火力發電廠袋式除塵器供氣系統的可靠性和經濟性分析

鄭州新力電力有限公司 郭啟云

火力發電廠袋式除塵器供氣系統的可靠性和經濟性分析

鄭州新力電力有限公司 郭啟云

隨著國家對大氣環保要求的提高，對火力發電廠的煙氣排放要求也越來越高。近年來，袋式除塵器在火電廠煙氣除塵處理方面的應用越來越廣泛。袋式除塵器是治理大氣污染的高效除塵設備。它的最大優點是除塵效率高，在實驗室高達99.999 9%，在實際應用中也達到99.99%。粉塵排放濃度可達到l0 mg/m3以下，甚至達到2 mg/m3，這是由袋式除塵器的過濾機理所決定的。該機理就是使粉塵附著在濾袋上，用粉塵來過濾粉塵。為了保證袋式除塵器的除塵效果，需要外部氣源對濾袋進行噴吹，以保證濾袋的過濾粉塵效果。總之，袋式除塵器在實行污染物控制、控雙達標的情況下，對粉塵、煙塵的治理頗有效果。

鄭州新力電力有限公司4#，5#爐分別于2004年11月和2003年11月改造為袋式除塵方式。由于4#，5#爐袋式除塵器的控制設計和運行方式均按照各自獨立的方式來進行考慮的，如果加以優化則可以更好地提高其可靠性和經濟性。

一、4#，5#爐袋式除塵的控制原理

1. 清灰原理及過程。煙氣通過除塵器進氣喇叭口進入袋式除塵器，除塵器的氣流分布借助喇叭口中的氣流分布板進行氣流均布。煙氣通過每一條濾袋的過程中，粉塵顆粒被過濾在濾袋表面，干凈煙氣通過濾袋到達凈氣室，之后經過出口煙箱、煙道和引風機排入煙囪，至此完成對煙氣的除塵。隨著過濾的不斷進行，濾袋表面的粉塵越來越厚，除塵器壓差也不斷增加，當壓差達到程序設定值時，除塵器發出清灰指令，清灰氣壓系統的電磁脈沖閥動作，將儲氣罐中的壓縮空氣噴入濾袋旋轉風管，向濾袋上端開口瞬時噴進低壓脈沖空氣，對濾袋進行清灰。脈沖空氣與煙氣反向，使濾袋向煙氣方向膨脹，噴入脈沖空氣后濾袋又貼到袋籠上。抖落的灰塵掉進下方的灰斗，由除灰系統清除，這被稱為低壓脈沖旋轉反吹清灰方式。袋式除塵器用于脈沖清灰的壓縮空氣由羅茨風機供應。

2. 清灰壓縮空氣的提供。

（1）4#爐除塵器有2臺相同規格的羅茨風機，工頻50 Hz運行，一用一備，氣壓靠過剩空氣排放閥調節。

設備的設計脈沖噴吹濾袋的空氣壓強為80～85 kPa，這一壓強由頂部脈沖儲氣罐的壓強計測得。風機出口的壓強計定值是125 kPa。過剩空氣排放閥設置在110 kPa時排放，按要求將多余空氣不斷排入大氣。

為安全起見，每臺羅茨風機設有卸壓閥，設置在120 kPa時排放；還有一個壓強傳感器，設置在壓強超過110 kPa時關停羅茨風機。

（2）5#爐除塵器有2臺相同規格的羅茨風機，變頻運行，一用一備，氣壓靠風機變頻運行調節。

設備配有2臺，即1#和 2#100%負荷的脈沖風機。正常運行條件只需要運行1臺風機（1#或2#），另一臺風機由集氣管壓強信號控制。當壓強低于75 kPa并達到30 s時，則啟動另一臺風機；當壓強超過88 kPa并達到5 s時，壓強傳送信號就要求2#風機停止。1#，2#風機的優先啟動按要求由操作人員操作。

與風管相連的羅茨風機排出的空氣沿管道進入袋式除塵器上部的12個儲氣罐。這些儲氣罐裝在旋轉風管上方，為裝在每間除塵室內的袋束提供清灰脈沖空氣。

儲氣罐用于儲存脈沖清灰空氣，通過脈沖閥，空氣被送進旋轉清灰風管進行高能脈沖。每次脈沖后，羅茨風機向儲氣罐重新充入空氣。每個儲氣罐的進口管裝有一個止回閥，防止其中一個儲氣罐內的空氣排出后另一個儲氣罐的空氣被抽出。

儲氣罐通過脈沖閥釋放脈沖清灰空氣，脈沖頻率可以在較大的范圍內調節，以延長濾袋壽命，或提高清灰效果。

3. 從清灰原理及過程來看，清灰壓縮空氣的壓強穩定對清灰效果有很大的影響。清灰氣源壓強的穩定依靠除塵管路的物理性能來調節，主要通過調節安裝在除塵器頂部的儲氣罐內的儲氣及清灰氣體輸送管路中緩存的儲氣來控制總清灰氣的壓強。

