1050MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組電除塵器煙塵排放偏高運(yùn)行分析

姚喜亮 常銀虎 葉瑞平 汪勇建 國能神福(石獅)發(fā)電有限公司 泉州 362700

1 福建省某百萬千瓦3號(hào)燃煤發(fā)電機(jī)組電除塵概況

福建省某百萬千瓦3號(hào)燃煤發(fā)電機(jī)組電除塵型號(hào)為2BEH730/3-5S型三室五電場(chǎng)臥式靜電除塵器，包括除塵器本體系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)兩大部分。本體系統(tǒng)主要由鋼支架、殼體、灰斗、陽極系統(tǒng)、陰極系統(tǒng)、進(jìn)口喇叭、出口喇叭、高壓進(jìn)線、樓梯走道、頂部起吊系統(tǒng)、集中排水等組成。電氣系統(tǒng)包括高壓靜電除塵用整流設(shè)備、低壓集控系統(tǒng)、電磁振打微機(jī)控制器、輔助設(shè)備(IPC智能電除塵器控制系統(tǒng))。每套除灰系統(tǒng)配置雙列三室五電場(chǎng)靜電除塵器，每臺(tái)鍋爐配兩臺(tái)靜電除塵器，除塵器設(shè)計(jì)效率≥99.84%，校核效率1≥99.77%，校核效率2≥99.92%，且出口含塵濃度≤30mg/Nm3(標(biāo)態(tài)6%O2)。該公司兩臺(tái)百萬千瓦機(jī)組分別于2015年3月、4月投產(chǎn)，至今已運(yùn)營6年，除計(jì)劃性等級(jí)檢修外，兩臺(tái)機(jī)組除塵器未進(jìn)行專項(xiàng)大修。

根據(jù)《固定污染源煙氣(SO2、NOx、顆粒物)排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法》HJ 76-2017中5.4.1.8的要求，采用抽取式測(cè)量方案的顆粒物CEMS，采樣裝置應(yīng)具備自動(dòng)跟蹤煙氣流速變化、調(diào)節(jié)采樣流量的等速跟蹤采樣功能。該發(fā)電公司利用機(jī)組等級(jí)檢修機(jī)會(huì)分別于2020年11月15日、2020年12月21日完成對(duì)兩臺(tái)機(jī)組等速取樣煙塵儀裝置的改造工作。等速取樣改造后，凈煙氣煙塵排放精度和線性均得到有效提升，更加科學(xué)、準(zhǔn)確地反映電除塵的運(yùn)行情況。

2 存在問題及原因分析

2.1 厘清煙塵波峰“產(chǎn)地”

3號(hào)電除塵出口煙塵排放情況對(duì)比見表1。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看，3號(hào)電除塵收塵效率有所下降，3號(hào)脫硫系統(tǒng)超低排放改造后脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)除塵效率≥83.3%，按當(dāng)前電除塵出口煙塵排放值計(jì)算，3號(hào)脫硫凈煙氣煙塵排放小時(shí)均值≤6.68mg/m3。本次CEMS等速取樣改造后，百萬工況下3號(hào)脫硫凈煙氣煙塵排放小時(shí)數(shù)據(jù)均值≈7mg/m3(折算前)，基本符合當(dāng)前狀況。

表1 3號(hào)電除塵出口煙塵排放情況對(duì)比

3號(hào)脫硫凈煙氣出口煙塵排放值周期性波動(dòng)，最大峰值>25mg/m3，限值10mg/m3。從福建電科院對(duì)3號(hào)電除塵開展的效率監(jiān)測(cè)試驗(yàn)來看，基本確定3號(hào)電除塵效率下降導(dǎo)致煙塵排放值上升，雖然煙塵排放有所上升，但從CEMS在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看，脫硫凈煙氣出口煙塵排放值<8mg/m3，因此通過對(duì)燃煤灰分進(jìn)行管控，可保障煙塵排放不超限，1月份全月發(fā)電運(yùn)行部通過煤種摻配試驗(yàn)并結(jié)合煙塵排放小時(shí)均值數(shù)據(jù)規(guī)律，得出百萬工況下燃煤收到基灰分加權(quán)平均值≤12.09%時(shí)，凈煙氣煙塵排放小時(shí)均值<7mg/m3，五分鐘數(shù)據(jù)<9mg/m3(見圖1)。

