煤的多聯(lián)產(chǎn)項目中高溫電除塵器的試驗研究

何毓忠，胡露鈞，何海濤

(浙江菲達環(huán)保科技股份有限公司，浙江 諸暨 311800)

煤炭是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱［1］，立足于我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，在發(fā)電行業(yè)里發(fā)展了多種清潔煤技術(shù)，其中以煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是確保我國未來可持續(xù)發(fā)展的方向之一［2］。國家《能源法》第三十九條指出“國家鼓勵發(fā)展熱、電、煤氣三聯(lián)供技術(shù)，提高熱能綜合利用率;發(fā)展和推廣流化床燃燒、無煙燃燒和氣化、液化等潔凈煤技術(shù)，提高煤炭利用效率”［3］。

煤經(jīng)過氣化、液化、熱解和燃燒等多種熱化學反應(yīng)可以得到熱能、電能或化學品［4］。普通電站鍋爐中的煤炭利用形式主要是直接燃燒，即將燃料中的碳、氫等氧化以產(chǎn)生熱能，進而轉(zhuǎn)化成電能，這種轉(zhuǎn)化方法效率低且污染嚴重，造成資源的較大浪費。如果能夠在煤燃燒之前，提取其中富氫成分作為優(yōu)質(zhì)燃料或高附加值化工原料，剩下的低品質(zhì)半焦通過燃燒產(chǎn)生熱量，用于供熱或發(fā)電，從而提高煤的利用效率。因此，國家鼓勵發(fā)展多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)以節(jié)約資源。

但是，由于多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的焦油中含有大量高溫煙氣粉塵，不利于焦油深加工，所以在焦油進入油水分離前需進行除塵以提高焦油品質(zhì)。通過調(diào)研和試驗表明，高溫電除塵器是合適的除塵設(shè)備，本文對于工況下的高溫電除塵器進行了試驗研究與分析。

1 高溫電除塵器試驗平臺搭建

1.1 確定本高溫電除塵器試驗平臺的整體方案

根據(jù)各相關(guān)專業(yè)專家及公司技術(shù)人員的計算和討論，確定本高溫電除塵器試驗平臺的整體方案，具體流程見圖1。

圖1 高溫電除塵器整體試驗方案圖

試驗應(yīng)用12 MW循環(huán)流化床鍋爐作為熱電氣焦油多聯(lián)產(chǎn)中試裝置。該裝置是利用循環(huán)流化床高溫循環(huán)灰作為熱載體來熱解原煤，產(chǎn)生焦油、煤氣和半焦，主要設(shè)計參數(shù)見表1。

1.2 高溫電除塵器概況

電除塵器的流通面積為10 m2，采用單室兩電場設(shè)計，試驗工況參數(shù)見表2。

表1 循環(huán)流化床鍋爐主要設(shè)計參數(shù)表

表2 試驗工況參數(shù)表

高溫電除塵器具體參數(shù)見表3。

表3 兩電場單室電除塵器具體參數(shù)表

1.3 試驗用高溫電除塵器的主要功能要求

1)控制電除塵器的運行溫度必須在380℃以上，這是因為煙氣中的主要成分為焦油，當煙氣溫度低于380℃時，氣態(tài)的焦油會結(jié)露析出。同時高溫電除塵器的材料必須保證能在500℃的溫度下長期可靠運行。

2)電除塵器必須充分考慮防爆。因為煙氣中含有大量煤氣，所以，要合理設(shè)計防爆門，同時嚴格控制漏風。

2 高溫電除塵器試驗研究

2.1 第一輪試驗

2010年12月中旬，電除塵器在常規(guī)燃煤煙氣工況和高溫煤氣工況下分別進行了試投運，在常規(guī)工況下電除塵器能正常運行，但在高溫煤氣工況時發(fā)生了短路報警，停爐后進入電除塵器進行仔細檢查。

2.1.1 問題檢查分析

依據(jù)現(xiàn)場情況，經(jīng)研究討論后認為，高溫電除塵器無法正常投運的原因主要是以下2個方面:

1)實際運行溫度超過設(shè)計溫度較多。此高溫電除塵器的設(shè)計運行溫度為420℃，沖擊溫度為500℃，而在運行時，實際溫度都在 550℃左右，最高達600℃。連續(xù)運行3天后，由于實際溫度大大超出設(shè)計溫度，使得電除塵器的陽極系統(tǒng)懸掛方管及進口氣流分布板等部件因膨脹間隙不足均產(chǎn)生了比較嚴重的變形。

2)高溫電除塵器進口含塵濃度高且黏性大。電場內(nèi)部整個空間積灰很多且附著油，特別在瓷套、瓷軸上更為嚴重，見圖2。由于灰體質(zhì)量輕易飄浮，且含碳量特別高，是引起電場短路的主因。另一方面，為降低煙氣溫度，在電除塵器前部煙道噴灑較多的水，使灰的黏性大大增加，導致電除塵器內(nèi)部積灰更為嚴重，見圖3。

