溫以千，于洪濤，李洪超

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東濟(jì)南250013)

高海拔地區(qū)火電機(jī)組除塵器選型研究

溫以千，于洪濤，李洪超

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東濟(jì)南250013)

除塵器是火力發(fā)電廠的重要設(shè)備之一，合理選擇除塵器對電廠的環(huán)保達(dá)標(biāo)有著重要的作用。華能西寧電廠海拔高度2360m，對高海拔地區(qū)火電機(jī)組除塵器選型進(jìn)行了探索性研究，針對高海拔地區(qū)的特性及其對除塵器的特殊要求進(jìn)行了簡要分析，通過對旋轉(zhuǎn)電極式電除塵器和電袋復(fù)合除塵器進(jìn)行了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較，對火電廠的除塵器選型給出了建議。

高海拔地區(qū);旋轉(zhuǎn)電極式除塵器;電袋復(fù)合除塵器;選型

1 工程概況和依據(jù)

1.1 工程概況

華能西寧熱電廠“上大壓小”新建工程位于青海省西寧市境內(nèi)，廠址位于西寧市湟中縣西堡鄉(xiāng)堡子村南側(cè)，海拔高度約2360m。一期工程建設(shè)2臺350MW超臨界、一次中間再熱、間接空冷抽汽凝氣式機(jī)組，同步建設(shè)煙氣脫硫、脫硝裝置，鍋爐采用低氮燃燒技術(shù)。每臺爐配1臺四分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。三大風(fēng)機(jī)采用單列配置，每臺爐配1臺100%容量的除塵器。除塵器出口粉塵濃度≤20mg/m3。

1.2 燃料特性

華能西寧熱電廠煤質(zhì)分析結(jié)果如表1所示。

表1 煤質(zhì)分析結(jié)果

2 高海拔地區(qū)的特性及其特殊要求

(1)隨著海拔高度的升高，大氣壓力降低，空氣密度及空氣含氧量逐漸減小，相同質(zhì)量的空氣體積在高海拔地區(qū)要增大很多。西寧電廠海拔2360m，氣壓為77.19kPa，當(dāng)?shù)乜諝饷芏燃s為0.978kg/m3，除塵器入口煙氣量為695.13m3/s，入口煙塵濃度為25662mg/m3，入口煙溫為137℃。煙氣體積相當(dāng)于平原地區(qū)350MW機(jī)組的1.31倍。

因此在除塵器選型時需特別關(guān)注煙氣量大所造成的影響，如選用電除塵器則其比集塵面積需較平原地區(qū)更大;如選用電袋復(fù)合除塵器，則濾袋數(shù)量較平原地區(qū)也相應(yīng)增加［1］。高海拔地區(qū)的除塵器為保證除塵效率，應(yīng)增加比集塵面積，煙氣流量按照低氣壓修正后，當(dāng)時除塵器出口煙塵濃度限值為30mg/m3時，比集塵面積不小于110m2/(m3/s)，當(dāng)電除塵器出口煙塵濃度限值為20mg/m3時，比集塵面積不小于130m2/(m3/s)［2］。

西寧電廠除塵器采用單列配置，每臺爐配1臺100%容量的除塵器，相當(dāng)于單臺1000MW等級機(jī)組的除塵器。

(2)高海拔地區(qū)由于空氣稀薄，氣壓低，使得空氣間隙的放電電壓下降，導(dǎo)致除塵電場的起暈電壓和擊穿電壓都隨著降低，極易產(chǎn)生強(qiáng)烈的火花放電［3］。強(qiáng)烈的火花發(fā)電對極板、極線具有一定的清灰作用，可使被捕集的粉塵重返氣流，引起二次飛揚(yáng)［4］。高海拔地區(qū)的電除塵器應(yīng)通過合理配置極距和陰極線的形式、齒形、齒距等，達(dá)到減小電暈電流，削弱火花發(fā)電的強(qiáng)度，提高電場場強(qiáng)的目的。

(3)合理配置除塵器高壓電源的控制，實(shí)現(xiàn)較高的工作電壓及合理的火花率，從而提高除塵器效率。同時為節(jié)能環(huán)保，高壓電源可優(yōu)先選用高頻電源。海拔高度高于1000m時，按GB/3859.2的規(guī)定做相應(yīng)修正［5］。在海拔超過1000m的地點(diǎn)運(yùn)行，應(yīng)降額使用設(shè)備容量。

