徐州電廠靜電除塵器改造及高頻電源的技術(shù)應(yīng)用

陶秋根，劉鶴忠，鄧文祥，戴建忠

(華東電力設(shè)計院有限公司 ，上海 200063)

1 概述

國華徐州發(fā)電有限公司一期2×1000 MW機組工程，兩臺機組已分別于2011年12月20日和2011年12月31日建成投產(chǎn)。原工程設(shè)計時執(zhí)行的污染物控制排放標準為《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223－2003)，原大氣污染設(shè)計排放指標為：煙塵≤50 mg/Nm3；SO2≤400 mg/Nm3；NOX≤450 mg/Nm3。 而2012年1月1日起開始實施的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223－2011)中特別排放限值的要求，排放指標為：煙塵≤20 mg/Nm3；SO2≤ 50 mg/Nm3；NOX≤ 100 mg/Nm3。2014年9月三部委發(fā)布《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014－2020年)》要求機組排放指標達到：煙塵＜10 mg/Nm3；SO2＜35 mg/Nm3；NOX＜50 mg/Nm3。

在滿足國家環(huán)保標準政策的同時神華集團公司要求下屬電廠堅持“高品質(zhì)發(fā)電”、環(huán)?！傲闳萑獭⒘闩欧拧?。國華電力公司則提出以“清潔高效”為路徑，對現(xiàn)役機組進行節(jié)能、環(huán)保等方面的升級改造工作，實施“綠色發(fā)電計劃”，做到高品質(zhì)發(fā)電，公司2016年1月對徐州提出的環(huán)保改造指標是：煙塵濃度≤3 mg/Nm3、SO2濃度≤35 mg/Nm3、NOx濃度≤50 mg/Nm3進行設(shè)計，力爭達到煙塵濃度≤3 mg/Nm3、SO2濃度≤20 mg/Nm3、NOx濃度≤30 mg/Nm3。

顯然原工程設(shè)計時執(zhí)行的污染物控制排放標準與現(xiàn)有國家的環(huán)保要求和神華集團、國華電力的要求存在著較大差距，迫切需要對原設(shè)計工程進行技術(shù)改造。改造范圍包括除塵、脫硫和脫硝。對于除塵改造要求采用現(xiàn)有先進的技術(shù)，同時兼顧協(xié)調(diào)治理的效果的系統(tǒng)和設(shè)備，而采用低低溫靜電除塵器能有效提高除塵效率。

2 徐州電廠原有除塵設(shè)備的配置

徐州電廠原有除塵系統(tǒng)配置二級除塵設(shè)備，一級除塵設(shè)備為每臺爐配二臺三室四電場的干式、臥式、板式靜電除塵器，靜電除塵器設(shè)備制造廠為福建龍凈環(huán)保股份有限公司。鍋爐BMCR工況下設(shè)計煤種：除塵器入口煙氣溫度為129℃，除塵器入口的煙氣含塵量為28.7 g/Nm3，除塵器保證效率99.85%；二級除塵設(shè)備為石灰石－石膏濕法脫硫設(shè)備中的吸收塔，每臺爐配一臺吸收塔，吸收塔主要實現(xiàn)脫硫作用外兼顧有除塵功能，徐州電廠原脫硫系統(tǒng)吸收塔為設(shè)有四層噴淋層的空塔結(jié)構(gòu)，吸收塔的脫硫效率為95%，其除塵的保證效率為50%。按照二級除塵設(shè)備，通過理論計算二級除塵后吸收塔出口的煙塵濃度為21.5 mg/Nm3(含石膏在內(nèi))。

3 新建電廠除塵設(shè)備的配置

目前，國家最新的排放標準對煙氣污染物的排放控制要求有了明顯的提高，為了適應(yīng)新的形勢，滿足新的排放標準，與煙氣系統(tǒng)配套的系統(tǒng)和設(shè)備其效率需要提高，需要解決運行過程中出現(xiàn)的問題。煙塵排放是其中一個重要的控制指標，并日益受到關(guān)注。

