300MW燃煤機組電除塵器低排放改造實例

文 _ 吳勇文 福建龍凈環保股份有限公司

隨著我國工業及經濟的持續快速發展，大氣污染治理變得刻不容緩。2012年1月1日正式施行的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223-2011），使諸多火電廠必須針對性地進行提效改造，使其粉塵排放達到新標準的要求。

（2）原電除塵器進口氣流分布及均布較差，大部分極線極板變形、積灰嚴重，嚴重部位異極距只有60mm左右（標準200mm），運行狀況不理想，除塵效果差。

（3）原除塵器振打及極配形式的不合理。陰陽極振打方

1 工程概況

內蒙古某電廠1號鍋爐300MW燃煤機組于2007年4月投產，鍋爐采用美國ABB-CE公司技術設計制造的一次中間再熱、自然循環單爐膛、平衡通風汽包鍋爐，鍋爐爐后配套采用電除塵器及濕法脫硫設備。

1.1 煤質及飛灰分析

設計煤種為內蒙古錫林浩特勝利煤田西3號露天礦褐煤，校核煤種為錫林浩特勝利煤田西3號露天礦褐煤，其中煤質及灰分分析見表1。

1.2 原電除塵器的技術參數

每臺爐原配備兩臺電除塵器，各自有獨立的殼體，采用四電場結構。原電除塵器的主要技術數據見表2。

1.3 原電除塵器的主要問題

（1）原電除塵器在初始設計和制造上存在脫節，實際尺寸偏小于設計尺寸。單臺除塵器設計34個通道，實際是26個通道，設計有效高度12520mm,實際是14660mm，設計有效斷面積340㎡，實際有效斷面積是305㎡，每臺除塵器比設計小35㎡，兩臺除塵器共減少70,㎡這就導致除塵器的煙氣流速過高，除塵效率下降。式采用最原始繞臂錘頂部振打，而褐煤含水量高、粉塵粘性較大，原振打方式使振打加速度衰減較大，振打力得不到有效傳遞,清灰效果差；且放電極采用單根整體與極板高度一致的芒刺線,其整體強度差，在振打時會出現左右搖晃，導致二次電流及電壓不穩定，除塵效果不好。

表1 煤質及灰分分析

（4）原電除塵器實際出口排放大于原設計100mg/Nm3的排放要求, 已遠遠不能滿足國家新的粉塵排放標準要求。

（5）原電除塵器出口至引風機房前的凈距離約為5．2m，空間較大，具有擴容一個電場的位置空間。

1.4 電除塵器提效改造的要求

原電除塵器出口排放已無法滿足國家新的粉塵排放標準要求,必須進行提效改造，使改造后的電除塵器出口排放滿足≤30mg/Nm3的要求。用戶要求在保留原電除塵器的鋼支架、殼體等基礎上，拆除原有電除塵器內部陰陽極等部件，適當加高，利用現有場地進行適當擴容。電除塵器提效改造的設計要求如表3。

2 工程改造的分析

2.1 煤種的煤灰特性分析

（1）灰分含量

設計煤種灰分含量11．93%、校核煤種灰分含量15．20%，這樣的灰分水平在國內煤種中屬于中低水平。該項目除塵器入口含塵濃度小于25g/m3，比較適宜電除塵器對飛灰的捕集。

表2 原電除塵器的主要技術數據

（2）硫量、氫、水分含量

設計煤種含硫量為1．06%、校核煤種含硫量為1．27%。煤在鍋爐中燃燒時，硫高溫下大部分會轉化成二氧化硫，受燃燒工藝及鍋爐爐型等影響，常規情況下約有0．5%至1%的SO2轉化為SO3，而后再跟水反應生成H2SO4并吸附在飛灰上，進而較大降低粉塵比電阻。我國燃煤含硫量的變化范圍在0．11%～5．13%，本工程煤種的含硫量均高于國內煤種平均值，可有效降低飛灰比電阻，提高荷電除塵效率。

