邵 媛，徐勁松

（華電國際電力股份有限公司技術(shù)服務(wù)中心，濟南 250014）

低低溫電除塵器技術(shù)及應(yīng)用

邵 媛，徐勁松

（華電國際電力股份有限公司技術(shù)服務(wù)中心，濟南 250014）

低低溫電除塵技術(shù)通過降低煙溫、減少煙氣體積流量、降低飛灰比電阻提高除塵效率，并且可除去煙氣中大部分SO3。從低低溫電除塵技術(shù)原理、技術(shù)特點、存在的問題及解決方案等改造關(guān)鍵技術(shù)問題進行探討，具體分析某330 MW機組低低溫電除塵器改造案例，為環(huán)保改造及技術(shù)研究提供參考。

低低溫電除塵器；低溫腐蝕；積灰；磨損；超低排放

1 概述

低低溫電除塵器由20世紀90年代末興起，之前在日本應(yīng)用較多，與傳統(tǒng)電除塵器相比，其兼具提高除塵效率、去除SO3等多種污染物和節(jié)能的效果。隨著我國環(huán)保政策日益嚴格，和對設(shè)備能耗水平要求越來越高，低低溫電除塵器已越來越多地應(yīng)用于我國燃煤電廠環(huán)保設(shè)施升級改造。

低低溫電除塵器由低溫換熱器和電除塵器組成。該技術(shù)是在電除塵器上游設(shè)置換熱元件，使電除塵器入口煙溫降低至酸露點（90℃）左右，降低了粉塵比電阻，提高電除塵器除塵效率。回收的熱量可用于再加熱進入煙囪的煙氣，防止煙囪腐蝕，也可用于加熱鍋爐補給水或汽機凝結(jié)水，換熱采用的媒介是水。該方案主要有兩種工藝路線［1］，如圖1所示。

路線①為從空預(yù)器出來的熱煙氣通過換熱裝置加熱汽機低加來的水，汽機冷凝水得到額外的熱量后與主凝結(jié)水匯合，這樣可以減小汽機冷凝水在低加回路系統(tǒng)中所消耗的抽汽量，實現(xiàn)節(jié)能的目的。

圖1 低低溫電除塵器技術(shù)工藝路線

路線②有兩級換熱器，第一級為煙氣冷卻器，布置在空預(yù)器之后、除塵器之前，降低排煙溫度，并可利用鍋爐排煙余熱加熱凝結(jié)水；第二級為煙氣再熱器，布置在脫硫塔之后、煙囪之前。兩級換熱器通過水對煙氣進行換熱，通過水循環(huán)，可以將脫硫塔出來的煙氣再加熱到80℃左右，不僅可以防止煙囪酸腐蝕，還可以滿足煙氣擴散對煙溫的要求。

2 低低溫電除塵器存在的問題及解決措施

2.1 低溫腐蝕問題

低低溫電除塵器最突出的問題是低溫腐蝕問題。由于煙氣溫度降低到酸露點以下，SO3在換熱器及電除塵器中冷凝，形成具有腐蝕性的硫酸霧。雖然大部分硫酸霧會吸附在煙塵上，但也有相當(dāng)一部分吸附在換熱管壁、除塵器極板、極線、灰斗上，對這些設(shè)備造成酸性腐蝕，因此低低溫電除塵器對設(shè)備防腐性能要求很高。當(dāng)煙氣中水蒸氣含量一定時，酸露點溫度隨SO3濃度的增加而上升，因此燃用高硫煤的機組低溫腐蝕問題更嚴重。低溫腐蝕不可避免，但可以采取一定的措施控制其低溫腐蝕速率。主要有選擇合理的換熱煙溫及選擇合適的耐腐蝕材料2種手段。

