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大型超凈電袋復(fù)合除塵器在劣質(zhì)煤機(jī)組
的應(yīng)用
福建龍凈環(huán)保股份有限公司 陳奎續(xù)
摘要 以實(shí)現(xiàn)煙塵超低排放的河南平頂山發(fā)電分公司2×1030MW機(jī)組配套的超凈電袋復(fù)合除塵器為研究對(duì)象,分析超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)原理和措施,并介紹該工程具體的工藝方案,通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果和長(zhǎng)期CEMS在線數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì),系統(tǒng)驗(yàn)證超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)在燃燒劣質(zhì)煤的大型機(jī)組上應(yīng)用的可行性和穩(wěn)定性,也驗(yàn)證了以超凈電袋,不上濕式電除塵實(shí)現(xiàn)煙塵超低排放工藝技術(shù)的可行性。
關(guān)鍵詞 超凈電袋 劣質(zhì)煤電廠 大型化
1前言
近年來,我國(guó)大氣污染形勢(shì)日趨嚴(yán)峻,隨著《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020年)》(發(fā)改能源[2014]2093號(hào))及地方“超低排放”控制政策的相繼出臺(tái),在環(huán)境保護(hù)、減排目標(biāo)與發(fā)展需求的三重壓力下,電力行業(yè)積極開展適應(yīng)超低排放的發(fā)展戰(zhàn)略研究和環(huán)保科研攻關(guān),并逐步開展超低排放的工程示范。2015年12月11日環(huán)保部等三部委聯(lián)合下發(fā)《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》,標(biāo)志著燃煤電廠污染物減排全面進(jìn)入“超低排放”階段[1]。
在超低排放實(shí)施初期,煙塵控制一般采用以濕式電除塵技術(shù)為核心的技術(shù)路線,由于濕式電除塵器一定程度上增加了環(huán)保投資以及廠用電率,行業(yè)普遍認(rèn)為在統(tǒng)籌考慮節(jié)能與減排雙重目標(biāo),同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性的前提下,實(shí)現(xiàn)燃煤電廠超低排放的難度較大。因此,超低排放技術(shù)率先在優(yōu)質(zhì)煤電廠實(shí)施工程示范。
濕式電除塵器不僅存在上述缺點(diǎn),還存在占地面積大、改造周期長(zhǎng)、部件易被腐蝕,廢水需二次處理等弊端。為此,我國(guó)環(huán)保企業(yè)在總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)出超凈電袋技術(shù),旨在不加裝濕式電除塵器的條件下,簡(jiǎn)化工藝路線,實(shí)現(xiàn)煙塵的超低排放,同時(shí),解決劣質(zhì)煤電廠在保證經(jīng)濟(jì)性的前提下實(shí)現(xiàn)煙塵超低排放的問題。本文以河南平頂山發(fā)電分公司2×1030MW機(jī)組配套的超凈電袋除塵器為例,介紹其工藝方案、技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),并通過分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果和長(zhǎng)期CEMS在線數(shù)據(jù),系統(tǒng)驗(yàn)證超凈電袋技術(shù)在燃燒劣質(zhì)煤的大型機(jī)組上應(yīng)用的可行性和可靠性,也充分驗(yàn)證了以超凈電袋為核心,不上濕式電除塵實(shí)現(xiàn)煙塵超低排放的工藝技術(shù)的可行性
2超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)
2.1 技術(shù)原理
超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)是指出口煙塵排放濃度<5或10mg/Nm3,實(shí)現(xiàn)超低排放的電袋復(fù)合除塵器,也是一種不上濕電而簡(jiǎn)化煙氣系統(tǒng)的超低排放工藝技術(shù)。它具有出口煙塵濃度不受煤質(zhì)、飛灰成分變化影響,出口煙塵濃度低且穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),其濾袋使用壽命長(zhǎng),運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用低,能夠保證長(zhǎng)期高效穩(wěn)定運(yùn)行。從原理上看,超凈電袋復(fù)合除塵器是在常規(guī)電袋復(fù)合除塵器的基礎(chǔ)上進(jìn)一步技術(shù)創(chuàng)新、升級(jí)發(fā)展而來的。電袋復(fù)合除塵器是將靜電除塵和過濾除塵機(jī)理有機(jī)結(jié)合的復(fù)合除塵技術(shù),它充分利用前級(jí)電場(chǎng)收塵效率高和顆粒荷電的特點(diǎn),大幅降低進(jìn)入濾袋區(qū)煙氣的含塵濃度,降低了濾袋過濾負(fù)荷,避免粗顆粒對(duì)濾袋沖刷造成磨損,并利用荷電粉塵過濾機(jī)理而提升設(shè)備的綜合性能[2,3,4]。
