660 MW燃煤機組鍋爐袋式除塵器超低排放工程實例分析

孟俊亞，丁濤

(周口隆達(dá)發(fā)電有限公司 工程技術(shù)部，河南 周口 466100)

0 引言

河南某電廠2×660 MW超超臨界燃煤機組工程，2013年立項，2014年設(shè)計，2015年開工建設(shè)，2017年12月和2018年2月2臺機組相繼投產(chǎn)。在這期間，該工程經(jīng)歷了國家對火電機組環(huán)保(包括大氣污染物排放)行政管理標(biāo)準(zhǔn)一再升級的過程。鍋爐煙氣除塵器選型也相應(yīng)發(fā)生變化，從工程設(shè)計伊始的電袋復(fù)合除塵器+預(yù)留濕式電除塵方案，到工程建設(shè)階段調(diào)整為純布袋除塵器，見證了除塵技術(shù)和市場發(fā)展。該工程選用純布袋除塵器(不加濕式電除塵器)，經(jīng)過生產(chǎn)檢驗和性能檢測，實際除塵效率為99.98%，除塵效果滿足國家和省級環(huán)境保護(hù)部門對燃煤電廠煙氣超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1 煤質(zhì)特性對除塵器選型的影響

1.1 該工程燃煤煤質(zhì)資料

該工程燃煤煤質(zhì)資料見表1[1]。

1.2 影響除塵器選型的主要燃料成分

(1)灰分。該工程設(shè)計煤種的總飛灰含量較高。

(2)硫分和Na2O。煤中硫分和飛灰中Na2O的含量越低，電除塵器越難吸收。該工程硫分0.39%～0.47%，灰中氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.38%～0.47%，根據(jù)《燃煤電廠除塵技術(shù)路線指導(dǎo)意見》[2]，除塵難易性為“較難或難”。

(3)灰中SiO2+Al2O3+Fe2O3的總含量。該工程校核煤種與設(shè)計煤種相似，煤種飛灰中SiO2，Al2O3和Fe2O3的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為91.04%。根據(jù)《燃煤電廠除塵技術(shù)路線指導(dǎo)意見》[2]，飛灰體積導(dǎo)電性能較弱，除塵難易性為“較難或難”。

表1 燃煤成分與特性

注：①室溫21 ℃，濕度33%，電壓500 V。

(4)煤灰電阻率。煤灰電阻率在10 kΩ·cm～50 GΩ·cm范圍內(nèi)最適合于電除塵。當(dāng)煤灰的電阻率大于50 GΩ·cm時就難以集塵，而電阻率過小時又容易重新被煙氣帶起，故通常選用電除塵器時，灰的最佳實際電阻率為10 kΩ·cm～50 GΩ·cm。當(dāng)粉塵電阻率超過臨界值100 GΩ·cm后，電除塵器的性能就隨著電阻率的增高而下降；當(dāng)電阻率超過1 TΩ·cm時，采用常規(guī)電除塵器難以達(dá)到理想效果。該工程燃煤飛灰的電阻率在1.05～2.00 TΩ·cm之間(煙氣溫度120 ℃)，屬于較難收塵范圍。

2 工程立項-設(shè)計階段除塵器的選型

該工程于2013年4月完成可研論證工作。在可研論證期間，根據(jù)GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[3]要求，考慮工程配套的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)具有不低于50.00%的除塵效率，該工程除塵設(shè)備出口煙氣含塵質(zhì)量濃度不高于60 mg/m3即可滿足國家環(huán)保要求。但展望環(huán)保

對燃煤發(fā)電機組鍋爐煙塵排放要求的升級預(yù)期，同時綜合考慮燃用設(shè)計煤種及校核煤種時除塵設(shè)備進(jìn)口煙氣含塵濃度，該工程除塵設(shè)備的除塵效率宜不低于99.93%，除塵設(shè)備出口煙氣含塵質(zhì)量濃度最低按30 mg/m3設(shè)計。

2014年年初開展初步設(shè)計工作，除塵器選型沿襲了可研階段成果。在此期間，國內(nèi)除塵設(shè)備市場可考慮采用的鍋爐煙氣除塵器主要有以下3種。

(1)靜電除塵器。靜電除塵器受煤種、煙氣工況、飛灰特性影響極大，當(dāng)燃煤煤質(zhì)波動較大時，出口排放質(zhì)量濃度不穩(wěn)定。該工程從煤質(zhì)分析看，飛灰總體特性對于靜電除塵器而言，較難達(dá)到30 mg/m3以下的低排放要求，故不是可選方案。

(2)純布袋除塵器。布袋式除塵器是利用纖維編織物制作的袋式過濾元件來捕集含塵氣體中固體顆粒物的除塵裝置。從理論上講，除塵效率不受煤種和粉塵特性的影響，適應(yīng)性強，且對細(xì)微和超細(xì)微顆粒的捕集效果優(yōu)于其他類型除塵裝置，具有長期的高效性和穩(wěn)定性，能滿足不同工況條件下的運行要求。但布袋除塵器還沒有600 MW機組的應(yīng)用業(yè)績，且濾袋材料需要進(jìn)口，價格較高，早期投運布袋除塵器的機組在運行中均出現(xiàn)不同程度的破袋、漏袋、糊袋等問題，需要在機組大小修期間集中予以更換，運行成本和后續(xù)投入比較高。

