印度燃煤電站大型電袋除塵工藝設(shè)計(jì)選用的研究

吳奇學(xué)，鄭大宇，吳泉明，鄭林琳

(1. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 英才學(xué)院，哈爾濱 150028；2. 浙江菲達(dá)環(huán)保科技股份有限公司 紹興 311800)

印度燃煤電站大型電袋除塵工藝設(shè)計(jì)選用的研究

吳奇學(xué)1，鄭大宇1，吳泉明2，鄭林琳1

(1. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 英才學(xué)院，哈爾濱 150028；2. 浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?紹興 311800)

通過了解印度Anpara C一期2×600 MW，Jhajjar 2×600 MW，Jharsuguda 4×600 MW等30余臺套電袋除塵系統(tǒng)投運(yùn)過程出現(xiàn)的問題，產(chǎn)生的不利影響及可行性進(jìn)行分析，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了該除塵系統(tǒng)排放問題的解決，大幅減少最后煙塵氣體的排放，完成既定目標(biāo)，取得良好社會效益.

印度燃煤電站；電袋除塵設(shè)備；技術(shù)改進(jìn)

1 印度現(xiàn)行環(huán)保要求及印度大型電袋除塵設(shè)備的使用現(xiàn)狀

1.1印度環(huán)保要求

近年來，印度經(jīng)濟(jì)發(fā)展不斷提速，電力需求猛增，但電力行業(yè)的發(fā)展仍相對較為落后，導(dǎo)致電力缺口巨大.燃煤電站作為目前主要的發(fā)電系統(tǒng)，已廣泛應(yīng)用于印度電力行業(yè)，且得到不斷的發(fā)展.然而隨之帶來的環(huán)境問題也越發(fā)嚴(yán)重，也越來越受到全社會的高度重視[1].印度環(huán)保部于2015年12月8日公布的新環(huán)保規(guī)范指出2004～2016年底投運(yùn)的除塵器排放標(biāo)準(zhǔn)提高到50 mg/m3，2017年后投運(yùn)的除塵器排放標(biāo)準(zhǔn)提高到30 mg/m3[2].根據(jù)印度政府的要求，在運(yùn)行期間，電袋除塵器排放必須達(dá)標(biāo)，如表1所示.

表1 印度新環(huán)保規(guī)范除塵標(biāo)準(zhǔn)表

1.2印度除塵設(shè)備使用現(xiàn)狀簡介

目前印度燃煤電站除塵設(shè)備的主流技術(shù)為電除塵技術(shù)，應(yīng)用已有大半個世紀(jì)之久.但隨著科技的進(jìn)步，其本身存在的缺陷和劣勢將會被放大，除了出現(xiàn)電除塵器(ESP)對煤種的適應(yīng)性差，也出現(xiàn)了其對高比電阻性質(zhì)的粉塵收塵效果較差以及容易產(chǎn)生二次揚(yáng)塵等的問題[3].這時市場就需要一種新型環(huán)保設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的環(huán)保新方案.

電袋除塵器(ESP+FF)，作為一種新型的復(fù)合型除塵設(shè)備，它結(jié)合了靜電除塵和布袋除塵的工作原理.印度已投運(yùn)的大型電袋除塵器配套電站項(xiàng)目主要有Anpara C一期 2×600 MW，Jhajjar 2×600 MW，Jharsuguda 4×600 MW等30余臺套.這些電袋除塵器的使用，理論上具有易于實(shí)現(xiàn)細(xì)微顆粒物等多種污染物的協(xié)同控制，排放高效穩(wěn)定可靠等的優(yōu)點(diǎn).

圖1 Anpara C一期電廠項(xiàng)目概況

現(xiàn)以Anpara C一期電廠為例(項(xiàng)目概況圖如圖1所示)，該項(xiàng)目為兩套600 MW燃煤機(jī)組，鍋爐為中國東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司設(shè)計(jì)制造的亞臨界自然循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣的煤粉鍋爐,配三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器；然后接分體式電袋除塵器.1#爐的除塵器在2012年1月投入運(yùn)行，2#爐的除塵器在2012年3月投入運(yùn)行.該電廠的電袋除塵器運(yùn)行過程中出現(xiàn)了一些普遍存在于印度市場的電袋除塵器的問題，影響到電袋除塵器的正常運(yùn)行和使用壽命.

