高飛灰比電阻燃煤機組超低煙塵排放技術的開發(fā)應用

聶濤

（國家電投集團河南電力有限公司平頂山發(fā)電分公司，河南 平頂山467312）

某火電廠1000MW 機組配套鍋爐為東方鍋爐（集團）股份有限公司DG3000/26.15-Ⅱ1 型，超超臨界參數(shù)變壓直流爐、一次再熱、平衡通風、露天島式布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構、對沖燃燒方式，Π 型鍋爐。燃煤為平頂山混煤，收到基灰分在40%左右，電除塵器入口煙塵濃度（干煙氣）為51.55 g/Nm3?；曳种锌芍狽a2O≤0.4%且（Al2O3+SiO2）≥90%，屬于電除塵器難以除去的灰分，飛灰比電阻在120℃為2×1012。在2014年前，超低排放技術路線均采用濕式電除塵器方案，對于高灰分高飛灰比電阻的火力發(fā)電機組尚無超低排放的先例。僅靠常規(guī)超低排放改造技術路線無法達到超低排放的標準。

1 除塵器改造技術方案選擇

電除塵飛灰的荷電量與飛灰直徑的平方成正比，在靜電除塵器的第一電場捕獲收集的是顆粒比較大的粗灰，實踐表明飛灰捕獲效率約70～80%。未被第一電場捕獲的細灰，具有比電阻高、表面積大等特點，荷電困難，一般需要再增加2～3 個電場。去除細灰的電場需要選用不同粗灰電場的極配型式和不同的極距，這種用靜電除塵器去除微細粉塵是非常不經濟的，不符合節(jié)能減排的總體要求[1]。

圖1 粉塵荷電前后粒徑變化情況

我國燃煤電廠使用布袋除塵器時間不長，布袋除塵器的濾袋壽命分布還未表現(xiàn)出普遍規(guī)律。從投運時間較長的布袋除塵器運行情況分析，有的電廠濾袋能夠達到保證使用壽命30000小時，但個別布袋甚至使用1 年或幾個月就需要更換，濾袋平均使用壽命尚難推定。1000MW 級機組布袋除塵器當時國內沒有運行業(yè)績，且由于處理煙氣量過大，除塵器流場均布存在一定的難度，實際運行時設備阻力易急劇增加，導致煙風系統(tǒng)阻力不可控，對風機的選型及運行維護造成一定的困難。布袋除塵器在設計、制造、安裝、調試、檢修、運行管理等方面均有相對較高的要求，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會導致布袋除塵器質量和除塵效果的快速下降，甚至布袋的大面積破損，造成主機降負荷運行。

電- 袋復合除塵器對飛灰的去除過程為：鍋爐飛灰經尾部煙道首先進入電除塵器，通過電除塵作用大約70～80%煙氣中的粉塵在電場內荷電被收集下來，剩余20%～30%的細粉塵繼續(xù)向前流向布袋除塵器，在布袋除塵器前的裝有均流裝置，使煙塵較均勻地進入布袋收塵區(qū)收塵室。含塵煙氣通過濾袋，在濾袋作用下大部分粉塵被阻隔收集，煙氣從濾袋的內腔流出后已經非常干凈了，潔凈煙氣通過凈化室，排風管，從袋式除塵器出口排出，流向煙氣脫硫裝置。實踐證明，電- 袋復合除塵技術融合了靜電除塵和濾袋除塵兩種除塵機理，在除塵的不同階段應用了不同除塵技術的優(yōu)點，不僅提高了除塵效率，而且減少了除塵能耗[2]。

為滿足電廠煙囪出口粉塵排放＜5mg/Nm3的限值要求，根據(jù)目前（2014 年）國內火力發(fā)電廠在除塵系統(tǒng)提效改造方面的應用情況，結合該廠的煤質資料、原有靜電除塵器的性能測試報告數(shù)據(jù)及場地布置情況，除塵器的改造方案選用電- 袋復合式除塵器。

為了充分利舊原有靜電除塵器，采用整體式電袋結構，保留一、二電場電除塵功能，將三、四、五電場改造為袋式除塵器，對保留的第一，二電場進行恢復性大修，損壞的極板、極線、振打裝置進行更換，使其充分發(fā)揮預除塵及荷電作用，實現(xiàn)除塵效率≥93%。將原有兩電場的高壓電源改為高頻電源。拆除原第三、四、五電場陰陽極、振打系統(tǒng)和高壓設備，其空間布置濾袋區(qū)，采用高效的低壓行脈沖噴吹，并優(yōu)選4 寸淹沒式脈沖閥，（淹沒式脈沖閥可確保其在低溫環(huán)境下穩(wěn)定運行），保證清灰系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。優(yōu)化除塵器進口煙道布置，并進行專業(yè)的CFD 氣流分布數(shù)值計算及模擬試驗，在所需部位設置氣流分布裝置。采用進口（PPS+PTFE）混紡+PTFE 基布+PTFE 浸漬超凈濾袋過濾技術，配合多維氣流分布技術，確保除塵效率由原設計的99.80%提高到99.98%以上，煙塵排放濃度不高于10mg/Nm3。