(3)電-袋復(fù)合除塵器。電-袋復(fù)合式除塵器是靜電除塵器與袋式除塵器的有機結(jié)合，前面為靜電除塵區(qū) ，后面為布袋除塵區(qū)。電-袋復(fù)合除塵器除塵效率不受煤種和粉塵特性影響，適應(yīng)性較強，能滿足不同工況運行要求。電-袋復(fù)合除塵器有1 000 MW機組投運業(yè)績，除塵效果滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。

通過技術(shù)分析比較，采用純布袋除塵器和電-袋復(fù)合除塵器都是可行的，且電袋復(fù)合除塵器方案有大機組成功運行業(yè)績，比較可靠。該工程初步設(shè)計中，鍋爐除塵器推薦為電-袋復(fù)合除塵器形式。同時，考慮到社會及公眾對霧霾尤其是PM2.5指標(biāo)關(guān)注度提高，該工程在脫硫塔出口與煙囪之間預(yù)留濕式電除塵器安裝空間(加裝濕式電除塵器后，其出口含塵質(zhì)量濃度可達(dá)到≤10 mg/m3)。

3 工程實施階段除塵器的選型

2015年年初，該工程開始設(shè)備招標(biāo)工作。但是在2014年年底，國家和河南省相繼出臺了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》。其中，河南省《2014—2020年煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃》明確要求“新建燃煤發(fā)電機組大氣污染物排放質(zhì)量濃度達(dá)到燃機標(biāo)準(zhǔn)”[2]。 在新標(biāo)準(zhǔn)下，應(yīng)該選擇電袋復(fù)合除塵+濕式電除塵方案。

通過深入調(diào)研發(fā)現(xiàn)，隨著市場變化和除塵技術(shù)的發(fā)展，純布袋除塵器濾料材料新技術(shù)的應(yīng)用相對成熟，濾袋壽命可有效保證3.5萬h以上或4年以上。聚苯硫醚(PPS)、芳綸、聚四氯乙烯(PTFE)等3種高性能纖維國產(chǎn)化后，價位有較大下降，高溫濾料價格隨之下降且具有回收價值，成本明顯下降。同時，由于該工程脫硫條件較優(yōu)，在此情況下選擇煙氣除塵綜合治理、分級控制的技術(shù)路線，即純布袋除塵(出口粉塵質(zhì)量濃度<10 mg/m3)+高效濕法脫硫(出口粉塵濃度≤5 mg/m3)，不加濕式電除塵器，同樣可以實現(xiàn)超低排放；再則，對于燃料來源不穩(wěn)定或煤質(zhì)變化較大的項目，或者熱值偏低、灰分高、電阻率很高的項目，采取純布袋除塵技術(shù)，也有利于煙塵的長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。隨著初投資優(yōu)勢及濾袋使用壽命延長，加之占地空間小，系統(tǒng)較之簡化，運行維護(hù)量少，純布袋除塵器的優(yōu)勢非常明顯。電袋復(fù)合除塵+濕式電除塵雖然也能夠達(dá)到超低排放的目標(biāo)，但僅濕式電除塵器就需要增加設(shè)備投資6 000萬元左右，且占地面積也要增加。綜合比較后，該工程選用了純布袋除塵器。相關(guān)費用比較見表2。

4 除塵器設(shè)計、施工、調(diào)試

該工程通過公開招標(biāo),選定某環(huán)保公司為除塵器中標(biāo)單位。該公司根據(jù)該工程鍋爐、煤質(zhì)、地址等條件及環(huán)保要求等，完成了除塵器的設(shè)計和制造。2017年6月除塵器開始安裝，2017年12月和2018年2月相繼完成168 h試運行，試運行期間各項指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求。

5 性能考核試驗結(jié)果

機組投運后，由河南省電科院進(jìn)行了除塵器性能試驗。試驗結(jié)果表明：除塵效率分別為99.983%和99.981%；實際阻力分別為856，1 005 Pa；煙塵排放質(zhì)量濃度分別為7.06，7.63 mg/m3，小于布袋除塵器出口最高允許煙塵排放質(zhì)量濃度10 mg/m3；2臺布袋除塵器除塵效率、漏風(fēng)率、阻力、煙塵排放質(zhì)量濃度等指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求。

6 超低排放監(jiān)測結(jié)果

2臺機組投產(chǎn)后，環(huán)保驗收部門組織對2臺機組分別進(jìn)行煙氣超低排放評估監(jiān)測。通過對2臺機組不同工況負(fù)荷、不同煤質(zhì)條件下的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)#1，#2機組鍋爐煙囪出口煙氣污染物排放質(zhì)量濃度均低于《關(guān)于做好煤電機組達(dá)到燃機排放水平環(huán)保改造示范項目評估監(jiān)測工作的通知》(環(huán)辦〔2015〕60號)和DB 41/1424—2017《河南省燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》限值要求。監(jiān)測數(shù)據(jù)見表3和表4。

表2 除塵器技術(shù)性能綜合比較(2臺機組)

注：工程使用年限按20 a計，工程建設(shè)年限按2 a計。

表3 #1機組煙塵排放質(zhì)量濃度(2017-12-12—16)

表4 #2機組煙塵排放質(zhì)量濃度(2018-03-18—22)

7 結(jié)論

(1)該工程660 MW燃煤機組采用純袋式除塵器，達(dá)到了國家超低排放環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。

(2)采用純袋式除塵器，不需要加裝濕式電除塵器，就能達(dá)到環(huán)保要求，既簡化了系統(tǒng)、節(jié)約了占地和投資，又節(jié)省了運行維護(hù)費用。

(3)為新建600 MW以上大型機組實現(xiàn)超低排放和老機組的超低排放改造提供了工程實例。