2 運(yùn)行過程主要問題及可能導(dǎo)致的后果

2.1電袋除塵器部件損壞較多

各類儀表損壞，導(dǎo)致運(yùn)行的各種參數(shù)無法記錄，給設(shè)備運(yùn)行帶來隱患；脈沖閥破損漏氣，導(dǎo)致清灰效果差；進(jìn)出口風(fēng)門氣缸故障，導(dǎo)致風(fēng)門開關(guān)不正常，影響整個濾室正常工作；灰斗擋風(fēng)板脫落，造成灰斗堵灰，影響除塵器正常運(yùn)行.

2.2運(yùn)行阻力偏高

電袋除塵器運(yùn)行阻力長期處于1 500 Pa以上，一般電袋除塵器的正常運(yùn)行阻力在1 200～1 400 Pa之間[4]，長期運(yùn)行于高阻力下，將導(dǎo)致濾袋壽命縮短，增加了維護(hù)成本.

2.3煙氣流量分布不均勻

該電廠每臺鍋爐配四臺電袋除塵器，每臺電袋除塵器的入口煙氣量不均勻，從測試結(jié)果圖2看，印度ANPARA C 2×600 MW機(jī)組燃煤電站#2爐電袋除塵器，A、B側(cè)煙道流量均沒有達(dá)到要求.正常情況下，氣流偏差在±5%范圍內(nèi)屬于正常運(yùn)行[5]，由圖可知其氣流偏差并未達(dá)到要求.

圖2 A、B兩側(cè)不同負(fù)荷時各煙道氣流偏差圖

2.4電袋除塵器本體存在多處漏風(fēng)點(diǎn)

一般電袋除塵器漏風(fēng)率需保證小于3%，電袋除塵器為負(fù)壓設(shè)備，而就現(xiàn)場情況發(fā)現(xiàn)本項(xiàng)目除塵器多處漏風(fēng)，具有高于3%的漏風(fēng)率，導(dǎo)致煙道中煙氣流速變大，使設(shè)備內(nèi)部元件磨損增大，影響設(shè)備壽命及除塵效率.

2.5灰斗下灰不暢

對現(xiàn)場灰斗的測量發(fā)現(xiàn)，灰斗下灰口溫度只有80 ℃，低于設(shè)計(jì)要求的160 ℃，氣化風(fēng)系統(tǒng)管道輸送距離太大，最長的距離為250 m，造成灰斗內(nèi)壁結(jié)塊.從而引發(fā)一系列問題，比如灰斗高料位、灰斗擋風(fēng)變形，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致電場停運(yùn).現(xiàn)場測試部分灰斗氣化板溫度數(shù)據(jù)由表2所示.

2.6電除塵區(qū)電氣控制參數(shù)設(shè)置不合理

對現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)有電氣控制參數(shù)設(shè)置不合理引起的主要表現(xiàn)為：電源控制模式選擇不合理、充電比和導(dǎo)通角設(shè)置不合理，導(dǎo)致前端電除塵區(qū)收塵效果差，增加布袋區(qū)的除塵負(fù)荷.直接影響了最后的除塵效果.

在對現(xiàn)場實(shí)地考察過程中，發(fā)現(xiàn)上述的幾大問題不僅僅是發(fā)生在Anpara C一期電廠，而是普遍存在于多個其他配套電袋除塵器的印度燃煤電站中.

表2 爐灰斗氣化板入口處氣化風(fēng)溫度

3 電袋除塵工藝技術(shù)創(chuàng)新及改進(jìn)措施的分析

3.1針對部件損壞較多的情況

優(yōu)先加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)，更換破損的零部件，并安排檢修人員及時修復(fù)，盡量減少由于部件損壞帶來的隱患，保證了除塵器運(yùn)行過程的完整性，更好的監(jiān)控全過程中除塵器的除塵情況.

