余熱利用高效節(jié)能電除塵技術(shù)及工程應(yīng)用

鐘志良

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

余熱利用高效節(jié)能電除塵技術(shù)及工程應(yīng)用

鐘志良

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

論述了余熱利用高效節(jié)能電除塵技術(shù)的定義、工作原理，介紹了燃煤電站采用煙氣余熱利用高效節(jié)能電除塵技術(shù)的幾種典型布置方式。重點(diǎn)介紹了該技術(shù)在寧德電廠600MW燃煤鍋爐上的工程應(yīng)用情況，通過煙氣余熱利用高效節(jié)能電除塵技術(shù)達(dá)到了“提效”和“節(jié)能”的雙重目的。

電除塵器;燃煤鍋爐;余熱利用;節(jié)能;高效

1 余熱利用高效節(jié)能電除塵技術(shù)的工作原理

煙氣余熱利用高效節(jié)能電除塵技術(shù)，是將煙氣余熱利用技術(shù)與電除塵技術(shù)及其自動(dòng)控制技術(shù)有機(jī)融合后形成的一種集電除塵減排、節(jié)煤、節(jié)水和節(jié)電于一體的實(shí)用型技術(shù)，是當(dāng)前電除塵技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的一項(xiàng)重大創(chuàng)新技術(shù)，符合國(guó)家提倡的節(jié)能減排政策要求，具有顯著的推廣應(yīng)用價(jià)值。

該技術(shù)的工作原理為：在電除塵器進(jìn)口端前區(qū)設(shè)置一套煙氣換熱系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，采用熱媒體（如汽機(jī)冷凝水等）與熱煙氣發(fā)生熱交換，將進(jìn)入電除塵器的煙氣溫度由通常的低溫狀態(tài)（120℃～160℃）降到低低溫狀態(tài)（90℃～110℃），使得煙塵比電阻及體積流量均得到有效降低，同時(shí)熱媒體（如汽機(jī)冷凝水等）又可得到額外的熱量，從而達(dá)到既可提高電除塵器對(duì)工況變化的適應(yīng)性、提高電除塵效率、滿足低排放要求，同時(shí)又可實(shí)現(xiàn)余熱利用、節(jié)省燃料消耗的雙重目的。

對(duì)于配套濕法脫硫的發(fā)電機(jī)組，尤其是未配套GGH項(xiàng)目，應(yīng)用煙氣余熱利用高效節(jié)能電除塵技術(shù)，還有利于穩(wěn)定和提高脫硫效率，節(jié)省脫硫用水量，減少脫硫用水的蒸發(fā)和煙囪水汽的排放。特別是，當(dāng)電除塵器的入口煙溫降至低低溫狀態(tài)時(shí)，由于SO3的冷凝，產(chǎn)生粉塵對(duì)SO3的物理吸附和化學(xué)吸附，被電除塵器捕捉并隨飛灰排出，不僅保證了更高的除塵效率，同時(shí)使下游煙氣露點(diǎn)溫度大幅度提高，從而可大大減輕電除塵器后續(xù)設(shè)備的低溫腐蝕。

2 煙氣余熱回收裝置的總體布置設(shè)計(jì)

對(duì)于國(guó)內(nèi)的燃煤機(jī)組而言，為實(shí)現(xiàn)達(dá)到“電除塵提效”和“節(jié)約煤耗”的雙重目的，煙氣余熱回收裝置主要有以下設(shè)計(jì)布置方式：

方式一：煙氣余熱回收裝置布置在鍋爐空預(yù)器后至除塵器前的煙道內(nèi)（前置式）（如圖1）。這種設(shè)計(jì)布置方式可實(shí)現(xiàn)：

（1）回收煙氣余熱，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性；

（2）對(duì)于電除塵器，煙氣經(jīng)余熱回收裝置降溫后，飛灰比電阻升高，煙氣體積減小，可大大提高除塵器的收塵性，實(shí)現(xiàn)更高的除塵效率，降低排放煙氣中的含塵量；

（3）煙溫降低，煙氣體積減小，引風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)容量相應(yīng)減小，可降低風(fēng)機(jī)能耗；

（4）對(duì)于濕法脫硫系統(tǒng)，由于脫硫裝置入口煙溫降低，蒸發(fā)水分減少，可節(jié)約脫硫用水和提高脫硫效率；

（5）由于煙溫降低，SO3冷凝，被電除塵器大量捕捉，可大大減輕電除塵器后續(xù)設(shè)備的低溫腐蝕。

另外，由于煙氣余熱回收裝置在含塵濃度較高的環(huán)境下工作，對(duì)換熱管道的磨損較大，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)充分考慮防磨損措施以及流量分布的均勻性，避免局部流速過高。

圖1 前置式布置

方式二：煙氣余熱回收裝置按兩級(jí)布置，第一級(jí)布置在鍋爐空預(yù)器后至除塵器前的煙道內(nèi)，第二級(jí)布置在除塵器后脫硫塔前的煙道內(nèi)（二級(jí)串聯(lián)布置）（如圖2）。

