伍日勝，張廣才，楊飛龍

(廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司，廣東 惠州 516363)

1 000 MW機組低低溫電除塵提效改造應(yīng)用研究

伍日勝，張廣才，楊飛龍

(廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司，廣東 惠州 516363)

某1 000 MW發(fā)電機組為了提高機組的經(jīng)濟性和電除塵系統(tǒng)的除塵能力，進行了低低溫電除塵改造，將煙溫從135℃降至85℃，為國內(nèi)首臺發(fā)電機組中將煙氣溫度降至85℃的改造機組，改造的經(jīng)驗和注意事項值得總結(jié)。改造不僅降低了機組的煤耗，還提高了電除塵效率，達到了節(jié)能、環(huán)保、安全最優(yōu)化的目的。

國內(nèi)首臺;85℃;低低溫;電除塵;改造;PM2.5

某電廠1號、2號機組為國產(chǎn)1 000 MW超超臨界壓力燃煤發(fā)電機組，鍋爐采用上海鍋爐廠引進ALSTOM技術(shù)制造的超超臨界、一次中間再熱、全鋼結(jié)構(gòu)、露天布置、雙切圓八角噴燃、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣螺旋管圈、Π型鍋爐。設(shè)計煤種為內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾煤和印尼煤按1∶1配比的混煤，校核煤種為印尼煤。鍋爐煙氣除塵采用高效靜電除塵器，型號為2BE666/3-4，燃用設(shè)計煤種或者單燒準(zhǔn)格爾煤時，保證效率≥99.65%，燃用校核煤種時，除塵器出口煙氣含塵量＜45 mg/Nm3。

隨著國家環(huán)保政策的逐漸嚴(yán)格，目前煙塵排放不得超過20 mg/m3(該電廠位于重點控制區(qū)域)，未來肯定更嚴(yán)格，為了進一步降低粉塵排放濃度以滿足環(huán)保要求，同時降低機組的發(fā)電煤耗，進行了低低溫電除塵提效改造。本文針對該廠的技術(shù)特點，詳細分析了低低溫電除塵改造技術(shù)的原理、方案及效益。

1 技術(shù)原理及特點

低低溫靜電除塵技術(shù)是對傳統(tǒng)靜電除塵技術(shù)的革新，其實質(zhì)是在干式電除塵器 (DESP)之前對煙氣進行冷卻處理，將DESP的運行溫度由130～150℃降低到85～90℃。與傳統(tǒng)的煙氣治理技術(shù)相比，低低溫靜電除塵技術(shù)具有如下特點。

1.1 脫除SO3

煙氣脫除SO3的核心就是布置在空預(yù)器和靜電除塵器之間的煙冷器，它為SO3提供了理想的慢速冷凝場所。煙氣降溫到酸露點以下，由于飛灰具有的總表面積遠大于換熱器殼體和管表面，硫酸蒸汽將優(yōu)先在飛灰顆粒表面上冷凝 (如圖1所示)，并與飛灰中的堿性金屬氧化物形成硫酸鹽，隨后與飛灰一起被電除塵設(shè)備收走，最終煙氣中的硫酸蒸汽量將大為減少，SO3脫除率可達到95%以上，這就是低低溫電除塵改造后SO3脫除原理［1］。

1.2 提高除塵效率

a. 煙塵灰比電阻決定了除塵效果。灰比電阻在104～1 011 Ω·cm之間，最適合電除塵器收塵，否則除塵效率將急劇下降［2］。比電阻過低，荷電煙塵達到集塵極很快釋放電荷，容易從極板上返回氣流;比電阻過大，荷電粒子在集塵極上緩慢釋放電荷，煙塵積累容易產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象［3］。飛灰比電阻取決于煤的含硫量、水分和飛灰堿性金屬含量等因素，一般低硫煤比電阻高于高硫煤。

