300MW燃煤機(jī)組電除塵器低排放改造實(shí)例

文 _ 吳勇文 福建龍凈環(huán)保股份有限公司

隨著我國(guó)工業(yè)及經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，大氣污染治理變得刻不容緩。2012年1月1日正式施行的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011），使諸多火電廠必須針對(duì)性地進(jìn)行提效改造，使其粉塵排放達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（2）原電除塵器進(jìn)口氣流分布及均布較差，大部分極線極板變形、積灰嚴(yán)重，嚴(yán)重部位異極距只有60mm左右（標(biāo)準(zhǔn)200mm），運(yùn)行狀況不理想，除塵效果差。

（3）原除塵器振打及極配形式的不合理。陰陽(yáng)極振打方

1 工程概況

內(nèi)蒙古某電廠1號(hào)鍋爐300MW燃煤機(jī)組于2007年4月投產(chǎn)，鍋爐采用美國(guó)ABB-CE公司技術(shù)設(shè)計(jì)制造的一次中間再熱、自然循環(huán)單爐膛、平衡通風(fēng)汽包鍋爐，鍋爐爐后配套采用電除塵器及濕法脫硫設(shè)備。

1.1 煤質(zhì)及飛灰分析

設(shè)計(jì)煤種為內(nèi)蒙古錫林浩特勝利煤田西3號(hào)露天礦褐煤，校核煤種為錫林浩特勝利煤田西3號(hào)露天礦褐煤，其中煤質(zhì)及灰分分析見表1。

1.2 原電除塵器的技術(shù)參數(shù)

每臺(tái)爐原配備兩臺(tái)電除塵器，各自有獨(dú)立的殼體，采用四電場(chǎng)結(jié)構(gòu)。原電除塵器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)見表2。

1.3 原電除塵器的主要問題

（1）原電除塵器在初始設(shè)計(jì)和制造上存在脫節(jié)，實(shí)際尺寸偏小于設(shè)計(jì)尺寸。單臺(tái)除塵器設(shè)計(jì)34個(gè)通道，實(shí)際是26個(gè)通道，設(shè)計(jì)有效高度12520mm,實(shí)際是14660mm，設(shè)計(jì)有效斷面積340㎡，實(shí)際有效斷面積是305㎡，每臺(tái)除塵器比設(shè)計(jì)小35㎡，兩臺(tái)除塵器共減少70,㎡這就導(dǎo)致除塵器的煙氣流速過高，除塵效率下降。式采用最原始繞臂錘頂部振打，而褐煤含水量高、粉塵粘性較大，原振打方式使振打加速度衰減較大，振打力得不到有效傳遞,清灰效果差；且放電極采用單根整體與極板高度一致的芒刺線,其整體強(qiáng)度差，在振打時(shí)會(huì)出現(xiàn)左右搖晃，導(dǎo)致二次電流及電壓不穩(wěn)定，除塵效果不好。

表1 煤質(zhì)及灰分分析

（4）原電除塵器實(shí)際出口排放大于原設(shè)計(jì)100mg/Nm3的排放要求, 已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國(guó)家新的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

（5）原電除塵器出口至引風(fēng)機(jī)房前的凈距離約為5．2m，空間較大，具有擴(kuò)容一個(gè)電場(chǎng)的位置空間。

1.4 電除塵器提效改造的要求

原電除塵器出口排放已無(wú)法滿足國(guó)家新的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)要求,必須進(jìn)行提效改造，使改造后的電除塵器出口排放滿足≤30mg/Nm3的要求。用戶要求在保留原電除塵器的鋼支架、殼體等基礎(chǔ)上，拆除原有電除塵器內(nèi)部陰陽(yáng)極等部件，適當(dāng)加高，利用現(xiàn)有場(chǎng)地進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)容。電除塵器提效改造的設(shè)計(jì)要求如表3。

2 工程改造的分析

2.1 煤種的煤灰特性分析

（1）灰分含量

設(shè)計(jì)煤種灰分含量11．93%、校核煤種灰分含量15．20%，這樣的灰分水平在國(guó)內(nèi)煤種中屬于中低水平。該項(xiàng)目除塵器入口含塵濃度小于25g/m3，比較適宜電除塵器對(duì)飛灰的捕集。

表2 原電除塵器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)

（2）硫量、氫、水分含量

設(shè)計(jì)煤種含硫量為1．06%、校核煤種含硫量為1．27%。煤在鍋爐中燃燒時(shí)，硫高溫下大部分會(huì)轉(zhuǎn)化成二氧化硫，受燃燒工藝及鍋爐爐型等影響，常規(guī)情況下約有0．5%至1%的SO2轉(zhuǎn)化為SO3，而后再跟水反應(yīng)生成H2SO4并吸附在飛灰上，進(jìn)而較大降低粉塵比電阻。我國(guó)燃煤含硫量的變化范圍在0．11%～5．13%，本工程煤種的含硫量均高于國(guó)內(nèi)煤種平均值，可有效降低飛灰比電阻，提高荷電除塵效率。