目前國內(nèi)新建燃煤機組鍋爐除塵設(shè)備一般配置為：靜電除塵器、電袋復(fù)合除塵器或布袋除塵器(三選一，布置在引風(fēng)機之前)，加上兼有高效除塵效果的脫硫吸收塔和濕式靜電除塵器(布置在引風(fēng)機之后)。濕式靜電除塵器除塵效果明顯，但由于其占地面積大和需要增加復(fù)雜的水系統(tǒng)(沖洗水系統(tǒng)、補水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、加堿系統(tǒng)等)，故項目建設(shè)時如采用超凈脫硫除塵一體化技術(shù)或其他兼有高效除塵效果的脫硫系統(tǒng)，在能夠滿足環(huán)保要求的前提下可以不設(shè)置濕式靜電除塵器。

早期布置在引風(fēng)機之前的除塵設(shè)備，國內(nèi)600 MW等級及以上機組均采用靜電除塵方式除塵；近年來由于環(huán)保標準提高、改造項目場地條件受到限制和濾袋新材料性能的提高等原因，逐步有一些大型電廠開始采用電袋或純布袋除塵器，目前國內(nèi)有新鄉(xiāng)寶山電廠660 MW機組、安徽平圩電廠#1爐600 MW機組、江西貴溪電廠#8爐600 MW機組、湛江奧里油電廠2×600 MW機組等采用電袋除塵器；河南新密電廠2×1000 MW機組、平圩電廠三期2×1000 MW機組也是采用的電袋除塵器；國內(nèi)采用純布袋除塵器600 MW機組較少，山西漳山電廠2×600 MW機組采用布袋除塵器。相比較目前國內(nèi)還是靜電除塵器的使用占有絕大部分約占燃煤機組的90%以上。與國外發(fā)達國家相比，美國應(yīng)用靜電除塵器約占80%，歐盟約占85%，而日本基本絕大部分采用靜電除塵器。

在新的環(huán)保形勢下為了提高靜電除塵器的除塵效率，設(shè)計時通常采取以下三種措施：第一通過增加電場數(shù)量、增加比集塵面積來提高除塵效率；第二通過降低除塵器入口煙溫、減低飛灰的比電阻，將常規(guī)靜電除塵器變成低低溫靜電除塵器來提高除塵效率；第三采用高頻電源可有效加強電場的粉塵荷電也可以提高塵效率。近期改造電廠由于場地條件的制約通常是結(jié)合第二、第三種措施來提高設(shè)備的效率。

徐州電廠改造工程通過技術(shù)經(jīng)濟比較，提出了低低溫靜電除塵器+高頻電源的技術(shù)方案來對原有靜電除塵器進行改造；脫硫系統(tǒng)采用了超凈脫硫除塵一體化改造技術(shù)。改造后通過二級高效除塵設(shè)備煙塵排放達到了超低排放改造要求。

4 徐州電廠低低溫靜電除塵器方案

徐州電廠改造前除塵器型式為三室四電場靜電除塵器，改造方案需要在除塵器入口煙道上加裝低溫省煤器，布置見圖1。

圖1 除塵器前低溫省煤器布置圖

改造方案仍為三室四電場，靜電除塵器的外形保持基本不變。為了達到超低排放改造要求，同時采用了低低溫靜電除塵器及高頻電源的技術(shù)對靜電除塵器進行提效改造，改造后保證靜電除塵器出口煙塵濃度低于20 mg/Nm3(干基、6%O2)。再通過脫硫系統(tǒng)超凈脫硫除塵一體化改造技術(shù)使吸收塔出口煙塵濃度低于3 mg/Nm3(干基、6%O2)。本工程通過招標落實電除塵改造由浙江大維高新技術(shù)股份有限公司總承包，超凈脫硫除塵一體化改造由北京清新環(huán)境技術(shù)股份有限公司總承包。