2.1.1 選擇合理的換熱煙溫

根據(jù)有限腐蝕理論，在金屬壁面溫度低于煙氣酸露點時，存在2個低腐蝕速率區(qū)域。如圖2所示，金屬壁溫在酸露點以下約20～45℃至酸露點的區(qū)域I以及水露點以上至約120℃的區(qū)域II，屬于低腐蝕速率區(qū)域［2］。由于實驗條件中氣體中飛灰含量、硫酸霧含量、水蒸氣含量等與電廠實際運行中參數(shù)有很大不同，這些溫度參數(shù)只能作為參考，但至少說明了在酸露點溫度之下，金屬腐蝕存在兩個低速區(qū)域。由于區(qū)域2的低速腐蝕區(qū)域溫度較低，確定難度大，風(fēng)險較高，而且低溫下易生成粘性灰粘附在受熱面表面，目前比較廣泛地是采用在區(qū)域1中選擇一個合理的溫度，即選擇一個比酸露點稍低的溫度，該溫度為低低溫換熱器的出口煙溫，在此之前，煙氣溫度都大于該溫度，保證受熱面的腐蝕速率最小。

圖2 金屬腐蝕速率與壁溫之間的關(guān)系曲線

但是目前并沒有準確的計算酸露點的公式，電力行業(yè)應(yīng)用較多的是蘇聯(lián)73版標準《鍋爐機組熱力計算標準方法》中的經(jīng)驗估算公式，但該公式并沒有反映二氧化硫轉(zhuǎn)化成SO3后對酸露點的影響［3］，由于電廠加裝脫硝后煙氣中SO3含量增加1倍左右，因此，酸露點也會提高。目前，在低低溫換熱器設(shè)計時應(yīng)用較多的是90℃，這主要是沿用日本的設(shè)計，一是考慮溫度應(yīng)設(shè)置在酸露點之下，保證SO3結(jié)露并被飛灰吸附，另一方面，考慮在該溫度下，金屬腐蝕速率處于低腐蝕速率區(qū)域。但煤質(zhì)不同，煙氣中SO3含量及水蒸氣含量不同，其酸露點也不同，設(shè)計溫度也應(yīng)不同，因此燃用高硫煤的機組在設(shè)計時可以考慮將煙氣換熱溫度提高一些。

2.1.2 選擇合適的耐腐蝕材料

不銹鋼的品種眾多，它們因合金化元素的含量不同而具有不同水平級別的耐腐蝕性和強度［4］。目前在火電廠低溫換熱設(shè)備中常用的有304鋼、ND鋼、316L鋼、2205鋼，它們的抗腐蝕特性見表1，通常根據(jù)煙氣溫度、成分、造價等條件選擇合適的不銹鋼材料。

表1 常用不銹鋼材料的耐腐蝕特性比較

低低溫換熱器低溫段及再熱器內(nèi)部溫度較低，極易產(chǎn)生低溫腐蝕，并且隨煙氣流動方向，溫度也不同，因此，需要根據(jù)煙氣溫度區(qū)域設(shè)計不同等級的防腐材料。目前，應(yīng)用較多的有ND鋼及以上等級的鋼材。

由于硫酸霧粘附在飛灰上沉積到灰斗中，對灰斗也產(chǎn)生一定的腐蝕作用，因此需要考慮灰斗的腐蝕問題。在灰斗下部內(nèi)襯不銹鋼板可以解決灰斗腐蝕問題，也有使用下部灰斗焊接ND鋼的結(jié)構(gòu)形式，后者不容易產(chǎn)生脫落問題，但焊接金屬防腐等級不應(yīng)低于灰斗材料。

在人孔門處容易漏風(fēng)，由于漏風(fēng)溫度低，容易使酸結(jié)露，因此人孔門及周圍1 m范圍內(nèi)的煙氣接觸面應(yīng)為不銹鋼材料，防止低低溫狀態(tài)下的腐蝕。

陰極線宜選用不銹鋼材質(zhì)，同時考慮經(jīng)濟性因素，目前陰極線通常采用316L以上不銹鋼芒刺線，這也是性價比較高的結(jié)構(gòu)形式［5］。

