燃煤電廠協(xié)同除塵技術(shù)應(yīng)用

范秀方，姜肇雨，馬德亮，時(shí)　　俊

燃煤電廠協(xié)同除塵技術(shù)應(yīng)用

范秀方，姜肇雨，馬德亮，時(shí)俊

（華能日照電廠，山東日照276826）

為適應(yīng)燃煤電廠對(duì)煙塵排放的嚴(yán)格要求，需要對(duì)新建或原有鍋爐的煙塵處理系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)優(yōu)化，并運(yùn)用環(huán)保研究新技術(shù)，通過多個(gè)系統(tǒng)的共同作用，將凈煙氣煙塵排放濃度降到10 mg/m3以下。對(duì)目前燃煤電廠有成功運(yùn)用的煙氣協(xié)同處理技術(shù)、對(duì)低低溫省煤器的安裝運(yùn)用、電除塵的改造提效、增加濕法脫硫的除塵能力以及濕式除塵器的應(yīng)用等方面進(jìn)行分析，闡述各系統(tǒng)互相配合對(duì)煙塵進(jìn)行協(xié)同處理，達(dá)到超低排放的目的。

燃煤電廠；環(huán)保；協(xié)同除塵

0　　引言

近幾年，環(huán)境保護(hù)約束愈加嚴(yán)格，對(duì)火力發(fā)電廠污染物排放限值達(dá)到世界最高標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)地區(qū)煙塵排放濃度執(zhí)行20 mg/m3限值。部分地方標(biāo)準(zhǔn)更是高于國家標(biāo)準(zhǔn)，燃煤電廠正在進(jìn)行“超低”、“近零”排放改造，就煙塵來說，單靠傳統(tǒng)的電除塵技術(shù)已無法達(dá)到這樣的要求。為達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)新建或現(xiàn)有鍋爐設(shè)備的設(shè)計(jì)與改造，本著安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的原則，優(yōu)化組合脫硝、低低溫省煤器、電除塵器、脫硫島、濕式除塵器等系統(tǒng)的配置及選定方法，充分利用每個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)，分擔(dān)除塵功能，以求達(dá)到大系統(tǒng)協(xié)同控制的能力，如圖1所示［2］。結(jié)果證明，可有效將煙塵質(zhì)量濃度控制在5 mg/m3以下，日常運(yùn)行在1～3 mg/m3之間。

圖1　　協(xié)同除塵流程

1　　低低溫電除塵技術(shù)分析

研究表明，通過煙氣冷卻器或煙氣換熱系統(tǒng)降低電除塵入口煙氣溫度至酸露點(diǎn)以下（一般在90℃左右），使煙氣中大部分的SO3在煙氣冷卻器中冷凝成硫酸霧并粘附在煙塵表面，使煙塵性質(zhì)發(fā)生了較大變化，可大幅提升除塵效率，并同時(shí)能去除大部分的SO3，同時(shí)解決了SO3引起的酸腐蝕問題。

在鍋爐空預(yù)器后設(shè)置低低溫省煤器，使進(jìn)入除塵器入口的煙氣溫度降低，能明顯提高電除塵效率。

1.1低低溫電除塵優(yōu)點(diǎn)

煙氣溫度的降低使煙塵比電阻下降。低低溫電除塵器將煙氣溫度降低到酸露點(diǎn)以下，由于煙氣溫度的降低，特別是由于SO3的冷凝，可大幅度降低煙塵的比電阻（如圖2）［1］，消除反電暈現(xiàn)象，從而提高除塵效率。除塵器性能測(cè)試表明：在增設(shè)換熱裝置后，煙塵排放從原約60 mg/m3下降到20 mg/m3，除塵效率明顯提高。這種模式下在非重點(diǎn)地區(qū)，可以省略濕式電除塵器（WESP）。

圖2　　煙氣溫度與比電阻的關(guān)系

煙氣溫度降低使擊穿電壓上升。排煙溫度降低，使電場(chǎng)擊穿電壓上升，除塵效率提高（如圖3）。排煙溫度每降低10℃，電場(chǎng)擊穿電壓上升約3%。

圖3　　煙氣溫度與除塵效率的關(guān)系

煙溫降低可去除絕大部分SO3。在除塵裝置中，煙溫已降到露點(diǎn)以下，而煙氣含塵質(zhì)量濃度很高，一般為15 000～25 000 mg/m3左右，平均粒度僅有20～30 μm，因而總表面積很大，為硫酸霧的凝結(jié)附著提供了良好的條件。通常情況下，灰硫比（即煙塵濃度與硫酸霧濃度之比）大于100，煙氣中的SO3去除率可達(dá)到95%以上，SO3質(zhì)量濃度將低于3.72 mg/m3。解決了濕法脫硫工藝中SO3腐蝕的難題，有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

