煙塵排放綜合治理技術(shù)在某循環(huán)流化床機組的應(yīng)用研究

(湖南大唐節(jié)能科技有限公司，長沙 410000)

0 引 言

根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223-2011)，自2014年7月1日起，一般情況下粉塵排放濃度必需≤30 mg/m3，重點保護區(qū)則為≤20 mg/m3[1]。國家標準《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB 3095-2012)中，規(guī)定了一類區(qū)、二類區(qū)的PM2.5年平均濃度限值提[2]。這些標準都對除塵器的除塵效率提出了更高的要求。而隨著《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃》[3]的提出，為進一步降低燃煤機組煤耗，減少粉塵污染物的排放量，提高機組經(jīng)濟性，對除塵系統(tǒng)進行優(yōu)化改造研究具有重要意義。

針對如何有效地減少粉塵污染物的排放量，降低燃煤機組煤耗，提高機組經(jīng)濟性，國內(nèi)外的學(xué)者開展了大量的研究工作[4-15]。文中以某135 MW循環(huán)流化床機組為例，分析了機組煙塵排放濃度偏高的問題，提出了對機組進行除塵器高效電源及低低溫省煤器改造的煙塵排放治理方案，改造完成后，除塵效率提高，煙塵排放濃度顯著降低；除塵器入口煙溫降低，回收的煙氣余熱量巨大，節(jié)能效益顯著；除塵器高效電源改造后，電源節(jié)電效果顯著。

1 煙塵排放治理技術(shù)

1.1 機組概況

某135 MW循環(huán)流化床機組的鍋爐是由哈爾濱鍋爐廠設(shè)計生產(chǎn)的循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐為超高參數(shù)、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、自然循環(huán)、固態(tài)排渣鍋爐。鍋爐設(shè)計燃燒煙煤，現(xiàn)燃用煤質(zhì)改為全燒褐煤。

每臺鍋爐配套，雙室五電場BEL型靜電除塵器及氣力輸送設(shè)備，設(shè)備由福建龍凈環(huán)保股份有限公司設(shè)計并制造，除塵器出口煙塵濃度設(shè)計值≤50 mg/Nm3，滿足當時的環(huán)保排放標準要求。

1.2 系統(tǒng)存在的問題

由于該機組設(shè)計時間較早，受限于當時的設(shè)計和制造技術(shù)水平，煙塵的排放濃度值較高。2015年對滿負荷下的除塵器性能進行了試驗，主要指標見表1。

表1電除塵器性能試驗主要指標

項 目單位數(shù)值鍋爐負荷t/h440煙氣溫度℃155煙氣含氧量%4.5除塵器出口煙塵濃度mg/Nm349.5除塵器效率%99.83

由表1可知，電除塵器出口煙塵排放濃度雖然符合設(shè)計值，但超過當前國家排放標準。此外，該機組設(shè)計煤種為煙煤，實際燃用褐煤，導(dǎo)致鍋爐年平均排煙溫度為155 ℃，比鍋爐排煙溫度設(shè)計值127 ℃高28 ℃，導(dǎo)致煙塵的比電阻較大，影響了電除塵器的除塵效率。試驗所取灰樣的比電阻檢測結(jié)果見表2所示。飛灰比電阻達到1012的數(shù)量級，屬于高比電阻的飛灰。

表2灰樣比電阻檢測結(jié)果

溫度/℃灰樣1/Ω·cm灰樣2/Ω·cm252.27×10112.6×1011805.85×10111.03×10121008.51×10111.23×10121253.32×10121.85×10121508.58×10122.10×10121803.66×10129.50×1012

1.3 改造方案

針對除塵器煙塵排放濃度不滿足當前排放標準、入口煙氣溫度偏高的問題，提出了除塵器高效電源與低低溫省煤器改造相結(jié)合的煙塵排放治理方案，改造于2016年5月實施。

(1)除塵器高效電源改造

具體改造方案如下：

①將原一、二、三電場工頻電源替換成高頻電源，加強前電場粉塵的荷電能力，減輕后級電場的收塵壓力；將原四、五電場工頻電源替換成脈沖電源，克服高比電阻的粉塵反電暈，達到提高除塵器效率和節(jié)能的目標。高效電源改造參數(shù)見表3。

表3高效電源改造參數(shù)

類 型參數(shù)名稱單位設(shè)計值高頻電源額定電壓kV72額定頻率kHz40額定電流A1.2脈沖電源輸入電壓V380輸出脈沖頻率pps0～150輸出電壓調(diào)整范圍%0-100

一、二、三電場共更換高頻電源6臺，四、五電場共更換脈沖電源4臺。原一、二、三、四、五電場高壓柜改為適應(yīng)于高頻電源和脈沖電源的配電柜。

②保留原有除塵器五個電場的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，檢修調(diào)整內(nèi)部電場極間距；修復(fù)內(nèi)部已損壞的極線、振打傳動裝置等。

(2)低低溫省煤器改造

低低溫省煤器的技術(shù)原理是，在除塵器前布置低低溫省煤器，將煙氣溫度降低至90 ℃，回收的煙氣熱量在非供熱季加熱低加凝結(jié)水、供熱季加熱熱網(wǎng)水，其系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 低低溫省煤器系統(tǒng)圖

設(shè)計運行工況是，在非供熱季通過低加的凝結(jié)水回收煙氣余熱，將煙氣溫度由153 ℃降低至90 ℃，凝結(jié)水溫度則由65 ℃升高至112 ℃，凝結(jié)水流量270.2 t/h；