b. 低低溫靜電除塵器的優(yōu)勢。一方面，傳統(tǒng)靜電除塵器的操作溫度在120～150℃，此時飛灰的比電阻最高，而低低溫靜電除塵器出口溫度只有85℃左右，大幅度降低了飛灰比電阻，使靜電除塵器依然能高效收塵。另一方面，飛灰表面吸收了SO3后，比電阻進一步降低，可以通過后續(xù)的干式靜電除塵器脫除。另一方面，在煙塵入口濃度不變，靜電除塵器總集塵面積相同條件下，出口煙塵濃度與趨近速度和體積流量呈指數(shù)關(guān)系。當(dāng)煙氣溫度從150℃降低到85℃，煙氣體積將減少16%左右，在相同條件下，意味著比集塵面積提高了16%，飛灰趨近速度可增加70%左右，ESP對細顆粒的捕集效率提高。

1.3 余熱利用

排煙熱損失是鍋爐運行中最重要的一項熱損失，占鍋爐總輸入熱量的5% ～8%，占鍋爐總熱損失的70% ～80%，一般排煙溫度增加12～15℃，排煙熱損失將增加1%，鍋爐效率降低1%，煤耗也相應(yīng)增加。

一般電廠為保護尾部煙道、設(shè)備不受腐蝕，必須將煙氣溫度控制在酸露點以上。按照國內(nèi)常規(guī)設(shè)計，煙氣溫度需要在酸露點以上5～10℃左右，因此空預(yù)器出口煙氣溫度通常設(shè)定為120～130℃。但濕法脫硫工藝中吸收塔中的煙氣為絕熱飽和溫度(等焓過程)，一般這個絕熱飽和溫度為50℃左右，即從120～150℃到50℃這個區(qū)間的熱量全部損失了。

采用低低溫靜電除塵技術(shù)改造后，在煙冷器中凝結(jié)水吸收煙氣熱量，煙氣溫度由120～130℃降到85℃，給機組帶來節(jié)能效益，低低溫電除塵系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 低低溫電除塵改造前后示意圖

2 低低溫電除塵改造內(nèi)容

低低溫電除塵主要改造部分是在靜電除塵設(shè)備入口增加煙冷器，回收熱量加熱凝結(jié)水，內(nèi)容要點如下。

2.1 煙冷器構(gòu)造

煙冷器采用氣液管式換熱器，與后部靜電除塵器匹配，采用1爐2臺設(shè)計。每臺煙冷器內(nèi)部換熱管采用螺旋翅片管，分高溫、中溫、低溫段3層，每層管束內(nèi)換熱管首尾通過彎管連接，整個管束通過管板連接固定。煙冷器含外殼長15.43 m，寬13.58 m，高7.65 m，將布置在鋼結(jié)構(gòu)支架上。在設(shè)計中已經(jīng)考慮了不同工況，即便在夏季煙氣溫度比較高的情況下，換熱面積依然能滿足換熱要求。

根據(jù)分析，燃用設(shè)計煤種、校核煤種和測試煤種時，灰硫比均能保證煙冷器內(nèi)部處于無腐蝕的干態(tài)環(huán)境，因此換熱管采用碳鋼，鰭片采用耐腐蝕ND鋼 (09CrCuSb)。如果考慮后期進行 MGGH(煙氣余熱回收-再熱裝置系統(tǒng))改造，在煙囪入口前增設(shè)再加熱器，將余熱用來加熱凈煙氣，則再加熱器換熱管要考慮使用不銹鋼或鍋爐換熱器專用碳鋼。

單臺煙冷器煙氣側(cè)壓力損失約850 Pa，為保證換熱管外表面清潔干燥，在每臺煙冷器內(nèi)設(shè)置四層蒸汽吹灰器。

2.2 煙冷器煙氣側(cè)改造

根據(jù)現(xiàn)場條件，可以在盡量利用原有煙道前提下，將空預(yù)器后靜電除塵器之前的3條煙道進行部分改造，具體如下:煙冷器之前，自空預(yù)器至豎向煙道將利用原煙道，增加兩個彎頭使煙道合并后抬升，最后進入煙冷器;煙冷器之后，煙道分成3條，每條煙道經(jīng)過各自收縮口后下降轉(zhuǎn)折進入后續(xù)靜電除塵器，水平向煙道可利用原有煙道，只需進行部分移位。

