芻議320MW 機組鍋爐電除塵器的降耗提效策略

李盛偉，梁 升

（廣西柳鋼環(huán)保股份有限公司，廣西 柳州 545002）

0 引言

現(xiàn)行燃煤鍋爐的電除塵器是單室三電場的設(shè)計方案。在進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研及技術(shù)研究基礎(chǔ)上，采用“雙電場”組合結(jié)構(gòu)和高壓直流除塵系統(tǒng)相結(jié)合的方法對該機組電除塵器進(jìn)行改造，取得較好的效果。320MW 機組鍋爐的電除塵器已有多年的歷史，運行效率比設(shè)計值低很多，出口粉塵排放濃度達(dá)300mg/m3，該公司增建的石灰石濕法煙氣脫硫裝置，粉塵排放濃度達(dá)30mg/m3，但因電除塵除塵效率的降低，使燃煤鍋爐煙氣脫硫裝置進(jìn)口煙氣中粉塵含量過高，無法達(dá)到煙氣脫硫裝置的操作技術(shù)參數(shù)，導(dǎo)致煙氣脫硫裝置不能順利工作，脫硫副產(chǎn)品石膏灰過多，石膏真空皮帶脫水系統(tǒng)工作不正常。所以需要對320MW 機組電除塵器實施技術(shù)改造，提高電除塵器工作經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)一步提升除塵效率，在改善監(jiān)控系統(tǒng)性能的前提下，達(dá)到一體化集控的要求[1]。

1 電除塵器改造方案

1.1 煙塵特點

從煤質(zhì)參數(shù)，爐型等方面對煙塵的特征進(jìn)行了分析。

（1）含硫量較低，在0.5%以下為特低硫煤。煤種燃燒過程中會生成SO2，通常0.5%～1%的SO2被氧化為SO3，SO3水平很低，調(diào)質(zhì)效果不明顯[2]。

（2）煙塵水汽含量較少，易引起反電暈現(xiàn)象，造成電壓不能升高，影響了除塵效率。

（3）煤炭燃燒時有較多灰塵，導(dǎo)致電除塵器進(jìn)口處煙塵濃度陡增，易引起電暈封閉和工作電流低。

（4）液態(tài)排渣爐內(nèi)粉塵的粒徑更小、比表面積更大、黏性更強、粉塵比電阻更高[3]。

1.2 轉(zhuǎn)動電極改造方案

和傳統(tǒng)電除塵器工作方法一致，為收集粉塵，轉(zhuǎn)動電極電除塵器依舊是利用高壓電暈進(jìn)行放電，保證粉塵荷電利用電場力收集到集塵板。通常在末級電場中把陽極板變成可回轉(zhuǎn)，改常規(guī)振打清灰為旋轉(zhuǎn)刷清灰，極板轉(zhuǎn)動至電場下端灰斗后，清理灰塵的旋轉(zhuǎn)刷位于氣流遠(yuǎn)端，清理干凈板面灰塵，比普通電除塵器呈現(xiàn)出來的效果更佳。

相關(guān)規(guī)范要求煙塵排放不超過30mg/m3，如要達(dá)到此要求，其中相關(guān)聯(lián)最緊密的比集塵面積就需要超過150m2/（m3·s-1）。目前我國大部分城市都已實現(xiàn)了對工業(yè)廢氣的凈化處理，但由于粉塵濃度較高、含塵量大、粒徑小等原因，使得現(xiàn)有的高壓直流電機很難滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。旋轉(zhuǎn)電極高壓直流除塵器存在一個與常規(guī)電場不同的電場，即旋轉(zhuǎn)電極電場，優(yōu)勢在于除塵效果是常規(guī)電場的兩倍左右，但是因為旋轉(zhuǎn)電極需要的場地很大，僅將第四電場更換為轉(zhuǎn)動電極，其余不變，考慮到場地限制，此時比集塵面積僅能為120m2/（m3·s-1），比起規(guī)范要求的150m2/（m3·s-1）相差較遠(yuǎn)，而且除塵器效率也僅為99.60%左右，出口煙塵排放量甚至達(dá)到90mg/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到除塵器出口排放≤30mg/m3的要求。由于旋轉(zhuǎn)電極結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定可靠，所以目前已被廣泛用于燃煤電廠鍋爐煙氣超低排放改造工程。所以為使旋轉(zhuǎn)電極電除塵器能滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，有必要對新型高效低阻轉(zhuǎn)動電極電除塵器進(jìn)行研究，進(jìn)一步改善旋轉(zhuǎn)電極電除塵器性能。

