火電廠除塵改造工程方案的研究與設(shè)計

盧慶領(lǐng)

摘 要：本文首先對山西河曲發(fā)電有限公司現(xiàn)有除塵器設(shè)備概況、除塵器性能現(xiàn)狀進行了闡述并對除塵器性能表現(xiàn)進行測試，根據(jù)測試結(jié)果顯示了河曲電廠除塵改造的必要性。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合河曲電廠實際生產(chǎn)狀況制訂了改造方案的邊界條件，研究設(shè)計了除塵改造的技術(shù)路線和改造方案。改造方案適應(yīng)國家和地方政府環(huán)保政策，起到很好的節(jié)能減排示范效應(yīng)。綜合考慮初始投資、檢修方便、節(jié)能以及運行可靠性，由于方案二投資及運行維護費用較高，本次改造推薦方案一作為首選方案。

關(guān)鍵詞：除塵改造；方案設(shè)計；節(jié)能減排；社會效益

中圖分類號：TM628 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）12-0152-03

Abstract：The existing dust collector equipment based on Shanxi Hequ power generation limited company profiles， precipitator performance are introduced and tested on the performance of filter performance， according to the test results show the necessity of Hequ power plant dust transformation. On this basis， combined with the actual production status of Hequ power plant， the boundary conditions of the reconstruction scheme are worked out， and the technical route and transformation scheme of dust removal are designed. The reform plan meets the national and local government environmental protection policies and plays a good role in energy saving and emission reduction. Considering the initial investment， maintenance convenience， energy saving and operation reliability， because the scheme two investment and operation and maintenance cost is higher， this transformation recommendation scheme is the first choice.

Key words：dust removal transformation； scheme design； energy saving and emission reduction； social benefits

1 引言

山西魯能河曲發(fā)電有限公司一期2×600MW機組是“十五”期間國家確定的開發(fā)大西北“西電東送”北通道的重要電源點之一，是大型跨省區(qū)送電項目，是典型的坑口電站。一期工程建設(shè)2×600MW亞臨界燃煤濕冷凝汽式機組。為了改善大氣環(huán)境質(zhì)量，國家與部分地方政府針對火電行業(yè)制定了日趨嚴厲的排放標(biāo)準，要求采取措施進行污染治理。國家發(fā)改委、環(huán)境保護部、國家能源局聯(lián)合下發(fā)的“發(fā)改能源[2014]2093號關(guān)于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》的通知”明確提出要求“中部地區(qū)（黑龍江、吉林、山西、安徽、湖北、湖南、河南、江西等8?。┕膭瞵F(xiàn)役燃煤發(fā)電機組實施大氣污染物排放濃度達到或接近燃氣輪機組排放限值的環(huán)保改造。山西省人民政府“關(guān)于推進全省燃煤發(fā)電機組超低排放的實施意見”中要求，常規(guī)燃煤發(fā)電機組達到天然氣燃氣輪機排放標(biāo)準，氮氧化物50mg/Nm3、二氧化硫35mg/Nm3、煙塵5mg/Nm3。山西省人民政府“關(guān)于進一步加快推進全省燃煤發(fā)電機組超低排放改造工作的通知”中要求，現(xiàn)役單機30萬千瓦及以上燃煤機組完成超低排放改造的時限為2017年底。根據(jù)上述通知精神，山西魯能河曲發(fā)電有限公司一期1號、2號機組煙氣污染物排放擬按氮氧化物濃度不大于50mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2）、排放二氧化硫濃度不大于35mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2）、排放粉塵濃度不大于5mg/m3（標(biāo)態(tài)，干基，6%O2）控制開展可行性研究。原有脫硝、除塵、脫硫等不能滿足要求，需要進行改造。

河曲電廠一期鍋爐尾部原先配備由山西省電力公司電力環(huán)保設(shè)備總廠生產(chǎn)的靜電除塵器，設(shè)計除塵效率為99.7%，每臺除塵器型式為雙室五電場，由于除塵器運行一段時間后效率不能達到設(shè)計值等原因，除塵器出口煙塵排放濃度不能達到排放標(biāo)準，2006年電廠將2號機組除塵器改造為六電場。2012年由龍凈環(huán)保分別改造為兩電三袋和三電三袋除塵器，設(shè)計進口含塵濃度36g/m3，除塵器出口設(shè)計濃度≤30mg/m3。