設(shè)置低溫省煤器后，空預(yù)器出口的煙氣通過低溫省煤器將排煙溫度由129℃降為85℃后進入靜電除塵器。低低溫靜電除塵改造提高了除塵效率，但由于煙氣溫度將處于酸露點溫度以下，灰的溫度將降低，灰的流動性變差，同時灰中吸附大量的SO3，灰的濕度和黏度會增加，增加了灰斗及輸灰管堵塞的風(fēng)險，對電除塵及其輸灰系統(tǒng)安全運行帶來較大負面影響。因此，需對原靜電除塵器進行低低溫靜電除塵器本體及其輔助設(shè)備進行適應(yīng)性改造，適應(yīng)性改造工程包括：將原除塵器灰斗低壓電加熱系統(tǒng)擴容，使灰斗電加熱器提高的熱量保證灰斗壁溫保持不低于120℃；加裝保溫箱強制熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)；除塵器灰斗內(nèi)壁襯厚2 mm的316 L不銹鋼板、除塵器喇叭入口處均流板更換為316 L及以上不銹鋼材質(zhì)、振打系統(tǒng)升級改造、系統(tǒng)電源及控制測量改造，輸灰壓縮空氣加裝干燥裝置等以適應(yīng)低低溫除塵運行方式時除塵和輸灰的要求。設(shè)置低溫省煤器后理論上會增加堵灰風(fēng)險，但只要嚴格按上述要求做好防范措施，該風(fēng)險是完全可以避免的。從國內(nèi)已進行低低溫靜電除塵器改造的工程項目來看，基本不存在這方面的問題。

在對原靜電除塵器進行低低溫靜電除塵器改造的同時，控制電源由工頻電源改造成高頻電源。一至四電場均采用直升式調(diào)頻高頻高壓電源，該電源具有純直流供電、間歇供電等供電方式，間歇供電比可任意可調(diào)。拆除原有工頻整流變，高頻電源發(fā)生裝置安裝于原有工頻整流變位置。所有高頻電源發(fā)生裝置確保密封良好，高頻電源變壓器具有完善的防爆功能。高頻電源發(fā)生裝置主要參數(shù)：輸出額定平均電流≧1.8 A，輸出電流調(diào)節(jié)范圍：0～100%線性可調(diào)；輸出額定平均電壓≧80 kV，輸出電壓調(diào)節(jié)范圍：0～100%線性可調(diào)；輸入電壓：三相電壓 380 V，50 Hz。之前常規(guī)工頻電源因為工作頻率低(100 Hz)，只有簡易的檢測和處理反電暈的能力；而改造后的高頻電源工作頻率高，具有真正的檢測反電暈現(xiàn)象及抑制反電暈作用。

根據(jù)國內(nèi)改造已運行的電廠的分析，采用高頻電源除了能提高靜電除塵器的除塵效果外，還具有較好的節(jié)能效果。采用高頻電源相對于可控硅工頻整流電源，相同排放條件下在理論可實現(xiàn)接近30%的節(jié)能。其主要原因有：高頻電源頻率高損耗小，轉(zhuǎn)換效率高達95%，而常規(guī)工頻電源轉(zhuǎn)換效率一般為80%；高頻電源三相供電、任何負載下功率因數(shù)均大于0.90，常規(guī)工頻電源是單相供電，額定功率輸出時功率因數(shù)為0.80；常規(guī)工頻電源采用火花率整定方式運行，火花率為每分鐘幾十至幾百次，浪費電能較多，同時對集塵板和電源設(shè)備也造成傷害，高頻電源可輸出直流電壓，波形近似一條直線，可實現(xiàn)幾乎為零的火花率。

目前國內(nèi)低低溫靜電除塵器配高頻電源已有較多的應(yīng)用業(yè)績，包括新建工程和改造項目300 MW及以上已投運的和正在執(zhí)行合同的機組，全國已有100多臺。從已投運的設(shè)備來看，采用低低溫靜電除塵器后，其出口煙塵濃度基本均能控制在≤20 mg/Nm3(干基、6%O2)，以下是部分已投運的低低溫靜電除塵器業(yè)績及運行數(shù)據(jù)。

表1 低低溫靜電除塵器配高頻電源設(shè)計參數(shù)(理論計算值)(煤種的含灰量：設(shè)計煤種Aar=24%，校核煤種Aar=28%)