煙溫降低使節(jié)能效果明顯。對(duì)1臺(tái)1 000 MW機(jī)組低低溫電除塵系統(tǒng)的節(jié)能效果計(jì)算分析，煙氣溫度降低30℃，可回收熱量1.64×108kJ/h，減少濕式脫硫系統(tǒng)水耗，同時(shí)，煙氣溫度降低后，實(shí)際煙氣體積流量大大減少，這不僅可以降低下游設(shè)備規(guī)格，而且使引風(fēng)機(jī)的電耗約減小10%，脫硫用電率由原來的1.2%減小到1.0%。

1.2低低溫電除塵存在問題和對(duì)策

由于前期的烤制使葡聚糖分子量下降，再加上沖食不能完全使內(nèi)部的葡聚糖釋放出來，即食燕麥片沖食的黏度不夠大，但如果多泡一會(huì)兒，黏度就會(huì)逐漸上升。

灰斗堵塞問題。由于溫度較低，使灰流動(dòng)性降低而引起灰斗堵塞。目前的對(duì)策有：增加灰斗的卸灰角；灰斗保溫，在下部進(jìn)行有效加熱，以保證下灰通暢；灰斗內(nèi)壁增涂增加光滑度的材料。

二次揚(yáng)塵問題［6］。在低低溫電除塵系統(tǒng)中，由于煙塵比電阻較低，煙塵的附著力也相應(yīng)降低，形成二次揚(yáng)塵。現(xiàn)有的措施有：合理設(shè)置振打間隔時(shí)間，使煙塵能成片狀或塊狀下落；提高電壓等級(jí)，并控制在相對(duì)較高的運(yùn)行電壓下，以適當(dāng)加強(qiáng)煙塵的吸附力；出口封頭內(nèi)設(shè)置收塵板式的出口氣流分布板，使部分來不及捕集或二次飛揚(yáng)的煙塵進(jìn)行再次捕集；監(jiān)視煙氣溫度是否在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)。

1.3低低溫省煤器流程

低低溫省煤器流程如圖4所示。低低溫省煤器從1、2號(hào)（末兩級(jí)）低壓加熱器取凝結(jié)水（部分）經(jīng)升壓泵升壓后進(jìn)入4個(gè)煙道的換熱器，回到3號(hào)低壓加熱器出口。將煙氣溫度從135℃降到96℃，進(jìn)入電除塵。凝結(jié)水溫度從75℃提高到93℃。

2　電除塵器提效改造策略

電除塵器改造時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮除塵器本體擴(kuò)容改造方案，適當(dāng)增大比集塵面積和電場(chǎng)數(shù)量，其次可采用低低溫除塵技術(shù)、高效電源或移動(dòng)電極技術(shù)等。電除塵器改造時(shí)，除塵器出口煙塵排放濃度宜按一般地區(qū)不大于40 mg/m3、重點(diǎn)地區(qū)不大于30 mg/m3設(shè)計(jì)。應(yīng)用低低溫除塵技術(shù)加高效電除塵器本身除塵效率就可達(dá)到99.9%以上，除塵器出口濃度可達(dá)到20 mg/m3以下［5］。

圖4　　低低溫省煤器流程

國內(nèi)主要幾種成熟的電除塵器改造技術(shù)如下。

1）對(duì)于原除塵器設(shè)計(jì)出口煙塵排放小于50mg/m3，而實(shí)際運(yùn)行時(shí)除塵器出口煙塵排放50～100 mg/m3的機(jī)組，應(yīng)優(yōu)先考慮實(shí)施高效電源及控制系統(tǒng)的改造。

2）對(duì)于原除塵器設(shè)計(jì)出口煙塵排放小于50 mg/m3，而實(shí)際運(yùn)行時(shí)除塵器出口煙塵排放大于150 mg/m3的機(jī)組，應(yīng)首先考慮通過增加電場(chǎng)、加高加寬除塵器等方式提高除塵器比集塵面積，其次可考慮實(shí)施高效電源及控制系統(tǒng)的改造。

3）電源改造時(shí)原則上建議第一、第二電場(chǎng)改為高效電源，新增電場(chǎng)改造按照小分區(qū)供電考慮。

4）使用移動(dòng)電極技術(shù)。對(duì)于原除塵器設(shè)計(jì)出力較大、設(shè)備健康水平較好的除塵器提效改造，如無擴(kuò)容空間，可在充分論證后采用移動(dòng)電極技術(shù)。對(duì)于煤質(zhì)波動(dòng)較大的機(jī)組不建議選用移動(dòng)電極技術(shù)。