2.2 飛灰特性改變

煙氣溫度降低，粉塵比電阻降低，其吸附在陽極板上的吸附力降低，振打時二次揚塵加劇，會降低除塵效率。因此低低溫電除塵器可以考慮同高頻電源、旋轉(zhuǎn)電極組合使用，將一、二電場的工頻電源改為高頻電源、對其他電場的電源控制系統(tǒng)進行升級、同時末級電場清灰采用旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)，可以最大程度提高除塵效率。

由于SO3大量粘附在粉塵上，灰斗收集下來的灰的流動性變差，卸灰難度增加。為保證卸灰完全，灰斗卸灰角度需大于常規(guī)設(shè)計?；叶窞榉乐挂蚪Y(jié)露引起堵塞，不僅需要較好的保溫，還需有大面積的蒸汽加熱或電加熱。

2.3 低低溫換熱器積灰及磨損

由于低低溫換熱器的受熱面壁溫低于酸露點溫度，受熱面上形成的硫酸液滴會捕捉煙氣中的粉塵，粉塵中含有CaO、Al2O3、Fe3O4等堿性氧化物。這些堿性氧化物和硫酸反應(yīng)形成具有粘結(jié)性的硫酸鹽，其形成機理如式（1）、式（2）、式（3）所示，在受熱面上形成低溫粘結(jié)灰。低溫粘結(jié)灰將繼續(xù)捕捉煙氣中的粉塵，使受熱面積灰加劇，甚至引起受熱面堵塞［6］。

式中：x、y為不同條件下生成的聚合物的氧化物組成比例。

應(yīng)對低溫粘結(jié)灰的措施，首要是控制受熱面壁溫，減少硫酸蒸汽在受熱面上的凝結(jié)。國外的鍋爐制造廠對于煤粉爐根據(jù)實踐經(jīng)驗總結(jié)出，管式空預(yù)器受熱面最低允許壁溫與燃煤硫質(zhì)量分數(shù)之間的關(guān)系曲線如圖3所示［7］。因此，對于煤質(zhì)硫質(zhì)量分數(shù)＜2%時，只要將最低運行壁溫控制在70℃以上，受熱面積灰就較輕。

對于再熱器，煙氣經(jīng)過脫硫塔后攜帶一部分石膏液滴，大部分石膏液滴會沉積在再熱器的換熱表面，烘干后會形成致密的石膏板結(jié)層，影響換熱效率，嚴重時甚至引發(fā)受熱面堵塞。因此設(shè)計時，可以考慮在再熱器的入口段采用部分裸管錯列布置，這種錯列布置可以攔截石膏液滴，并且以犧牲裸管的方式來保護后續(xù)的換熱管組。

圖3 管式空預(yù)器受熱面最低允許壁溫與燃煤硫質(zhì)量分數(shù)之間的關(guān)系曲線

在鍋爐系統(tǒng)的受熱面中，都不同程度存在飛灰磨損問題。工程實踐中防止低低溫換熱器受熱面磨損的措施主要有：采用防磨損性能良好的H型翅片管、順列布置；降低煙速；在管組的迎風(fēng)面加裝假管。將H型翅片管組順列布置并使其排列方向與煙氣流動方向平行，翅片之間形成許多平行的通道。H型翅片起整流作用，使煙氣在這些通道中呈有序流動，以減輕磨損。這是目前絕大部分低低溫換熱器受熱面采用H型翅片管的主要原因。

3 低低溫電除塵器應(yīng)用

根據(jù)國家環(huán)保要求，某臺330 MW機組進行超低排放改造，除塵技術(shù)路線確定采用電除塵高效電源改造，并在除塵器前端加裝低溫換熱器，同時在脫硫塔后加裝煙氣再熱器（MGGH）提升煙氣溫度，降低煙囪腐蝕。

3.1 設(shè)計參數(shù)

