電改袋技術在 CFB鍋爐除塵系統改造中的應用

邱 峰,張 娜,閆 順

(兗礦國泰化工有限公司,山東滕州 277527)

1 概 述

兗礦國泰化工有限公司兩臺 CFB鍋爐設計的電除塵器存在設計、制造、安裝的重大缺陷,運行周期只有 1個月,除塵效率就達不到 150mg/m3的設計要求,嚴重威脅著公司熱能動力系統的安全穩定長周期運行。為了使除塵器運行周期延長,除塵效率提高,達到國家排煙含塵量150 mg/m3的環保要求,實現公司清潔生產的環保目標,除塵器經過2006～2007年兩次系統大修改造,目前能勉強維持在 99.5%的除塵效率,排煙含塵量在 150～200 mg/m3之間,但運行周期只有 1～3個月,且處在不可控狀態,隨時都有部分電場出現跳車后開不起車的時候,污染物排放指標無法保障。因此,必須對電除塵進行重新設計,尋找除塵效率高的除塵器,達到運行周期延長,除塵效率提高,節能減排的目的。

2 電除塵和袋式除塵器的比較

除塵器是鍋爐除塵系統中的關鍵設備,它的工況效果將直接影響到整個系統的成敗。目前,電廠廣泛應用的除塵器主要是電除塵器和布袋除塵器。對上述兩種除塵器進行綜合比較如表 1所示[1]。

隨著國家環保要求的日益提高,電除塵器的除塵效率已不能滿足國家環保要求,而布袋除塵器由于其除塵效率高、運行性能穩定,運行費用低,可在線檢修等特點已廣泛應用于電站鍋爐除塵技術中[2]。因此,我們選定布袋除塵器作為本次改造的除塵器類型。

3 改造方案

3.1 袋式除塵器選型

本項目改造目的是在利用現有電除塵器的框架結構、基礎、輸灰系統及其下部現有設施的基礎上,將現除塵效率較低的電除塵改造為除塵效率更高的袋式除塵器,滿足國家環保要求。經過調查現場實際情況、測定分析煙氣參數和綜合比較多種技術方案,決定采用具有除塵效率高、阻力損失小、可離線清灰、離線檢修功能的脈沖噴吹清灰布袋除塵器。并選用 PPS濾料作為本次改造布袋的材料,采用獨特的 TH型特殊反應助劑保護濾袋。脈沖清灰系統選擇固定行噴吹清灰,對每一行濾袋配置一套清灰裝置,其包括脈沖閥、頂部汽包連接管和噴吹管。

表1 電除塵器與布袋除塵器性能比較Tab.1 Performance comparison between electric precipitator and fiber bag precipitator

3.2 除塵器本體部分改造

對現有靜電除塵器進行改造,保留原來的基礎、鋼柱、鋼梁、殼體和灰斗。將原三電場電除塵器改為布袋除塵器,即保留電除塵器一電場作為通道,將二、三電場電除塵器拆掉電除塵器內部及頂部的各種部件布置布袋除塵器,基本技術參數見表2。

表2 布袋除塵器基本技術參數Tab.2 Basic technical parameters of fiber bag precipitator

在大梁的頂部加立拄和側墻形成凈煙氣室,凈煙氣室的末端是出氣口,凈氣室前墻設有檢修通道、檢修門和運行中進行檢查觀望的視窗。對除塵器的頂蓋重新設計加工,在頂蓋上有清灰系統的絕大部分部件,如儲氣罐、脈沖閥、旋轉風管、驅動電機等。進氣喇叭口不變,氣流分布裝置進行重新設計以滿足袋式除塵器氣流分布的要求,設計采用的氣流分布板結構,通過兩層不同開孔率的氣流分布板有效的組織氣流。同一塊氣流分布板上的各處的開孔率也不盡相同,從而有效的分配氣流,以確保煙氣進氣方式合理,保證除塵器煙氣均勻,并使煙氣均勻地流過布袋,以保證除塵效率,減輕濾袋磨損。頂部與電除塵器大梁焊接。旁路煙道安裝在除塵器頂部,并在進出口加裝擋板門。

除塵室的進口煙道不變,在每一個除塵室的進、出口煙道上增設擋板門,因此每一個除塵室如同一個獨立的小除塵器一樣,可以單獨投入使用,以實現不停機檢修和隨鍋爐負荷調整除塵器運行情況。

