新建1000MW機組配套電除塵器超低排放技術(shù)研究應(yīng)用

單永華，劉海斌，張春輝，李富成，邴玉良

（1.國家能源集團岳陽發(fā)電有限公司，湖南 岳陽 414100；2.國能清遠發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 英德 513052；3.國能（福州）熱電有限公司，福建 福清 350309；4.浙江浙能中煤舟山煤電有限責(zé)任公司，浙江 舟山 316131；5.長安石門發(fā)電有限公司，湖南 常德 415300）

1 設(shè)計和運行條件

（1）鍋爐規(guī)范。1000MW超超臨界參數(shù)直流爐、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、單切圓燃燒方式，塔式鍋爐。最大連續(xù)蒸發(fā)量3119t/h。鍋爐保證熱效率（BRL，空預(yù)器旁路煙道余熱利用方案投運時)：95.02%。（2）鍋爐(BMCR)燃煤量：357.21t/h（設(shè)計煤種）/399.23t/h（校核煤種）。（3）燃燒器直流式，四角切圓布置，每臺鍋爐共48只燃燒器（32只為直流式燃燒器，16只為等離子點火燃燒器），每臺磨煤機對應(yīng)2層共計8只燃燒器。每臺爐配置2臺四分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。理論空氣量（干空氣）6.008Nm3/kg（設(shè)計煤種）/5.285Nm3/kg（校核煤種）。爐膛出口過剩空氣系數(shù)1.15。鍋爐采用定-滑-定運行或定-滑運行的方式。鍋爐最低穩(wěn)燃負荷為19 %B-MCR。（4）中速磨煤機冷一次風(fēng)機正壓直吹式制粉系統(tǒng)。每臺爐配6臺中速磨，燃燒設(shè)計煤種時為5運1備，燃燒校核煤種時為6臺運行，采用氣力輸送除灰方式。（5）動葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機。（6）脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝；脫硝系統(tǒng)采用SCR脫硝工藝，脫硝還原劑采用尿素水解制氨。（7）工程以活雞兔礦區(qū)煙煤作為設(shè)計煤種，布爾臺礦區(qū)煙煤作為校核煤種。

2 技術(shù)要求

2.1 參數(shù)、容量/能力

（1）臥式三室五電場靜電除塵器，前三個電場采用高頻電源，后兩個電場采用脈沖電源。（2）每臺鍋爐配2臺靜電除塵器，每臺除塵器應(yīng)按鍋爐燃用設(shè)計煤種BMCR工況進口煙氣量考慮10 %的富裕和15℃溫度裕量。（3）基于表1的選型煙氣參數(shù)，除塵器保證效率：≥99.96%；且除塵器出口含塵濃度≤10mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，干煙氣，過量空氣系數(shù)1.4）。本體阻力≤250Pa，漏風(fēng)率≤2%，氣流均布系數(shù)＜0.13。比集塵面積≥135 m2/m3/s，電場煙氣流速≤0.85m/s。（4）每臺除塵器灰斗數(shù)量30個，灰斗下法蘭標(biāo)高4.0m。每臺爐兩臺除塵器的寬度不得大于107m(含樓梯平臺)，第一排鋼柱到最后一排鋼柱的距離小于32m。（5）陰極線振打加速度＞80g，陽極板振打加速度＞150g。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計溫度為300℃。

表1 低溫電除塵器入口煙氣參數(shù)（單臺爐，選型工況，低溫省煤器不投運時）

2.2 性能要求

（1）一個供電區(qū)不工作（對于小分區(qū)供電方式：一個供電區(qū)不工作相當(dāng)于2個小分區(qū)。（2）除塵效率不以修正曲線進行修正的結(jié)果為依據(jù)，應(yīng)以實測的結(jié)果為依據(jù)。不能以煙氣調(diào)質(zhì)劑作為性能保證的條件。不得把設(shè)備進口粉塵粒徑分布定為性能保證的一個條件。

2.3 結(jié)構(gòu)要求/系統(tǒng)配置要求

除塵器本體：（1）基本要求：1）每臺除塵器的進口都配備多孔板和迷宮式均流收塵裝置，均要求均布氣流和15%收塵效率，阻力設(shè)計＜150Pa。技術(shù)要求如下：①多孔板+迷宮式均流收塵裝置，具有均化煙氣流場和粉塵收集功能。②多孔板和迷宮式收塵裝置的開孔率需根據(jù)CFD模擬結(jié)果確定，保證氣流均勻進入電場，流場均勻性系數(shù)小于0.13。③迷宮式收塵裝置單塊結(jié)構(gòu)為“W”型百葉孔板，單件展開寬度1250mm，進口均流收塵裝置面積13500m2。螺栓固定連接，耐磨耐腐蝕材料，整體沖軋而成，長度和寬度方向不允許拼接；④每個喇叭配振打清灰裝置（不少于8個振打點），振打頻率及強度可調(diào)。⑤不得改變進口喇叭結(jié)構(gòu)，在壽命周期內(nèi)不發(fā)生磨損，不影響結(jié)構(gòu)強度。2）每臺除塵器的出口喇叭都需配備防止二次揚塵的抑塵收集裝置，技術(shù)要求如下：①抑塵裝置具有捕捉微細粉塵能力，能夠有效抑制電場振打時產(chǎn)生的二次飛揚。②出口喇叭處全截面均勻布置。裝置結(jié)構(gòu)阻力小，每臺爐2臺除塵器的出口喇叭的收塵表面積不小于15000m2，材質(zhì)不銹鋼。③抑塵裝置單個模塊不允許拼接，裝置模塊包邊采用不銹鋼材料。④出口喇叭段阻力小于50Pa。⑤振打點要求不少于20個，程序控制、振打頻率及振打力度可調(diào)。