電除塵器采用雙室五電場；設(shè)計煤種收到基硫質(zhì)量分數(shù)為2.02%，入口粉塵質(zhì)量濃度為33.223 g／m3，SO3質(zhì)量濃度為249.7mg／m3，煙氣灰硫比為133。改造后低溫換熱器出口（即電除塵入口處）煙溫不大于90℃，MGGH出口（即煙囪入口處）煙溫不小于75℃。設(shè)計電除塵器出口煙塵質(zhì)量濃度不大于20 mg／m3，通過吸收塔的除塵作用，能夠降低煙塵質(zhì)量濃度至5 mg／m3。

3.2 系統(tǒng)概況

低低溫換熱器系統(tǒng)流程如圖4所示。低低溫換熱器由煙氣換熱器和煙氣再熱器組成，兩者之間通過熱媒水傳熱。機組A側(cè)、B側(cè)煙道分別設(shè)置2組煙氣換熱器，布置在原干式靜電除塵器入口煙道上，利用鍋爐干式靜電除塵器入口煙氣加熱熱媒水；煙囪入口煙道設(shè)置1組煙氣再熱器，利用熱媒水加熱吸收塔出口低溫?zé)煔?，提高煙囪入口煙溫到煙氣露點溫度以上，以消除煙囪內(nèi)壁腐蝕及出口“冒白煙”現(xiàn)象。

煙氣經(jīng)過再熱器后，仍有一部分余熱未被利用，為充分提高機組熱效率，設(shè)計了煙氣余熱利用裝置，即從煙氣換熱器引出一路加熱低加冷凝水。

在機組啟機階段或低負荷運行時，煙囪入口煙溫有可能達不到設(shè)計溫度，因此設(shè)計了輔氣加熱系統(tǒng)，采用機組輔汽或汽機蒸汽加熱熱媒水。

主要設(shè)備包括：4臺煙氣換熱器、1臺煙氣再熱器、1個熱媒水箱、1臺輔氣加熱器、1臺凝結(jié)水加熱器以及補水泵、熱媒水循環(huán)泵、凝結(jié)水升壓泵（各2臺），系統(tǒng)如圖4所示，箭頭表示熱媒水流動的方向。

圖4 低低溫換熱器系統(tǒng)流程

3.3 特殊設(shè)計

根據(jù)煙氣溫度、煙氣中SO3含量、設(shè)備防腐要求等選擇不同的材質(zhì)。煙氣冷卻器沿?zé)煔饬鞣较蚍指邷囟魏偷蜏囟蝺啥尾贾?，采用雙H型翅片管，高溫段材料20G鋼材質(zhì)，低溫段材料為ND鋼，并在高溫段安裝3排裸管錯列布置。煙氣再熱器分3段布置，沿?zé)煔饬鲃臃较蝽樍胁贾?，第一段的傳熱元件采用裸管；第二段及第三段采用雙H型翅片管。第一段換熱管材質(zhì)選擇 SUS2205；第二段換熱管材質(zhì)選擇SUS316L；第三段換熱管材質(zhì)選擇ND鋼。煙氣再熱器殼體材料與低溫換熱器材質(zhì)相同，為Q235B，但煙氣再熱器處溫度低于酸露點，殼體需要進行內(nèi)部防腐。輔汽加熱段、凝結(jié)水余熱利用及煙氣余熱回收段均采用不銹鋼304材質(zhì)換熱器。將除塵器人孔門和灰斗人孔門更換為304不銹鋼材質(zhì)，陰極線更換為316L不銹鋼芒刺線。

為防止飛灰在換熱器內(nèi)沉積，低溫換熱器內(nèi)煙氣流速一般控制9～10 m／s左右；換熱器管內(nèi)熱媒水平均流速按0.8 m／s左右設(shè)計。降溫段煙氣換熱器采用聲波吹灰和全伸縮蒸汽吹灰兩套系統(tǒng)。升溫段換熱器采用蒸汽吹灰。為增加灰的流動性，將灰斗傾角由60°調(diào)整到不小于65°，并增加1／3的加熱面積。為防止灰斗腐蝕，內(nèi)襯不銹鋼板。