圖2 低低溫電除塵改造系統(tǒng)圖

2.3 煙冷器凝結(jié)水側(cè)改造

低低溫靜電除塵器改造，將保留原有靜電除塵器，在每臺靜電除塵器入口煙道上加裝1臺煙冷器，使煙氣溫度由設(shè)計值128℃降低到85℃。回收余熱用于加熱機組凝結(jié)水，余熱利用系統(tǒng)接入方式定為3點取水，不設(shè)計再循環(huán)泵或增壓泵，接入點分別為7號低加出口 (主水路)、低加疏水泵出口 (加熱水)和凝泵出口 (減溫水)，3路水混合后進入煙冷器系統(tǒng)，調(diào)節(jié)進入煙冷器的水溫始終＞70℃，流量約1 500 t/h，凝結(jié)水在換熱管內(nèi)與煙氣呈垂直逆流，溫度由75℃加熱到108℃，加熱后凝結(jié)水返回6號低壓加熱器入口，從而減少5號低加和6號低加的抽汽量，降低機組的發(fā)電煤耗。煙冷器和靜電除塵器的系統(tǒng)布置見圖2。

3 效益分析

本方案在設(shè)計中考慮了靜電除塵器性能測試煤質(zhì)，同時所設(shè)計的煙冷器能夠適應(yīng)鍋爐各種設(shè)計工況下的煙氣參數(shù)，并能夠根據(jù)實際運行情況進行適時調(diào)整。

3.1 環(huán)保效益

a. 減排煙塵

由于煙氣溫度從128℃降低到85℃，煙氣體積流量降低了11%，在保留原有靜電除塵器入口截面積和總收塵面積不變情況下，比集塵面積增加11%，同時煙塵比電阻降低，趨近速度得到加快，關(guān)鍵是灰比電阻降低，靜電除塵器出口煙塵濃度將由33 mg/Nm3減少到20 mg/Nm3，出口煙塵濃度下降了39%，除塵效率由性能測試期間的99.68%提高至99.80%，提高了0.12%，取4種工況，比較電除塵改造前后除塵效果，詳見表1。

表1 低低溫電除塵改造減排煙塵計算表

工況1:2014年10月17日，1號機組負荷750 MW穩(wěn)定2 h，無煙冷器;工況2:2015年1月28日，1號機組負荷750 MW穩(wěn)定2 h，煙冷器投入;工況3:2014年10月20日，1號機組負荷900 MW穩(wěn)定2 h，無煙冷器;工況4:2015年1月25日，1號機組負荷900 MW穩(wěn)定2 h，煙冷器投入。

b. 減排 SO3和 PM2.5

本工程設(shè)計煤種取自靜電除塵器性能測試煤質(zhì)，SO3濃度 (以H2SO4計)約為34 mg/Nm3，由于硫酸具有非常強的吸濕性，能吸收比自身重量多1倍的水，因此脫硫之后硫酸霧滴排放將達到57 mg/Nm3，如果不采取有效的控制措施，每年將排放591 t SO3、1 449 t可冷凝的硫酸霧滴。

本方案所采用的低低溫靜電除塵技術(shù)，在煙冷器和靜電除塵器中將SO3濃度降低到3.6 mg/Nm3以下，脫硫塔中硫酸霧滴排放將減少到6 mg/Nm3，每年可減少1 295 t可冷凝PM2.5的排放。

3.2 經(jīng)濟效益

a. 節(jié)水

由于低低溫靜電除塵技術(shù)將煙氣溫度降低至85℃，濕法脫硫塔蒸發(fā)水耗將大幅度降低。根據(jù)熱平衡原理，煙氣的放熱量等于脫硫塔內(nèi)被蒸發(fā)水量的吸熱量，即:

