WBE型濕式電除塵器在火電廠的運(yùn)用

童長(zhǎng)炘，張 瑾，戴海金

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

WBE型濕式電除塵器在火電廠的運(yùn)用

童長(zhǎng)炘，張 瑾，戴海金

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

介紹了WBE型濕式電除塵器在電廠350MW機(jī)組提效改造工程中的應(yīng)用。采用在脫硫塔與煙囪間新增濕式電除塵器，克服場(chǎng)地受限、煙氣流速快、氣流分布不均、性能要求高、改造工期短等難點(diǎn)。改造后的濕式電除塵器出口煙塵排放控制在2.05mg/Nm3，為火電廠超潔凈排放做出了貢獻(xiàn)。

濕式電除塵器；高位布置；陰陽(yáng)極配型式；三相高效電源；灰水循環(huán)系統(tǒng)

1 引言

國(guó)家“十二五”環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011），規(guī)定了從2014年7月1日起，現(xiàn)有火電鍋爐執(zhí)行SO2排放限值為200mg/Nm3，粉塵排放限值為30mg/Nm3的排放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)氮氧化物和汞及其化合物排放提出了要求，要求氮氧化物排放低于100mg/Nm3，汞及其化合物排放限值為0.03mg/Nm3。隨著國(guó)家對(duì)大氣污染治理的深入推進(jìn)，地方政府對(duì)大氣污染治理的主動(dòng)性大大增加。尤其許多電力企業(yè)，也在不斷進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，不僅做到了達(dá)標(biāo)排放，還主動(dòng)將污染物排放水平做到了“近零排放”。

神華國(guó)華三河發(fā)電有限責(zé)任公司，地處京畿要地，廠址西距通州區(qū)17km、北京市區(qū)37.5km，東距三河市17km。鑒于特殊的地理位置及未來(lái)國(guó)家環(huán)保日益嚴(yán)格的發(fā)展形勢(shì)，該廠計(jì)劃對(duì)一期、二期工程進(jìn)行加裝濕式電除塵器提效改造，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠粉塵等污染物的終端綜合處理，達(dá)到“近零排放”的目的。

2 工程概況

該企業(yè)一期工程安裝2臺(tái)日本三菱重工350MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，1#、2#機(jī)組分別于 1999年12月、2000年4月投產(chǎn)電廠一期煙氣脫硫改造工程，采用一爐一塔，設(shè)置煙氣旁路煙道，并設(shè)有GGH，每臺(tái)機(jī)組單獨(dú)設(shè)置1臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)。每臺(tái)FGD的煙氣處理能力為相應(yīng)鍋爐BMCR工況時(shí)的100%煙氣量。一期煙氣脫硫改造與二期煙氣脫硫同步建設(shè)，公用系統(tǒng)設(shè)在一期煙氣脫硫區(qū)域。2#機(jī)組目前采用雙室五電場(chǎng)靜電除塵器，根據(jù)性能試驗(yàn)，2#機(jī)組電除塵出口煙塵濃度為68.5mg/Nm3。2012年6月，電科院測(cè)試2#機(jī)組脫硫系統(tǒng)的出口粉塵排放濃度為27～29mg/Nm3；其1#機(jī)組采用柔性電極技術(shù)的濕式電除塵器，2014年7月通過(guò)了168小時(shí)運(yùn)行驗(yàn)收，1#機(jī)組排放的粉塵、二氧化硫、氮氧化物分別為5.0mg/m3、9.0mg/m3和35.0mg/m3，達(dá)到并優(yōu)于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組大氣污染物排放限值，實(shí)現(xiàn)了“近零排放”目標(biāo)。這對(duì)于采用WBE型剛性板式濕式電除塵器的2#機(jī)組來(lái)說(shuō)，是一個(gè)必須要超越的目標(biāo)。為此，在借鑒國(guó)外相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合上杭瑞翔、上海長(zhǎng)興島、山東淄博等電廠濕式電除塵器實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和測(cè)試數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)多方面論證，最終制定了具有獨(dú)特的電場(chǎng)極配、氣流分布、高壓供電系統(tǒng)和低壓控制系統(tǒng)、高效節(jié)能間斷噴淋控制技術(shù)等機(jī)電一體化技術(shù)保障措施的綜合方案。