圖1 3號(hào)凈煙氣煙塵排放值同燃煤灰分的關(guān)系

通過燃煤摻配管理，3號(hào)凈煙氣煙塵排放得到有效管控，但監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)3號(hào)脫硫凈煙氣出口煙塵排放值周期性波動(dòng)，最大峰值>25mg/m3，持續(xù)時(shí)間5～20秒后回降至正常值，如該波峰被CEMS五分鐘數(shù)據(jù)采集到，則該時(shí)段煙塵排放小時(shí)均值數(shù)據(jù)勢(shì)必會(huì)整體上升，煙塵小時(shí)均值數(shù)據(jù)仍有超限風(fēng)險(xiǎn)。為查清該波峰出現(xiàn)機(jī)理，發(fā)電運(yùn)行部做了如下試驗(yàn)分析：調(diào)取煙塵排放峰值曲線，發(fā)現(xiàn)該波峰出現(xiàn)的周期呈現(xiàn)很強(qiáng)的規(guī)律性，約90分鐘波動(dòng)一次，由此規(guī)律第一時(shí)間聯(lián)想到電除塵尾電場(chǎng)振打周期也是90分鐘，因此分析電除塵尾電場(chǎng)振打時(shí)產(chǎn)生的團(tuán)聚揚(yáng)塵可能是導(dǎo)致煙塵排放波峰的原因。經(jīng)調(diào)取運(yùn)行曲線比對(duì)分析發(fā)現(xiàn)，電除塵尾電場(chǎng)振打時(shí)間與煙塵排放峰值時(shí)間完全吻合，由此分析出電除塵尾電場(chǎng)振打時(shí)電除塵陽極板積灰過多產(chǎn)生的團(tuán)聚揚(yáng)塵過大，側(cè)面反映出電除塵尾電場(chǎng)振打周期設(shè)置過長，陽極板收集的煙塵沒有及時(shí)振打清灰，因此對(duì)電除塵尾電場(chǎng)振打周期進(jìn)行了調(diào)整，由90分鐘縮短至60分鐘并觀察運(yùn)行(見圖2、圖3)。

圖2 尾電場(chǎng)振打周期調(diào)整前煙塵波峰曲線

圖3 尾電場(chǎng)振打周期調(diào)整后煙塵波峰曲線

通過對(duì)尾電場(chǎng)振打周期的調(diào)整前后對(duì)比發(fā)現(xiàn)，將尾電場(chǎng)振打周期縮短至60分鐘后，煙塵峰值最高由調(diào)整前16.36mg/m3降低至調(diào)整后15.91mg/m3，但效果仍不理想；且由于尾電場(chǎng)振打周期縮短，導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)煙塵波峰數(shù)量增加1.5倍，煙塵排放峰值被CEMS采集到的概率增加，故單純調(diào)整尾電場(chǎng)振打周期的方法行不通。調(diào)整尾電場(chǎng)振打周期方案實(shí)施后，煙塵排放峰值大的問題雖然沒有得到有效解決，但從中找到了解決問題的基本思路和研究方向，即找到波峰產(chǎn)生的原因，采取“排除法”式攻關(guān)，找到問題主要“癥結(jié)”所在，然后再采取“對(duì)癥下藥，靶向治療”的方式進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，最終解決問題。按照這個(gè)思路，對(duì)煙塵波動(dòng)曲線再次進(jìn)行詳細(xì)分析研判，摸清煙塵排放每個(gè)大、小波峰產(chǎn)生的原因，制定管控措施。為此，發(fā)電運(yùn)行部專業(yè)人員對(duì)照廠家提供的電除塵設(shè)備說明書及相關(guān)圖紙，對(duì)電除塵振打PLC控制原理、就地IPC控制原理、電除塵振打結(jié)構(gòu)、電控系統(tǒng)原理進(jìn)行再研究后，決定采取關(guān)閉尾電場(chǎng)所有振打，然后逐一投入的方式確定每個(gè)波峰的“產(chǎn)地”。操作過程如下。

