645MW级燃煤机组除尘器优化改造

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为控制火电厂污染物排放,国家环境保护部于2011年7月颁布了新版《火电厂大气污染物排放标准》,要求标准实施之日前已投产机组自2014年7月1日起执行火力发电燃煤锅炉烟尘排放小于30mg/Nm3,重点地区小于20mg/Nm3。山东省地方标准DB37/664-2013《山东省火电厂大气污染物排放标准》中规定,2017年烟尘排放浓度将执行20mg/Nm3的标准。
1工程概况
菏泽某电厂2×645MW机组采用超超临界、变压运行、前后墙对冲燃烧直流炉,中速磨冷一次风正压直吹式制粉系统,空预器为三分仓的回转式空气预热器,每台炉配备两台双室四电场静电除尘器。由于入炉煤质与原有设计煤质差别较大,煤源来源不稳定,为多种煤的掺烧煤,目前机组电除尘器入口浓度为30g/Nm3,除尘器出口浓度约为70~80mg/Nm3,已不符合环保要求,需要进行电除尘器优化改造,将除尘器出口浓度降到30mg/Nm3以下。
该除尘器改造工程的煤质灰成分分析及煤灰比电阻资料,见表1。

该工程静电除尘器入口及引风机入口烟气量参数具体见表2。

2除尘器概况
该机组每台炉配置两台双室四电场除尘器,电除尘器阻力≤230Pa,设计效率(设计煤种)≥99.8%。
3改造方案分析
通过对电厂进行的电除尘器性能试验测试结果分析,两台机组的进口含尘浓度平均约为27.1g/Nm3,1号机组的电除尘器运行效果相对较好,电除尘器的出口含尘浓度约为70mg/Nm3,而2号机组的电除尘器出口含尘浓度约为75mg/Nm3。考虑到一定的裕量,选取除尘器入口含尘浓度为30g/Nm3,除尘器出口含尘浓度为80mg/Nm3。
3.1电除尘器改造适应性分析
本期工程飞灰在120~150℃时比电阻为:6.91×1010~2.49×1011;处于1010~1011为“能用静电除尘器具有最佳的运行范围,适合静电除尘器运行的粉尘”。通过对静电除尘器选型的飞灰成分除尘指数分析结果可得:正常运行情况下,设计煤种和校核煤种的飞灰化学成分适合使用静电除尘器除尘。因此,该工程燃用煤种适合使用电除尘器收尘。
3.2电除尘器改造技术方案
针对该工程的具体情况,从降低除尘器的出口含尘浓度,提高除尘器效率的同时,也考虑到节能的效果,主要考虑采用以下几种技术改造方案。
3.2.1电袋除尘器技术
电袋除尘技术是将电除尘器与袋式除尘器作有机组合。这种组合式装置综合了传统的电除尘和袋式除尘技术的优点。相对于常规的静电除尘器,电袋复合式除尘器能捕集高比电阻粉尘,并且不受煤种、烟灰特性影响,对高比电阻烟尘捕集能力强,可实现微量排放,排放浓度可长期稳定在30mg/Nm3以下。
3.2.2湿式静电除尘器(WESP)技术
WESP是在湿法脱硫吸收塔后设置湿式静电除尘器,用于有效降低净烟气中液滴携带量至15~20mg/Nm3,减轻“石膏雨”问题。WESP具有捕集烟气中雾滴和微小尘粒的功能,不仅能降低烟气中液滴的携带量,解决石膏雨问题,而且能去除大部分的PM2.5等微小颗粒。
3.2.3低低温电除尘技术(简称低低温技术)
低低温技术是通过在除尘器前安装烟气换热装置(简称低低温设备),使得除尘器入口烟气温度降低到烟气露点温度以下,除尘器的比集尘面积增加,粉尘比电阻降低,烟气温度降低,达到提效和节能的目的。
3.2.4转动极板电除尘技术
转动极板电除尘器的工作原理与传统电除尘器一样,仍然是依靠静电力来收集粉尘,属于静电除尘技术的一种技术延伸。一般是将末级电场的阳极板改造成可以旋转的形式,将传统的振打清灰改造为旋转刷清灰,当极板旋转到电场下端的灰斗时,清灰刷在远离气流的位置把板面的粉尘刷除,达到比常规电除尘器更好的清灰效果,能提高电除尘器的除尘效率,降低排放浓度。