煤中的氫含量及水分含量越大，則煙氣生成的水分也越高。煙氣中水分含量越高，就會(huì)跟電子作用而形成重離子，降低電子的遷移速度，提高擊穿電壓，并會(huì)使粉塵表面比電阻降低。經(jīng)計(jì)算本工程煤的煙氣中水蒸氣體積比在9%以上，相對(duì)較高，結(jié)合三氧化硫的效果能進(jìn)一步降低飛灰比電阻。

（3）飛灰成分中的SiO2、Al2O3含量

SiO2和Al2O3都屬于飛灰中高熔點(diǎn)及導(dǎo)電性差的成分，是造成飛灰高比電阻的主要因素。該工程設(shè)計(jì)煤種SiO2+Al2O3的含量為67．21%，總體較低，說明其飛灰比電阻較低，較適合采用靜電除塵器收集；校核煤種的SiO2+Al2O3的含量達(dá)79．99%，屬于中等水平，電除塵只要加些特殊手段（如高頻或雙區(qū)等），完全能滿足低排放要求。

（4）飛灰成分中的Na2O、K2O含量

由于飛灰中Na2O與K2O都可增加飛灰體積導(dǎo)電，起到降低飛灰比電阻的作用，對(duì)電除塵有利。設(shè)計(jì)煤種的Na2O和K2O分別為1．08%、1．52%，校核煤種的Na2O和K2O分別為1．87%、1．46%，兩者含量都較高，且校核煤的含量會(huì)比設(shè)計(jì)煤更高一些，故都較適合采用靜電除塵器收集。

綜合以上對(duì)煤質(zhì)及飛灰的分析研究，本工程使用煤種在運(yùn)行時(shí)的飛灰比電阻值一般約在1011左右，屬于中低飛灰比電阻，是我國(guó)動(dòng)力煤中較適宜電除塵器收塵的煤種。

2.2 電除塵器選型及結(jié)構(gòu)方面的分析

（1）根據(jù)多依奇電除塵器效率公式（η=1-e-A/Q×ω）可知，充足的收塵面積是保證除塵效率的主要因素。本工程項(xiàng)目電除塵器入口粉塵濃度為21．98g/Nm3時(shí)，要求保證出口排放為30mg/Nm3，對(duì)應(yīng)的除塵效率為99．86%，再加上實(shí)燒煤種的飛灰屬于較適宜電除塵器的收塵范圍，故提效改造首先是要保證改造后電除塵器有足夠的收塵面積。

表3 電除塵器提效改造的設(shè)計(jì)要求

本項(xiàng)目先考慮對(duì)原電除塵器內(nèi)部所有部件進(jìn)行拆除換新，并整體加高約1．5m，增加收塵面積；同時(shí)考慮到原電除塵器出口端約5m的場(chǎng)地空間，充分利用該位置新增第五電場(chǎng)，新增電場(chǎng)的電場(chǎng)有效長(zhǎng)度為3．8m，增加收塵面積。采取這兩種措施后電除塵器的總收塵面積可比改造前增加約29%左右，這就為實(shí)現(xiàn)出口粉塵的低排放做了基礎(chǔ)的保證。

（2）由于第一電場(chǎng)的粉塵濃度最大，為了讓煙氣中的粉塵能夠充分的荷電，避免出現(xiàn)電暈封閉的現(xiàn)象，故第一電場(chǎng)改用高頻電源供電。高頻電源相比于常規(guī)工頻電源在純直流供電時(shí)輸出電壓紋波通常小于5%，閃絡(luò)電壓高，其運(yùn)行平均電壓可達(dá)到常規(guī)工頻電源的1．3倍，運(yùn)行電流可達(dá)到工頻電源的2倍，在相同的電場(chǎng)里可以輸入更多的功率，進(jìn)而可以有效提高收塵效率，故特別適用于第一電場(chǎng)這種粉塵濃度相對(duì)較高的場(chǎng)合。

（3）為了在末級(jí)后電場(chǎng)更好捕集較高比電阻粉塵和細(xì)微粉塵，并且避免因粉塵層氣隙間高場(chǎng)強(qiáng)的擊穿而產(chǎn)生反電暈，以及更好捕集大量荷正離子的粉塵，新增第五電場(chǎng)采用機(jī)電多復(fù)式雙區(qū)技術(shù)（圖1）。該創(chuàng)新技術(shù)在電場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，不但分開了粉塵的荷電區(qū)與收塵區(qū)，并且采用連續(xù)的兩個(gè)小雙區(qū)實(shí)行復(fù)式布置；同時(shí)在高壓配電上，荷電區(qū)采用60kV等級(jí)電源供電，收塵區(qū)采用80kV等級(jí)電源供電，進(jìn)而讓荷電區(qū)與收塵區(qū)各小分區(qū)上的電氣運(yùn)行條件最佳化。另外收塵區(qū)應(yīng)用高場(chǎng)強(qiáng)的圓管-板式極配，圓管式電極不但可增加約4．5%左右的收塵面積，也實(shí)現(xiàn)了高電壓低電流的運(yùn)行特性，有效提高了對(duì)末級(jí)電場(chǎng)細(xì)微粉塵和正離子粉塵的捕集，并對(duì)高比電阻粉塵條件下的反電暈發(fā)生及低比電阻粉塵條件下的粉塵二次反彈進(jìn)行有效遏制，進(jìn)而提高除塵效率。

