李軍保,李學(xué)軍,王建曼,方建華
(國家電投集團(tuán)江西電力有限公司貴溪發(fā)電有限責(zé)任公司,江西貴溪335400)
電除塵器是利用強(qiáng)電場使氣體電離,即產(chǎn)生電暈放電,進(jìn)而使粉塵荷電,并在電場力的作用下,將粉塵從氣體中分離出來的除塵裝置。見圖1所示。電除塵器除塵原理決定了電除塵器對于處理高硫煤、高水分煤種、粉塵比電阻在5×1 010 Ω·cm以下的粉塵時,以其設(shè)備阻力低,適應(yīng)煙氣變化能力強(qiáng),維護(hù)工作量少等特點(diǎn),得到了廣泛應(yīng)用。但是目前電除塵器的最大缺點(diǎn)是對煤種變化較敏感,除塵效率受粉塵比電阻影響大、不穩(wěn)定,要到達(dá)≤30 mg/m3煙塵排放要求難度很大[1-3]。
圖1 電除塵器工作原理
貴溪發(fā)電有限責(zé)任公司2×300 MW機(jī)組5號、6號鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG 1025/17.5-Ⅱ4型亞臨界參數(shù)、四角切圓燃燒煤粉爐,分別于2005年10月19日和2006年01月26日投產(chǎn)運(yùn)行,設(shè)計煤種為陜西黃陵煙煤。5號、6號爐尾部配備兩臺2BEL291/2-4型雙室四電場靜電除塵器。
電除塵器主要參數(shù)如下:
每臺有效截面積:216.48 m2
每臺收塵面積:19353.72 m2
每臺除塵器入口煙氣量:1 056 594 m3/h
除塵器入口煙氣溫度:143℃
除塵器入口含塵:31.040 g/m3
保證效率:≥99.6%
本體阻力:≤296 Pa
每臺陽極板面積:12 608.72 m2
貴溪發(fā)電有限責(zé)任公司5號、6號爐2×300 MW機(jī)組電除塵器目前實際運(yùn)行除塵效率偏低,煙塵排放濃度偏高,《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 13223-2011要求現(xiàn)有機(jī)組到2014年7月1日允許煙塵排放濃度≤30 mg/m3。2012年12月對6號機(jī)組電除塵器進(jìn)行了性能摸底試驗,主要性能指標(biāo)試驗結(jié)果如表1:
表1 6號機(jī)組電除塵器性能試驗結(jié)果
從表1可以看出:
1)實際除塵效率低于設(shè)計保證值。試驗工況下,甲、乙兩臺除塵器平均除塵效率分別為99.51%、99.49%,均低于設(shè)計效率保證值99.60%。
2)電除塵器出口煙塵排放嚴(yán)重超標(biāo)。試驗工況下,在除塵器各電場最大功率下運(yùn)行,實測甲、乙兩臺電塵器出口排放濃度分別為137.07 mg/m3和為145.14 mg/m3,平均煙塵排放141.11 mg/m3,除塵器出口超標(biāo)排放嚴(yán)重,不能滿足新實施的國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。
3)電除塵器原設(shè)計選型偏小。貴溪發(fā)電有限責(zé)任公司5號、6號機(jī)組分別于2005年和2006年投產(chǎn)運(yùn)行,原環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)相對寬松,電除塵器設(shè)計效率僅為99.60%,根據(jù)原設(shè)計入口煙塵濃度(31.04 g/m3)計算,即使電除塵器達(dá)到設(shè)計效率,除塵器煙塵排放也超過了120 mg/m3。