（1）設(shè)備名稱：電袋除塵器；（2）除塵器型式：靜電除塵器為干式、臥式、板式，布袋除塵器為外濾式除塵、在線或離線脈沖清灰、在線更換濾袋，并有有效的防止煙氣超溫、氧化、腐蝕損壞濾袋的手段；（3）布置方式：布袋除塵器采用水平進風(fēng)、水平出風(fēng)方式；（4）出口煙塵濃度：≤30mg/Nm3；（5）清灰程序應(yīng)采用定阻（定時）自動控制，除塵器本體運行阻力：第一次性能驗收（運行一個月后）不得超過1000Pa；一年驗收期不得超過1100Pa；除塵器平均運行阻力不得超過900Pa。（以上數(shù)值均指在機組滿負荷狀態(tài)下）；（6）濾袋最小間距70mm；（7）除灰方式：采用濃相正壓氣力輸送系統(tǒng)；（8）清灰方式：脈沖清灰；（9）除塵器入口煙氣溫度：140～160℃；（10）每臺機組除塵器入口設(shè)計煙氣量：3971560m3/h；（11）除塵器入口含塵濃度：36g/Nm3；（12）除塵器出口濃度（標(biāo)準狀態(tài)干煙氣，6%O2）≤30mg/Nm3；（13）本體漏風(fēng)率≤2%；（14）過濾風(fēng)速≤1.1m/min；（15）除塵器運行壽命：30年；（16）濾袋壽命≥4年；（17）電磁脈沖閥壽命：150萬次；（18）年平均運行小時數(shù)：7800h；（19）安裝條件：室外露天布置。

2 除塵器性能現(xiàn)狀及改造必要性

2.1 除塵器現(xiàn)狀及性能測試情況

河曲電廠一期機組電袋復(fù)合除塵器隨著運行時間的增長，電區(qū)高壓運行參數(shù)不穩(wěn)且較低，振打效果差，陽極板、陰極線積灰嚴重，收塵效率降低；袋區(qū)環(huán)鏈反吹系統(tǒng)故障頻發(fā)，反吹效果變差，差壓升高，高于原設(shè)計阻力，導(dǎo)致引風(fēng)機電耗增加，夜間低負荷隔離通道處理缺陷次數(shù)增加，因袋出現(xiàn)大面積破袋，很難保證長期穩(wěn)定運行，運行維護費用升高。

2016年5月神華國能山東建設(shè)集團有限公司對河曲電廠1、2號機組除塵器及煙囪入口進行摸底測試，由測試結(jié)果可以看出：1號機組電袋除塵器出口煙塵濃度為40.13mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2，以下相同），本體阻力為1450Pa，1號機組煙囪入口煙塵濃度為12.66mg/m3；2號機組電袋除塵器出口煙塵濃度為35.42mg/m3，本體阻力為1300Pa。這表明，河曲電廠2臺機組電袋除塵器出口煙塵濃度及平均阻力均無法滿足最初設(shè)計要求，且煙囪入口煙塵排放濃度>5mg/m3，無法滿足煙塵超低排放的要求。

2.2 改造必要性

根據(jù)國家發(fā)改委發(fā)改能源[2014]2093號文件及山西省《推進全省燃煤發(fā)電機組燃氣超低排放的實施意見》，要求2017年前燃煤發(fā)電機組實施超低排放改造，達到粉塵排放濃度低于5mg/m3。

目前，河曲電廠一期機組煙囪入口煙塵排放濃度無法滿足超低排放要求，故對河曲電廠一期1、2號機組進行除塵系統(tǒng)的提效改造是非常必要的。

3 方案設(shè)計邊界條件

本次除塵器改造相關(guān)邊界條件按原設(shè)計值，如表1所示。

4 煙塵超低排放改造技術(shù)路線

根據(jù)目前河曲電廠一期機組除塵器現(xiàn)狀，可供選擇的煙塵超低排放改造方案有：a）電袋復(fù)合除塵器提效+脫硫系統(tǒng)高效協(xié)同除塵；b）電袋除塵器檢修+脫硫系統(tǒng)+新增濕式電除塵器。