蒸發(fā)水量=煙氣流量×煙氣焓降/(蒸發(fā)水加熱至飽和焓+蒸發(fā)水汽化潛熱焓)。

取4種工況進行分析，詳見表2。

表2 低低溫電除塵改造后節(jié)能計算表

工況5:2014年1月3日，1號機組負荷750 MW穩(wěn)定2 h，無煙冷器;工況6:2015年1月16日，1號機組負荷750 MW穩(wěn)定2 h，煙冷器投入;工況7:2014年1月7日，1號機組負荷900 MW穩(wěn)定2 h，無煙冷器;工況8:2015年1月22日，1號機組負荷900 MW穩(wěn)定2 h，煙冷器投入。

根據(jù)以上計算結(jié)果可知，在75%THA和90%THA工況下脫硫水耗將分別降低44.25 t/h和54.61 t/h，每年節(jié)水約 43.8 × 105t，按照水價3.97 元/t，年節(jié)水費 173.89 萬元。

b. 節(jié)煤

第一步，改造后，廠用電率的變化主要體現(xiàn)在以下設(shè)備的負荷變化情況:送引風(fēng)機、增壓風(fēng)機、凝結(jié)水泵、電除塵變、低加疏水泵、煙冷器吹灰密封風(fēng)機。

仍取以上4種工況，其具體變化見表3。

表3 低低溫電除塵改造后各設(shè)備電流變化統(tǒng)計表

將設(shè)備相應(yīng)負荷下功率因數(shù)，代入功率計算公式［4］:

得到結(jié)果見表4。

表4 改造后廠用電率計算表

由此可知，煙冷器投入后廠用電率增加0.07% ～0.092%。

第二步，煙冷器投入后，影響煤耗的3個因素為低加抽汽量、煙冷器密封風(fēng)加熱蒸汽量和增加的廠用電率。上面經(jīng)過計算得到了具體數(shù)值，現(xiàn)將其分別代入等效焓降計算公式和反平衡煤耗計算公式進行耗差分析，得到結(jié)果分別見表5、表6。

表5 750 MW工況節(jié)煤量計算表

表6 負荷900 MW工況節(jié)煤量計算表

從以上計算結(jié)果分析，可得出如下結(jié)論:增加煙冷器后煙氣熱量回收，汽機抽汽量減少，主蒸汽量減少，汽輪機效率提高;煙冷器投入后，廠用電率增加。

煙冷器改造后負荷750 MW時可降低煤耗1.46 g/kWh，負荷900 MW時可降低煤耗2 g/kWh。即年節(jié)煤約1 332 t，節(jié)煤收益1 252萬元。

4 改進建議

a. 吹灰器選型

吹灰器設(shè)計時盡量不用蒸汽吹灰，而用聲波吹灰器可以減少蒸汽的用量，系統(tǒng)布置也簡單，但吹灰效果較差，不能保證長期運行的吹灰效果。目前最優(yōu)的吹灰設(shè)計方案為同時安裝蒸汽吹灰器+聲波吹灰，平時用聲波吹灰器連續(xù)吹灰，當(dāng)煙冷器差壓增大時，可以采用蒸汽吹灰器吹灰，從而減少蒸汽耗量和換熱管的吹損量。

b. 吹灰密封風(fēng)系統(tǒng)

如采用蒸汽吹灰器，需單獨設(shè)計安裝蒸汽吹灰器的密封風(fēng)及加熱系統(tǒng)，保證進入吹灰器槍管的密封風(fēng)溫度＞70℃，防止低溫空氣進入吹灰器槍管后引起槍管腐蝕。該廠最初設(shè)計采用輔助蒸汽加熱吹灰器密封風(fēng)，蒸汽耗量0.45 t/h，但加熱溫度偏低，無法滿足密封風(fēng)溫度＞70℃的要求。后期進行改造，采用熱二次風(fēng)作為密封風(fēng)源，解決了密封風(fēng)溫度偏低的問題，還減少了蒸汽消耗。

c. 電除塵廠用電

低低溫電除塵改造后，原靜電除塵器廠用電增加約0.08%，運行中根據(jù)電除塵效率，在確保環(huán)保指標(biāo)合格的前提下，通過優(yōu)化電場整流變運行電流極限設(shè)定值，降低了二次電流、電壓［5］，可進一步降低電除塵廠用電率0.03%左右。