5）應(yīng)用袋式除塵器改造技術(shù)。對(duì)于循環(huán)流化床機(jī)組可優(yōu)先考慮采用袋式除塵器。對(duì)于高硫煤或高煙氣溫度（排煙溫度大于145℃）機(jī)組不宜采用袋式除塵器。當(dāng)電除塵器擴(kuò)容改造方案空間受限、投資過高或除塵器提效改造無法實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放時(shí)時(shí)，可采用袋式除塵器改造方案。采用袋式除塵器改造方案時(shí)，除塵器出口煙塵排放濃度應(yīng)按小于20 mg/m3設(shè)計(jì)［3］。

電除塵改造示例。日照電廠一期原除塵器為雙室四電場(chǎng)，電氣控制多次改造，排放能達(dá)到99.1%的除塵效率，但出口煙塵含量在215 mg/m3左右，不能達(dá)到最新排放要求，在檢修準(zhǔn)中進(jìn)行了改造，方案為：增加第五電場(chǎng)；一、二電場(chǎng)更改為阿爾斯通高頻電源，三、四電場(chǎng)更換為高效電源。運(yùn)行測(cè)試數(shù)據(jù)為：在低低溫除塵器投入的情況下，入口煙塵濃度為30 g/m3，出口煙塵濃度為35 mg/m3。

3　脫硫裝置的除塵性能

就除塵而言雖然是由電除塵器和脫硫裝置及濕式除塵器分擔(dān)，但電除塵器應(yīng)起主要作用。脫硫裝置入口煙塵允許濃度要求根據(jù)電除塵器除塵性能，設(shè)計(jì)應(yīng)小于50 mg/m3。

低低溫電除塵器改造后，出口煙塵濃度可控制在30 mg/m3以下。濕法脫硫根據(jù)入口煙塵濃度，有30%～50%的除塵率，這與塔內(nèi)煙氣流速、噴淋的密度有關(guān)。隨著干式電除塵效率的增高，脫硫入口煙塵濃度降低，脫硫系統(tǒng)對(duì)除塵率的貢獻(xiàn)也將降低，一般為30%左右。

隨著環(huán)保對(duì)脫硫效率的要求加大，原有脫硫系統(tǒng)需要進(jìn)行增容改造，填料層厚度提高以及噴淋量的加大也可提高除塵效率。

吸收塔出口為降低霧滴含量，設(shè)置了煙道除霧器，此裝置同時(shí)降低了煙塵排放濃度。除霧器的除塵效果與除霧器層數(shù)、布置方式、結(jié)構(gòu)有關(guān)。

在保證脫硫達(dá)到重點(diǎn)地區(qū)排放指標(biāo)的情況下，脫硫出口煙氣煙塵排放濃度應(yīng)控制在20 mg/m3左右。

日照電廠一、二期原設(shè)計(jì)有海水煙氣脫硫（FGD）裝置，但排放達(dá)不到重點(diǎn)地區(qū)要求，現(xiàn)已對(duì)SO2排放濃度按照低于50 mg/m3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了改造，更換內(nèi)部填料，增高填料高度，增加1臺(tái)海水升壓泵，對(duì)原海水管道進(jìn)行改造，增加上塔海水流量，在降低出口含硫量的同時(shí)，也增加了除塵效果。吸收塔出口設(shè)置單級(jí)平板式除霧器，同時(shí)具備除塵性能。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，投入低低溫省煤器，脫硫入口煙塵濃度在45 mg/m3時(shí)，出口濃度為32 mg/m3，不投入低低溫省煤器，脫硫入口煙塵濃度在70 mg/m3時(shí)，出口濃度為40 mg/m3，脫硫除塵效率為30%～40%。

4　濕式除塵器的應(yīng)用

燃煤機(jī)組在濕法煙氣脫硫裝置后采用濕式電除塵器，是保證煙塵達(dá)標(biāo)排放的一個(gè)重要解決方案。其特點(diǎn)是能除去SO3酸霧，并除去石膏雨中二水硫酸鈣煙塵以及硫酸銨煙塵、PM2.5煙塵和重金屬，凈煙氣煙塵排放可控制在5 mg/m3以內(nèi)。

濕式電除塵器在國內(nèi)燃煤機(jī)組發(fā)展比較快，目前已經(jīng)發(fā)展并應(yīng)用的有3種形式：金屬極板濕式電除塵器、柔性陽極濕式電除塵器和導(dǎo)電玻璃鋼濕式電除塵器（分立式、臥式兩種），各種技術(shù)均有表現(xiàn)的空間，沒有哪種具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，建議適量開展，不斷總結(jié)，但應(yīng)注意解決濕式電除塵器帶來的廢水處理、腐蝕嚴(yán)重、材料選擇困難等問題［4］。

