燃煤機組電除塵超低排放改造技術(shù)研究

郭海鷹，趙金達，朱錦杰，范妙春，楊 軍

(浙江菲達環(huán)保科技股份有限公司，浙江 諸暨 311800)

2015年三部委聯(lián)合印發(fā)《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》的通知，要求燃煤電廠到2020年力爭實現(xiàn)超低排放(即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10，35，50 mg/m3)[1-5]。隨著燃煤電廠煙氣顆粒物“超低排放”的全面實施，電除塵器的優(yōu)勢已得到行業(yè)內(nèi)的廣泛認可[6-8]，結(jié)合后續(xù)濕法脫硫、濕式電除塵器協(xié)同處理后顆粒物排放可滿足超低排放的要求，通過多設(shè)備協(xié)同除塵的技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 燃煤電廠煙氣顆粒物“超低排放”路線

湖南某電廠300 MW機組電除塵器設(shè)備于2005年投入運行，能滿足當(dāng)時的環(huán)保要求。但由于服役時間較長，電除塵器內(nèi)部主要部件結(jié)構(gòu)老化，陰陽極振打系統(tǒng)可靠性變差，振打力傳遞效果變差，極板、極線積灰嚴重，加上燃煤性質(zhì)變化等多方面原因，該電除塵器已難以滿足新的環(huán)保要求。通過對電除塵器進行提效改造，以達到長期高效穩(wěn)定運行。通過對原電除塵器結(jié)構(gòu)、實際燃用煤質(zhì)的全面分析，提出改造方案，實施后達到了新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 電除塵器設(shè)計條件

1.1 電除塵器主要技術(shù)參數(shù)

原電除塵器主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 原電除塵器主要技術(shù)參數(shù)

1.2 實際燃用煤質(zhì)成分分析

實際燃用煤質(zhì)成分如表2所示。

表2 實際燃用煤質(zhì)成分 %

1.3 實際燃煤灰成分

實際燃煤灰成分如表3所示。

表3 實際燃煤灰成分 %

1.4 實際燃煤飛灰比電阻

飛灰比電阻如表4所示。

表4 飛灰比電阻

2 存在問題及分析

2.1 煤、灰成分分析

對該項目實際燃燒的煤質(zhì)、處理的煙氣、粉塵特性進行了分析，具體如下。

(1)煤中含硫量為0.45%，灰份為25.5%。含硫量低，Na2O含量偏低，CaO和SiO2含量偏高，導(dǎo)致粉塵比電阻較高、黏性較大，不利于電除塵收塵；由于灰份較高，對電除塵器出口粉塵濃度的降低不利[9-10]。

2.2 煙氣流速

實際運行煙氣量為2 258 600m3/h，煙氣流速達1.34 m/s，過高的煙氣流速極易產(chǎn)生二次揚塵，二次揚塵進一步增加了電除塵器的負擔(dān)，導(dǎo)致出口粉塵排放變高，必須將煙氣流速降至合理范圍內(nèi)。

2.3 收塵極系統(tǒng)

部分陽極板存在腐蝕現(xiàn)象，振打傳力板變形嚴重，螺栓有松動，導(dǎo)致振打力不能有效傳遞，影響陽極板再收塵。

2.4 振打系統(tǒng)

振打系統(tǒng)可靠性差，陽極板上積灰較多，粉塵黏性較大，需要有可靠的振打系統(tǒng)、足夠的振打力，使吸附的粉塵層有效脫離極板表面，從而降低粉塵層上的電勢差，有效提高電場內(nèi)用于吸附粉塵區(qū)間的電場強度，從而提高收塵效率。

2.5 放電極系統(tǒng)

運行二次電流偏小，主要原因是陰極線上有積灰現(xiàn)象。陰極線尖端積灰導(dǎo)致放電點電子不能順利逸出，影響粉塵荷電，二次電流較低，影響收塵效果。

2.6 電控系統(tǒng)

原采用工頻高壓電源，對實際工況變化適應(yīng)性較差，對高比電阻粉塵的適應(yīng)性更差，需選用與本工況相匹配的新型控制電源，從而提高電除塵效率，并節(jié)約電能。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，合理的選型、高效的極配型式、選用先進的新型電控系統(tǒng)是本次改造的關(guān)鍵點。

3 技術(shù)方案分析

3.1 技術(shù)方案特點分析與對比

為滿足超低排放要求，提出電除塵改造和電袋除塵改造兩個改造方案，其技術(shù)特點見表5。

表5 電除塵器與電袋除塵器改造方案介紹及技術(shù)對比

3.2 技術(shù)方案經(jīng)濟性對比

除塵設(shè)備的經(jīng)濟性應(yīng)以一次投資費用(即設(shè)備費用)和全生命周期內(nèi)的(即設(shè)計壽命30年)年運行費用總和進行評估。