(4)電氣設(shè)備的外絕緣應(yīng)按不同海拔高度予以補(bǔ)償，增加絕緣，確保安全運(yùn)行。高頻電源變壓器為油浸式，外部絕緣按海拔1000m以上時，以每上升100m為一級，每級加大空氣間隙1%進(jìn)行設(shè)計，加大沿面泄露距離與對地放電距離，加大套管間與套管對地部件的空氣間隙尺寸，以克服空氣稀薄、氣壓低對變壓器外絕緣的穩(wěn)定性所造成的影響。同時考慮海拔高度對變壓器散熱的影響。海拔高于1000m時，空氣冷卻(自然對流或強(qiáng)迫)效率降低，溫升增加［6］，對變壓器散熱有一定的影響。

(5)火電廠電除塵器及其附屬設(shè)備的運(yùn)行、維護(hù)和管理應(yīng)滿足《燃煤電廠電除塵器運(yùn)行維護(hù)導(dǎo)則》(DL/T 461－2004)的要求。高海拔地區(qū)的電除塵器進(jìn)行冷態(tài)空載升壓試驗(yàn)時，需進(jìn)行大氣壓力修正。修正方法:當(dāng)海拔高于1000m時，海拔高度高升高100m時，輸出二次電壓值允許降低1%［7］。

3 除塵器方案

3.1 旋轉(zhuǎn)電極式電除塵器

方案一為每臺爐配1臺3室5電場靜電除塵器，第五(末)電場采用旋轉(zhuǎn)電極，全部電場采用高頻電源。旋轉(zhuǎn)電極式電除塵器收塵機(jī)理與常規(guī)電除塵器相同，由前級固定電極電場(常規(guī)電場)和后級旋轉(zhuǎn)電極電場組成。旋轉(zhuǎn)電極電場中陽極部分采用回轉(zhuǎn)的陽極板和旋轉(zhuǎn)的清灰刷。附著于回轉(zhuǎn)陽極板上的粉塵在尚未達(dá)到形成反電暈的厚度時，就被布置在非電場區(qū)的旋轉(zhuǎn)清灰刷徹底清除，因而不會產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象且無二次揚(yáng)塵，顯著提高電除塵器的除塵效率，降低粉塵排放濃度［8］。旋轉(zhuǎn)電極式電除塵器主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 旋轉(zhuǎn)電極式電除塵器選型參數(shù)

3.2 電袋復(fù)合除塵器

方案二為每臺爐配1臺3室電袋復(fù)合除塵器，前面設(shè)置2個電場區(qū)，后設(shè)置3個布袋除塵區(qū)。電袋復(fù)合除塵器將電除塵與布袋除塵有機(jī)結(jié)合，在原有電除塵器的下游加一臺袋式除塵器，來捕集電除塵器未能捕集的微細(xì)煙塵，使排放濃度能滿足國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的要求［9］。其主要技術(shù)參數(shù)見表3。

4 方案對比

4.1 技術(shù)比較

根據(jù)煤質(zhì)分析及灰成分分析對粉塵的收塵特性進(jìn)行定性判斷的方法—除塵指數(shù)判別法，其判別分析結(jié)構(gòu)如表4。

表3 電袋復(fù)合除塵器主要設(shè)計參數(shù)

表4 除塵指數(shù)判別

從表4可知，設(shè)計煤種和校核煤種的飛灰化學(xué)成分適合使用靜電除塵器除塵。比電阻處于“能用靜電除塵器具有最佳的運(yùn)行范圍，適合靜電除塵器運(yùn)行的粉塵［10］”。

上述兩種不同的除塵器方案進(jìn)行技術(shù)比較，比較結(jié)果見表5。方案一電除塵器主要技術(shù)特點(diǎn):具有常規(guī)電除塵器的優(yōu)點(diǎn)同時，保持陽極板永久清潔，避免反電暈，最大限度減少二次揚(yáng)塵，顯著降低出口排放;減少煤、灰成分對除塵性能影響的敏感性，增加ESP對不同煤種的適應(yīng)性。方案二電袋復(fù)合除塵器主要技術(shù)特點(diǎn):除塵效率不受煤種、飛灰成分變化的影響，出口粉塵濃度低且穩(wěn)定。

方案一電除塵器缺點(diǎn):煤種、飛灰成分變化對除塵效率有一定影響，占地面積較大。方案二電袋復(fù)合除塵器缺點(diǎn):阻力大;對煙氣溫度、煙氣成分較敏感;舊濾袋無法達(dá)到資源化利用，造成二次污染。

表5 技術(shù)特點(diǎn)比較

從表5可知，兩種方案都能達(dá)到除塵器出口含塵濃度≤20mg/m3的要求。旋轉(zhuǎn)電極電除塵器運(yùn)行阻力小，運(yùn)行管理簡單，對煙溫的變化承受能力強(qiáng)，維護(hù)簡便，無二次污染，但占地面積大，一旦煤質(zhì)變化大，可能無法滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。電袋復(fù)合除塵器占地面積小，適應(yīng)變化煤種，但運(yùn)行阻力大，引風(fēng)機(jī)的壓頭升高，軸功率增大，運(yùn)行管理復(fù)雜，若袋子一旦破損，則運(yùn)行效率急劇下降，滿足不了排放要求。在高海拔地區(qū)由于煙氣量明顯高于平原地區(qū)機(jī)組，換下的濾袋較平原地區(qū)要多，二次污染更嚴(yán)重。