電除塵器總長(含進(jìn)、出口喇叭)28.23 m,一電場柱距為4.77 m,二電場柱距為5.6 m,三電場柱距為5.6 m,四電場柱距為4.77 m;電除塵器單室寬10.85 m,單臺電除塵器總寬23.95 m,一臺爐兩臺除塵器總寬45.65 m。
當(dāng)電除塵器入口粉塵濃度為31.04 g/m3時,保證出口煙塵排放≤30 mg/m3,除塵效率需要達(dá)到99.91%,理論上比集塵面積需要達(dá)到≥150 m2/(m3·s-1)。目前電除塵器比集塵面積僅為93 m2/(m3·s-1),因此至少還需要增加兩個電場的長度,才能在理論上滿足除塵器出口排放≤30 mg/m3,根據(jù)現(xiàn)場條件是不能夠?qū)嵤┑?,每臺電除塵器均有兩個進(jìn)、出口喇叭。除塵器一電場立柱距前部煙道支架7 m,下面是檢修通道,因為還要考慮脫硝系統(tǒng)改造占用空間,除塵器進(jìn)口喇叭已沒有可以前移的距離;除塵器四電場立柱距出口煙道支架柱距4.86 m,除塵器出口喇叭緊接引風(fēng)機(jī)垂直煙道,引風(fēng)機(jī)入口煙道距除塵器出口喇叭距離7.6 m。因此,目前除塵前后場地空間緊湊,沒有擴(kuò)建空間位置[4]。
轉(zhuǎn)動電極電除塵器的工作原理與傳統(tǒng)電除塵器一樣,仍然是依靠高壓電暈放電使得粉塵荷電,荷電后的粉塵在電場力的作用下到達(dá)集塵板,從而達(dá)到收集粉塵的目的,一般是將末級電場的陽極板改造成可以回轉(zhuǎn)的形式,將傳統(tǒng)的振打清灰改造為旋轉(zhuǎn)刷清灰,當(dāng)極板旋轉(zhuǎn)到電場下端的灰斗時,清灰轉(zhuǎn)刷在遠(yuǎn)離氣流的位置把板面的粉塵刷除,達(dá)到比常規(guī)電除塵器更好的清灰效果。
若保證煙塵排放≤30 mg/m3,則比集塵面積需≥150 m2/(m3·s-1)。一個轉(zhuǎn)動電極電場相當(dāng)于1.5~2個常規(guī)電場的除塵效果,受到場地條件限制,保留原一、二、三電場,將原四電場改為轉(zhuǎn)動電極,比集塵面積僅能達(dá)到116 m2/(m3·s-1)(按一個轉(zhuǎn)動電極電場相當(dāng)于兩個常規(guī)電場計算),遠(yuǎn)小于150 m2/(m3·s-1),除塵器效率能夠達(dá)到99.72%左右,出口煙塵排放為90 mg/m3左右,無法滿足除塵器出口達(dá)到排放≤30 mg/m3的要求。
同時,轉(zhuǎn)動電極電除塵器由于自身的工作原理與常規(guī)電除塵器相同,除塵效率受煤質(zhì)和粉塵特性的影響,對微細(xì)粉塵收集效率極低,即使末級電場采用轉(zhuǎn)動電極能有效的克服微細(xì)粉塵的二次飛揚(yáng),提高除塵效果,但是提高電除塵器效率還是有限;轉(zhuǎn)動電極電除塵器由于其自身結(jié)構(gòu)原因,傳動鏈條長期受到煙氣酸堿腐蝕,容易受到煙氣粉塵腐蝕磨損,使用壽命難以保證,機(jī)組在運(yùn)行中有可能會出現(xiàn)轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)卡澀,鏈條磨損等情況,增加日常維護(hù)量,只能停爐更換。更換鏈條及極板時工作量較大,一般4~5年更換一次鏈條。
袋式除塵器是基于過濾原理的過濾式除塵設(shè)備,利用有機(jī)纖維或無機(jī)纖維過濾布將煙氣中的粉塵過濾出來。粉塵粘附在濾袋的外表面,通過脈沖清灰系統(tǒng)對濾袋進(jìn)行清灰,粉塵落入灰斗。被過濾后凈煙氣由濾袋內(nèi)部經(jīng)凈氣室排出[5]。袋式除塵器的技術(shù)優(yōu)勢是除塵效率不受粉塵特性、進(jìn)口煙塵濃度、粉塵顆粒分散度及粉塵比電阻等煙氣粉塵性質(zhì)的影響,對微細(xì)粉塵捕集率一般可達(dá)99.5%以上,安裝運(yùn)行良好的設(shè)備煙塵排放濃度可<30 mg/m3,甚至更低。