供熱季則通過熱網(wǎng)水回收煙氣余熱，將煙氣溫度由145 ℃降低至90 ℃，熱網(wǎng)水溫度則由65 ℃升高至95 ℃，熱網(wǎng)水流量316 t/h。非供熱季工況下的設(shè)計參數(shù)見表4所示。

表1低低溫省煤器設(shè)計參數(shù)

參數(shù)名稱單位設(shè)計值發(fā)電功率MW135煙氣量Nm3/h623 300換熱管外徑mm38換熱管壁厚mm4翅片型式/H型凝結(jié)水流量t/h270.2換熱器進口煙溫℃153換熱器出口煙溫℃90煙氣側(cè)阻力pa≤400

2 工程應(yīng)用及效果分析

2.1 運行結(jié)果

該循環(huán)流化床機組在進行煙塵排放治理技術(shù)改造后，于2016年7月15日開始投入運行，至今運行穩(wěn)定可靠。2016年8月10日對機組進行了性能試驗，性能試驗在131 MW負荷下進行，試驗結(jié)果顯示各項指標均達到設(shè)計要求。系統(tǒng)性能試驗的主要參數(shù)見表5。

表5性能試驗參數(shù)

在131 MW負荷下，低低溫省煤器改造后，煙氣側(cè)阻力增大380 Pa，系統(tǒng)熱媒水側(cè)阻力增加0.09 MPa。排煙溫度由155 ℃降至91 ℃，回收的煙氣余熱將凝結(jié)水由65 ℃加熱至113 ℃。

將一、二、三電場改造成高頻電源后，電場內(nèi)的輸入功率提高，可有效提高收塵效率；將四、五電場改造成脈沖電源后，通過提高電暈強大，克服反電暈，可進一步提高收塵效率。此外，排煙溫度的降低也有助于收塵效率的提高。改造完成后，煙塵排放濃度由49.5 mg/Nm3降低至25 mg/Nm3，除塵器效率提高至99.91%以上。

2.2 高效電源改造經(jīng)濟性分析

高效電源改造后，除塵器電源節(jié)電效果顯著，性能試驗結(jié)果見表6。

表6電源節(jié)電情況

項目名稱單位節(jié)約值一電場高頻電源kW·h/h20二電場高頻電源kW·h/h21三電場高頻電源kW·h/h20四電場脈沖電源kW·h/h49五電場脈沖電源kW·h/h50

高效電源改造完成后，可節(jié)約用電160 kW·h/h，按年運行小時數(shù)5 500 h、負荷率0.7計算，每年節(jié)約電量為61.6萬kW·h。按電價0.5元/(kW·h)計算，每年節(jié)約電量收益為30.8萬元。

2.3 低低溫省煤器改造經(jīng)濟性分析

根據(jù)機組參數(shù)，依據(jù)等效焓降法原則，對低低溫省煤器進行了經(jīng)濟性分析，計算結(jié)果見表7。

表1經(jīng)濟性計算

參數(shù)名稱單位設(shè)計值機組熱耗率kJ/ (kW·h)8 162.7發(fā)電功率MW131機組汽耗率kg/(kW·h)2.948

續(xù)表1

參數(shù)名稱單位設(shè)計值汽輪機進汽量t/h440汽輪機機電效率%98鍋爐效率%92管道效率%99機組熱耗率減少量kJ/(kW·h)81.1節(jié)約標煤量g/(kW·h)3.08真空降低kPa0.05真空降低多耗標煤量g/(kW·h)0.15凝結(jié)水泵多耗標煤量g/(kW·h)0.08煙氣阻力增加多耗煤g/(kW·h)0.05總節(jié)煤量g/(kW·h)2.8

對該循環(huán)流化床機組，投運低低溫省煤器后，非供熱季工況下，排煙溫度降低64 ℃，節(jié)約機組標煤耗2.8 g/(kW·h)，按年運行小時數(shù)2 300 h、負荷率0.7、標煤單價450元/噸計算，年節(jié)煤量608.6 t，節(jié)約標煤收益27.4萬元/年。

供熱季工況下，可回收熱量47 GJ/h，按照年運行小時數(shù)3 200 h、負荷率0.9、熱量單價15元/GJ計算，回收熱量可帶來收益203萬元/年。

2.4 綜合效益分析

改造完成后，每年可帶來節(jié)電收益30.8萬元，節(jié)約標煤收益27.4萬元，回收熱量收益203萬元，共計261.2萬元/年。

此外，隨著除塵效率的提高，每年還可有效減少煙塵的排放量47t，環(huán)保效益顯著。

3 結(jié)束語

文中以某循環(huán)流化床機組為例，分析了機組存在的煙塵排放濃度偏高問題，提出了高效電源和低低溫省煤器相結(jié)合的煙塵排放治理改造方案，并對改造后的經(jīng)濟性進行了分析，得出以下結(jié)論：

(1)除塵效率顯著提高，由99.83%提高至99.91%，煙塵排放濃度由49.5 mg/Nm3降低至25 mg/Nm3，環(huán)保效益顯著。

(2)除塵器電源節(jié)電效果顯著，每年可節(jié)約電量61.6萬kW·h；

(3)可大幅降低除塵器入口排煙溫度，相比于改造前，非供熱季排煙溫度降低64 ℃，節(jié)約機組標煤耗2.8 g/(kW·h)，節(jié)能潛力巨大；供熱季回收熱量47 GJ/h，熱量回收效果顯著。

(4)改造完成后，每年節(jié)電、節(jié)煤、熱量回收收益共計261.2萬元，煙塵的排放量每年減少47 t。