除塵器相比，可以在一個(gè)或多個(gè)大修期內(nèi)免維護(hù)。

該工程若采用轉(zhuǎn)動(dòng)極板方案只需將第四電場(chǎng)改為移動(dòng)極板電場(chǎng)，形成3+1移動(dòng)電極除塵器，煙道的阻力沒(méi)有增加，引風(fēng)機(jī)無(wú)需改造；運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。

3.3.5 技術(shù)方案比較

針對(duì)該工程，對(duì)以上提出的幾種除塵器本體技術(shù)方案進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表3。

以上幾種技術(shù)方案從理論上都是可行的，其中電袋除塵器運(yùn)行阻力高，需要進(jìn)行引風(fēng)機(jī)增壓改造，且除塵器本體需要改動(dòng)部件多，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高；濕式電除塵器技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段，未知因素過(guò)多，應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)性很高，且針對(duì)本期工程沒(méi)有布置場(chǎng)地；轉(zhuǎn)動(dòng)極板電除塵技術(shù)作為一種成熟的技術(shù)方案，可以滿(mǎn)足除塵器出口含塵濃度≤30mg/Nm3的，且引風(fēng)機(jī)壓頭滿(mǎn)足要求，因此從除塵器本體技術(shù)上宜采用轉(zhuǎn)動(dòng)極板除塵器技術(shù)。

同時(shí)考慮高頻電源能有效提高除塵效率，通常能有效降低排放30%以上，甚至高達(dá)70%。因此，該工程同步將電源改為高頻電源。

4 煙氣余熱利用技術(shù)

該工程機(jī)組的年平均排煙溫度約為130℃，如此高的排煙溫度不僅損失了大量的熱量，而且降低了機(jī)組效率。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，擬在機(jī)組空預(yù)器后至電除塵前的煙道內(nèi)加裝煙氣冷卻器，在降低煙氣溫度的同時(shí)，充分利用煙氣余熱，提高機(jī)組能源利用效率。

建議將該機(jī)組的排煙溫度降低到105℃左右（本工程設(shè)計(jì)煤種煙氣酸露點(diǎn)經(jīng)計(jì)算約為95℃），即安裝低溫省煤器。經(jīng)過(guò)論證將低溫省煤器布置在除塵器前的水平煙道，每個(gè)煙道布置一臺(tái)煙氣冷卻器，共布置4臺(tái)，熱耗保證工況（THA工況）煙氣溫度由127℃降至105℃左右。經(jīng)計(jì)算機(jī)組THA工況運(yùn)行時(shí)，可節(jié)約發(fā)電標(biāo)煤耗約1.05g/kWh，增加投資5.77年可以回收。

表4 電除塵器參數(shù)表

5 改造方案

該機(jī)組除塵器優(yōu)化改造采用低溫省煤器加高頻電源和轉(zhuǎn)動(dòng)極板電除塵技術(shù)。對(duì)當(dāng)前的除塵器主要進(jìn)行以下改造。

（1）在除塵器前水平煙道布置4臺(tái)低溫省煤器，同時(shí)增設(shè)相應(yīng)的凝結(jié)水系統(tǒng)。

（2）鑒于目前靜電除塵器運(yùn)行工況，對(duì)原有除塵器四電場(chǎng)進(jìn)行檢修，在不增加原除塵器長(zhǎng)度和寬度原則下，將原除塵器第四電場(chǎng)改為轉(zhuǎn)動(dòng)極板電場(chǎng)，形成3+1移動(dòng)電極除塵器。

（3）將一、二、三電場(chǎng)陽(yáng)極系統(tǒng)、陰極系統(tǒng)及所有的振打系統(tǒng)進(jìn)行檢修。

（4）對(duì)原進(jìn)氣煙道和進(jìn)氣煙箱氣流分布板重新檢測(cè)調(diào)整。

（5）引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)不變。

（6）該方案中一、二電廠均采用高頻電源。每個(gè)電場(chǎng)配置一臺(tái)高頻電源代替原來(lái)的工頻電源的整流變壓器和高壓控制柜，高頻電源安裝在電除塵頂部原來(lái)整流變壓器位置上，原高壓控制柜改為對(duì)應(yīng)高頻電源的配電柜，高頻電源的電源電纜利用原整流變壓器的電源電纜。

改造后的電除塵器參數(shù)見(jiàn)表4。

6 改造效果

改造完成后電廠進(jìn)行了性能試驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明在機(jī)組負(fù)荷640MW、鍋爐蒸發(fā)量1772t/h、燃煤量255t/h、高頻電源全功率旋轉(zhuǎn)極板運(yùn)行工況下，除塵器出口濃度平均為26.12mg/Nm3，滿(mǎn)足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)≤30mg/Nm3的要求。并且引風(fēng)機(jī)壓頭滿(mǎn)足要求，還同步使用高頻電源技術(shù)使其更加節(jié)能。此外，為促進(jìn)節(jié)能減排，充分進(jìn)行余熱利用，在除塵器進(jìn)口的水平煙道設(shè)置低溫省煤器。改造后節(jié)能減排效果比較明顯。