转动极板电除尘技术主要优点有:
(1)有效消除二次扬尘极板清灰凭借设置在极板下端的清灰刷在远离气流的位置对板面的粘灰实行刷除,被刷除的粉尘直接落入灰斗,可以有效地避免发生二次扬尘。
(2)有效消除反电晕采用移动电极技术后,由于清灰彻底,极板表面洁净,加上末级电场的灰量较少,在同一极板两次刷灰的时间间隔里,极板表面不会形成连续的粉尘层,便彻底消除了由于气隙击穿所引发的反电晕,有效改善收尘环境,这对提高除尘效率同样起到了决定性作用。
(3)有效消除极板沾灰造成的效率下降。
(4)有效消除电场紊流现象移动电极除尘器的阳极为双面平滑设计,水平布置,在极板侧不会发生扰动性紊流,保证荷电粉尘快速趋极。
(5)检修工作量小移动电极除尘器与常规静电除尘器相比,可以在一个或多个大修期内免维护。该工程若采用转动极板方案只需将第四电场改为移动极板电场,形成3+1移动电极除尘器,烟道的阻力没有增加,引风机无需改造;运行维护费用低。
3.3.5技术方案比较
针对该工程,对以上提出的几种除尘器本体技术方案进行比较,结果见表3。
以上几种技术方案从理论上都是可行的,其中电袋除尘器运行阻力高,需要进行引风机增压改造,且除尘器本体需要改动部件多,运行维护费用高;湿式电除尘器技术在国内尚处于起步阶段,未知因素过多,应用风险性很高,且针对本期工程没有布置场地;转动极板电除尘技术作为一种成熟的技术方案,可以满足除尘器出口含尘浓度≤30mg/Nm3的,且引风机压头满足要求,因此从除尘器本体技术上宜采用转动极板除尘器技术。
同时考虑高频电源能有效提高除尘效率,通常能有效降低排放30%以上,甚至高达70%。因此,该工程同步将电源改为高频电源。
4烟气余热利用技术
该工程机组的年平均排烟温度约为130℃,如此高的排烟温度不仅损失了大量的热量,而且降低了机组效率。为实现节能减排目标,拟在机组空预器后至电除尘前的烟道内加装烟气冷却器,在降低烟气温度的同时,充分利用烟气余热,提高机组能源利用效率。
建议将该机组的排烟温度降低到105℃左右(本工程设计煤种烟气酸露点经计算约为95℃),即安装低温省煤器。经过论证将低温省煤器布置在除尘器前的水平烟道,每个烟道布置一台烟气冷却器,共布置4台,热耗保证工况(THA工况)烟气温度由127℃降至105℃左右。经计算机组THA工况运行时,可节约发电标煤耗约1.05g/kWh,增加投资5.77年可以回收。
5改造方案
该机组除尘器优化改造采用低温省煤器加高频电源和转动极板电除尘技术。对当前的除尘器主要进行以下改造。
(1)在除尘器前水平烟道布置4台低温省煤器,同时增设相应的凝结水系统。
(2)鉴于目前静电除尘器运行工况,对原有除尘器四电场进行检修,在不增加原除尘器长度和宽度原则下,将原除尘器第四电场改为转动极板电场,形成3+1移动电极除尘器。
(3)将一、二、三电场阳极系统、阴极系统及所有的振打系统进行检修。
(4)对原进气烟道和进气烟箱气流分布板重新检测调整。
(5)引风机系统不变。
(6)该方案中一、二电厂均采用高频电源。每个电场配置一台高频电源代替原来的工频电源的整流变压器和高压控制柜,高频电源安装在电除尘顶部原来整流变压器位置上,原高压控制柜改为对应高频电源的配电柜,高频电源的电源电缆利用原整流变压器的电源电缆。改造后的电除尘器参数见表4。

6改造效果
改造完成后电厂进行了性能试验测试,测试结果表明在机组负荷640MW、锅炉蒸发量1772t/h、燃煤量255t/h、高频电源全功率旋转极板运行工况下,除尘器出口浓度平均为26.12mg/Nm3,满足环保标准≤30mg/Nm3的要求。并且引风机压头满足要求,还同步使用高频电源技术使其更加节能。此外,为促进节能减排,充分进行余热利用,在除尘器进口的水平烟道设置低温省煤器。改造后节能减排效果比较明显。