(1)同時(shí)關(guān)閉A列一室五電場(chǎng)、A列二室五電場(chǎng)、A列三室五電場(chǎng)、B列一室五電場(chǎng)、B列二室五電場(chǎng)、B列三室五電場(chǎng)(見圖4最右側(cè)框內(nèi)區(qū)域)。

圖4 3號(hào)電除塵整體構(gòu)造俯視圖

(2)依次投運(yùn)B列三室五電場(chǎng)、B列二室五電場(chǎng)、B列一室五電場(chǎng)、A列三室五電場(chǎng)、A列二室五電場(chǎng)、A列一室五電場(chǎng)(見圖5小標(biāo)序號(hào))。

圖5 3號(hào)電除塵整體構(gòu)造俯視圖

2.2 誘發(fā)煙塵波峰原因分析

依次投運(yùn)3號(hào)電除塵五電場(chǎng)各室時(shí)煙塵波動(dòng)情況見圖6。

從圖6曲線分析，3號(hào)電除塵B列五電場(chǎng)各室在振打過程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵均較小，在6mg/m3以內(nèi)；而A列五電場(chǎng)各室在振打過程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵呈現(xiàn)逐級(jí)上升的趨勢(shì)，其中A列一室五電場(chǎng)振打波峰最大，達(dá)到23mg/m3。由此分析，導(dǎo)致3號(hào)凈煙塵出現(xiàn)周期性波峰主要原因?yàn)?號(hào)電除塵A列五電場(chǎng)振打產(chǎn)生的團(tuán)聚揚(yáng)塵。進(jìn)一步分析其實(shí)質(zhì)性因素，可能為進(jìn)入電除塵A、B側(cè)煙氣量不均等，A側(cè)進(jìn)煙氣量大于B側(cè)進(jìn)煙氣量，導(dǎo)致A側(cè)五電場(chǎng)陽極板積灰程度較B側(cè)嚴(yán)重；同時(shí)A側(cè)煙氣流速高，將A側(cè)五電場(chǎng)振打產(chǎn)生的團(tuán)聚狀煙塵攜入脫硫系統(tǒng)，進(jìn)而導(dǎo)致煙塵大幅波動(dòng)。為了驗(yàn)證進(jìn)入電除塵A、B側(cè)煙氣量不均的問題，調(diào)取輸灰系統(tǒng)輸灰時(shí)間曲線,發(fā)現(xiàn)3號(hào)電除塵A列二電場(chǎng)輸灰時(shí)長明顯大于B列二電場(chǎng)輸灰時(shí)長(見表2)，說明3號(hào)電除塵A列收塵量大，進(jìn)入電除塵A列的煙氣量偏多。

表2 3號(hào)電除塵二電場(chǎng)A、B列輸灰時(shí)長

圖6 依次投運(yùn)3號(hào)電除塵五電場(chǎng)各室時(shí)煙塵波動(dòng)情況

為進(jìn)一步佐證上述結(jié)論，專業(yè)人員主動(dòng)對(duì)接福建電科院技術(shù)人員索要1月份電除塵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)結(jié)果見圖7。

圖7 3號(hào)電除塵各室風(fēng)量分布情況

圖7數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，3號(hào)電除塵A列煙氣量明顯大于B列，且A列一室五電場(chǎng)煙氣量最大，達(dá)到645410m3/h，較A列三室五電場(chǎng)進(jìn)煙氣量偏差222215m3/h，這也充分說明了A列一室五電場(chǎng)振打波峰最大的原因。