5 運行操作注意事項

a. 煙冷器凝結(jié)水減溫水調(diào)節(jié)閥自動值設(shè)定為83℃，盡量減少減溫水投入，提高經(jīng)濟性。

b. 煙冷器系統(tǒng)剛投運時，為防止出口煙溫降低過調(diào)，待系統(tǒng)投入30 min穩(wěn)定后，1A/1B煙冷器凝結(jié)水進口調(diào)節(jié)閥再投自動。

c. 吹灰規(guī)定:①當(dāng)煙冷器煙氣差壓大于750 Pa時，煙冷器系統(tǒng)執(zhí)行全面吹灰順控;②當(dāng)煙冷器煙氣差壓小于750 Pa時，煙冷器系統(tǒng)執(zhí)行單雙數(shù)吹灰方式;③煙冷器吹灰蒸汽壓力設(shè)定為1.6 MPa。

d. 煙冷器系統(tǒng)允許投入條件:①1A或1B煙冷器入口煙氣溫度大于95℃;②7號低加至煙冷器凝結(jié)水進口溫度大于70℃。

e. 煙冷器系統(tǒng)保護退出條件:①鍋爐MFT保護動作;②機組RB保護動作;③煙冷器出口煙氣溫度小于80℃;④煙冷器凝結(jié)水進口溫度小于69℃。

6 結(jié)束語

本文探討了1 000 MW超超臨界機組低低溫靜電除塵技術(shù)改造工藝，分析了低低溫靜電除塵技術(shù)改造的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益，是一項既有環(huán)保效益又能為企業(yè)帶來經(jīng)濟效益的項目，并針對具體問題給出了進一步的改進建議和運行注意事項。

［1］ 廖增安.燃煤電廠余熱利用低低溫電除塵技術(shù)研究與開發(fā)［J］.環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟，2013，17(10):39-44.

［2］ 祁君田，黨小慶，張濱渭.現(xiàn)代煙氣除塵技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［3］ 桂大林.電除塵技術(shù)中幾個問題的探討 ［J］.東北電力技術(shù)，2005，26(7):41-43.

［4］ 吳鐵山.300 MW機組鍋爐電除塵器的改造［J］.東北電力技術(shù)，2001，22(3):5-8.

［5］ 許振東，齊 冰，吳 炬.華能大連電廠1號機組靜電除塵器改造 ［J］.東北電力技術(shù)，2006，27(6):1-4.

Application Research on Increasing Efficiency by Transformation of Low-low Temperature ESP in 1 000 MW Unit

WU Ri-sheng，ZHANG Guang-cai，YANG Fei-long
(Guangdong Huizhou Pinghai Power Station Co.，Ltd.，Huizhou，Guangdong 516363，China)

In order to improve economy and dust removal ability of electrostatic precipitation in given 1000 MW unit，the transformation of low-low temperature ESP is done，gas temperature of boiler reduces from 135℃ to 85℃，this is the first generator unit of gas temperature which reduces to 85℃ in China，the experience and the matters needing attention deserve summary.The transformation of low-low temperature ESP not only reduces coal consumption of the unit，but also improves efficiency of electric precipitator.It achieves the aim of optimization in energy saving，environmental protection and safety.

The first unit in China;85 ℃;Low-low temperature;Electrostatic precipitator;Transformation;PM2.5

X773

A

1004-7913(2015)08-0032-05

伍日勝 (1970—)，男，學(xué)士，工程師，主要從事發(fā)電廠集控技術(shù)管理工作。

2015-06-05)