旋轉(zhuǎn)電極電除塵器的工作原理基本等同于常規(guī)電除塵器，除塵效率受煤質(zhì)的影響較大，受粉塵的性質(zhì)等諸多因素的作用，無法全面地對微細(xì)粉塵進(jìn)行收集，導(dǎo)致微細(xì)粉塵收集效率非常低，甚至末級電場也采用了轉(zhuǎn)動電極，如此對于減少微細(xì)粉塵的再飛揚有一定效果，故除塵效果顯著增加，美中不足的是電除塵器的效率還是無法大幅增加；另外，由于轉(zhuǎn)動電極表面附著了大量灰塵，電除塵器阻力因此會大大增大，由此導(dǎo)致的能耗也會相應(yīng)提高，嚴(yán)重時將無法正常工作，甚至被迫停機。針對應(yīng)用于中性鹽霧中的旋轉(zhuǎn)電極電除塵器，需經(jīng)常清理，否則，設(shè)備壽命就會下降，甚至無法正常工作。因此，旋轉(zhuǎn)電極電除塵技術(shù)的發(fā)展必須與其他除塵方式相結(jié)合才能獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。旋轉(zhuǎn)電極電除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計中，傳動鏈條會在煙氣酸堿的作用下長時間處于沖刷狀態(tài)，因此極易受煙氣中粉塵的侵蝕磨損，導(dǎo)致使用壽命常常不會很長，并且機組運行還存在轉(zhuǎn)動機構(gòu)卡澀、鏈條磨損等問題，這些都會在一定程度加大日常保養(yǎng)的工作量。

1.3 袋式除塵器改造方案

袋式除塵器在設(shè)計時必須考慮采用合理結(jié)構(gòu)和布置形式的高壓直流輸電系統(tǒng)作為主電源。粉塵附著于濾袋外側(cè)，濾袋經(jīng)脈沖清灰系統(tǒng)清灰，粉塵落在灰斗內(nèi)。當(dāng)進(jìn)入袋式除塵器后，由于濾袋和布袋之間存在間隙，氣流經(jīng)過間隙時形成負(fù)壓，從而使濾料產(chǎn)生變形而吸附灰塵并從濾料上脫落。濾出的凈煙氣從濾袋中通過凈氣室流出。由于袋式除塵器具有結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，使用壽命長等特點，已成為目前國內(nèi)外廣泛采用的一種高效除塵裝置。

1.4 電袋復(fù)合除塵器改造方案

電袋復(fù)合除塵器是利用電場進(jìn)行預(yù)除塵，本實用新型設(shè)備不但可以將濾袋中粉塵的承載量降低至一定程度，還可以保持濾袋表面粉餅層的疏松，并且運行阻力較低、濾袋清灰周期長，不受煤種、煙氣特性、飛灰比阻等因素的影響，這樣才能保證長期高效、平穩(wěn)地正常運行。濾料為多孔陶瓷或金屬。電袋復(fù)合除塵器布置形式主要為電除塵器和袋式除塵器相結(jié)合，含塵氣流在電袋除塵器內(nèi)流動，電除塵器在電場荷電時，粗顆粒粉塵被收集去除，一小部分微細(xì)粉塵（約微細(xì)粉塵的20%～30%）與煙氣集合在一起通過電場出口、袋式入口多孔板均流后，部分煙氣從旁側(cè)進(jìn)入袋式除塵區(qū)，但是另外還有一部分煙氣會正常流動，主要途徑是向下部電場流動，緊接著反向運動，匯入袋式收塵區(qū)，主要會存在于袋式內(nèi)側(cè)，而粉塵會被阻擋在外部，這部分灰塵會經(jīng)過脈沖清灰系統(tǒng)的處理，最終收集在灰斗中。電除塵器內(nèi)部形成一個封閉空間，其過濾介質(zhì)為高導(dǎo)電高分子聚合物濾層。因濾料有一定的厚度，濾料吸附粉塵效果好，從而減小塵粒的粒徑，減輕重量。同時，過濾后的凈氣進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)行進(jìn)一步處理，得到潔凈氣體或低污染排放。凈煙氣是經(jīng)過多次過濾處理后從濾袋內(nèi)的凈氣室釋放，此時排煙濃度基本可以滿足規(guī)范要求的排煙濃度不超過30mg/m3。