圖2 二級(jí)串聯(lián)方式布置

這種設(shè)計(jì)布置方式相較于方式一，除了具有方式一提到的優(yōu)點(diǎn)外，由于在除塵器后再次進(jìn)行了深度的降溫，還可實(shí)現(xiàn)：

（1）煙氣余熱的深度回收，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性得到進(jìn)一步提高；

（2）對(duì)于濕法脫硫系統(tǒng)，由于脫硫裝置入口煙溫降低到70℃～80℃，可進(jìn)一步節(jié)約脫硫用水量并提高脫硫效率；

（3）經(jīng)過除塵器收塵，煙氣余熱回收裝置工作環(huán)境含塵少，對(duì)第二級(jí)換熱管束的磨損較小，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)大為降低。

方式三：煙氣余熱回收裝置按“換熱器+再熱器”方式布置。換熱器布置在鍋爐空預(yù)器后至除塵器前的煙道內(nèi)，利用空預(yù)器出口高溫?zé)煔饨?jīng)換熱器換熱后加熱熱媒介質(zhì)；再熱器布置在脫硫塔后煙囪前的煙道內(nèi)，通過熱媒介質(zhì)利用空預(yù)器出口高溫?zé)煔獾臒崃咳ゼ訜崦摿蛭账隹诘蜏責(zé)煔猓⑿纬梢粋€(gè)閉式循環(huán)（循環(huán)布置）（如圖3）。

圖3 “換熱器+再熱器”循環(huán)方式布置

這種設(shè)計(jì)布置方式可實(shí)現(xiàn)：

（1）對(duì)于電除塵器，煙氣經(jīng)余熱回收裝置降溫后，飛灰比電阻升高，煙氣體積減小，可大大提高除塵器的收塵性，實(shí)現(xiàn)更高的除塵效率，降低排放煙氣中的含塵量；

（2）由于煙溫降低，SO3冷凝，被電除塵器大量捕捉，可大大減輕電除塵器后續(xù)設(shè)備的低溫腐蝕；

（3）煙溫降低，煙氣體積減小，引風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)容量相應(yīng)減小，可降低風(fēng)機(jī)能耗；

（4）對(duì)于濕法脫硫系統(tǒng)，由于脫硫裝置入口煙溫降低，蒸發(fā)水分少，可節(jié)約脫硫用水并提高脫硫效率；

（5）再熱器布置在煙囪入口，通過熱媒介質(zhì)利用空預(yù)器出口高溫?zé)煔獾臒崃咳ゼ訜崦摿蛭账隹诘蜏責(zé)煔猓?0℃左右，有效解決了濕煙囪等問題，也解決了煙囪在無GGH下冒白色長(zhǎng)龍（水霧）導(dǎo)致的環(huán)保視覺污染等問題。同時(shí)，由于脫硫過程中水蒸發(fā)量的減少，還大大減輕了石膏雨的排放問題。

3 工程應(yīng)用

福建大唐寧德電廠3#、4#兩臺(tái)600MW燃煤發(fā)電機(jī)組，配套靜電除塵器，由于現(xiàn)燃用煤種與設(shè)計(jì)煤種偏差較大，排煙溫度比原設(shè)計(jì)值提高較多，夏季最高時(shí)可達(dá)到160℃，造成機(jī)組煙囪粉塵排放濃度不符合國(guó)家的最新排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 13223-2011）。針對(duì)該項(xiàng)目的特點(diǎn)及實(shí)際場(chǎng)地等情況，按照節(jié)能減排及確保30mg/Nm3粉塵排放控制要求，經(jīng)綜合論證，決定采用煙氣余熱利用技術(shù)對(duì)原電除塵器進(jìn)行提效改造，以實(shí)現(xiàn)“提效”與“節(jié)能”的雙重目的。

3.1 總體改造方案

3.1.1 加裝煙氣余熱利用節(jié)能裝置

在除塵器的進(jìn)口喇叭處和前置的垂直煙道處分別設(shè)置煙氣余熱利用節(jié)能裝置（采用上述三種設(shè)計(jì)布置方式中的第一種，如圖4），兩段換熱裝置串聯(lián)連接，采用汽機(jī)凝結(jié)水與熱煙氣通過煙氣余熱利用節(jié)能裝置進(jìn)行熱交換（如圖5），將進(jìn)入電除塵器的煙氣溫度由原來的150℃下降到95℃左右。由于煙溫降低使得煙塵比電阻降低至電除塵器適宜的工作范圍；同時(shí)，煙氣的體積流量也得以降低，相應(yīng)地降低了電場(chǎng)煙氣通道內(nèi)的煙氣流速，這些因素均可提高電除塵效率，降低電除塵出口粉塵排放濃度。