煤中的氫含量及水分含量越大，則煙氣生成的水分也越高。煙氣中水分含量越高，就會跟電子作用而形成重離子，降低電子的遷移速度，提高擊穿電壓，并會使粉塵表面比電阻降低。經計算本工程煤的煙氣中水蒸氣體積比在9%以上，相對較高，結合三氧化硫的效果能進一步降低飛灰比電阻。

（3）飛灰成分中的SiO2、Al2O3含量

SiO2和Al2O3都屬于飛灰中高熔點及導電性差的成分，是造成飛灰高比電阻的主要因素。該工程設計煤種SiO2+Al2O3的含量為67．21%，總體較低，說明其飛灰比電阻較低，較適合采用靜電除塵器收集；校核煤種的SiO2+Al2O3的含量達79．99%，屬于中等水平，電除塵只要加些特殊手段（如高頻或雙區等），完全能滿足低排放要求。

（4）飛灰成分中的Na2O、K2O含量

由于飛灰中Na2O與K2O都可增加飛灰體積導電，起到降低飛灰比電阻的作用，對電除塵有利。設計煤種的Na2O和K2O分別為1．08%、1．52%，校核煤種的Na2O和K2O分別為1．87%、1．46%，兩者含量都較高，且校核煤的含量會比設計煤更高一些，故都較適合采用靜電除塵器收集。

綜合以上對煤質及飛灰的分析研究，本工程使用煤種在運行時的飛灰比電阻值一般約在1011左右，屬于中低飛灰比電阻，是我國動力煤中較適宜電除塵器收塵的煤種。

2.2 電除塵器選型及結構方面的分析

（1）根據多依奇電除塵器效率公式（η=1-e-A/Q×ω）可知，充足的收塵面積是保證除塵效率的主要因素。本工程項目電除塵器入口粉塵濃度為21．98g/Nm3時，要求保證出口排放為30mg/Nm3，對應的除塵效率為99．86%，再加上實燒煤種的飛灰屬于較適宜電除塵器的收塵范圍，故提效改造首先是要保證改造后電除塵器有足夠的收塵面積。

表3 電除塵器提效改造的設計要求

本項目先考慮對原電除塵器內部所有部件進行拆除換新，并整體加高約1．5m，增加收塵面積；同時考慮到原電除塵器出口端約5m的場地空間，充分利用該位置新增第五電場，新增電場的電場有效長度為3．8m，增加收塵面積。采取這兩種措施后電除塵器的總收塵面積可比改造前增加約29%左右，這就為實現出口粉塵的低排放做了基礎的保證。

（2）由于第一電場的粉塵濃度最大，為了讓煙氣中的粉塵能夠充分的荷電，避免出現電暈封閉的現象，故第一電場改用高頻電源供電。高頻電源相比于常規工頻電源在純直流供電時輸出電壓紋波通常小于5%，閃絡電壓高，其運行平均電壓可達到常規工頻電源的1．3倍，運行電流可達到工頻電源的2倍，在相同的電場里可以輸入更多的功率，進而可以有效提高收塵效率，故特別適用于第一電場這種粉塵濃度相對較高的場合。

（3）為了在末級后電場更好捕集較高比電阻粉塵和細微粉塵，并且避免因粉塵層氣隙間高場強的擊穿而產生反電暈，以及更好捕集大量荷正離子的粉塵，新增第五電場采用機電多復式雙區技術（圖1）。該創新技術在電場結構設計方面，不但分開了粉塵的荷電區與收塵區，并且采用連續的兩個小雙區實行復式布置；同時在高壓配電上，荷電區采用60kV等級電源供電，收塵區采用80kV等級電源供電，進而讓荷電區與收塵區各小分區上的電氣運行條件最佳化。另外收塵區應用高場強的圓管-板式極配，圓管式電極不但可增加約4．5%左右的收塵面積，也實現了高電壓低電流的運行特性，有效提高了對末級電場細微粉塵和正離子粉塵的捕集，并對高比電阻粉塵條件下的反電暈發生及低比電阻粉塵條件下的粉塵二次反彈進行有效遏制，進而提高除塵效率。

