大型超凈電袋復(fù)合除塵器在劣質(zhì)煤機組的應(yīng)用

摘要：以實現(xiàn)煙塵超低排放的河南平頂山發(fā)電分公司2×1030MW機組配套的超凈電袋復(fù)合除塵器為研究對象，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，通過對現(xiàn)場實測結(jié)果和長期CEMS在線數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計，系統(tǒng)驗證超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)在燃燒劣質(zhì)煤的大型機組上應(yīng)用的可行性和穩(wěn)定性，也驗證了以超凈電袋，不上濕式電除塵實現(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，我國大氣污染形勢日趨嚴峻，隨著《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》(發(fā)改能源[2014]2093號)及地方“超低排放”控制政策的相繼出臺，在環(huán)境保護、減排目標與發(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)《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》，標志著燃煤電廠污染物減排全面進入“超低排放”階段[1]。

在超低排放實施初期，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)普遍認為在統(tǒng)籌考慮節(jié)能與減排雙重目標，同時考慮經(jīng)濟性的前提下，實現(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)煤電廠實施工程示范。

濕式電除塵器不僅存在上述缺點，還存在占地面積大、改造周期長、部件易被腐蝕，廢水需二次處理等弊端。為此，我國環(huán)保企業(yè)在總結(jié)工程經(jīng)驗的基礎(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，簡化工藝路線，實現(xiàn)煙塵的超低排放，同時，解決劣質(zhì)煤電廠在保證經(jīng)濟性的前提下實現(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)特點和優(yōu)勢，并通過分析現(xiàn)場實測結(jié)果和長期CEMS在線數(shù)據(jù)，系統(tǒng)驗證超凈電袋技術(shù)在燃燒劣質(zhì)煤的大型機組上應(yīng)用的可行性和可靠性，也充分驗證了以超凈電袋為核心，不上濕式電除塵實現(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，其濾袋使用壽命長，運行、維護費用低，能夠保證長期高效穩(wěn)定運行。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)上進一步技術(shù)創(chuàng)新、升級發(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理有機結(jié)合的復(fù)合除塵技術(shù)，它充分利用前級電場收塵效率高和顆粒荷電的特點，大幅降低進入濾袋區(qū)煙氣的含塵濃度，降低了濾袋過濾負荷，避免粗顆粒對濾袋沖刷造成磨損，并利用荷電粉塵過濾機理而提升設(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)最優(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)最佳的入口粉塵濃度值，使電區(qū)與袋區(qū)最優(yōu)耦合，并且技術(shù)經(jīng)濟性最佳。(2)強化顆粒荷電，提高電區(qū)可靠性。首先，采用高放電性能、高場強的電區(qū)極配型式，提高顆粒荷電以及電場區(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、超細纖維梯度濾料、普通濾料。PTFE覆膜濾料是當前精度最高的過濾濾料，其次為超細纖維梯度濾料，兩者均屬于高精度過濾濾料，是超低排放電袋復(fù)合除塵器濾料的首選。濾料過濾精度越高，電袋復(fù)合除塵器實現(xiàn)超低排放就越可靠，適應(yīng)工況變化能力也越強，而且中長期運行阻力更低更平穩(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，進一步地細分，精細化設(shè)計流場和氣流分布，使電袋復(fù)合除塵器內(nèi)氣流分布達到高均勻性(即超凈電袋袋區(qū)各室流量均勻性相對偏差小于3%)。此外，還需在設(shè)計、制造、安裝、運行維護等各個環(huán)節(jié)進行嚴格把關(guān)。主要措施包括取消旁路結(jié)構(gòu)、保證除塵器的密封性、加強濾袋加工質(zhì)量監(jiān)控、加強花板安裝密封性等。

3工程概況

3.1機組情況

河南平頂山發(fā)電分公司位于我國中部地區(qū)，屬于《重點區(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超超臨界燃煤機組，分別于2010年11月和12月投產(chǎn)。本次超低排放改造機組為1號機組，燃用煤種為山西長治貧煤，煤質(zhì)分析及飛灰特性分析如表1所示，設(shè)計煙氣量為1667010Nm³/h。從表1可以看出，機組燃用煤種的灰分較大，高達39.78%，并且飛灰中SiO2和Al2O3含量較高，比電阻較大。