3 方案概述

該項(xiàng)目采用兩電場(chǎng)，水平進(jìn)、出風(fēng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。根據(jù)循環(huán)泵房、循環(huán)泵房周?chē)盏丶邦A(yù)留煙道的位置，選定濕式電除塵器的斷面為210m2，除塵器內(nèi)部煙氣流速為2.3m/s，保障煙氣在電場(chǎng)中達(dá)到3s以上足夠長(zhǎng)的處理時(shí)間，更有利于保證濕式電除塵器的整體效率。改造后需達(dá)到的目標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 煙塵達(dá)標(biāo)排放治理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參數(shù)

濕式電除塵器的出口參數(shù)：出口煙塵（含石膏）＜3mg/Nm3；煙塵去除率（含石膏）＞80%；供貨界限內(nèi)阻力≤500Pa。

針對(duì)該項(xiàng)目時(shí)間緊、工程難度大的情況，改造方案確定為：對(duì)脫硫后煙道進(jìn)行改造，將脫硫塔出口煙道調(diào)轉(zhuǎn)180°后，水平接入高位布置的2#爐濕式電除塵器進(jìn)口喇叭，濕式除塵器鋼支架橫跨2#循環(huán)泵房（其中2根鋼支架由泵房?jī)?nèi)部穿房頂而出），濕式除塵器水平出口喇叭經(jīng)方圓變徑呈一定角度略向下接入凈煙道。以雙圓分管型式匯入廠區(qū)內(nèi)玻璃鋼煙道，供貨范圍：前至吸收塔出口膨脹節(jié)（含膨脹節(jié)），后至濕式電除塵器出口煙箱膨脹節(jié)（含膨脹節(jié)）法蘭面范圍內(nèi)所涉及的機(jī)務(wù)、電氣、熱控、土建等各個(gè)專業(yè)的供貨。具體布置三維效果如圖1。

圖1 濕式電除塵器三維圖

4 工程項(xiàng)目特點(diǎn)

該項(xiàng)目采用了簡(jiǎn)潔的高位布置，緊湊型結(jié)構(gòu)，利用CFD計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬流場(chǎng)優(yōu)化，保證進(jìn)入濕式除塵器內(nèi)的流場(chǎng)均勻，減少渦流對(duì)除塵效果的影響，并保證供貨界限內(nèi)的系統(tǒng)阻力滿足協(xié)議要求。通過(guò)采用先進(jìn)的三相電源，小分區(qū)供電方式，配合剛性專用陽(yáng)極板配套免焊接專利陰極線的極配型式，產(chǎn)生良好的電氣特性，進(jìn)而取得滿意的收塵效果。濕式電除塵器內(nèi)部可靠的防腐措施，保證了濕式電除塵器的安全運(yùn)行，高效合理的灰水循環(huán)機(jī)制，降低了運(yùn)行成本。

4.1 簡(jiǎn)潔的高位布置方式

根據(jù)2#爐的實(shí)際場(chǎng)地條件，采用高位水平進(jìn)出布置方案，煙氣從脫硫塔到玻璃鋼煙道的距離最短，減少了彎頭數(shù)量，能夠?qū)⑾到y(tǒng)阻力降到最低。

4.2 緊湊型結(jié)構(gòu)布置

2#爐從濕法脫硫的吸收塔到凈煙道之間的場(chǎng)地狹窄，泵房擋道，而且泵房周邊管道密布、支架林立。濕式電除塵器由于用水清灰，為保證清灰效果，極板的高度不能過(guò)高，而濕式電除塵器要達(dá)到一定的性能，就要有足夠的規(guī)格，占地面積比較大，因此，再要布置濕式電除塵器，顯得異常困難。項(xiàng)目采用了特有的頂部吊掛結(jié)構(gòu)，在有限的空間內(nèi)，盡量多地布置收塵極板，保證實(shí)際比積塵能夠滿足使用要求，排放達(dá)標(biāo)。

4.3 CFD計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬流場(chǎng)優(yōu)化

為達(dá)到設(shè)備界限內(nèi)阻力及流場(chǎng)的設(shè)計(jì)要求，采用CFD計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法對(duì)該項(xiàng)目的煙道及濕式電除塵器內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行模擬分析，并對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化，最終確定的優(yōu)化方案的實(shí)際設(shè)備阻力小于400Pa，遠(yuǎn)小于協(xié)議要求的500Pa并保證了氣流均布性達(dá)到均方根σ≤0.2。