圖4 煙氣余熱利用節(jié)能裝置布置方式

圖5 煙氣余熱利用節(jié)能裝置換熱工藝回路布置

煙氣余熱利用節(jié)能裝置換熱系統(tǒng)說明：煙氣余熱利用節(jié)能裝置換熱系統(tǒng)與汽機(jī)6#低加并聯(lián)布置，其進(jìn)水口分別取自7#、8#低加進(jìn)、出口，配置調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)煙氣余熱利用節(jié)能裝置的進(jìn)水溫度，通過改變升壓泵頻率來調(diào)節(jié)煙氣余熱利用節(jié)能裝置進(jìn)水流量；通過煙氣余熱利用節(jié)能裝置加熱后的凝結(jié)水在汽機(jī)5#低加出、入口與主凝結(jié)水匯合。

3.1.2 配置煙溫調(diào)節(jié)與電除塵自適應(yīng)控制系統(tǒng)

在原電除塵器IPC集成控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，開發(fā)配置一套煙溫調(diào)節(jié)與電除塵自適應(yīng)控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可將鍋爐負(fù)荷、煙溫、電除塵電場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)、伏安特性曲線族、反電暈指數(shù)、煙塵濁度等數(shù)據(jù)引入，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的控制模式，跟蹤并尋找電除塵最佳運(yùn)行參數(shù)工作點(diǎn)和實(shí)時(shí)監(jiān)控除塵器粉塵出口排放，通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)換熱總量，改變進(jìn)入電除器的煙氣溫度，使除塵器工作在最佳狀態(tài)。

3.1.3 檢修及機(jī)電一體化升級(jí)改造

對(duì)原電除塵機(jī)電設(shè)備進(jìn)行全面的檢修與升級(jí)，包括通過CFD分析計(jì)算更換原氣流均布裝置、電場(chǎng)陰陽極修復(fù)與調(diào)校、電除塵高低壓電控設(shè)備升級(jí)改造等等，以全面提升節(jié)能減排效果。

3.2 改造后各項(xiàng)性能測(cè)試結(jié)果

（1）除塵器性能測(cè)試。在增設(shè)換熱裝置后，粉塵排放值下降幅度明顯，從改造前的60mg/Nm3下降到約20mg/Nm3，除塵效率得到提高。

（2）SO3脫除測(cè)試。在增設(shè)換熱裝置后，SO3脫除率達(dá)到73.78%，電除塵器出口煙氣中SO3含量下降幅度明顯。

（3）熱力系統(tǒng)試驗(yàn)。在600MW負(fù)荷時(shí)，汽機(jī)的熱耗下降52kJ/kW·h以上；在450MW負(fù)荷時(shí)，汽機(jī)的熱耗下降69kJ/kW·h以上。

（4）脫硫系統(tǒng)耗水量測(cè)試。在增設(shè)換熱裝置后，排煙溫度每下降10℃，脫硫塔出口溫度下降0.58℃，脫硫塔平均節(jié)水8.5t/h。該項(xiàng)目煙溫降低55℃，節(jié)水量為46t/h左右，節(jié)水效益明顯。

4 結(jié)語

通過寧德電廠600MW機(jī)組工程應(yīng)用案例可知，對(duì)現(xiàn)有的燃煤火電廠發(fā)電機(jī)組采用煙氣余熱利用高效節(jié)能電除塵改造技術(shù)，在“提效”和“節(jié)能”方面均能取得了非常明顯的減排效果和經(jīng)濟(jì)效益。目前該項(xiàng)技術(shù)已在潮州三百門電廠、江西新昌電廠、寧夏水洞溝電廠、內(nèi)蒙古通遼電廠等多個(gè)大型機(jī)組的除塵改造項(xiàng)目上采用和應(yīng)用。可以預(yù)見，這種集煙塵減排、節(jié)煤以及節(jié)水一舉多得的節(jié)能提效的實(shí)用新技術(shù)，將具有顯著的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

[1] 劉后啟，林宏.電除塵器[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1987.

[2] 林萬超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1994，11.

[3] 岑可法.鍋爐和熱交換器的積灰、結(jié)渣、磨損和腐蝕的防止原理與計(jì)算[M].北京：科學(xué)出版社，1994，6.

[4] 福建省中試所，等.寧德電廠4#爐電除塵性能試驗(yàn)報(bào)告[R].2012，10～2013，4.

Electric Precipitation Technology and Engineering Application of Surplus Heat Utilization and Energy Saving with High Efficiency

ZHONG Zhi-liang
(Fujian Longking Environmental Protection Co., Ltd, Longyan Fujian 364000, China)

The paper explicates the definition and working principle of electric precipitation technology of surplus heat utilization and energy saving with high efficiency, presents the coal-fired power station which adopts the several typical collocation modes in using electric precipitation technology of flue gas surplus heat and energy saving with high efficiency. The paper introduces the engineering application of the technology used in 600MW coal-fired boiler of Ningde Power Plant. By adopting the electric precipitation technology of flue gas surplus heat utilization and energy saving with high efficiency, the double aims of the “efficiency-raising” and the “energy saving” are gained.

electric precipitator; coal-fired boiler; surplus heat utilization; energy saving; high efficiency

X701

A

1006-5377（2014）01-0007-04