2.2 技術(shù)措施
與常規(guī)的電袋復(fù)合除塵器相比,超凈電袋需采取如下主要技術(shù)措施[4]:(1)電區(qū)與袋區(qū)好優(yōu)耦合匹配,根據(jù)煤質(zhì)條件選取電區(qū)和袋區(qū)關(guān)鍵參數(shù),確定濾袋區(qū)不錯(cuò)的入口粉塵濃度值,使電區(qū)與袋區(qū)好優(yōu)耦合,并且技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不錯(cuò)。(2)強(qiáng)化顆粒荷電,提高電區(qū)可靠性。首先,采用高放電性能、高場(chǎng)強(qiáng)的電區(qū)極配型式,提高顆粒荷電以及電場(chǎng)區(qū)除塵效率。其次,采用前后小分區(qū)供電技術(shù),提高電區(qū)可靠性。(3)采用高精過濾濾料。在工業(yè)生產(chǎn)中,在相同條件下,濾料的過濾精度高低依次為PTFE覆膜濾料、超細(xì)纖維梯度濾料、普通濾料。PTFE覆膜濾料是當(dāng)前精度高的過濾濾料,其次為超細(xì)纖維梯度濾料,兩者均屬于高精度過濾濾料,是超低排放電袋復(fù)合除塵器濾料的不錯(cuò)。濾料過濾精度越高,電袋復(fù)合除塵器實(shí)現(xiàn)超低排放就越可靠,適應(yīng)工況變化能力也越強(qiáng),而且中長(zhǎng)期運(yùn)行阻力更低更平穩(wěn)。(4)高均勻性氣流分布。在原電袋復(fù)合除塵器氣流分布均勻的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步地細(xì)分,精細(xì)化設(shè)計(jì)流場(chǎng)和氣流分布,使電袋復(fù)合除塵器內(nèi)氣流分布達(dá)到高均勻性(即超凈電袋袋區(qū)各室流量均勻性相對(duì)偏差小于3%)。此外,還需在設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)。主要措施包括取消旁路結(jié)構(gòu)、保證除塵器的密封性、加強(qiáng)濾袋加工質(zhì)量監(jiān)控、加強(qiáng)花板安裝密封性等。
3工程概況
3.1機(jī)組情況
河南平頂山發(fā)電分公司位于我國(guó)中部地區(qū),屬于《重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》劃定的一般控制區(qū),執(zhí)行GB13223-2011中表1的要求。一期工程建設(shè)2×1030MW超超臨界燃煤機(jī)組,分別于2010年11月和12月投產(chǎn)。本次超低排放改造機(jī)組為1號(hào)機(jī)組,燃用煤種為山西長(zhǎng)治貧煤,煤質(zhì)分析及飛灰特性分析如表1所示,設(shè)計(jì)煙氣量為1667010Nm3/h。從表1可以看出,機(jī)組燃用煤種的灰分較大,高達(dá)39.78%,并且飛灰中SiO2和Al2O3含量較高,比電阻較大。
表1 煤質(zhì)分析
檢 測(cè) 項(xiàng) 目 | 符 號(hào) | 單 位 | 實(shí)際煤種 |
全水分 | Mt | % | 7.50 |
空氣干燥基水分 | Mad | % | 1.37 |
收到基灰分 | Aar | % | 39.78 |
干燥無灰基揮發(fā)分 | Vdaf | % | 37.58 |
收到基碳 | Car | % | 42.36 |
收到基氫 | Har | % | 3.43 |
收到基氮 | Nar | % | 0.83 |
收到基氧 | Oar | % | 5.84 |
全硫 | St.ar | % | 0.26 |
收到基低位發(fā)熱量 | Qnet,v,ar | MJ/kg | 16.64 |
表2 飛灰特性分析
項(xiàng)目 | 單位 | 含量 |
SiO2 | % | 64.08 |
Al2O3 | % | 27.15 |
Fe2O3 | % | 3.57 |
CaO | % | 1.06 |
MgO | % | 0.50 |
Na2O | % | 0.41 |
K2O | % | 0.76 |
TiO2 | % | 1.32 |
SO3 | % | 0.84 |
MnO2 | % | 0.011 |
其他 | % | 0.299 |
飛灰比電阻值 | ||
溫度18℃時(shí) | Ω.cm | 6.20×109 |