3.2針對運(yùn)行阻力居高不下的情況

1)在煙氣中含有大量水分時，會使電袋除塵器中的布袋產(chǎn)生糊袋現(xiàn)象，嚴(yán)重影響除塵器的除塵效率.而按運(yùn)行規(guī)范，出口風(fēng)門會自動打開，出口風(fēng)門的安全插銷，只在檢修進(jìn)入煙道內(nèi)時，插入固定風(fēng)門位置；

采用干濕球法[6]測試煙氣中水氣含量的體積百分?jǐn)?shù)，

其中：Xaw為煙氣中水蒸氣含量的體積百分比(%)，pbv為溫度為tb時的飽和水蒸氣壓力(GB/T 13931-2000附錄A)，Pa；tc為干球溫度，℃；tb為濕球溫度，℃；pb為通過濕球溫度計(jì)表面的煙氣壓力，Pa；Ba為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，Pa；ps為煙氣靜壓，Pa；C為系數(shù)(取決于通過濕球溫度計(jì)球部的空氣流速，當(dāng)流速高于2.5 m/s時，可認(rèn)為接近一常數(shù)，約等于0.000 66).

公式中，根據(jù)現(xiàn)場測定的部分?jǐn)?shù)據(jù)值，可確定煙氣中與1 kg干空氣共存的的水汽量體積百分?jǐn)?shù)理論值為5%～8%.

當(dāng)投運(yùn)1#爐的第一電場，經(jīng)實(shí)際測量出灰口煙氣水蒸氣含量體積百分?jǐn)?shù)為6.6.相應(yīng)地，當(dāng)投運(yùn)第二、第三等電場時，煙氣量增加，其煙氣中水蒸氣含量體積百分?jǐn)?shù)為7.9%和6.4%，且持續(xù)穩(wěn)定在理論值范圍內(nèi)，可以滿足排放要求.

2)首先檢查并清理風(fēng)門內(nèi)部積灰，特別是轉(zhuǎn)軸處的積灰情況；其次，由于現(xiàn)場灰塵太大，進(jìn)口風(fēng)門氣缸建議用塑料薄膜包裹防塵；

3)加強(qiáng)灰斗料位計(jì)的維護(hù)工作，減小誤報、漏報.一旦發(fā)現(xiàn)高料位及時檢查輸灰系統(tǒng)，及時排灰.

通過以上步驟的處理，當(dāng)投運(yùn)1#爐時，其除塵口風(fēng)量明顯減小，經(jīng)現(xiàn)場勘測并計(jì)算，得到其運(yùn)行阻力已由原來的1 670 Pa減至1 320 Pa.相應(yīng)的，在開啟2#爐后，其運(yùn)行阻力為1 250 Pa，同樣控制在要求范圍1 200～1 400 Pa內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了針對運(yùn)行阻力居高不下情況的改進(jìn).

3.3針對煙氣流量分布不均勻的情況

關(guān)于電除塵器氣流分布均勻性評定，我國采用相對均方根法[7].

在除塵器進(jìn)口布置4個測孔，每個測孔布置5個測速點(diǎn)，共20個測點(diǎn)，即n=20.理論上要求電場區(qū)氣流分布均勻性σr≤0.25，各封頭的流量和理想分配流量之間相對誤差不超過±5%.

建議電廠在停爐期間，對總煙道進(jìn)行檢查.一方面，檢查并調(diào)整導(dǎo)流葉片的安裝尺寸是否與圖紙一致(導(dǎo)流葉片安裝尺寸如圖3所示)，另一方面清除煙道內(nèi)的集灰.并調(diào)整進(jìn)出口閘板門的開度一致，減少煙道上閘板門的限流的影響.

圖3 部分導(dǎo)流葉片安裝尺寸

實(shí)地測試過程中，當(dāng)投運(yùn)1#爐時，進(jìn)行了煙道氣流分配測試，測試結(jié)果如表3所示.試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)中1#爐在測試過程中，氣流分布情況基本符合相應(yīng)要求，實(shí)現(xiàn)了氣流的均勻分配.相應(yīng)的，開啟2#爐時，氣流分布大致均勻，滿足要求.總體上滿足了除塵器設(shè)計(jì)要求.

表3 1#爐煙道氣流分配測試結(jié)果

3.4針對除塵器本體存在多處漏風(fēng)的情況

對除塵器本體漏風(fēng)率的計(jì)算方式，采用流量法.

其中：Δα為 除塵器漏風(fēng)率，%；qvout為除塵器出口標(biāo)況干煙氣量，m3/h；qvin為 除塵器進(jìn)口標(biāo)況干煙氣量，m3/h.

在每次點(diǎn)爐前必須消除積灰，防止冷灰結(jié)塊；而電廠停爐時，需要確認(rèn)導(dǎo)流葉片安裝尺寸.優(yōu)先加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)保證所有的閘板門都應(yīng)該開到位，不影響煙道斷面尺寸；再對除塵器漏風(fēng)點(diǎn)進(jìn)行外圍修補(bǔ).