圖2 超低排放改造流程圖

2 脫硫塔改造方案

將脫硫塔加高，增加一層噴淋層，增加一層除霧器，加裝雙向整流裝置。吸收塔增設壁環(huán)及雙相整流裝置，雙相整流裝置按照脫硫效率不低于10%設計，同時兼?zhèn)涑龎m功能，并對由此引起的附

屬系統(tǒng)進行改造。改造后SO2排放濃度≤35mg/Nm3，粉塵排放濃度＜5mg/Nm3。增加雙相整流裝置后，保留現(xiàn)有4 臺8600m3/h 的循環(huán)泵及最下方三層噴淋層，更換最上層噴淋層，再新增加一層噴淋層及循環(huán)泵，總共五層噴淋層，新增循環(huán)泵流量為10800m3/h，更換噴淋層間距2.0m，新增噴淋層間距2.2m。將吸收塔原有最頂層噴淋層以上部位切斷，原有二級屋脊式除霧器及頂部塔體保留并向上頂升，在原有二級屋脊式除霧器下方新增加一級屋脊式除霧器，原有一級管式除霧器移位安裝到新增噴淋層上方位置。除霧器高度由原有2.5m 增加到5m。為減少石膏雨發(fā)生的可能性，最上一層噴淋層到除霧器的距離從1.8m 提高到2.5m。吸收塔塔徑不變，循環(huán)停留時間3.8 分鐘，根據(jù)計算需增高吸收塔漿液池高度2m。吸收塔本體（不包括頂部出口段）總高度由原有的29m 增加到36.6m，共7.6m，其中漿液池高度提高2m，噴淋層及除霧器段提高5.6m。

圖3 沸騰式泡沫脫硫除塵一體化技術的主要構成

3 工程實施效果

電袋除塵器改造后，經實際測量與統(tǒng)計，煙囪出口煙塵濃度（氧量修正后）在3.5mg/Nm3左右，達到了設計目標。除塵器增加袋區(qū)電耗0.07%、脫硫系統(tǒng)煙氣系統(tǒng)廠用電率增加0.04%，但同步進行引增合一并優(yōu)化風機參數(shù)，風機整體效率較改造前提高20%，整體計算廠用電率降低0.09%。

4 經驗總結

該電廠充分利用電除塵和袋式除塵器的各自優(yōu)點較好的解決了純靜電除塵器對高比電阻、高Al2O3粉塵收集成本高的的難題，節(jié)電10%左右，同時解決了袋式除塵器煙氣前后差壓、運行阻力高的問題，有效減少了主要耗能設備風機功率消耗，降低了廠用電率。因袋式除塵量大大減少，降低了袋式除塵器清灰頻率高，相對提高了主要除塵耗材濾袋的使用壽命，降低了運行維護費[2]。

圖4 改造后，煙囪出口煙塵濃度實時曲線，數(shù)值冒尖的曲線為煙塵儀吹掃狀態(tài)

因為除塵效果最終會通過煙塵儀顯示出來，在對工藝設備和流程進行改造時要同時考慮好熱工儀表的改造，不然會功虧一簣。在本次改造過程中環(huán)保數(shù)據(jù)采集、傳送的變送器、熱工儀表等原設計量程較大，超低排放改造后數(shù)據(jù)較小，因此顯示不準確。這些表計在環(huán)保數(shù)據(jù)日益重要的當今顯得尤為重要，不僅貴重而且供貨周期長，設計階段多有遺漏，對工程后期較為不利，因此需提前認真對比采購。對于重要環(huán)保儀表電源，建議采用兩路UPS 電源或一路UPS 電源和一路保安電源。重要環(huán)保測點（如煙囪出口粉塵儀等）建議采用兩冗余和三冗余配置。環(huán)保設備需要經常檢修和維護，因此要設計完善的檢修平臺，煙囪內的環(huán)保測點要設計電梯。提前規(guī)劃和高標準建設好各類第三方環(huán)保監(jiān)測平臺。如環(huán)保局的環(huán)保數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺、集團公司的環(huán)保數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺、省電網(wǎng)公司環(huán)保數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺。這類平臺需超前規(guī)劃，數(shù)據(jù)采集、電廠側平臺、數(shù)據(jù)傳送通道等一次性建好。