（4）合理的極配型式

本項目改造選擇BE型板作為陽極板，選用CS針刺線作為陰極線。BE型板板具有較強的剛性，兩側折邊可阻止二次揚塵，且有利于振打清灰；CS陰極線不但放電強烈、電氣性能好，而且牢固可靠、不會斷線。

圖1 機電多復式雙區的極配示意圖

電場極配采用一板配二線的型式，通電時產生的電力線和板電流密度分布更為均勻，極板收塵表面積可利用充分，可盡量避免常規電除塵器一板配一線時電場死區的出現，抑制反電暈的發生，起到提高除塵效率的作用。

（5）陰陽極系統均采用頂部電磁振打技術

頂部電磁振打的振打加速度分布與極板極線的振打清灰要求相一致，故要實現電場內陰陽極的清灰要求只需要采用較小的振打強度，這樣就可防止局部區域過大的振打力造成二次揚塵及電極損壞。

同時電磁振打器布置在電除塵器頂部，塵外布置，其振打強度、頻率和順序均可按實際工況要求進行調節，靈活可靠。

陰極振打采用我司自有知識產權的吊打分開式剛性小框架結構，使振打配置靈活、著力點位置合理、傳力效率高，能有效地清除粘性較強的粉塵。

3 工程改造的總體方案

根據對內蒙古某電廠1號鍋爐300MW燃煤供熱機組現場的實地勘查，通過分析與研究現有的改造煙氣條件及場地條件，確定電除塵器提效改造工程方案為：

（1）在原電除塵器基礎上進行改造，拆除原有電除塵器內部所有部件并換新，整體加高約1．5m，保留原電除塵器的支架、灰斗、殼體等；

（2）在原電除塵器的出口端新增第五電場，新增第五電場的電場有效長度為3．8m，出口喇叭換新。

（3）第一電場的供電由原工頻電源改為高頻電源，新增末電場采用新型機電多復式雙區技術。

（4）電除塵器采用CS針刺線配BE型板的陰陽極系統，并采用一板配二線的極配型式；陰陽極振打均采用頂部電磁振打技術，陰極采用剛性小框架結構。

（5）電氣控制上各電場均采用復合式功率控制振打技術，實現欠電振打、斷電振打，緩解反電暈現象的發生，有利于清灰；并且采用“工況自動分析”、“反電暈自動檢測控制”和“節能控制”等軟件包，確保達到除塵效果最優、節能最佳。

經綜合應用以上改造措施后，內蒙古某電廠1號鍋爐300MW燃煤機組電除塵器改造工程的方案技術參數如表4。

4 工程改造的結果

內蒙古某電廠1號鍋爐300MW燃煤電廠電除塵器提效改造工程在歷經幾個月的生產安裝調試后順利進入正常投運，電除塵器運行總體可靠穩定。經測試單位對改造后電除塵器進行環保驗收測試，其出口粉塵濃度實測值為20．4mg/m3，滿足保證粉塵出口濃度≤30mg/m3的改造要求；其除塵效率實測值為99．93%，滿足保證除塵效率≥99．86%的改造要求。從粉塵出口排放和除塵效率的測試結果來看，本次電除塵器提效改造工程完成得很成功，改造后的煙囪出口排放效果非常好（圖2），從目視上來看也很干凈。

表4 電除塵器改造工程的方案技術參數

圖2 煙囪出口照片

5 結語

通過本次內蒙古某電廠1號鍋爐300MW燃煤電廠電除塵器提效改造工程的完成，驗證了電除塵器提效改造項目在煤灰特性分析、選型及結構分析等方面采取的技術措施完全符合工程實際需要，也可為以后類似的電除塵器提效改造工程提供借鑒的經驗。

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