645MW級燃煤機組除塵器優(yōu)化改造

文 // 單娟娟 王妮妮 山東電力工程咨詢院有限公司

為控制火電廠污染物排放，國家環(huán)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(biāo)準(zhǔn)》，要求標(biāo)準(zhǔn)實施之日前已投產(chǎn)機組自2014年7月1日起執(zhí)行火力發(fā)電燃煤鍋爐煙塵排放小于30mg/Nm3，重點地區(qū)小于20mg/Nm3。山東省地方標(biāo)準(zhǔn)DB37/664-2013《山東省火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，2017年煙塵排放濃度將執(zhí)行20mg/Nm3的標(biāo)準(zhǔn)。

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(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，空預(yù)器為三分倉的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)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(zhì)與原有設(shè)計煤質(zhì)差別較大，煤源來源不穩(wěn)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(huán)保要求，需要進行電除塵器優(yōu)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(zhì)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(fēng)機入口煙氣量參數(shù)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(shè)計效率（設(shè)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(jié)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?？紤]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。

表1 煤質(zhì)資料分析表

表2 煙氣量參數(shù)

3.1 電除塵器改造適應(yīng)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(shù)分析結(jié)果可得：正常運行情況下，設(shè)計煤種和校核煤種的飛灰化學(xué)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(shù)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(jié)能的效果，主要考慮采用以下幾種技術(shù)改造方案。

3.2.1 電袋除塵器技術(shù)

電袋除塵技術(shù)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(tǒng)的電除塵和袋式除塵技術(shù)的優(yōu)點。相對于常規(guī)的靜電除塵器，電袋復(fù)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(xiàn)微量排放，排放濃度可長期穩(wěn)定在30mg/Nm3以下。

3.2.2 濕式靜電除塵器（WESP）技術(shù)

WESP是在濕法脫硫吸收塔后設(shè)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(shù)（簡稱低低溫技術(shù)）

低低溫技術(shù)是通過在除塵器前安裝煙氣換熱裝置（簡稱低低溫設(shè)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(jié)能的目的。

3.2.4 轉(zhuǎn)動極板電除塵技術(shù)

轉(zhuǎn)動極板電除塵器的工作原理與傳統(tǒng)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(shù)的一種技術(shù)延伸。一般是將末級電場的陽極板改造成可以旋轉(zhuǎn)的形式，將傳統(tǒng)的振打清灰改造為旋轉(zhuǎn)刷清灰，當(dāng)極板旋轉(zhuǎn)到電場下端的灰斗時，清灰刷在遠(yuǎn)離氣流的位置把板面的粉塵刷除，達到比常規(guī)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(zhuǎn)動極板電除塵技術(shù)主要優(yōu)點有：（1）有效消除二次揚塵

極板清灰憑借設(shè)置在極板下端的清灰刷在遠(yuǎn)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(fā)生二次揚塵。

（2）有效消除反電暈

采用移動電極技術(shù)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(xù)的粉塵層，便徹底消除了由于氣隙擊穿所引發(fā)的反電暈，有效改善收塵環(huán)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(xiàn)象

移動電極除塵器的陽極為雙面平滑設(shè)計，水平布置，在極板側(cè)不會發(fā)生擾動性紊流，保證荷電粉塵快速趨極。

表3 電除塵器本體技術(shù)改造方案對比

（5）檢修工作量小

移動電極除塵器與常規(guī)靜電除塵器相比，可以在一個或多個大修期內(nèi)免維護。

該工程若采用轉(zhuǎn)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(fēng)機無需改造；運行維護費用低。

3.3.5 技術(shù)方案比較

針對該工程，對以上提出的幾種除塵器本體技術(shù)方案進行比較，結(jié)果見表3。

以上幾種技術(shù)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(fēng)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(shù)在國內(nèi)尚處于起步階段，未知因素過多，應(yīng)用風(fēng)險性很高，且針對本期工程沒有布置場地；轉(zhuǎn)動極板電除塵技術(shù)作為一種成熟的技術(shù)方案，可以滿足除塵器出口含塵濃度≤30mg/Nm3的，且引風(fēng)機壓頭滿足要求，因此從除塵器本體技術(shù)上宜采用轉(zhuǎn)動極板除塵器技術(shù)。

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(shù)

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(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，擬在機組空預(yù)器后至電除塵前的煙道內(nèi)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(shè)計煤種煙氣酸露點經(jīng)計算約為95℃），即安裝低溫省煤器。經(jīng)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(jīng)計算機組THA工況運行時，可節(jié)約發(fā)電標(biāo)煤耗約1.05g/kWh，增加投資5.77年可以回收。

表4 電除塵器參數(shù)表

5 改造方案

該機組除塵器優(yōu)化改造采用低溫省煤器加高頻電源和轉(zhuǎn)動極板電除塵技術(shù)。對當(dāng)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(shè)相應(yīng)的凝結(jié)水系統(tǒng)。

（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(zhuǎn)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(tǒng)、陰極系統(tǒng)及所有的振打系統(tǒng)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(diào)整。

（5）引風(fēng)機系統(tǒng)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(yīng)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(shù)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(jié)果表明在機組負(fù)荷640MW、鍋爐蒸發(fā)量1772t/h、燃煤量255t/h、高頻電源全功率旋轉(zhuǎn)極板運行工況下，除塵器出口濃度平均為26.12mg/Nm3，滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)≤30mg/Nm3的要求。并且引風(fēng)機壓頭滿足要求，還同步使用高頻電源技術(shù)使其更加節(jié)能。此外，為促進節(jié)能減排，充分進行余熱利用，在除塵器進口的水平煙道設(shè)置低溫省煤器。改造后節(jié)能減排效果比較明顯。