根據(jù)濕式電除塵器圖紙，建立數(shù)值模擬幾何模型，模型與原型比例為1︰1（如圖2所示）。模擬范圍從吸收塔到煙囪前煙道，包括進(jìn)出口煙道、進(jìn)出口喇叭、濕式電除塵器殼體、煙囪前煙道等。

圖2 三河電廠濕式電除塵器幾何模型圖

對(duì)不同布置下的系統(tǒng)阻力進(jìn)行模擬分析，系統(tǒng)中的全壓監(jiān)測(cè)位置如圖3所示。系統(tǒng)初始方案的布置為進(jìn)口喇叭型煙箱內(nèi)設(shè)置兩層孔板，從小口到大口，開(kāi)孔率分別為50%和40%；出口喇叭內(nèi)設(shè)置雙層除霧器，運(yùn)行阻力為雙層170Pa。系統(tǒng)阻力模擬結(jié)果顯示，此種方案可達(dá)到界限內(nèi)阻力小于500Pa的設(shè)計(jì)要求。阻力模擬結(jié)果如表2所示。

其中界限內(nèi)阻力為從全壓1到全壓4之間的阻力，其中，全壓1～2之間為進(jìn)口喇叭前方圓節(jié)的阻力（即表中進(jìn)口煙道）；全壓2～3之間為濕式電除塵器本體阻力；全壓3～4之間為出口煙道阻力；全壓4到模型出口之間為三通阻力。

5.為便于文中插圖的編輯處理及排版，由數(shù)據(jù)利用軟件繪出的柱圖或曲線圖，要以原圖的形式插入（雙擊能夠進(jìn)入做圖軟件），不要以圖片形式插入，同時(shí)用表格形式給出±s的作圖數(shù)據(jù)。圖表和參考文獻(xiàn)一律用英文表示，中文期刊（書(shū)籍）的中文名稱放在括號(hào)中。要求圖表自明。

根據(jù)CFD計(jì)算機(jī)氣流模擬試驗(yàn)結(jié)果，該項(xiàng)目高位水平布置結(jié)構(gòu)，供貨界限內(nèi)系統(tǒng)阻力小于500Pa，滿足了協(xié)議的要求。

圖3 系統(tǒng)壓力測(cè)試位置示意圖

表2 高位布置系統(tǒng)各部分阻力統(tǒng)計(jì)表

4.4 剛性極板與專利陰極線產(chǎn)生良好電氣特性

該項(xiàng)目采用剛性專用陽(yáng)極板配套免焊接專利陰極線（見(jiàn)圖4），能產(chǎn)生良好的電氣特性，整體陰極線免焊接繃緊在陰極框架上，避免了焊接損傷和應(yīng)力腐蝕造成的陰極斷線，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。每塊剛性不銹鋼陽(yáng)極板搭配四根陰極線，極配合理，電場(chǎng)分布均勻，結(jié)合特有的噴淋機(jī)制，可形成均勻的水膜，清灰效果好、除塵性能高。

4.5 供電先進(jìn)，運(yùn)行穩(wěn)定

圖4 WBE型濕式電除塵器極配示意

濕式電除塵器的關(guān)鍵技術(shù)之一是在潮濕環(huán)境、連續(xù)噴淋的條件下，高壓能夠穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的措施，主要是通過(guò)控制軟件的優(yōu)化，提高細(xì)微火花檢測(cè)水平，優(yōu)化火花控制功能，從而實(shí)現(xiàn)臨界火花控制，提高濕式電除塵器的運(yùn)行電壓。另外該項(xiàng)目采用三相電源及小分區(qū)供電方式，能夠在連續(xù)噴淋的潮濕環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而保證高效穩(wěn)定的除塵效果。

三相高壓電源的原理設(shè)計(jì)決定了其具備更高的功率因素（≥0.90）和更高的轉(zhuǎn)換效率（≥90%）。三相供電平衡，其電壓、電流、磁通的大小相等，相位依次相差120°；可控硅全導(dǎo)時(shí)三相電源的峰值電壓與平均電壓接近（＜5%），近似高頻電源純直流供電時(shí)的輸出電壓，平均電壓提高了25%。因此，相對(duì)于傳統(tǒng)的單相高壓電源，能有效提高二次平均電壓和有效二次電流，提高除塵效率。

4.6 高效合理的灰水循環(huán)系統(tǒng)