表2 低低溫靜電除塵器配高頻電源業(yè)績

本工程提出的低低溫靜電除塵器+高頻電源的技術(shù)方案需要分步實施。第一步對靜電除塵器內(nèi)部進行適應(yīng)性改造，如電加熱系統(tǒng)擴容，除塵器灰斗內(nèi)壁襯不銹鋼板等措施以適應(yīng)低低溫靜電除塵器運行的需求，同時將一至四電場均采用直升式調(diào)頻高頻高壓電源；第二步在進入靜電除塵器的煙道上加裝低溫省煤器，將進入靜電除塵器的煙氣溫度降至85℃，實現(xiàn)低低溫靜電除塵器配高頻電源的運行。目前靜電除塵器部分改造包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制電源已經(jīng)完成，并投入運行；低溫省煤器系統(tǒng)已完成招標。

5 改造后的排放效果

就目前靜電除塵器采用高頻電源技術(shù)進行提效改造后測試情況看，已超過了預(yù)期的效果，優(yōu)于設(shè)計值。

表3 高頻電源改造后靜電除塵器參數(shù)(2號爐實際測試值)(測試時間為2017年2月；低溫省煤器系統(tǒng)未安裝)

徐州電廠靜電除塵器改造及高頻電源技術(shù)應(yīng)用二臺爐分別進行，2號爐自2016年7月下旬首次交貨起、1號爐自2016年9月下旬首次交貨起，分別在二個月內(nèi)完成了項目改造。二臺爐的改造費用包括設(shè)備供貨、施工和設(shè)備調(diào)試在內(nèi)約為2100萬。改造后靜電除塵器煙塵排放濃度基本可控制在20 mg/Nm3以內(nèi)，改造前基本在30 mg/Nm3左右，通過改造二臺爐每年(按5500 h計)可減少煙塵排放336.6 t(不考慮脫硫除塵因素)。

徐州電廠業(yè)主考慮到原有的引風(fēng)機性能較好盡可能的利舊，現(xiàn)在在脫硫系統(tǒng)改造后煙氣阻力增加1200 Pa，理論上引風(fēng)機已基本無富裕度。增加低溫省煤器后，由于煙氣溫度降低的同時，煙氣量減少，而煙氣系統(tǒng)阻力增加，使得風(fēng)機實際運行點將向風(fēng)機失速區(qū)偏移，風(fēng)機安全裕量將降低。所以在目前靜電除塵器出口煙塵排放濃度較低時，觀察靜電除塵器變化情況及引風(fēng)機的實際運行參數(shù)。如靜電除塵器出口煙塵排放濃度超過設(shè)計值(≥20 mg/Nm3)時，安裝低溫省煤器，同時根據(jù)需要改造引風(fēng)機以滿足出力要求。

6 結(jié)論

徐州電廠除塵改造工程采用低低溫靜電除塵器，同時控制電源由工頻電源改造成的高頻電源技術(shù)方案是可行的，通過技術(shù)改造可滿足靜電除塵器出口煙塵濃度≤20 mg/Nm3的要求，再經(jīng)過二級除塵設(shè)備(采用超凈脫硫除塵一體化技術(shù)的吸收塔)，實測收塔出口煙氣粉塵濃度2.08 mg/Nm3，達到了改造設(shè)計目標煙塵濃度≤3 mg/Nm3的要求。在滿足國家環(huán)保標準政策的同時，能達到神華集團公司和國華電力公司的要求。又因為采用低低溫靜電除塵器技術(shù)方案可保留原有的靜電除塵器外形基本不變，所以改造工程量小，所以本次除塵設(shè)備改造選用低低溫靜電除塵器的技術(shù)路線是正確的。該方案需要分步實施。

目前第一步靜電除塵器適應(yīng)性改造和高頻電源技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)完成，除塵器出口煙塵的排放已超過了預(yù)期的效果，優(yōu)于設(shè)計值(2號爐各種工況下實際運行值均≤18 mg/Nm3)。第二步視靜電除塵器變化情況安裝低溫省煤器。通過除塵器設(shè)備的改造二臺爐每年(按5500 h計)可減少煙塵排放336.6 t(不考慮脫硫除塵因素)。

[1] 李超，等．30 mg/m3煙塵排放標準下電除塵器改造可行性方案對比分析[J]．電力科技與環(huán)保，2014，(2)．

[2] 彭洪亮．電除塵器高頻電源改造[J]．機電工程技術(shù)．2015，(7)．

[3] 高峰．淺析1000 MW火力發(fā)電機組粉塵減排措施中電除塵器高頻電源改造[J]．中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014，(12)．