在完成優(yōu)化后的現(xiàn)場試驗(yàn)過程中，當(dāng)只投運(yùn)1#爐時，進(jìn)口干煙氣量為1 470 904 m3/h，出口干煙氣量為1 432 660 m3/h，經(jīng)計(jì)算可得1#爐漏風(fēng)率為2.6%.相應(yīng)地，當(dāng)投運(yùn)2#爐時，測得2#爐漏風(fēng)率為2.7%.符合設(shè)計(jì)要求，可以滿足排放要求.

3.5針對灰斗下灰不暢的情況

對熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)功率的計(jì)算，根據(jù)熱力學(xué)公式計(jì)算.

Q總=(Q+Q損)×1.2

其中：Q為加熱需要的能量，kw/h；C為介質(zhì)比熱，kJ/(kg·℃)；M為介質(zhì)流量，kg/h；ΔT為出口溫度與進(jìn)口溫度差，℃.

建議增加熱風(fēng)系統(tǒng)的電加熱功率，使氣化風(fēng)出口溫度達(dá)到160 ℃上，將現(xiàn)有的4臺熱風(fēng)發(fā)生器分別安裝在4臺靜電除塵器的設(shè)備下面，并加強(qiáng)管道保溫，減小沿程溫降，確保氣化板入口煙溫大于120 ℃.灰斗電加熱情況如圖4所示.

圖4 灰斗下灰口氣化裝置、電加熱示意圖

從現(xiàn)場的試驗(yàn)來看，對熱風(fēng)系統(tǒng)功率的確定[7]，需要經(jīng)過以下計(jì)算：功率損失(保溫層厚度100 mm)按Hitz標(biāo)準(zhǔn)為0.07 kw/m2.容器內(nèi)部的總面積約1 500 m2，整個設(shè)備熱損失功率為110 kW.空氣起始溫度為15 ℃，出口要求溫度120 ℃，流量為1 432 660 m3/h，介質(zhì)密度：1.29 kg/m3，計(jì)算得加熱所需熱風(fēng)系統(tǒng)總功率大于67 511.8 kW，取68 000 kW.理論計(jì)算后，確保氣化板煙溫大于120 ℃，達(dá)到排放要求.

3.6針對電除塵區(qū)電氣控制參數(shù)設(shè)置不合理的情況

一級電場的的電流步長設(shè)置修改為15到5，火花率限制修改為10～30，其他設(shè)置不變(電火花頻率控制情況如圖5所示)；二級電場的電流脈沖限制修改為800～1 000，火化率限制修改為10～20，電流步長修改為15～10. 其他設(shè)置不變；三級電場的電流脈沖限制為800～1 000，火化率限制一直保持10不變，電流步長也一直保持15不變，其他設(shè)置不變.同時，所有電場的導(dǎo)通角修改為：20%～40%；所有電場的閃絡(luò)靈敏度修改為：40.0～9.0 kV/rms.

通過以上程序的校準(zhǔn)，當(dāng)1#爐投運(yùn)時，電控系統(tǒng)精確的控制整體除塵器的運(yùn)行，靜電除塵器中電火花控制到位，且后期布袋除塵器中布袋未產(chǎn)生糊袋現(xiàn)象.可以滿足運(yùn)行要求，該優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo).

圖5 火花頻率控制原理

4 成果及推廣應(yīng)用分析

4.1試驗(yàn)后運(yùn)行狀況分析

Anpara C一期電廠在改進(jìn)后進(jìn)行投運(yùn)一段時間后，測得排放由原來的50 mg/m3減少到了接近15 mg/m3，與排放前能夠明顯觀察到排放有較大差異.經(jīng)實(shí)際檢測，各儀表運(yùn)行正常；電袋除塵器阻力維持在1 250～1 320 Pa之間，未產(chǎn)生糊袋，同時下灰順暢穩(wěn)定；除塵器A側(cè)煙道煙氣平均量為388 549.8 m3/h，與B側(cè)煙道煙氣平均量為429 474.6 m3/h，其氣流偏差穩(wěn)定在±5%之間，屬于達(dá)標(biāo)狀態(tài)；除塵器整體漏風(fēng)率大約2.6%，為除塵器正常工作提供保障；加熱裝置氣化板入口煙溫大于120 ℃，未出現(xiàn)積灰現(xiàn)象.總的來說，針對其現(xiàn)場測算及數(shù)據(jù)信息反饋，計(jì)算得到其除塵效率達(dá)到99.9%，達(dá)到既定除塵要求，且延長了電袋除塵器使用壽命，根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證該優(yōu)化方案可行.