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期在100mg/m3以上。因此，1號機組進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)計溫降30℃，除塵器入口煙氣溫度95℃。在低溫省煤器退出運行時，電除塵器入口煙氣溫度年平均120℃，最高達135℃。由于1號機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)計要求。隨著《河南省2014-2020年煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃》的頒布，電廠最終決定對原低低溫電除塵器進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)對原有電除塵器進行改造，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、進口喇叭、一、二電場。原除塵器三、四、五電場掏空，將原電除塵器改造為兩電三袋電袋復(fù)合式除塵器。對一、二電場電除塵進行標準項目大修，對陰陽極振打系統(tǒng)進行徹底修復(fù)，滿足安全運行要求，其中陰極振打大小針輪全部進行更換。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、五電場空間改造為長袋中壓脈沖行噴吹袋式除塵區(qū)。

(2)對一、二電場除塵參數(shù)(充電比、振打間隔)進行自動優(yōu)化調(diào)整(原鍋爐負荷信號已接入控制室)，對于袋區(qū)噴吹時間進行節(jié)能優(yōu)化。

(3)通過CFD對除塵器入口煙道進行氣流均布實驗，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最大煙氣量差值(按穩(wěn)定截面網(wǎng)格法測試)小于3%。

增加改造方案，如高精濾袋、匹配技術(shù)、流場分布云圖等。

4測試結(jié)果與分析

1#2#機組超凈電袋分別于2015年5月、8月成功投運，設(shè)備運行穩(wěn)定，清灰周期長達18小時，性能優(yōu)越。河南電力科學(xué)研究院2015年7月對1#爐進行了熱態(tài)性能測試。

4.1測點布置

在超凈電袋除塵器進出口與煙囪出口進行煙塵以及煙氣排放參數(shù)(流速、溫度、壓力、濕度、含氧量)進行測試。其中，除塵器進口采樣布置在其6個水平煙道上，各布置5個測孔，每個測孔5個測點，共150個測點;出口同樣布置150個測點;煙囪出口采樣點布置在煙囪內(nèi)距地面60m高的圓形煙道上，呈90°設(shè)置兩個測孔，每個測孔16個測點。

4.2測試儀器與方法

在超凈電袋除塵器的進出口采用嶗應(yīng)3012H型托管平行自動型煙塵測試儀測量斷面上的上述煙氣參數(shù)，并對煙塵進行等速采樣。煙囪煙塵測試采用德國SICK公司SHC502型高效煙塵采樣儀進行等速采樣。上述三個位置的采樣工作同時進行，其中，除塵器進出口每個煙道的采樣時間均為25min，煙囪出口的采樣時間為50min，采樣嘴直徑均為6mm。

4.3測試工況

對1號機組在1010MW負荷下進行測試，最大波動幅度≤5%。測試期間燃用煤種見表1。測試時間為2015年7月12~13日。

4.4結(jié)果與分析

在上述負荷工況條件下，超凈電袋除塵器進出口與煙囪出口的煙塵及其相關(guān)參數(shù)的測試結(jié)果見表4。測試表明：1號機組在1010MW負荷工況下(98%負荷)，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。

5長期在線CEMS數(shù)據(jù)分析

參照《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ/T75-2007)，將現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)與除塵器出口、煙囪出口的CEMS數(shù)據(jù)進行比對，在滿足比對標準的基礎(chǔ)上，提取2015年6月30日~7月15的CEMS在線數(shù)據(jù)進行達標性與穩(wěn)定性分析[6]。在此期間，1號機組入爐煤灰分在37%~45%波動，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)計值10mg/m3達標保證率為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達標保證率為100%，滿足超低排放要求。

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)運行穩(wěn)定等特點，而且簡化了工藝路線，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機組煙塵超低排放改造成功應(yīng)用，現(xiàn)場測試和長期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現(xiàn)燃煤電廠的煙塵超低排放提供了有效的技術(shù)途徑。