（4）合理的極配型式

本項(xiàng)目改造選擇BE型板作為陽(yáng)極板，選用CS針刺線作為陰極線。BE型板板具有較強(qiáng)的剛性，兩側(cè)折邊可阻止二次揚(yáng)塵，且有利于振打清灰；CS陰極線不但放電強(qiáng)烈、電氣性能好，而且牢固可靠、不會(huì)斷線。

圖1 機(jī)電多復(fù)式雙區(qū)的極配示意圖

電場(chǎng)極配采用一板配二線的型式，通電時(shí)產(chǎn)生的電力線和板電流密度分布更為均勻，極板收塵表面積可利用充分，可盡量避免常規(guī)電除塵器一板配一線時(shí)電場(chǎng)死區(qū)的出現(xiàn)，抑制反電暈的發(fā)生，起到提高除塵效率的作用。

（5）陰陽(yáng)極系統(tǒng)均采用頂部電磁振打技術(shù)

頂部電磁振打的振打加速度分布與極板極線的振打清灰要求相一致，故要實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)內(nèi)陰陽(yáng)極的清灰要求只需要采用較小的振打強(qiáng)度，這樣就可防止局部區(qū)域過大的振打力造成二次揚(yáng)塵及電極損壞。

同時(shí)電磁振打器布置在電除塵器頂部，塵外布置，其振打強(qiáng)度、頻率和順序均可按實(shí)際工況要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，靈活可靠。

陰極振打采用我司自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的吊打分開式剛性小框架結(jié)構(gòu)，使振打配置靈活、著力點(diǎn)位置合理、傳力效率高，能有效地清除粘性較強(qiáng)的粉塵。

3 工程改造的總體方案

根據(jù)對(duì)內(nèi)蒙古某電廠1號(hào)鍋爐300MW燃煤供熱機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地勘查，通過分析與研究現(xiàn)有的改造煙氣條件及場(chǎng)地條件，確定電除塵器提效改造工程方案為：

（1）在原電除塵器基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，拆除原有電除塵器內(nèi)部所有部件并換新，整體加高約1．5m，保留原電除塵器的支架、灰斗、殼體等；

（2）在原電除塵器的出口端新增第五電場(chǎng)，新增第五電場(chǎng)的電場(chǎng)有效長(zhǎng)度為3．8m，出口喇叭換新。

（3）第一電場(chǎng)的供電由原工頻電源改為高頻電源，新增末電場(chǎng)采用新型機(jī)電多復(fù)式雙區(qū)技術(shù)。

（4）電除塵器采用CS針刺線配BE型板的陰陽(yáng)極系統(tǒng)，并采用一板配二線的極配型式；陰陽(yáng)極振打均采用頂部電磁振打技術(shù)，陰極采用剛性小框架結(jié)構(gòu)。

（5）電氣控制上各電場(chǎng)均采用復(fù)合式功率控制振打技術(shù)，實(shí)現(xiàn)欠電振打、斷電振打，緩解反電暈現(xiàn)象的發(fā)生，有利于清灰；并且采用“工況自動(dòng)分析”、“反電暈自動(dòng)檢測(cè)控制”和“節(jié)能控制”等軟件包，確保達(dá)到除塵效果最優(yōu)、節(jié)能最佳。

經(jīng)綜合應(yīng)用以上改造措施后，內(nèi)蒙古某電廠1號(hào)鍋爐300MW燃煤機(jī)組電除塵器改造工程的方案技術(shù)參數(shù)如表4。

4 工程改造的結(jié)果

內(nèi)蒙古某電廠1號(hào)鍋爐300MW燃煤電廠電除塵器提效改造工程在歷經(jīng)幾個(gè)月的生產(chǎn)安裝調(diào)試后順利進(jìn)入正常投運(yùn)，電除塵器運(yùn)行總體可靠穩(wěn)定。經(jīng)測(cè)試單位對(duì)改造后電除塵器進(jìn)行環(huán)保驗(yàn)收測(cè)試，其出口粉塵濃度實(shí)測(cè)值為20．4mg/m3，滿足保證粉塵出口濃度≤30mg/m3的改造要求；其除塵效率實(shí)測(cè)值為99．93%，滿足保證除塵效率≥99．86%的改造要求。從粉塵出口排放和除塵效率的測(cè)試結(jié)果來(lái)看，本次電除塵器提效改造工程完成得很成功，改造后的煙囪出口排放效果非常好（圖2），從目視上來(lái)看也很干凈。

表4 電除塵器改造工程的方案技術(shù)參數(shù)

圖2 煙囪出口照片

5 結(jié)語(yǔ)

通過本次內(nèi)蒙古某電廠1號(hào)鍋爐300MW燃煤電廠電除塵器提效改造工程的完成，驗(yàn)證了電除塵器提效改造項(xiàng)目在煤灰特性分析、選型及結(jié)構(gòu)分析等方面采取的技術(shù)措施完全符合工程實(shí)際需要，也可為以后類似的電除塵器提效改造工程提供借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

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