溫度80℃時(shí) | Ω.cm | 1.20×1010 |
溫度100℃時(shí) | Ω.cm | 1.50×1011 |
Ω.cm | 1.25×1012 | |
Ω.cm | 3.60×1011 | |
Ω.cm | 4.8×1010 |
3.2 原煙塵控制措施
本工程原煙塵控制措施為三室五電場(chǎng)靜電除塵器,比集塵面積104.6m2/m3/s,保證除塵效率99.8%,除塵器出口煙塵排放濃度長(zhǎng)期在100mg/m3以上。因此,1號(hào)機(jī)組進(jìn)行了低低溫除塵改造,在除塵器前加裝低低溫省煤器,其設(shè)計(jì)溫降30℃,除塵器入口煙氣溫度95℃。在低溫省煤器退出運(yùn)行時(shí),電除塵器入口煙氣溫度年平均120℃,高達(dá)135℃。由于1號(hào)機(jī)組除塵器入口煙塵濃度較大,因此,在低低溫除塵改造后,除塵器出口的煙塵排放濃度在60mg/m3以上,仍不滿足設(shè)計(jì)要求。隨著《河南省2014-2020年煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃》的頒布,電廠好終決定對(duì)原低低溫電除塵器進(jìn)行基于超凈電袋技術(shù)、不上濕電的煙塵超低排放改造。
3.3 超凈電袋技術(shù)改造方案
本工程采用超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)對(duì)原有電除塵器進(jìn)行改造,于2015年6月完成,為兩電三袋方案。主要改造措施如下:
(1)保留原鋼支架、殼體、灰斗、進(jìn)口喇叭、一、二電場(chǎng)。原除塵器三、四、五電場(chǎng)掏空,將原電除塵器改造為兩電三袋電袋復(fù)合式除塵器。對(duì)一、二電場(chǎng)電除塵進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目大修,對(duì)陰陽極振打系統(tǒng)進(jìn)行徹底修復(fù),滿足安全運(yùn)行要求,其中陰極振打大小針輪全部進(jìn)行更換。陰極系統(tǒng)采用前后分區(qū)供電方式,原整流變利舊。第三、四、五電場(chǎng)空間改造為長(zhǎng)袋中壓脈沖行噴吹袋式除塵區(qū)。
(2)對(duì)一、二電場(chǎng)除塵參數(shù)(充電比、振打間隔)進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整(原鍋爐負(fù)荷信號(hào)已接入控制室),對(duì)于袋區(qū)噴吹時(shí)間進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化。
(3)通過CFD對(duì)除塵器入口煙道進(jìn)行氣流均布實(shí)驗(yàn),調(diào)整并更換入口均流板,以保證除塵器入口煙氣量、流速分配均勻,經(jīng)冷態(tài)調(diào)整后,保證除塵器入口煙氣通道好煙氣量差值(按穩(wěn)定截面網(wǎng)格法測(cè)試)小于3%。
增加改造方案,如高精濾袋、匹配技術(shù)、流場(chǎng)分布云圖等。
表3 主要技術(shù)參數(shù)表
序號(hào) | 項(xiàng) 目 | 單位 | 參數(shù)· |
一 | 電袋復(fù)合除塵器性能參數(shù) | ||
1 | 入口煙氣量(好工況) | m3/h | 5889400 |
2 | 煙氣溫度 | ℃ | ≤165 |
3 | 除塵器入口煙塵濃度 | g/m3 | 53.8 |
4 | 除塵器出口煙塵濃度 | mg/m3 | ≤10 |
5 | 本體總阻力(正常/好) | Pa | ≤1050(濾袋壽命終期) |
6 | 本體漏風(fēng)率 | % | ≤1.8 |
二 | 電場(chǎng)區(qū)技術(shù)參數(shù) | ||
1 | 電場(chǎng)列數(shù) | 列 | 1 |
2 | 電場(chǎng)室數(shù) | 室 | 6 |
三 | 濾袋區(qū)技術(shù)參數(shù) | ||
1 | 總過濾面積 | m2/臺(tái) | 97715 |
2 | 過濾速度 | m/min | ~1.0 |
3 | 濾袋材質(zhì) | (PPS+PTFE)混紡+PTFE基布 | |
4 | 電磁脈沖閥規(guī)格型號(hào) | 淹沒式 /4英寸 | |
5 | 耗氣量 | m3/閥次 | 1.0 |
4測(cè)試結(jié)果與分析
1#2#機(jī)組超凈電袋分別于2015年5月、8月成功投運(yùn),設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定,清灰周期長(zhǎng)達(dá)18小時(shí),性能優(yōu)越。河南電力科學(xué)研究院2015年7月對(duì)1#爐進(jìn)行了熱態(tài)性能測(cè)試。
4.1 測(cè)點(diǎn)布置
