645MW級燃煤機組除塵器優化改造

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為控制火電廠污染物排放,國家環境保護部于2011年7月頒布了新版《火電廠大氣污染物排放標準》,要求標準實施之日前已投產機組自2014年7月1日起執行火力發電燃煤鍋爐煙塵排放小于30mg/Nm3,重點地區小于20mg/Nm3。山東省地方標準DB37/664-2013《山東省火電廠大氣污染物排放標準》中規定,2017年煙塵排放濃度將執行20mg/Nm3的標準。
1工程概況
菏澤某電廠2×645MW機組采用超超臨界、變壓運行、前后墻對沖燃燒直流爐,中速磨冷一次風正壓直吹式制粉系統,空預器為三分倉的回轉式空氣預熱器,每臺爐配備兩臺雙室四電場靜電除塵器。由于入爐煤質與原有設計煤質差別較大,煤源來源不穩定,為多種煤的摻燒煤,目前機組電除塵器入口濃度為30g/Nm3,除塵器出口濃度約為70~80mg/Nm3,已不符合環保要求,需要進行電除塵器優化改造,將除塵器出口濃度降到30mg/Nm3以下。
該除塵器改造工程的煤質灰成分分析及煤灰比電阻資料,見表1。

該工程靜電除塵器入口及引風機入口煙氣量參數具體見表2。

2除塵器概況
該機組每臺爐配置兩臺雙室四電場除塵器,電除塵器阻力≤230Pa,設計效率(設計煤種)≥99.8%。
3改造方案分析
通過對電廠進行的電除塵器性能試驗測試結果分析,兩臺機組的進口含塵濃度平均約為27.1g/Nm3,1號機組的電除塵器運行效果相對較好,電除塵器的出口含塵濃度約為70mg/Nm3,而2號機組的電除塵器出口含塵濃度約為75mg/Nm3。考慮到一定的裕量,選取除塵器入口含塵濃度為30g/Nm3,除塵器出口含塵濃度為80mg/Nm3。
3.1電除塵器改造適應性分析
本期工程飛灰在120~150℃時比電阻為:6.91×1010~2.49×1011;處于1010~1011為“能用靜電除塵器具有最佳的運行范圍,適合靜電除塵器運行的粉塵”。通過對靜電除塵器選型的飛灰成分除塵指數分析結果可得:正常運行情況下,設計煤種和校核煤種的飛灰化學成分適合使用靜電除塵器除塵。因此,該工程燃用煤種適合使用電除塵器收塵。
3.2電除塵器改造技術方案
針對該工程的具體情況,從降低除塵器的出口含塵濃度,提高除塵器效率的同時,也考慮到節能的效果,主要考慮采用以下幾種技術改造方案。
3.2.1電袋除塵器技術
電袋除塵技術是將電除塵器與袋式除塵器作有機組合。這種組合式裝置綜合了傳統的電除塵和袋式除塵技術的優點。相對于常規的靜電除塵器,電袋復合式除塵器能捕集高比電阻粉塵,并且不受煤種、煙灰特性影響,對高比電阻煙塵捕集能力強,可實現微量排放,排放濃度可長期穩定在30mg/Nm3以下。
3.2.2濕式靜電除塵器(WESP)技術
WESP是在濕法脫硫吸收塔后設置濕式靜電除塵器,用于有效降低凈煙氣中液滴攜帶量至15~20mg/Nm3,減輕“石膏雨”問題。WESP具有捕集煙氣中霧滴和微小塵粒的功能,不僅能降低煙氣中液滴的攜帶量,解決石膏雨問題,而且能去除大部分的PM2.5等微小顆粒。
3.2.3低低溫電除塵技術(簡稱低低溫技術)
低低溫技術是通過在除塵器前安裝煙氣換熱裝置(簡稱低低溫設備),使得除塵器入口煙氣溫度降低到煙氣露點溫度以下,除塵器的比集塵面積增加,粉塵比電阻降低,煙氣溫度降低,達到提效和節能的目的。
3.2.4轉動極板電除塵技術
轉動極板電除塵器的工作原理與傳統電除塵器一樣,仍然是依靠靜電力來收集粉塵,屬于靜電除塵技術的一種技術延伸。一般是將末級電場的陽極板改造成可以旋轉的形式,將傳統的振打清灰改造為旋轉刷清灰,當極板旋轉到電場下端的灰斗時,清灰刷在遠離氣流的位置把板面的粉塵刷除,達到比常規電除塵器更好的清灰效果,能提高電除塵器的除塵效率,降低排放濃度。