4.1 電袋復(fù)合除塵器提效+脫硫系統(tǒng)高效協(xié)同除塵

根據(jù)脫硫系統(tǒng)可研的改造方案，考慮吸收塔協(xié)同除塵作用，新建的脫硫塔每塔設(shè)置一座三級屋脊式高性能除霧器，六級除霧器沖洗水。改造后在吸收塔入口煙塵濃度≤20mg/m3時，吸收塔出口煙塵濃度≤5mg/m3。故要求除塵器改造后保證出口煙塵濃度≤20mg/m3。電袋復(fù)合除塵器當(dāng)前存在的問題有：

（1）電區(qū)運行參數(shù)低；（2）振打力度不夠，清灰不好；（3）內(nèi)部極板、極線運行年久沒有更換過，腐蝕嚴重；（4）除塵器入口煙道擋板門磨損嚴重；（5）內(nèi)部擋板漏風(fēng)嚴重；（6）袋區(qū)差壓升高，吸風(fēng)機電耗增加。

針對目前1、2號機組電袋除塵器入口煙塵濃度過高等問題，根據(jù)河曲電廠的提議及調(diào)研情況，建議在電袋除塵器入口煙箱中，加裝氣流均布及顆粒預(yù)捕集裝置。其結(jié)構(gòu)及原理如圖1所示。

當(dāng)煙氣進入到煙箱后，通過彎曲通道的格柵波形板，煙氣中的煙塵與其格柵波形板發(fā)生碰撞，固體顆粒的運動速度及運動軌跡發(fā)生改變后，在離心力和慣性的作用下，固體顆粒就從波形板表面上被分離下來，因重力的作用，顆粒沿著格柵板流入到煙箱底部，再流入到第一電場的灰斗中。由于格柵的作用，煙氣進入波形板后，起到了均流的作用，有利于除塵器后面的電場及布袋的收塵效果。顆粒預(yù)捕集裝置的預(yù)捕集效率隨氣流速度的增加而增加，這是由于流速高，作用于固體顆粒上的慣性力大，有利于氣固的分離。但是，流速的增加將造成系統(tǒng)阻力增加，也使能耗增加。而且流速的增加有一定的限度，流速過高會造成二次揚塵，從而降低固體顆粒的捕集效果。

針對目前電區(qū)的工頻電源運行參數(shù)較低的問題，建議更換原電區(qū)工頻電源為三相高效電源，且進行小分區(qū)供電改造，提高電場區(qū)的收塵效率，以減輕袋區(qū)的收塵壓力，降低電袋除塵器運行阻力。由于電場區(qū)灰量增加，建議對電場區(qū)輸灰系統(tǒng)進行改造。

針對電區(qū)振打效果不佳，極板極線腐蝕嚴重的問題，建議將原頂部電磁振打更改為側(cè)部機械振打，并更換電區(qū)損壞或腐蝕的極板極線。

針對目前電袋除塵器破袋較多，出口煙塵濃度較高的問題，建議將原袋區(qū)普通濾袋全部更換為超細纖維濾袋，并更換相應(yīng)的袋籠，以降低除塵器出口煙塵濃度至≤20mg/m3，同時，更換濾袋后，整體阻力得以降低。具體的改造方案如下：

（1）在除塵器入口煙箱中加裝氣流均布及顆粒預(yù)捕集裝置；（2）將原電區(qū)全部單相工頻電源更換為三相高效電源，并對本體進行小分區(qū)供電改造；（3）更換原電區(qū)損壞或腐蝕的陽極板、陰極線；（4）將原有的頂部電磁振打更改側(cè)部機械振打，根據(jù)側(cè)部振打和人孔門位置，在除塵器兩側(cè)增加樓梯及檢修操作平臺；（5）將袋區(qū)濾袋全部更換為超細纖維濾袋，并更換袋籠；（6）更換除塵器入口煙道破損的膨脹節(jié)，更換除塵器氣流均布板；（7）除塵器本體內(nèi)部擋板補漏，入口煙道、喇叭及灰斗保溫全部拆除更換查找漏點，更換排堵管；（8）輸灰系統(tǒng)控制箱移位，氣源管道及控制電纜進行相應(yīng)改造；（9）一、二電場輸灰管道改型更換為陶瓷或雙金屬耐磨管道4000米，氣源管道閥門更換；（10）輸灰系統(tǒng)控制箱改造更換、倉泵料位計改造，倉泵入口加裝進料閥隔離門；（11）電場區(qū)、袋區(qū)內(nèi)部加裝檢修平臺；（12）安裝上位機IPC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)高低壓一體化的智能控制。