在超凈電袋除塵器進(jìn)出口與煙囪出口進(jìn)行煙塵以及煙氣排放參數(shù)(流速、溫度、壓力、濕度、含氧量)進(jìn)行測(cè)試。其中,除塵器進(jìn)口采樣布置在其6個(gè)水平煙道上,各布置5個(gè)測(cè)孔,每個(gè)測(cè)孔5個(gè)測(cè)點(diǎn),共150個(gè)測(cè)點(diǎn);出口同樣布置150個(gè)測(cè)點(diǎn);煙囪出口采樣點(diǎn)布置在煙囪內(nèi)距地面60m高的圓形煙道上,呈90°設(shè)置兩個(gè)測(cè)孔,每個(gè)測(cè)孔16個(gè)測(cè)點(diǎn)。
4.2 測(cè)試儀器與方法
在超凈電袋除塵器的進(jìn)出口采用嶗應(yīng)3012H型托管平行自動(dòng)型煙塵測(cè)試儀測(cè)量斷面上的上述煙氣參數(shù),并對(duì)煙塵進(jìn)行等速采樣。煙囪煙塵測(cè)試采用德國(guó)SICK公司SHC502型高效煙塵采樣儀進(jìn)行等速采樣。上述三個(gè)位置的采樣工作同時(shí)進(jìn)行,其中,除塵器進(jìn)出口每個(gè)煙道的采樣時(shí)間均為25min,煙囪出口的采樣時(shí)間為50min,采樣嘴直徑均為6mm。
4.3 測(cè)試工況
對(duì)1號(hào)機(jī)組在1010MW負(fù)荷下進(jìn)行測(cè)試,好波動(dòng)幅度≤5%。測(cè)試期間燃用煤種見表1。測(cè)試時(shí)間為2015年7月12~13日。
4.4 結(jié)果與分析
在上述負(fù)荷工況條件下,超凈電袋除塵器進(jìn)出口與煙囪出口的煙塵及其相關(guān)參數(shù)的測(cè)試結(jié)果見表4。測(cè)試表明:1號(hào)機(jī)組在1010MW負(fù)荷工況下(98%負(fù)荷),超凈電袋除塵器A、B兩列除塵器的除塵效率分別為99.980%、99.979%,漏風(fēng)率為1.72%、1.76%,阻力為646Pa、658Pa,煙塵排放濃度為8.39mg/Nm3、8.76mg/Nm3,滿足設(shè)計(jì)要求,煙囪出口煙塵排放濃度為4.36mg/Nm3,均滿足超低排放要求。
表4 1號(hào)機(jī)組超凈電袋除塵器測(cè)試結(jié)果
項(xiàng)目 | A除塵器 | B除塵器 |
機(jī)組負(fù)荷(MW) | 1010 | |
處理煙氣量(×104m3/h) | 219.13 | 227.29 |
進(jìn)口煙塵濃度(g/Nm3干) | 45.753 | 47.026 |
出口煙塵濃度(g/Nm3干) | 8.39 | 8.76 |
除塵效率(%) | 99.98 | 99.979 |
漏風(fēng)率(%) | 1.72 | 1.76 |
阻力(Pa) | 646 | 658 |
煙囪出口煙塵濃度(g/Nm3干) | 4.36 |
5長(zhǎng)期在線CEMS數(shù)據(jù)分析
參照《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ/T 75-2007),將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)與除塵器出口、煙囪出口的CEMS數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì),在滿足比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,提取2015年6月30日~7月15的CEMS在線數(shù)據(jù)進(jìn)行達(dá)標(biāo)性與穩(wěn)定性分析[6]。在此期間,1號(hào)機(jī)組入爐煤灰分在37%~45%波動(dòng),從圖1、圖2可以看出,除塵器出口煙塵排放濃度為1.92~9.39mg/m3,平均濃度為4.82mg/m3,低于設(shè)計(jì)值10mg/m3達(dá)標(biāo)保證率為100%,裝備的穩(wěn)定性較好。煙囪出口煙塵排放濃度為0.71~7.82mg/m3,平均濃度為3.10mg/m3,低于10mg/m3達(dá)標(biāo)保證率為100%,滿足超低排放要求。
圖1 除塵器出口煙塵排放在線數(shù)據(jù)
圖2 煙囪出口煙塵排放在線數(shù)據(jù)
6結(jié)論與建議
超凈電袋除塵技術(shù)具有除塵效率高,能耗低、改造工期短、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn),而且簡(jiǎn)化了工藝路線,在投資方面比常規(guī)通用技術(shù)如以濕電為核心的超低排放技術(shù)路線節(jié)省約30%~50%。該技術(shù)在河南平頂山發(fā)電分公司1030MW機(jī)組煙塵超低排放改造成功應(yīng)用,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和長(zhǎng)期CEMS在線數(shù)據(jù)分析表明,超凈電袋除塵技術(shù)可行且穩(wěn)定性高,適合在大型劣質(zhì)煤電廠的煙塵超低排放控制,也為低成本高效率地實(shí)現(xiàn)燃煤電廠的煙塵超低排放提供了有效的技術(shù)途徑。