1.5 改造方案優(yōu)化

上述所采用的轉(zhuǎn)動電極改造方案中，除塵器出口處排放的煙氣濃度高達(dá)90mg/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過相應(yīng)要求，規(guī)范要求排煙濃度需≤30mg/m3；若使用上述袋式除塵器、電袋復(fù)合除塵器，煙塵排放濃度可以滿足≤30mg/m3的要求，二者相比，電袋復(fù)合除塵器比袋式除塵器除塵效果要好，但是相應(yīng)的電袋復(fù)合除塵器的投資費用會相應(yīng)增加，這毋庸置疑，且電袋復(fù)合除塵器的運行工況并不是很理想，需要長時間在高濃度煙塵下工作，由此會導(dǎo)致運行阻力大幅度增加。因此，對于低濃度煙塵，必須采取噴吹法對布袋進(jìn)行清灰處理，以提高其除塵效率和使用壽命。以確保一定的阻力，濾袋的噴吹清灰周期的時間必然越短，濾袋經(jīng)常清灰，加速了濾袋的磨損，導(dǎo)致濾袋提前斷裂失效等，提高了設(shè)備維護(hù)成本；若不及時更換，則容易出現(xiàn)二次污染現(xiàn)象，影響除塵效率，甚至使除塵器不能正常運行。同時袋式除塵器的運行阻力也較大，導(dǎo)致除塵器后部引風(fēng)機功率升高，提高運行成本。此外，由于電袋復(fù)合除塵技術(shù)可使粉塵排放濃度降低，可以減少對大氣中二氧化硫的污染。所以，針對袋式除塵器的使用，無論是設(shè)備投資，還是運行維護(hù)費用，均將相對提高，此次使用的是電袋復(fù)合除塵器的方案。

通過對現(xiàn)有電袋復(fù)合除塵器結(jié)構(gòu)特點分析比較，選擇了一種較適合于某發(fā)電廠實際情況的設(shè)計方案———一電二袋聯(lián)合除塵技術(shù)。考慮發(fā)電公司實際情況，主要對煙氣量排放和過濾風(fēng)速進(jìn)行分析后，對其進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計和選擇，擬定了一個相對合理的方案，即一個電場帶三個袋區(qū)的設(shè)計方案，此方案是將電袋復(fù)合除塵器具有足夠過濾面積作為前提設(shè)計的。對現(xiàn)有除塵器改造時，可按常規(guī)方法進(jìn)行，但需重新調(diào)整電收塵器的本體位置和結(jié)構(gòu)設(shè)計，即將原有的鋼支架，殼體，灰斗等預(yù)留進(jìn)出口喇叭，第一電場和供電裝置，以及對一個電場的大修和保養(yǎng)，一些組件得到了更新，重新設(shè)置氣流均布裝置，滿足更新電場的標(biāo)準(zhǔn)，拆除其余電場的監(jiān)測壓強的機械設(shè)備，將布袋橫向設(shè)置于原有除塵器的外殼空間內(nèi)，原來的第2～4 電場在電場的長度方向上設(shè)置有脈沖閥，用作袋式除塵區(qū)。對原有濾料進(jìn)行更換，重新制作袋體，以滿足運行要求[4]。

2 技術(shù)特點

2.1 智能動態(tài)優(yōu)化控制

電除塵系統(tǒng)工作時，它的煙氣工況隨鍋爐負(fù)荷、煙氣成分、粉塵特性、溫度的變化而變化，電除塵器的運行參數(shù)須隨運行條件的改變而調(diào)整，為了讓電除塵器一直處于最佳狀態(tài)。針對這一問題，研制了一種基于單片機控制的新型電除塵器智能控制器。本產(chǎn)品所具有的智能化動態(tài)優(yōu)化控制功能，能通過分析電除塵器工作時電壓，電流信號波形及U-I 特性，結(jié)合運行工況粉塵比電阻測量，獲取電除塵器動態(tài)運行狀態(tài)信息，并在此基礎(chǔ)上，依據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型，及時對電除塵器的運行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整達(dá)到優(yōu)化效果，使得電除塵器一直處于最優(yōu)狀態(tài)[5]。