4.2推廣應(yīng)用

隨著印度電力行業(yè)的發(fā)展，環(huán)保設(shè)備的需求也必將隨之增大，為了維持客戶對使用電袋除塵器的信心，鞏固未來市場的份額.解決上述存在的各種問題，提高電袋除塵器在印度燃煤電站運(yùn)行的可靠性是非常重要的.感謝菲達(dá)環(huán)保科技股份有限公司對本項(xiàng)目的支持，而其成果將優(yōu)先在菲達(dá)環(huán)保項(xiàng)目Anpara C一期電廠得到應(yīng)用，對其他印度電袋除塵器的維護(hù)和發(fā)展有很好的借鑒作用，將來也有可能對諸如孟加拉國、菲律賓、土耳其、巴基斯坦等發(fā)展中國家的電袋除塵器技術(shù)應(yīng)用有非常好的補(bǔ)充.

反觀國內(nèi)，中國電力運(yùn)營中70%～80%源自煤電[8]，相較于其供電量，其龐大的大氣污染排放更值得我們的關(guān)注.在霧霾橫行、沙塵暴肆虐的今天，在大力提倡環(huán)境保護(hù)的大背景下，中國燃煤電站環(huán)保產(chǎn)業(yè)正吸收昔日電除塵器及布袋除塵器發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，綜合國內(nèi)外創(chuàng)新技術(shù)，穩(wěn)步提高電袋除塵器除塵效率.對霧霾等大氣問題形成有極大意義的解決方案.那么本項(xiàng)目也將對國內(nèi)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供相應(yīng)的技術(shù)支持.

[1] 杜宇江. 電袋復(fù)合除塵器在印度燃煤電站600MW機(jī)組上的應(yīng)用[C]//蚌埠: 第十五屆中國電除塵學(xué)術(shù)會議, 2013.

[2] GB13223-2011, 火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] 羅 凱. 電袋組合式除塵器的運(yùn)行與調(diào)整[J]. 湖北: 湖北電力雜志社, 2015, 39(10): 69-70.

[4] 浙江菲達(dá)環(huán)保科技股份有限公司. 電除塵器[M]. 北京: 中國電力, 2011. 82-95.

[5] 齊志廣. 印度火力發(fā)電廠除塵器的選擇分析[J]. 北京: 節(jié)能與環(huán)保雜志社, 2010(6): 37-40.

[6] 周靈輝, 楊 凱, 謝 馨, 等. 干濕球法測量煙氣濕度的準(zhǔn)確性探討[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理, 2011(10): 125-134.

[7] 李國浩. 電除塵器整體流場結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D]. 北京: 華北電力大學(xué), 2016.

[8] WU Q X, ZHENG L L, WU Q M,etal. The state of vietnam environmental equipment industry and the developmental cooperation strategy of Chinese company in vietnam [C]//電力工程與能源環(huán)境國際會議論文集. 上海: DEStech Publications, Inc, 2016. 186-192.

Researchonprocessplanningoflargescaleelectrostatic-fabricintegratedinIndiacoal-firedpowerplants

WU Qi-xue1, ZHENG Da-yu1, WU Quan-ming2, ZHENG Lin-lin1

(1. School of Honors, Harbin University of Commerce, Harbin 150028, China; 2. Zhejiang Feida Environmental Science & Technology Co. Ltd, Shaoxing 311800, China)

By discussing the problems in operation of more than 30 electrostatic-fabric integrated precipitators in India phase I 2×600 MW, Jhajjar 2×600 MW and Jharsuguda 4×600 MW, analyzing the adverse impact and feasibility, after field test and actual application, the problems of emission on dedust system have been solved. The carbon concentration of outlet of the precipitator has been reduced. A set goal and good social results have been achieved.

coal-fired power plants in India; electrostatic-fabric integrated precipitators; technical improvement

2017-04-23.

哈爾濱商業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201610240010)

吳奇學(xué)(1994-)，男，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動化.

X773

A

1672-0946(2017)05-0588-05