二、4#，5#爐袋式除塵清灰壓縮空氣系統的可靠性分析

1. 4#，5#爐袋式除塵清灰氣壓系統分裂運行，分別對其可靠性進行分析。

（1）4#爐袋式除塵系統可靠性分析。4#爐除塵器有2臺相同規格的羅茨風機，工頻50 Hz運行，一用一備，過剩空氣靠排放閥將多余空氣排入大氣。當系統中2臺羅茨風機均故障時，由于清灰氣壓系統沒有氣源，4#爐袋式除塵器的袋式壓差會愈來愈大，鍋爐就只能不斷降負荷，直到停爐。若過剩空氣排放閥故障，則儲氣系統的清灰氣壓只能靠運行人員手動進行調節，這時的運行可靠性便下降了50%。假設每個羅茨風機設備運行的可靠性為99%，過剩空氣排放閥運行的可靠性為99%，那么4#爐儲氣系統的清灰氣壓系統的可靠性為

（2）5#爐袋式除塵系統可靠性分析。5#爐除塵器有2臺相同規格的羅茨風機，變頻運行，一用一備。正常運行條件只需要運行1臺風機，另一臺風機由集氣管壓強信號控制，當壓強低于75 kPa并達 到30 s時，啟動另一臺風機，但當壓強超過88 kPa并達到5 秒時，壓強傳送信號就要求2#風機停止。風機的優先啟動按要求由操作人員操作。假設每個羅茨風機設備運行的可靠性為99%，變頻器運行的可靠性也為99%，那么5#爐儲氣系統的清灰氣壓系統的可靠性為

2. 4#，5#爐袋式除塵清灰壓縮空氣系統聯絡運行的可靠性分析。為了提高4#，5#爐袋式除塵清灰壓縮空氣系統（圖1）的可靠性，將4#爐袋式除塵清灰壓縮空氣系統和5#爐袋式除塵清灰壓縮空氣系統進行聯絡運行，通過連通管道加2個手動蝶閥進行連通。這樣在4#，5#爐袋式除塵清灰氣壓系統聯絡運行時的可靠性為

雖然除塵清灰氣壓系統在火力發電廠的設備中屬于輔助設備，對于除塵清灰氣壓系統的可靠性來講，它在應用袋式除塵器的發電機組中成為了影響機組運行的重要因素。對于機組來說，其可靠性要疊加到其他重要設備的可靠性上，因此其可靠性越高對機組運行的可靠性貢獻也就越大。通過對K1，K2和K3這3組可靠性數據的比較，4#，5#爐袋式除塵清灰氣壓系統聯絡運行的可靠性，比4#爐單獨運行可靠性增加了2 525倍，比5#爐單獨運行可靠性增加了19 802倍，均有明顯的提高。

3. 4#，5#爐袋式除塵清灰氣壓系統聯絡運行的經濟性分析。通過以上分析，研究人員認為4#，5#爐袋式除塵清灰氣壓系統聯絡運行可以大大提高鄭新公司發電機組的運行可靠性，因此在2005年8月進行了實施。

4#，5#爐除塵器各有2臺相同規格的羅茨風機，其驅動電機均為90 kW。在實施過程中，研究人員發現由于袋式除塵器廠家在進行設計時比較保守，羅茨風機的供氣量偏大。4#爐靠過剩空氣排放閥將多余氣體排入大氣，5#爐靠羅茨風機電機變頻器降低風機轉速調節清灰氣壓系統壓強。在4#，5#爐袋式除塵清灰氣壓系統聯絡運行后的運行數據試驗得知，由于清灰氣體輸送管路的加長，大大提高了清灰壓強系統的壓強穩定性，并且4臺羅茨風機中任意一臺工頻運行均可滿足4#，5#爐在絕大多數工況下的運行。如在2臺爐均帶180 MW負荷，并在煤質一般的情況下，1臺羅茨風機便可滿足2臺爐清灰的氣源要求。當2臺爐灰塵均較多的情況下，可以啟動2臺羅茨風機，這樣的電耗也僅僅同原運行方式相同。

假設因單臺鍋爐停爐檢修造成的4#，5#爐袋式除塵清灰氣壓系統分裂運行，或由于高負荷或煤質太差，而造成的同時啟動2臺羅茨風機，合計約100 d；4#，5#爐袋式除塵清灰氣壓系統聯絡運行，并且只啟動一臺羅茨風機可以滿足260 d的兩臺爐正常運行。由此計算，僅此一項便可節電約561 600 kW?h，經濟效益十分可觀。

三、結論

鄭州新力電力有限公司原4#，5#爐除塵采用的是電除塵器，當電除塵器出現故障時，只會影響除塵效果，而不會影響機組運行的安全可靠，其對機組的可靠性貢獻為1，即對機組運行無任何影響。

為了提高鍋爐排煙的除塵效率，改造為袋式除塵器，袋式除塵器相應的運行費用較高，增加了機組發電的成本。又由于增加了清灰壓強系統，清灰系統的可靠性就疊加到了機組的可靠性上，清灰系統的長時間停止運行可以導致機組停機。在原2臺爐分裂運行的情況下，清灰系統可靠性分別為99.994 95%和99.960 399%，而經過簡單改造后，清灰系統可靠性有了顯著提高，達99.999 999 98%，可將其看做是低概率事件，約等于1，基本不影響機組的安全運行。在提高了機組的可靠性的同時，通過運行實踐，筆者又發現可以帶來系統運行費用降低，每年至少節約561 600 kW?h的電力。

目前，火力發電廠的環保要求越來越高，而只有降低生產成本，才能使鄭州新力電力有限公司在激烈的電力市場競爭中處于有利地位，因此提高電廠設備的可靠性和經濟性迫在眉睫。只有各個專業技術人員從多渠道、多角度多想辦法，提高機組的經濟性指標，提高機組的運行可靠性，該公司的發電機組才能真正成為環保機組、經濟性機組。