高飛灰比電阻燃煤機(jī)組超低煙塵排放技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用

聶濤

（國(guó)家電投集團(tuán)河南電力有限公司平頂山發(fā)電分公司，河南 平頂山467312）

某火電廠1000MW 機(jī)組配套鍋爐為東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司DG3000/26.15-Ⅱ1 型，超超臨界參數(shù)變壓直流爐、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天島式布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、對(duì)沖燃燒方式，Π 型鍋爐。燃煤為平頂山混煤，收到基灰分在40%左右，電除塵器入口煙塵濃度（干煙氣）為51.55 g/Nm3。灰分中可知Na2O≤0.4%且（Al2O3+SiO2）≥90%，屬于電除塵器難以除去的灰分，飛灰比電阻在120℃為2×1012。在2014年前，超低排放技術(shù)路線均采用濕式電除塵器方案，對(duì)于高灰分高飛灰比電阻的火力發(fā)電機(jī)組尚無(wú)超低排放的先例。僅靠常規(guī)超低排放改造技術(shù)路線無(wú)法達(dá)到超低排放的標(biāo)準(zhǔn)。

1 除塵器改造技術(shù)方案選擇

電除塵飛灰的荷電量與飛灰直徑的平方成正比，在靜電除塵器的第一電場(chǎng)捕獲收集的是顆粒比較大的粗灰，實(shí)踐表明飛灰捕獲效率約70～80%。未被第一電場(chǎng)捕獲的細(xì)灰，具有比電阻高、表面積大等特點(diǎn)，荷電困難，一般需要再增加2～3 個(gè)電場(chǎng)。去除細(xì)灰的電場(chǎng)需要選用不同粗灰電場(chǎng)的極配型式和不同的極距，這種用靜電除塵器去除微細(xì)粉塵是非常不經(jīng)濟(jì)的，不符合節(jié)能減排的總體要求[1]。

圖1 粉塵荷電前后粒徑變化情況

我國(guó)燃煤電廠使用布袋除塵器時(shí)間不長(zhǎng)，布袋除塵器的濾袋壽命分布還未表現(xiàn)出普遍規(guī)律。從投運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)的布袋除塵器運(yùn)行情況分析，有的電廠濾袋能夠達(dá)到保證使用壽命30000小時(shí)，但個(gè)別布袋甚至使用1 年或幾個(gè)月就需要更換，濾袋平均使用壽命尚難推定。1000MW 級(jí)機(jī)組布袋除塵器當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)沒(méi)有運(yùn)行業(yè)績(jī)，且由于處理煙氣量過(guò)大，除塵器流場(chǎng)均布存在一定的難度，實(shí)際運(yùn)行時(shí)設(shè)備阻力易急劇增加，導(dǎo)致煙風(fēng)系統(tǒng)阻力不可控，對(duì)風(fēng)機(jī)的選型及運(yùn)行維護(hù)造成一定的困難。布袋除塵器在設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、檢修、運(yùn)行管理等方面均有相對(duì)較高的要求，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致布袋除塵器質(zhì)量和除塵效果的快速下降，甚至布袋的大面積破損，造成主機(jī)降負(fù)荷運(yùn)行。

電- 袋復(fù)合除塵器對(duì)飛灰的去除過(guò)程為：鍋爐飛灰經(jīng)尾部煙道首先進(jìn)入電除塵器，通過(guò)電除塵作用大約70～80%煙氣中的粉塵在電場(chǎng)內(nèi)荷電被收集下來(lái)，剩余20%～30%的細(xì)粉塵繼續(xù)向前流向布袋除塵器，在布袋除塵器前的裝有均流裝置，使煙塵較均勻地進(jìn)入布袋收塵區(qū)收塵室。含塵煙氣通過(guò)濾袋，在濾袋作用下大部分粉塵被阻隔收集，煙氣從濾袋的內(nèi)腔流出后已經(jīng)非常干凈了，潔凈煙氣通過(guò)凈化室，排風(fēng)管，從袋式除塵器出口排出，流向煙氣脫硫裝置。實(shí)踐證明，電- 袋復(fù)合除塵技術(shù)融合了靜電除塵和濾袋除塵兩種除塵機(jī)理，在除塵的不同階段應(yīng)用了不同除塵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，不僅提高了除塵效率，而且減少了除塵能耗[2]。

為滿足電廠煙囪出口粉塵排放＜5mg/Nm3的限值要求，根據(jù)目前（2014 年）國(guó)內(nèi)火力發(fā)電廠在除塵系統(tǒng)提效改造方面的應(yīng)用情況，結(jié)合該廠的煤質(zhì)資料、原有靜電除塵器的性能測(cè)試報(bào)告數(shù)據(jù)及場(chǎng)地布置情況，除塵器的改造方案選用電- 袋復(fù)合式除塵器。

為了充分利舊原有靜電除塵器，采用整體式電袋結(jié)構(gòu)，保留一、二電場(chǎng)電除塵功能，將三、四、五電場(chǎng)改造為袋式除塵器，對(duì)保留的第一，二電場(chǎng)進(jìn)行恢復(fù)性大修，損壞的極板、極線、振打裝置進(jìn)行更換，使其充分發(fā)揮預(yù)除塵及荷電作用，實(shí)現(xiàn)除塵效率≥93%。將原有兩電場(chǎng)的高壓電源改為高頻電源。拆除原第三、四、五電場(chǎng)陰陽(yáng)極、振打系統(tǒng)和高壓設(shè)備，其空間布置濾袋區(qū)，采用高效的低壓行脈沖噴吹，并優(yōu)選4 寸淹沒(méi)式脈沖閥，（淹沒(méi)式脈沖閥可確保其在低溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行），保證清灰系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。優(yōu)化除塵器進(jìn)口煙道布置，并進(jìn)行專業(yè)的CFD 氣流分布數(shù)值計(jì)算及模擬試驗(yàn)，在所需部位設(shè)置氣流分布裝置。采用進(jìn)口（PPS+PTFE）混紡+PTFE 基布+PTFE 浸漬超凈濾袋過(guò)濾技術(shù)，配合多維氣流分布技術(shù)，確保除塵效率由原設(shè)計(jì)的99.80%提高到99.98%以上，煙塵排放濃度不高于10mg/Nm3。