（2）陽極板和陰極線。陽極板的厚度不應(yīng)小于1.5mm材質(zhì)采用SPCC，公差應(yīng)符合DL/T514-2017《電除塵器》的有關(guān)規(guī)定。所有陽極板和陰極線框架均應(yīng)鉛垂安裝，應(yīng)有防止其擺動的措施。采用技術(shù)成熟、先進的振打技術(shù)，陰陽極框架均自由懸掛，陽極在垂直于氣流方向每個室前后設(shè)有限位裝置。應(yīng)有措施使低負荷時，絕緣子不致結(jié)露和積灰。根據(jù)入口煙氣濃度、粉塵比電阻、灰分中氧化鈣、灰的黏性等特點，合理選擇極配形式。

（3）第一、五電場采用整體式芒刺線，陰極線放電端采用316L，陰極線應(yīng)設(shè)有斷線防短路設(shè)計。第二、三、四電場采用放電+輔助陰極收塵裝置，輔助陰極收塵裝置技術(shù)要求如下：①第二、三、四電場采用放電+輔助陰極收塵裝置，放電芒刺、收塵體為一體沖軋制造，耦合焊接成形，中心設(shè)骨架，具有收塵功能且不影響放電，能實現(xiàn)對正電荷粉塵的收集；②雙層耦合結(jié)構(gòu)，中心圓管直徑不大于φ38mm，扭曲度不超過0.8/1000。每根線的正反兩側(cè)，分別配置配兩排四齒芒刺，刺的上下間距不大于100mm，刺排水平間距不大于160mm，各芒刺尖端平面度不超過4mm；③收塵體展開寬度不小于240mm，不大于300mm，總長度與極板長度相當(dāng)；材料要求：冷連軋?zhí)妓劁摚⊿PCC）及以上等級材料，中心骨架Q235,管徑不超過50mm,壁厚不小于1.5mm；④陰極收塵裝置的透氣率根據(jù)粉塵粒徑、濃度等參數(shù)進行設(shè)計、調(diào)整，保證氣流流場均勻性；⑤陰極收塵裝置與陽極板吊掛或極板保持大于200mm的安全放電距離；⑥清灰裝置可采用機械振打、電磁振打等形式，清灰裝置應(yīng)全覆蓋；⑦陰極收塵裝置在壽命周期內(nèi)不發(fā)生磨損，不影響結(jié)構(gòu)強度減弱。

2.4 技術(shù)數(shù)據(jù)表（表2）

3 結(jié)語

電除塵器傳統(tǒng)多依奇效率公式：

式中，A為總集塵極面積，m2；Q為煙氣流量，m3/s；ω為粒子驅(qū)進速度，ms；f為比集塵面積，m2.s/m3；f=A/Q,即1s凈化1m3煙氣所需要的集塵面積。

多依奇公式可以幫助我們選型得到電除塵器收塵面積，但是該面積的有效性，還與多依奇公式成立的幾個假設(shè)條件有關(guān)。在公式推導(dǎo)的過程中多依奇（Deutsch)做出了一些基本假設(shè)，主要有：（1）電場空間的任何斷面上粉塵濃度都是均勻的（這對流場均勻性提出很高要求）；（2）除塵器壁邊界層以外的氣流速度都是均勻的，同時不影響塵粒的趨近速度；（3）塵粒一旦進入除塵器電場空間就認為已經(jīng)完全荷電；（4）集塵集（陽極）表面附近塵粒的趨近速度與氣流速度相比是很小的，且對所有塵粒都為一常數(shù)；（5）不考慮沖刷、二次飛揚、反電暈和塵粒凝聚等因素的影響。這些假設(shè)條件是多依奇效率公式成立的前提條件，這些條件的理想化程度決定了ω（粒子驅(qū)進速讀）的大小，我們在對電除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對收塵面積A可以很好地保證，但是，對這些假設(shè)的理想條件往往被忽略了。根據(jù)相關(guān)參數(shù)計算電除塵器所需集塵極板面積為：

多依奇效率公式里的收塵面積傳統(tǒng)認知是指陽極板的收塵面積，陰極收塵面積并未計入，因為正離子的客觀存在、對超低排放要求、受電場數(shù)的局限，正電荷粉塵不能忽視意味著要陰極收塵應(yīng)充分重視。某種意義上說，增加陰極收塵面積等效于增加陽極收塵面積，同時還有節(jié)能的效果（減少正離子粉塵與負電荷粉塵中和的機會）。進、出口喇叭的均流收塵裝置就是為了優(yōu)化氣流流場，對流場進行充分格式化，同時具備增加輔助收塵面積、團聚小顆粒粉塵、抑制二次揚塵、降低后續(xù)電場處理粉塵量的實際功能。進、出口均流收塵裝置及陰極收塵面積如何折算計入多依奇公式，需要大量數(shù)據(jù)積累、比對，才能得出可靠性較高的結(jié)論。