2.2 閉環(huán)控制煙氣物理量

介紹“DCC2000 靜電除塵器自動監(jiān)控系統(tǒng)”，與其他系統(tǒng)不同，其不僅對粉塵濃度進(jìn)行監(jiān)測后反映給使用者，還會將除塵器出口處的粉塵溫度、粉塵流量等物理量和電場參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，不僅如此，還可以更加準(zhǔn)確分析結(jié)果，獲得電除塵器運行工況信息，采用了一整套閉環(huán)控制策略，在系統(tǒng)級上優(yōu)化了電除塵器的運行，以及資源配置。由于傳統(tǒng)的手動或半自動除塵方式效率低，能耗高，不能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，因而迫切需要開發(fā)出適合我國國情的電除塵器智能化控制系統(tǒng)。鑒于此，開發(fā)了以單片機為控制核心的電除塵器新型智能控制器。同時設(shè)計了具有故障檢測功能的硬件電路和軟件算法。控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的在線采集、數(shù)據(jù)處理和現(xiàn)場畫面顯示等。

2.3 統(tǒng)一控制高低壓

“高低壓一體控制”，簡單來說就是采用單個電場為一個獨立的單元，集高壓供電功能與低壓控制功能于一體，統(tǒng)一合成為控制裝置。由于傳統(tǒng)的手動或半自動除塵方式效率低，能耗高，不能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，因而迫切需要開發(fā)出適合我國國情的電除塵器智能化控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計思想，分硬件配置、軟件設(shè)計、現(xiàn)場調(diào)試三大部分。在我國實際的工程應(yīng)用中，高、低壓一體控制的思路優(yōu)勢明顯，主要是利用控制裝置集成度的提升，大大縮減設(shè)備占地范圍。針對不同工況條件，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，選取適當(dāng)?shù)目刂茀?shù)組合，可以取得較好的控制效果。與低壓集中的控制方式相比，根據(jù)電場分散控制，將低壓控制系統(tǒng)的可靠性放在首位，由此大大降低了由于低壓控制系統(tǒng)故障，而對電除塵器整體運行造成的破壞。本實用新型設(shè)備減少二次揚塵的產(chǎn)生，除塵效率得到提高。由于采用電場分散控制技術(shù)，在一定程度上避免了集中控制系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，從而延長設(shè)備使用壽命。另外通過軟硬件相結(jié)合的方式，本實用新型設(shè)備能夠靈活配置，適應(yīng)各種工況的要求，并且可以根據(jù)場地的不同而做出相應(yīng)的調(diào)整，使其處于最佳狀態(tài)。

3 結(jié)語

某發(fā)電公司320MW 機組鍋爐電除塵器的降耗提效改造方案，從根本上提高了除塵器的效率，降低了煙塵排放濃度，滿足了行業(yè)規(guī)范《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）中對煙塵排放濃度的最新要求。改造采用高效除塵技術(shù)、新型袋式除塵器，以及煙氣脫硫系統(tǒng)和除塵器的聯(lián)合應(yīng)用。通過對原有設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使其更加符合環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目標(biāo)。文章從技術(shù)層面對該站鍋爐電除塵器的提效改造方案和實施進(jìn)行了詳細(xì)的說明，并對存在的問題與不足，提出了改進(jìn)意見。技術(shù)改造成功地實現(xiàn)了節(jié)能，以提效為目標(biāo)，以提升自動化水平為預(yù)設(shè)目標(biāo)。通過對機組進(jìn)行技術(shù)改造，既降低了能耗又減少了環(huán)境污染，且對環(huán)境產(chǎn)生一定影響的有害氣體排放量得到有效控制。本技術(shù)也可以用于其他燃煤發(fā)電機組除塵系統(tǒng)，有良好的推廣應(yīng)用前景。同時，項目的成功實施，為同類燃煤機組的技術(shù)改造提供參考。