管壁溫度控制通過將部分熱媒水引至凝結(jié)水換熱器實現(xiàn)對水流量的調(diào)節(jié)，靈活控制低低溫換熱裝置的換熱量，從而使內(nèi)循環(huán)的換熱工質(zhì)的溫度發(fā)生變化，從而使低低溫換熱器的壁溫做到可控可調(diào)。

將原有電除塵器一、二、三電場的工頻電源全部更換為高頻電源，四、五電場工頻電源控制系統(tǒng)與改造后高頻電源控制系統(tǒng)進行融合升級，提高除塵效率。

3.4 改造后運行效果

機組經(jīng)過低低溫電除塵改造后進行性能試驗，電除塵器出口煙塵質(zhì)量濃度從50～60 mg／m3降至20 mg／m3以下，經(jīng)過脫硫系統(tǒng)二級塔后，煙塵質(zhì)量濃度可以降至5 mg／m3以下，滿足超低排放要求。

機組改造后運行1年，進行大修檢查，未發(fā)現(xiàn)低低溫換熱器受熱面有明顯的腐蝕及磨損現(xiàn)象。

4 結(jié)語

低低溫電除塵器通過降低飛灰比電阻提高除塵效率，并可脫除煙氣中70%～80%以上的SO3，在當(dāng)前環(huán)保改造比較嚴格的情況下，可以考慮用于燃煤電廠煙氣協(xié)同改造。并宜與高頻電源、旋轉(zhuǎn)電極等技術(shù)結(jié)合使用，并且由于灰的流動性變差，需要優(yōu)化原有灰斗的傾斜角度及加熱面積。低低溫電除塵器后應(yīng)配置高效除塵脫硫塔，才能實現(xiàn)煙氣超低排放。

低低溫電除塵器最大的問題是低溫腐蝕問題，因此對設(shè)備防腐性能要求很高，并且根據(jù)不同溫度段選擇不同的換熱材料，降低低溫腐蝕關(guān)鍵是選擇合適的換熱溫度，燃用高硫煤的機組在設(shè)計時可以考慮將煙氣換熱溫度提高一些。

為降低低低溫換熱器受熱面的積灰和磨損，應(yīng)采取一些特殊的處理措施。如將換熱器壁溫可控可調(diào)，在換熱器入口段設(shè)置錯列布置的裸管、換熱采用的翅片管順列布置、設(shè)計合理的煙氣流速等。

［1］趙海寶，酈建國，何毓忠，等.低低溫電除塵關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.中國電力，2014，47（10）：117-121.

［2］LLOYD G O.Dewpoint corrosion ［J］.British Corrosion Journal，1985，20（4）：156-157.

［3］機械工業(yè)出版社.鍋爐機組熱力計算標準方法［M］.機械工業(yè)出版社，1976.

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［5］王偉.減輕低低溫高效電除塵器低溫腐蝕的措施探討［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2016（1）：828-831.

［6］劉宇鋼，羅志忠，陳剛，等.低溫省煤器及MGGH運行中存在典型問題分析及對策［J］.東方電氣評論，2016，30（2）：31-35.

［7］車得福，莊正寧，李軍，等.鍋爐［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，2008.

Technology and Application of Low Temperature Electrostatic Precipitator

SHAO Yuan，XU Jinsong
（China Huadianguoji Technology Service Center，Jinan 250014，China）

The low temperature ESP technology can improve the dust removal efficiency by reducing the flue gas temperature，reducing the volume flow rate of flue gas and reducing the resistance of fly ash，and can remove most of the SO3in the flue gas. The key technologies in low temperature ESP transformation，such as the technical principles and characteristics，the problem and solution，etc.are discussed.A case of a 330 MW coal-fired unit is specifically analyzed to provide references for environmental transformation and technical research.

low temperature ESP；low temperature corrosion；ash deposition;abrasion；ultra-low emission

X701.2

：B

：1007－9904（2017）04－0066－05

2016-11-08

邵 媛（1986），女，高級工程師，從事火電廠脫硫、脫硝、除塵等方向的研究工作。