濕式除塵應(yīng)用。日照電廠濕式除塵項(xiàng)目采用TPRI-162型除塵器，陽極管采用六邊形的導(dǎo)電玻璃鋼材料（如圖5），鋸齒狀鈦合金陰極線（如圖6），一電場(chǎng)四分區(qū)垂直布置。設(shè)計(jì)煙氣流速2.4m/s，停留時(shí)間2.1s。陽極管清灰采用間斷水沖洗，耗水量小于10 t/d。

圖5　濕式除塵器陽極管

圖6　　濕式除塵器陰極及懸掛系統(tǒng)

系統(tǒng)采用4臺(tái)高壓變壓器為4個(gè)分區(qū)提供高壓電源，具備火花監(jiān)測(cè)功能，當(dāng)系統(tǒng)沖洗時(shí)可自動(dòng)降壓運(yùn)行，沖洗完畢后自動(dòng)恢復(fù)。目前日照電廠4臺(tái)機(jī)組均已改造完畢，投入正常運(yùn)行，以一期2臺(tái)350 MW機(jī)組為例，測(cè)試情況為：濕除塵入口煙塵濃度37 mg/m3；凈煙氣煙塵排放濃度3.5 mg/m3；PM2.5排放濃度0.95mg/m3；PM2.5脫除效率90%；總汞脫除效率37%。

5　　結(jié)語

煙囪排放凈煙氣煙塵含量的降低，不是某一個(gè)環(huán)節(jié)或設(shè)備的除塵能力的結(jié)果，而是多個(gè)設(shè)備協(xié)同工作的結(jié)果，下一組設(shè)備的除塵能力，必須保證上一組設(shè)備運(yùn)行正常，出口煙塵含量達(dá)標(biāo)才能實(shí)現(xiàn)。低低溫省煤器的作用是非常明顯的，經(jīng)過降溫后的煙氣，大大提高了電除塵的除塵效率，而電除塵經(jīng)過提效，保證其出口煙塵濃度不高于50 mg/m3，從而減少脫硫及濕除塵的壓力，經(jīng)過后面設(shè)備后，煙塵含量逐步降低，才能達(dá)到超低排放的目的。

低低溫省煤器后煙氣溫度逐步降低，最后經(jīng)過濕式除塵至煙囪排放的溫度只有25℃，北方電廠冬天凈煙氣排放溫度有時(shí)不到20℃，加上煙氣濕度大，造成煙囪排放煙羽過大，形成視覺污染，為解決這種問題，濕式除塵器裝置出口也可設(shè)置MGGH（熱媒水煙氣再熱系統(tǒng)）。通過熱媒水密閉循環(huán)流動(dòng)，將從降溫?fù)Q熱器獲得的熱量去加熱凈煙氣，使其溫度升高到70℃以上?？纱蟠鬁p少煙囪“冒白煙”的狀況，同時(shí)解決下游設(shè)備（如煙囪）的防腐難題。

［1]蔡偉龍，胡恭任，羅祥波.我國燃煤電廠除塵技術(shù)路線選擇問題分析［J］.環(huán)境工程，2015，35（5）：101-102.

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Application of Cooperative Dust Removal Technology in Coal Fired Power Plant

FAN Xiufang，JIANG Zhaoyu，MA Deliang，SHI Jun
（Huaneng Rizhao Power Plant，Rizhao 276826，China）

In order to adapt to strict requirements of dust emissions，it is necessary to re-design and optimize the dust handling system for new or existing boiler.Together with the environmental protection in recent years，new technology by means of combined effect of multiple systems，net smoke emissions has to be controlled to reach 10 mg/m3.Under discussion is the successful application of coal fired power plant flue gas treatment technology，from installation and application of low temperature flue gas heat exchanger，improvement of electric dust removal efficiency，increase wet FGD dust removal capacity and the application of WESP.It is expounded how the system is to cooperate with each other to deal with the dust，and to achieve the strict requirement of low emission.

coal fired power plant；environmental protection；coordination dust removal

X701.2

B

1007-9904（2016）06-0070-04

2016-01-10

范秀方（1973）男，工程師，從事電站鍋爐環(huán)保研究工作；姜肇雨（1975）男，高級(jí)工程師，從事電站熱控自動(dòng)化研究工作；馬德亮（1978）男，工程師，從事電站電氣工程研究工作；時(shí)?。?979）男，工程師，從事電站鍋爐環(huán)保研究工作。