3.3 工藝系統設計與改造

3.3.1 輸灰系統設計與改造

原電除塵器配套的輸灰系統根據靜電除塵器的運行情況一、二、三電場的除塵效率分別為 60%、30%、10%,分別配套 3個輸灰倉泵,體積分別為1.5m3、1m3、0.5m3,三個輸灰倉泵合用一根DN100的輸灰管道,輸送距離 110m,鍋爐灰量為3.5t/h,設計出力為實際灰量的 150%,即 3.5× 150%=5.25t/h。

改為布袋除塵器后,每個電場的灰量平均分配,三個倉泵平均分配鍋爐灰量 3.5/3=1.17t/h,而一、二、三電場倉泵灰重量分別為 0.9t、0.6t、0.3t,則每小時一電場需送 2泵,二電場需送 2泵,三電場需送 4泵,根據生產經驗一、二、三電場倉泵每送一泵灰需要時間分別為 150s、135s、120s,一般倉泵進料時間為 300s,則需要的輸送總時間為 150×2+135×2+120×3+300×3=1710s,即需要 28.5min,所以改造后原氣力輸灰系統的出力是足夠的。

3.3.2 壓縮空氣系統設計與改造

由于本項目中選用固定行噴吹清灰方式,因此采用中壓、中氣量壓縮空氣脈沖清灰。對于 130t/h燃煤電站鍋爐而言,此清灰方式要求清灰壓力：0.25-0.4Mpa,正常清吹空氣流量 1.5 m3/min,最大清吹空氣流量 3m3/min。在原電除塵系統中設置有兩臺空氣壓縮機,其出口壓力均為 0.7Mpa,供氣量為 15m3/h,即 0.25 m3/min,兩臺壓縮機供氣量之和為 0.5 m3/min,遠小于所需的 3m3/min的空氣流量要求,因此需要新增空氣壓縮機。要求新增空壓機最大流量達到 3m3/min,出口壓力 0.7～0.8 Mpa,因此選擇空壓機型號為：GA132-7.5,其額定流量為 401L/s,出口壓力 0.75 Mpa。

3.3.3 噴水降溫系統設計

由于本項目使用的是 PPS材料的濾袋,其正常使用溫度為 170℃以下,最高不得超過 190℃。當鍋爐在非正常情況下出現除塵器進口溫度超過濾袋的允許范圍時,高溫煙氣 (＞190℃)會對布袋造成的嚴重傷害,降低濾袋使用壽命,嚴重時濾袋會立即失效。

緊急噴水減溫系統只作為暫時應急措施,不作為保護濾袋壽命的常規手段,噴水會增加煙氣的濕度,在脫硫效果不好時,會形成酸霧對布袋除塵器有腐蝕,因此也可不設定噴水減溫系統,在鍋爐事故狀態下煙氣走旁通煙道。鍋爐排煙溫度不正常大幅上升,此時鍋爐處在事故狀態下,鍋爐需緊急停爐處理,布袋除塵器退出運行對濾袋不會產生影響。

3.3.4 引風機設計與改造

原電除塵的設計阻力為 300Pa,改造后布袋除塵器的設計阻力為 1500Pa,引風機增加的壓頭為1200Pa。目前鍋爐使用的引風機,電機功率710K W,電壓 6000V,最大電流 82.3A,風壓5145Pa,流量 320760m3/h。與 3#鍋爐進行類比, 3#鍋爐負荷為 1#鍋爐的兩倍,采用兩臺功率 700 K W的引風機,除塵器為布袋除塵器。在單臺引風機運行,布袋除塵器壓差 1500 Pa時,3#鍋爐負荷最高可到 160t/h。與 3#鍋爐單臺引風機運行情況相比,1#鍋爐負荷低 30 t/h,引風機功率高 10 K W,改造后引風機能滿足需要。

做引風機阻力試驗,鍋爐滿負荷運行時,控制爐膛負壓為 -100Pa,引風機液偶開度 31%,轉速657r/min,電流 42A,電除塵入口壓力 -1.7KPa,電除塵出口壓力 -2.0KPa;維持爐膛負壓為-100Pa,緩慢關閉引風機入口擋板,當擋板后壓力達到 -3.2KPa,電除塵入口壓力 -1.7KPa,引風機液偶開度 51%,轉速 861r/min,電流 52A。通過試驗證實,電除塵阻力和入口擋板阻力之和為1500Pa時,引風機電流未到額定電流,改造布袋除塵器后,引風機滿足需要,不用對引風機進行改造。