電袋復(fù)合除塵器通過電場預(yù)除塵不僅可以降低濾袋的粉塵負(fù)荷量,還會使濾袋表面的粉餅層變得疏松,并且運(yùn)行阻力低、濾袋清灰周期時間長,不受煤種、煙氣特性、飛灰比電阻影響,從而能保證長期高效、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。采用電除塵器+袋式除塵器布置,含塵氣流通過電袋除塵器時,粗顆粒的粉塵在電除塵器的電場荷電被收集去除,剩余20%~30%的微細(xì)粉塵隨煙氣經(jīng)電場出口、袋式入口的多孔板均流后,一部分煙氣水平進(jìn)入袋式除塵區(qū),另一部分煙氣由水平流動折向電場下部,然后從下向上運(yùn)動,進(jìn)入袋式收塵區(qū),通過袋式外表面,粉塵被阻留在袋式的外部,然后通過脈沖清灰系統(tǒng)對濾袋進(jìn)行清灰,粉塵落入灰斗。被過濾后凈煙氣由濾袋內(nèi)部經(jīng)凈氣室排出,煙塵排放濃度可<30 mg/m3。
綜上所述,貴溪發(fā)電公司二臺機(jī)組電除塵器改造采用電除塵器擴(kuò)容受到場地限制不能實施;采用轉(zhuǎn)動電極電除塵器改造方案,除塵器出口煙塵排放只能在90 mg/m3左右,不能達(dá)到≤30 mg/m3排放要求;采用袋式除塵器、電袋復(fù)合除塵器能確保煙塵排放濃度≤30 mg/m3。
但是相比于電袋復(fù)合除塵器,袋式除塵器布袋的投資費(fèi)用勢必增加,且長時間運(yùn)行在高濃度煙塵工況下,運(yùn)行阻力高。為保證阻力一定,濾袋噴吹清灰周期時間勢必愈短,濾袋清灰頻繁,濾袋磨損加快,造成濾袋過早破損失效,增加設(shè)備維護(hù)成本;同時,袋式除塵器運(yùn)行阻力高,造成除塵器后的引風(fēng)機(jī)功率增大,增加運(yùn)行成本。因此,鑒于采用袋式除塵器,設(shè)備投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用都會相對增加,本工程采用電袋復(fù)合除塵器方案。
根據(jù)貴溪發(fā)電公司煙氣量現(xiàn)狀和過濾風(fēng)速等設(shè)計選型參數(shù),在保證電袋復(fù)合除塵器足夠大的過濾面積前提下,推薦設(shè)計電袋方案為一電場+三袋區(qū)。即保留原鋼支架、殼體、灰斗、進(jìn)出口喇叭、第一電場及供電裝置,并將一電場進(jìn)行檢修維護(hù),部分部件進(jìn)行更新,重新安裝氣流均布裝置,達(dá)到更新電場標(biāo)準(zhǔn),拆除第二~四電場陰、陽極系統(tǒng)及高低壓設(shè)備,在原除塵器殼體空間水平布置布袋,原第二~四電場沿電場長度方向布置脈沖閥,將其作為袋式除塵區(qū)。結(jié)構(gòu)上電除塵與袋式除塵仍在同一殼體范圍內(nèi),并采取氣流均布措施,確保兩種除塵方式的氣流平衡。
貴溪發(fā)電公司通過對5、6號機(jī)組鍋爐電除塵器進(jìn)行提效改造,從根本上提高了除塵器的效率,降低了煙塵的排放濃度,滿足了《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2011)的最新要求。改造后,電袋除塵器保證效率≥99.91%,出口煙塵濃度≤30 mg/m3,運(yùn)行阻力≤1 000 Pa。