圖2 瓷軸附油情況圖

圖3 電除塵器內(nèi)部積灰情況圖

2.1.2 應(yīng)對措施

結(jié)合系統(tǒng)實際運行情況以及高溫電除塵器在投運過程中出現(xiàn)的問題，對高溫電除塵器作了如下改進:

1)頂部瓷套及陰極振打傳動裝置瓷軸處設(shè)熱氣吹掃，以防止絕緣瓷件結(jié)灰短路。

2)適當增大振打錘頭，提高陰陽極振打加速度，以提高清灰效果。

3)根據(jù)現(xiàn)場外殼體實際密封情況，對所有可能漏風部位再次密封，確保外殼體等部位密封性良好。

4)內(nèi)保溫局部修復(fù)，頂部大梁內(nèi)保溫施工時，確保陽極懸掛梁有熱伸縮空間。

5)現(xiàn)場調(diào)整進、出口氣流分布板，以防止堵灰，同時保持氣流均勻性。

2.2 第二輪試驗

高溫電除塵器經(jīng)優(yōu)化整改后，在2011年3月再次開展了熱態(tài)調(diào)試工作。高溫電除塵器正常投運3天，調(diào)試期間共產(chǎn)生焦油約35 t。經(jīng)焦油品質(zhì)含塵量前后對比分析，專家評審討論初步確定高溫電除塵器除塵效率達到了90%以上。后因高溫電除塵器短路報警、放灰堵塞等原因停運，隨后多聯(lián)產(chǎn)停運。

這次投運時間雖然不算很長，卻有著重大意義，它表明在煤的多聯(lián)產(chǎn)中利用高溫電除塵器來除塵具有可行性。但從試驗結(jié)果看，此高溫電除塵器仍有很多待完善的地方。比如整個系統(tǒng)在操作規(guī)程的控制上要進一步加強，在相關(guān)配套要求以及高溫電除塵器本身運行可靠性和卸灰等方面需改進提升。

2.2.1 存在問題及解決方法

1)電場短路報警。主要原因分析:電場短路主要由于絕緣瓷件結(jié)油爬電、擊穿引起。根據(jù)現(xiàn)場溫度表顯示瓷套吹掃蒸汽溫度為300℃左右，電瓷轉(zhuǎn)軸在250℃左右，而焦油在380℃左右時就會析出，因此，絕緣瓷件結(jié)油主要是由于吹掃衡器溫度偏低，導致焦油析出造成的。

2)灰斗堵灰，卸灰不暢，見圖4。主要原因分析:a)原卸灰口徑為d200 mm，偏小。b)灰斗口下部天方地圓，無保溫和加熱，導致灰流動性下降，甚至結(jié)塊。c)電場頂部內(nèi)保溫有大塊脫落，造成堵塞。d)電場內(nèi)部結(jié)灰比較嚴重，尤其出口槽形板幾乎被堵塞。

圖4 灰斗堵灰情況圖

2.2.2 高溫電除塵器優(yōu)化方案

完善整改措施:

1)更換因結(jié)油爬電擊穿的絕緣瓷件。

2)控制吹掃蒸汽溫度在400℃以上，對管路漏點檢查堵漏以保證蒸汽流量。

3)卸灰閥更換為雙層氣動金屬雙閘板閥，卸灰口徑為d300 mm。

4)灰斗口下部天方地圓大小節(jié)增設(shè)保溫。

5)灰斗內(nèi)底部敷設(shè)不銹鋼板，以保證灰斗壁光滑增加灰的流動性及保持下部灰的溫度。

3 結(jié)論

通過高溫電除塵器的多次運行試驗可以看出，試驗項目在總體設(shè)計思路上是正確的。說明400℃以上的高溫工況下電除塵器只要選型得當，設(shè)計合理，運行流程嚴格按規(guī)程執(zhí)行，高溫電除塵器的除塵效率是能夠達到設(shè)計要求的。但在高溫工況下的電除塵器(特別是煤氣焦油工況下)，設(shè)計、制作、安裝調(diào)試、運行控制及運行可靠性等各個方面比常規(guī)電除塵器都有更高的要求，大規(guī)模工業(yè)推廣應(yīng)用還有待進一步試驗和研究。

［1］藺王萍.山西省煤炭行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展研究［J］.山西焦煤科技，2011，11(11):51－53.

［2］倪維斗，李 政，薛 元.以煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)能源系統(tǒng)－資源/能源/環(huán)境整體優(yōu)化與可持續(xù)發(fā)展［J］.中國工程科學，2000，2(8):59－68.

［3］中國政府門戶網(wǎng)站.中華人民共和國節(jié)約能源法［M/OL］.http://www.gov.cn/banshi/2005－08/31/content_68768.htm，［2005－08－23］.

［4］王勤輝，方夢祥，駱仲泱，等.煤的熱電氣焦油多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的研究與開發(fā)［J］.熱電技術(shù)，2010，1(105):1－5.