3.4 電氣及自動控制系統改造與設計

3.4.1 電氣系統設計與改造

袋式除塵器屬Ⅱ類負荷,按兩路分開的獨立電源考慮,采用 380/220V,三相五線制,兩路電源互為備用,當一路電源失壓后,另一路電源自動投入,電源切換時不影響袋式除塵器系統的正常工作。電氣設備設有短路保護、過負載保護、接地故障保護、缺相保護等。配電裝置采用專用的MCC柜對袋式除塵器動力及控制回路供電。

3.4.2 自動控制系統改造與設計

所有控制系統至少實現自動控制和手動控制兩種方式。清灰控制有手動和自動兩種方式,可相互轉換。自動控制采用壓差 (定阻)和定時兩種控制方式,可相互轉換。反吹電磁閥均采用進口,控制電源 24V DC。壓差變送器采用羅斯蒙特 3051系列儀表,壓差檢測點分別設置在布袋除塵器的進出口總管處,當達到設定的壓差值時,布袋除塵器各室按設定的順序依次進行清灰。

可通過上位機顯示和操作實時監測系統運行工況,脈沖控制及倉泵閥門控制均由 PLC程序執行,并具有時間可調的功能。風門控制通過 PLC自動控制,擋板閥執行機構采用氣動活塞閥,行程開關選用 E+H電磁式,并帶有狀態燈。控制柜留有足夠的輸入和輸出接口,并預留與 DCS系統的通訊接口。袋式除塵器設有料位計、壓力、差壓、溫度檢測,其中除塵料位計采用進口儀表。布袋除塵器中設置故障檢測和報警裝置,當設備發生故障時,立即發出故障信號,并送至塵控室內,在主控柜上顯示并聲光報警。

3.5 袋式除塵器的調試

2009年 7月將 1#爐電除塵器改造為布袋除塵器后,對袋式除塵器進行調試,主要對空壓機系統、風門和噴吹系統以及聯鎖保護系統進行調試。調試結論如下：

(1)通過本試驗、確定壓縮空氣管路無漏點,空壓機和冷干機運行正常,參數合格。

(2)12個進出口風門和 2個旁通風門均能開到位和關到位,無延時報警。60個噴吹閥動作正常。

(3)布袋除塵器空試正常,所有聯鎖保護正常,布袋除塵器允許切除一個倉室運行,這樣就可以實現在線檢修或更換濾袋。

4 改造效果

2009年 7月 4日,1#爐布袋除塵器預噴涂處理,7月 8日布袋除塵器進行第二次預噴涂處理, 7月 9日 15時 48分 1#爐布袋除塵器投入運行,連續運行 168小時并完成運行考核,除塵器進口溫度135℃,煙道壓差 600Pa左右,煙氣含塵濃度控制在 50mg/m3以下,運行各項指標合格,無任何報警。2009年 10月 9日進行 1#鍋爐布袋除塵器運行效率試驗,試驗工況為鍋爐滿負荷穩定運行,試驗的目的是檢測布袋除塵器的除塵器效率、本體漏風率、本體壓力降、煙塵排放濃度是否達到廠家保證值要求。試驗結果見表 3。

表3 布袋除塵器運行試驗結果Tab.3 Test run results of fiber bag precipitator

布袋除塵器運行驗收實驗結論：煙塵排放濃度為30.6 mg/m3,除塵器效率為 99.92%,本體漏風率為1.68%,本體壓力降為 1155Pa,達到了設計要求。

同時進行布袋除塵器噪聲監測,在除塵器下部東西南北設立 4個監測點,白天和夜間分別進行一次噪聲監測,監測分析結果見表 4。

表4 噪聲監測結果Tab.4 Noise monitoring results

從監測結果可以看出：1#爐布袋除塵器界區晝間噪聲監測數值在 63.2～68.3 dBA之間,夜間噪聲監測數值在 61.7～65.6 dBA之間,噪聲達到了廠家保證值要求。

[1] 陳志煒,姚 群,陳隆樞.火電廠鍋爐煙氣電除塵與袋式除塵技術經濟比較[J].電力環境保護,2007,23(4)：50-52.

[2] 劉氏燚,張繼梅,等 ."電改袋"技術在 130 t/h煤粉爐煙氣除塵系統改造中的應用[J].電力科技與環保,2010,26(2)：14-18.

[3] 周 欣,王麗萍,等.130t/h煤粉爐煙氣除塵系統“電改袋”[J].環境工程,2010,28(1)：55-58.

[4] 張慧艷,田金玉.國內火力發電廠除塵器技術改造方案的選擇——以河北馬頭發電有限責任公司 4#鍋爐除塵器改造為例[J].河北科技師范學院學報,2009,23(1)：52-56.