圖2 超低排放改造流程圖

2 脫硫塔改造方案

將脫硫塔加高，增加一層噴淋層，增加一層除霧器，加裝雙向整流裝置。吸收塔增設(shè)壁環(huán)及雙相整流裝置，雙相整流裝置按照脫硫效率不低于10%設(shè)計(jì)，同時(shí)兼?zhèn)涑龎m功能，并對(duì)由此引起的附

屬系統(tǒng)進(jìn)行改造。改造后SO2排放濃度≤35mg/Nm3，粉塵排放濃度＜5mg/Nm3。增加雙相整流裝置后，保留現(xiàn)有4 臺(tái)8600m3/h 的循環(huán)泵及最下方三層噴淋層，更換最上層噴淋層，再新增加一層噴淋層及循環(huán)泵，總共五層噴淋層，新增循環(huán)泵流量為10800m3/h，更換噴淋層間距2.0m，新增噴淋層間距2.2m。將吸收塔原有最頂層噴淋層以上部位切斷，原有二級(jí)屋脊式除霧器及頂部塔體保留并向上頂升，在原有二級(jí)屋脊式除霧器下方新增加一級(jí)屋脊式除霧器，原有一級(jí)管式除霧器移位安裝到新增噴淋層上方位置。除霧器高度由原有2.5m 增加到5m。為減少石膏雨發(fā)生的可能性，最上一層噴淋層到除霧器的距離從1.8m 提高到2.5m。吸收塔塔徑不變，循環(huán)停留時(shí)間3.8 分鐘，根據(jù)計(jì)算需增高吸收塔漿液池高度2m。吸收塔本體（不包括頂部出口段）總高度由原有的29m 增加到36.6m，共7.6m，其中漿液池高度提高2m，噴淋層及除霧器段提高5.6m。

圖3 沸騰式泡沫脫硫除塵一體化技術(shù)的主要構(gòu)成

3 工程實(shí)施效果

電袋除塵器改造后，經(jīng)實(shí)際測(cè)量與統(tǒng)計(jì)，煙囪出口煙塵濃度（氧量修正后）在3.5mg/Nm3左右，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。除塵器增加袋區(qū)電耗0.07%、脫硫系統(tǒng)煙氣系統(tǒng)廠用電率增加0.04%，但同步進(jìn)行引增合一并優(yōu)化風(fēng)機(jī)參數(shù)，風(fēng)機(jī)整體效率較改造前提高20%，整體計(jì)算廠用電率降低0.09%。

4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

該電廠充分利用電除塵和袋式除塵器的各自優(yōu)點(diǎn)較好的解決了純靜電除塵器對(duì)高比電阻、高Al2O3粉塵收集成本高的的難題，節(jié)電10%左右，同時(shí)解決了袋式除塵器煙氣前后差壓、運(yùn)行阻力高的問(wèn)題，有效減少了主要耗能設(shè)備風(fēng)機(jī)功率消耗，降低了廠用電率。因袋式除塵量大大減少，降低了袋式除塵器清灰頻率高，相對(duì)提高了主要除塵耗材濾袋的使用壽命，降低了運(yùn)行維護(hù)費(fèi)[2]。

圖4 改造后，煙囪出口煙塵濃度實(shí)時(shí)曲線，數(shù)值冒尖的曲線為煙塵儀吹掃狀態(tài)

因?yàn)槌龎m效果最終會(huì)通過(guò)煙塵儀顯示出來(lái)，在對(duì)工藝設(shè)備和流程進(jìn)行改造時(shí)要同時(shí)考慮好熱工儀表的改造，不然會(huì)功虧一簣。在本次改造過(guò)程中環(huán)保數(shù)據(jù)采集、傳送的變送器、熱工儀表等原設(shè)計(jì)量程較大，超低排放改造后數(shù)據(jù)較小，因此顯示不準(zhǔn)確。這些表計(jì)在環(huán)保數(shù)據(jù)日益重要的當(dāng)今顯得尤為重要，不僅貴重而且供貨周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)階段多有遺漏，對(duì)工程后期較為不利，因此需提前認(rèn)真對(duì)比采購(gòu)。對(duì)于重要環(huán)保儀表電源，建議采用兩路UPS 電源或一路UPS 電源和一路保安電源。重要環(huán)保測(cè)點(diǎn)（如煙囪出口粉塵儀等）建議采用兩冗余和三冗余配置。環(huán)保設(shè)備需要經(jīng)常檢修和維護(hù)，因此要設(shè)計(jì)完善的檢修平臺(tái)，煙囪內(nèi)的環(huán)保測(cè)點(diǎn)要設(shè)計(jì)電梯。提前規(guī)劃和高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)好各類(lèi)第三方環(huán)保監(jiān)測(cè)平臺(tái)。如環(huán)保局的環(huán)保數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)、集團(tuán)公司的環(huán)保數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)、省電網(wǎng)公司環(huán)保數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)。這類(lèi)平臺(tái)需超前規(guī)劃，數(shù)據(jù)采集、電廠側(cè)平臺(tái)、數(shù)據(jù)傳送通道等一次性建好。