該項(xiàng)目配套的灰水循環(huán)處理系統(tǒng)包括：堿儲(chǔ)罐、卸堿箱、循環(huán)過(guò)濾水箱、補(bǔ)給水箱、加堿泵、循環(huán)水泵、補(bǔ)給水泵、過(guò)濾泵、灰水分離器及相關(guān)儀控、管件等，采用其水平衡圖如圖5所示。

圖5 水平衡圖

該項(xiàng)目采用前排極板連續(xù)噴淋，最后一排極板間歇噴淋方式?？傆盟?4.16t/h，其中75.6t/h循環(huán)使用，補(bǔ)水量=排水量=耗水量=8.56t/h，沖洗量3.52t/h，水膜量80.64/h。

濕式電除塵器給水系統(tǒng)的主要功能是將工業(yè)來(lái)水送往除塵器頂部，對(duì)濕式電除塵器的內(nèi)部件進(jìn)行噴淋，使陽(yáng)極板上形成均勻水膜，同時(shí)對(duì)陰極線等內(nèi)部構(gòu)件進(jìn)行定時(shí)沖洗，確保濕式電除塵器正常穩(wěn)定運(yùn)行，給水系統(tǒng)的用水需循環(huán)使用，僅允許少量污水排放。該2#爐350MW機(jī)組配套1臺(tái)濕式電除塵器，每臺(tái)電除塵器配備1套獨(dú)立的給水系統(tǒng)。每套給水系統(tǒng)由3個(gè)支系統(tǒng)組成：補(bǔ)給水系統(tǒng)、中和加藥系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)?；玖鞒倘鐬椋?/p>

4.7 設(shè)備反腐處理

濕式除塵器內(nèi)部材料的選擇應(yīng)充分考慮防腐要求，極板、極線、管道、框架、陰極吊梁材料均采用SUS316L，殼體墻壁板采用不小于5mm的碳鋼，安裝好后，內(nèi)壁及內(nèi)部件采用表面襯玻璃鱗片防腐，焊縫處襯玻璃纖維短切氈加強(qiáng)防腐。

4.8 大跨度支撐結(jié)構(gòu)

該項(xiàng)目為現(xiàn)役機(jī)組提效改造工程，工藝布置受周邊建（構(gòu)）筑物及地下管線設(shè)施條件限制。根據(jù)設(shè)計(jì)要求與場(chǎng)地條件，濕式電除塵器工藝布置在2#爐機(jī)組脫硫循環(huán)泵房上方。有2根鋼支架立柱需從2#爐機(jī)組循環(huán)泵房?jī)?nèi)部生根，穿房頂而起，泵房?jī)?nèi)部的這2根鋼支架立柱跨度超過(guò)20m，受制于泵房?jī)?nèi)部設(shè)備布置，在泵房?jī)?nèi)高達(dá)10米段不能設(shè)置橫梁及斜撐，而且該電廠地處京津冀中心，廠址區(qū)地震動(dòng)峰值加速度值為0.20g，相應(yīng)的地震基本烈度為8度，因此采用大跨度的梁柱支撐結(jié)構(gòu)。通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件合理設(shè)計(jì)立柱截面，采用變截面的立柱型式，在保證安全的前提下，降低了設(shè)備鋼耗。

5 改造效果

改造后經(jīng)過(guò)專業(yè)測(cè)試機(jī)構(gòu)的測(cè)試，在100%負(fù)荷條件下，PM2.5～PM10、PM1～PM2.5、≤PM1、≤PM2.5、≤PM10的細(xì)顆粒物脫除效率分別為80.541%、79.874%、75.536%、77.314%、78.174%。各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，煙塵排放濃度大大優(yōu)于國(guó)家新排放標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到燃?xì)鈾C(jī)組“近零排放”水平。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 測(cè)試結(jié)果表

6 結(jié)語(yǔ)

濕式電除塵器與干式電除塵相結(jié)合，布置在濕法脫硫系統(tǒng)之后，能有效除去煙氣中的粉塵微粒，滿足國(guó)家新的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到“近零排放”，為京津冀核心區(qū)域內(nèi)火力發(fā)電機(jī)組節(jié)能減排提供了一種先進(jìn)、成熟可靠的技術(shù)，可高效除去煙氣中的多種污染物，滿足我國(guó)日益嚴(yán)格的污染物減排要求。 ■

Application of Wet ESP of WBE Type in Power Plant

TONG Chang-xin, ZHANG Jin, DAI Hai-jing

X701

：A

：1006-5377（2016）04-0028-04

國(guó)家“863”計(jì)劃（2013AA065004）。