3 運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整

找到3號(hào)電除塵出口煙塵波峰產(chǎn)生的原因后，即可 “對(duì)癥下藥”，對(duì)3號(hào)電除塵A列一、二、三室五電場(chǎng)振打周期及振打間隔進(jìn)行優(yōu)化，見表3。

表3 3號(hào)電除塵振打周期、振打間隔優(yōu)化情況

根據(jù)A列電除塵各室收塵量(進(jìn)煙氣量)大小，對(duì)振打周期進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化，減小振打周期，避免收塵量大的電場(chǎng)出現(xiàn)嚴(yán)重積灰情況；對(duì)72臺(tái)振打器振打間隔進(jìn)行優(yōu)化，將A列一、二、三室五電場(chǎng)振打器工作時(shí)間由原來的24秒分別調(diào)整為120秒、72秒、48秒(以A列一室五電場(chǎng)為例說明：每臺(tái)振打器對(duì)應(yīng)電除塵內(nèi)部三塊陽極板，每室五電場(chǎng)共有陽極板72塊，調(diào)整前將這72塊陽極板振打完畢的時(shí)間是24秒，調(diào)整后將這72塊陽極板振打完畢的時(shí)間延長至120秒，也就是讓振打器工作節(jié)奏“慢下來”，避免由于振打速度過快而產(chǎn)生的煙塵團(tuán)聚現(xiàn)象)。因B列電除塵出口煙塵波峰相對(duì)較小，本次未對(duì)B列電除塵做調(diào)整變更，運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整后煙塵排放曲線對(duì)比見圖8。

圖8 3號(hào)電除塵運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整前后煙塵波峰比對(duì)

運(yùn)行優(yōu)化后，3號(hào)凈煙氣煙塵排放波峰明顯趨緩，滿負(fù)荷時(shí)凈煙氣煙塵波峰基本在10mg/m3以內(nèi)，效果明顯。

4 運(yùn)行管理提示

(1)針對(duì)3號(hào)電除塵A、B側(cè)煙氣分布不均的問題,應(yīng)從鍋爐風(fēng)量流場(chǎng)、電除塵入口煙氣均布擋板兩個(gè)方面進(jìn)行檢查，并在修后做電除塵煙氣流場(chǎng)均布試驗(yàn)確保其均布系數(shù)合格。

(2)電除塵日常維護(hù)需進(jìn)一步加強(qiáng)，從本次3號(hào)電除塵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看，其A、B側(cè)漏風(fēng)系數(shù)均偏大(A側(cè)2.17%，B側(cè)3.14%，設(shè)計(jì)<2%)，建議根據(jù)檢修計(jì)劃進(jìn)行治理。

(3)電除塵頂部振打器日常維護(hù)需要加強(qiáng)，試驗(yàn)期間發(fā)現(xiàn)每臺(tái)振打器在相同相角下的振打高度均不一致，振打高度不一致或標(biāo)準(zhǔn)不一會(huì)直接影響振打強(qiáng)度，同時(shí)也會(huì)誤導(dǎo)運(yùn)行人員導(dǎo)致運(yùn)行分析異常判斷，建議按相關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行定期校核。

(4)機(jī)組長時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行，凈煙氣煙塵排放在7mg/m3上下波動(dòng)時(shí)，為降低煙塵排放超限風(fēng)險(xiǎn)，可臨時(shí)停運(yùn)A列一室五電場(chǎng)振打運(yùn)行，待降負(fù)荷后凈煙氣煙塵排放<7mg/m3時(shí)恢復(fù)A列一室五電場(chǎng)振打運(yùn)行。

5 結(jié)語

本文通過運(yùn)行分析、對(duì)比驗(yàn)證等方法查明了導(dǎo)致燃煤電廠電除塵出口煙塵排放偏高的主要原因，為電除塵通流部分煙氣分布不均，并通過采取針對(duì)性運(yùn)行管控措施將電除塵器出口煙塵排放值降低在限值范圍內(nèi)。本文提供的案例及解決問題思路對(duì)解決大型燃煤電廠電除塵出口煙塵排放偏高問題具有借鑒意義。