轉動極板電除塵技術主要優點有:
(1)有效消除二次揚塵極板清灰憑借設置在極板下端的清灰刷在遠離氣流的位置對板面的粘灰實行刷除,被刷除的粉塵直接落入灰斗,可以有效地避免發生二次揚塵。
(2)有效消除反電暈采用移動電極技術后,由于清灰徹底,極板表面潔凈,加上末級電場的灰量較少,在同一極板兩次刷灰的時間間隔里,極板表面不會形成連續的粉塵層,便徹底消除了由于氣隙擊穿所引發的反電暈,有效改善收塵環境,這對提高除塵效率同樣起到了決定性作用。
(3)有效消除極板沾灰造成的效率下降。
(4)有效消除電場紊流現象移動電極除塵器的陽極為雙面平滑設計,水平布置,在極板側不會發生擾動性紊流,保證荷電粉塵快速趨極。
(5)檢修工作量小移動電極除塵器與常規靜電除塵器相比,可以在一個或多個大修期內免維護。該工程若采用轉動極板方案只需將第四電場改為移動極板電場,形成3+1移動電極除塵器,煙道的阻力沒有增加,引風機無需改造;運行維護費用低。
3.3.5技術方案比較
針對該工程,對以上提出的幾種除塵器本體技術方案進行比較,結果見表3。
以上幾種技術方案從理論上都是可行的,其中電袋除塵器運行阻力高,需要進行引風機增壓改造,且除塵器本體需要改動部件多,運行維護費用高;濕式電除塵器技術在國內尚處于起步階段,未知因素過多,應用風險性很高,且針對本期工程沒有布置場地;轉動極板電除塵技術作為一種成熟的技術方案,可以滿足除塵器出口含塵濃度≤30mg/Nm3的,且引風機壓頭滿足要求,因此從除塵器本體技術上宜采用轉動極板除塵器技術。
同時考慮高頻電源能有效提高除塵效率,通常能有效降低排放30%以上,甚至高達70%。因此,該工程同步將電源改為高頻電源。
4煙氣余熱利用技術
該工程機組的年平均排煙溫度約為130℃,如此高的排煙溫度不僅損失了大量的熱量,而且降低了機組效率。為實現節能減排目標,擬在機組空預器后至電除塵前的煙道內加裝煙氣冷卻器,在降低煙氣溫度的同時,充分利用煙氣余熱,提高機組能源利用效率。
建議將該機組的排煙溫度降低到105℃左右(本工程設計煤種煙氣酸露點經計算約為95℃),即安裝低溫省煤器。經過論證將低溫省煤器布置在除塵器前的水平煙道,每個煙道布置一臺煙氣冷卻器,共布置4臺,熱耗保證工況(THA工況)煙氣溫度由127℃降至105℃左右。經計算機組THA工況運行時,可節約發電標煤耗約1.05g/kWh,增加投資5.77年可以回收。
5改造方案
該機組除塵器優化改造采用低溫省煤器加高頻電源和轉動極板電除塵技術。對當前的除塵器主要進行以下改造。
(1)在除塵器前水平煙道布置4臺低溫省煤器,同時增設相應的凝結水系統。
(2)鑒于目前靜電除塵器運行工況,對原有除塵器四電場進行檢修,在不增加原除塵器長度和寬度原則下,將原除塵器第四電場改為轉動極板電場,形成3+1移動電極除塵器。
(3)將一、二、三電場陽極系統、陰極系統及所有的振打系統進行檢修。
(4)對原進氣煙道和進氣煙箱氣流分布板重新檢測調整。
(5)引風機系統不變。
(6)該方案中一、二電廠均采用高頻電源。每個電場配置一臺高頻電源代替原來的工頻電源的整流變壓器和高壓控制柜,高頻電源安裝在電除塵頂部原來整流變壓器位置上,原高壓控制柜改為對應高頻電源的配電柜,高頻電源的電源電纜利用原整流變壓器的電源電纜。改造后的電除塵器參數見表4。

6改造效果
改造完成后電廠進行了性能試驗測試,測試結果表明在機組負荷640MW、鍋爐蒸發量1772t/h、燃煤量255t/h、高頻電源全功率旋轉極板運行工況下,除塵器出口濃度平均為26.12mg/Nm3,滿足環保標準≤30mg/Nm3的要求。并且引風機壓頭滿足要求,還同步使用高頻電源技術使其更加節能。此外,為促進節能減排,充分進行余熱利用,在除塵器進口的水平煙道設置低溫省煤器。改造后節能減排效果比較明顯。