4.2 電袋除塵器檢修+濕法脫硫+新增濕式電除塵器

若僅對電袋除塵器做必要的檢修，并對破損濾袋進行更換，則電袋除塵器出口煙塵濃度可控制到30mg/m3。然后在新建脫硫塔的頂部增設(shè)濕式電除塵器，可以穩(wěn)定地實現(xiàn)煙塵排放濃度≤5mg/m3。

4.2.1 濕式電除塵器設(shè)計方案

針對現(xiàn)有的場地情況，結(jié)合脫硫系統(tǒng)和風(fēng)機系統(tǒng)的改造方案，本次一期機組新增濕式電除塵器的具體方案如下：濕式電除塵器直接布置在新建脫硫吸收塔頂，與新建脫硫吸收塔為一體式結(jié)構(gòu)，選用立式濕式電除塵器。脫硫吸收塔出口即為濕式除塵器入口，為了降低煙氣流速，煙氣豎直向上經(jīng)過漸擴段后進入濕式電除塵器，采用下進氣、上出氣方式，經(jīng)過濕式電除塵器后，經(jīng)凈煙氣煙道連接至煙囪。收塵極板和放電極均采用定期間斷沖洗方式。濕式電除塵器收集下來的粉塵顆粒、水霧和清洗水直接排至脫硫塔，由脫硫水處理系統(tǒng)進行統(tǒng)一處理。

4.2.2 設(shè)計參數(shù)

濕式除塵器入口煙塵濃度按<20mg/m3設(shè)計，控制出口煙塵排放濃度≤5mg/m3。分6個電場，煙氣流速為2.62m/s。其他設(shè)計參數(shù)見表2。

4.2.3 電氣部分

濕式電除塵器：采用6個供電區(qū)，每臺爐設(shè)計配套6臺高壓電源（高壓控制柜8臺）、低壓柜3臺（低壓控制柜、配電柜、進線柜）及相應(yīng)端子箱和高壓隔離開關(guān)柜；高壓供電電源采用恒流電源（HLP規(guī)格，2套72kV/2.2A，4套72kV/1.4A），該電源能有效擬制電場放電，避免電場閃絡(luò)拉弧?？刂乒癫贾迷诿摿螂姎饪刂剖覂?nèi)，控制柜與脫硫改造統(tǒng)一考慮布置。

4.2.4 控制部分

濕式電除塵器：采用PLC控制，控制柜布置脫硫控制室內(nèi)。控制柜尺寸為800×800×2200mm和1000×800×2200mm。

4.2.5 土建部分

新增濕式電除塵器本體結(jié)構(gòu)及出口煙道鋼支架；由于新增濕式電除塵器需布置在脫硫吸收塔頂部，因此需要對脫硫吸收塔筒體結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)及樁基進行強度復(fù)核。新增濕式電除塵器水泵基礎(chǔ)。濕式電除塵器控制室布置于脫硫控制室內(nèi)。

4.2.6 給水排水系統(tǒng)

濕式電除塵器清洗用水均采用脫硫工藝水，配套清洗給水泵，一運一備。濕式電除塵器設(shè)備運行時采用定期間斷噴水沖洗收塵極和陰極放電線，分8個區(qū)進行間斷沖洗，每次沖洗一個區(qū)，每天將濕式電除塵器8個區(qū)沖洗一遍即可。每次每個區(qū)沖洗3min，耗水量7.2m3/次/區(qū)，沖洗水壓力不小于0.35Mpa。清洗水和收集到的霧滴直接排放到脫硫地坑。

4.2.7 系統(tǒng)阻力

濕式電除塵器改造后系統(tǒng)增加阻力小于550Pa（濕除入口至煙囪入口）。

5 建議及結(jié)論

河曲電廠一期1、2號機組通過除塵系統(tǒng)的超低排放改造，可保證煙囪入口煙塵排放濃度≤5mg/m3，改造后兩臺機組每年可減少粉塵排放量約97t（機組利用小時數(shù)5500h），同時對SO3，微細顆粒物PM10、PM2.5等多種污染物都具有較好的去除效果，并可控制汞等重金屬污染物排放，適應(yīng)國家和地方政府環(huán)保政策，起到很好的節(jié)能減排示范效應(yīng)。綜合考慮初始投資、檢修方便、節(jié)能以及運行可靠性，由于方案二投資及運行維護費用較高，本次改造推薦方案一作為首選方案。

參考文獻

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