4.2 經(jīng)濟(jì)性比較

除塵設(shè)備的費(fèi)用包括設(shè)備費(fèi)用、年平均運(yùn)行費(fèi)用(含電耗費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用)。通常以除塵器設(shè)備的設(shè)備費(fèi)用和壽命期內(nèi)的年平均運(yùn)行費(fèi)用作經(jīng)濟(jì)性比較。旋轉(zhuǎn)極板式電除塵器的電力消耗主要為引風(fēng)機(jī)、高壓整流設(shè)備等的功耗，電袋復(fù)合除塵器的電力消耗主要為引風(fēng)機(jī)、高壓整流設(shè)備、空壓機(jī)及冷凍干燥機(jī)等的功耗。電費(fèi)按0.4元/(kW·h)，運(yùn)行時間按7500h/a計。

除塵器設(shè)計壽命按30a計，電除塵器其易損件壽命按1～2個大修周期(平均約6～10a)計，易損件每10a的更換費(fèi)用按電除塵器設(shè)備費(fèi)用20%計。電袋復(fù)合除塵器中的濾袋壽命按4a，籠骨、脈沖閥壽命按10a計。兩種方案的經(jīng)濟(jì)性比較見表6。

表6 設(shè)備費(fèi)用及年運(yùn)行費(fèi)用

從表6可見，方案一的設(shè)備費(fèi)用低、電耗小，年平均檢修、維護(hù)費(fèi)用低，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。旋轉(zhuǎn)電極電除塵器年平均運(yùn)行費(fèi)用較電袋復(fù)合除塵器可節(jié)約224萬元，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較好。

5 結(jié)語

(1)西寧電廠地處高海拔地區(qū)，對除塵器的選型有特殊要求。高海拔地區(qū)煙氣量大，除塵器應(yīng)增加比集塵面積。高海拔地區(qū)極易產(chǎn)生強(qiáng)烈的火花放電，引起二次揚(yáng)塵，應(yīng)合理配置極距和陰極線的形式、齒形、齒距。高海拔地區(qū)的電氣設(shè)備選型及運(yùn)行維護(hù)應(yīng)按照相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行大氣壓力的修正。

(2)兩種方案都能滿足除塵器出口含塵濃度≤20mg/m3的要求。旋轉(zhuǎn)電極電除塵器運(yùn)行阻力小，運(yùn)行管理簡單，對煙溫的變化承受能力強(qiáng)，維護(hù)簡便，無二次污染，但占地面積大，一旦煤質(zhì)變化大，則無法保證排放標(biāo)準(zhǔn)。電袋復(fù)合除塵器占地面積小，適應(yīng)變化煤種，但運(yùn)行阻力大，引風(fēng)機(jī)的壓頭升高，軸功率增大，運(yùn)行管理復(fù)雜，二次污染較嚴(yán)重，若袋子一旦破損，則運(yùn)行效率急劇下降。

(3)經(jīng)濟(jì)比較可知，旋轉(zhuǎn)電極電除塵器年平均運(yùn)行費(fèi)用較電袋復(fù)合除塵器可節(jié)約224萬元，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較好，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。

(4)西寧電廠為新建工程，建設(shè)場地不受限制，煤質(zhì)較穩(wěn)定，推薦選用旋轉(zhuǎn)電極(最末級電場)電除塵器配高頻電源方案。

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Study on selection of dust collector for thermal power unit in high altitude area

Dust collector is an important equipment in the power plant，reasonable selection of dust collector is important for environmental protection in the power plant.Huaneng Xining Power Plant is located at high elevation of 2360m.Based on analysis on characteristics of a high elevation area and their requirements for dust collectors，it was compared feasibility of two types of dust collectors for thermal power generator in a high elevation area.It was also compared technological and economical feasibility among rotary electrode type electrostatic precipitator(ESP)and electrical bag and compound precipitator.Then the proposals of the selection of precipitators are given.

high elevation area;rotary electrode type ESP;electrical bag and compound precipitator;selection

X701.2

B

1674－8069(2016)06－020－04

2016-07-27;

2016-08-15

溫以千(1985-)，男，工學(xué)碩士，工程師，主要從事火力發(fā)電廠熱機(jī)專業(yè)設(shè)計及研究。E－mail:wenyiqian@sdepci.com