范堅強緊張地看著他。夏冰風(fēng)卷殘云，把桌上的酒菜一掃而光，一邊打著嗝一邊向下捋著肚皮，說：“你讓我代你坐牢，自己卻大吃大喝，公平嗎？”

電除塵和電袋除塵改造經(jīng)濟性對比如圖2所示。對該項目進行經(jīng)濟性對比發(fā)現(xiàn)，電除塵改造方案的設(shè)備費用低于電袋除塵改造方案，前者年運行費用僅有電袋除塵改造方案年運行費用的64.6%左右。

圖2 電除塵和電袋除塵改造經(jīng)濟性對比

引風(fēng)機壓頭余量約為800 Pa，如進行電袋方案改造，同時需對引風(fēng)機進行改造。

3.3 技術(shù)方案選擇

綜合考慮該工程特點，綜合考慮技術(shù)特點及經(jīng)濟性后，該項目選擇電除塵改造方案。

4 改造方案

4.1 電除塵器選型

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，利用現(xiàn)有電除塵器周圍空間進行擴容，出口側(cè)增加4.9 m，電除塵器兩外側(cè)各增加3.5 m，充分利用兩臺電除塵器中間4.2 m的空間，只保留原電除塵器鋼支柱、底梁等下部框架，其余全部更新。改造后一臺鍋爐配兩臺流通面積為310 m2的雙室五電場電除塵器，前面四個電場的電場有效長度為4.5 m，第五電場的電場有效長度為4.0 m，電場有效高度為15.5 m，布置如圖3所示。

圖3 電除塵器改造方案

4.2 合理的煙氣流速

電場有效高度從改造之前的14.5 m增高至15.5 m，流通面積從改造之前的2×244 m2增加至2×310 m2，煙氣流速從改造之前的1.34 m/s降低至1.01 m/s，從而降低二次揚塵，加大煙氣停留時間。

4.3 先進、合理的極配型式

(1)陽極板采用480C型，厚度為1.5 mm，極板在專用軋機上軋制而成，表面有較多溝槽，兩側(cè)設(shè)置防風(fēng)溝，增加極板剛性，還可以減少粉塵的二次揚塵；480C型陽極板的振打加速度傳遞好，清灰效果好，在高溫及反復(fù)振打作用下的抗變形能力強。

(2)前級電場含塵量較大，三個電場陰極線選用放電強度大，不易產(chǎn)生電暈封閉的RSB多剌芒刺線(如圖4所示)；后級電場粉塵較細、高比電阻較高，后兩個電場選用放電更加均勻，清灰效果更好的不銹鋼螺旋線(如圖5所示)。

圖4 RSB多剌芒刺線

圖5 螺旋線

4.4 合適的振打系統(tǒng)

陰、陽極均采用側(cè)部振打技術(shù)(見圖6)，振打清灰效果好，機械振打結(jié)構(gòu)技術(shù)在電除塵器上孔洞數(shù)量少，設(shè)備整體漏風(fēng)小；振打錘采用旋轉(zhuǎn)式撓臂組合型，振打力傳遞效果好、放障率低、壽命長。

圖6 振打系統(tǒng)

4.5 獨特的氣流分布技術(shù)

結(jié)合電除塵器前后煙道及電除塵器本體、灰斗進行1:1的CFD數(shù)值模擬試驗，確定氣流分布板結(jié)構(gòu)及導(dǎo)流板布置，使進入電場內(nèi)氣流分布均勻性可達到小于0.2。

4.6 先進的電源及控制系統(tǒng)

根據(jù)粉塵及工況特性，前四個電場選用高頻電源，高頻電源可比工頻電源提供更小的電壓波動、更高的電暈電壓、更大的電暈電流、更大的電暈功率；火花能量小，電場恢復(fù)快，增加了電場粉塵的荷電效果。

末電場選用脈沖電源，脈沖電壓高達140 kV，通過改變脈沖重復(fù)頻率調(diào)節(jié)電暈電流，在電火花產(chǎn)生前使電場內(nèi)能達到的電壓更高，電場強度大幅提高，增加細粉塵荷電水平，克服高比電阻粉塵反電暈，提高除塵效率。

4.7 改造后電除塵器主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)項目實際情況，結(jié)合電除塵技術(shù)特點，進行優(yōu)化選型設(shè)計，要達到電除塵器出口粉塵濃度小于等于40 mg/m3，電除塵器主要技術(shù)參數(shù)選取如表6所示。

表6 改造后電除塵器主要技術(shù)參數(shù)

5 結(jié)語

(1)電除塵器穩(wěn)定運行后，進行了效率測試，電除塵器除塵效率達到99.83%，出口粉塵排放濃度為36.5 mg/m3，通過后續(xù)濕法脫硫、濕式電除塵器協(xié)同處理后顆粒物排放滿足超低排放的要求。

(2)根據(jù)粉塵特性、工況條件選擇合適的電除塵技術(shù)、極配型式、振打系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等至關(guān)重要。