燃煤電廠除塵系統(tǒng)超低排放改造

(1.江蘇國(guó)信揚(yáng)州發(fā)電有限責(zé)任公司，揚(yáng)州 225131；2.揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)電子工程學(xué)院，揚(yáng)州 225131)

0 引 言

某公司#1鍋爐配套浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰局圃斓?FFA4×45M-4×72-145(2F18-4)型雙室四電場(chǎng)靜電除塵器。設(shè)計(jì)除塵器保證效率為99.7%。#1爐電除塵自投產(chǎn)以來，已運(yùn)行十幾年，設(shè)備趨于老化，效率降低。該公司在2012年對(duì)#1爐電除塵進(jìn)行了高頻電源改造，改造后#1電除塵器出口煙塵排放濃度在50 mg/Nm3左右。

為進(jìn)一步加強(qiáng)大氣污染防治工作，2014年8月，江蘇省經(jīng)信委和環(huán)保廳頒發(fā)《關(guān)于推進(jìn)燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物超低排放示范工程的通知(蘇經(jīng)信電力[2014]541號(hào))》，通知要求“燃煤發(fā)電機(jī)組通過深度治理改造，機(jī)組污染物達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值標(biāo)準(zhǔn)，即煙塵排放濃度不大于5 mg/Nm3……”。在此情況下，該公司于2014年對(duì)#1爐進(jìn)行煙氣污染物超低排放技術(shù)改造，將煙囪出口煙塵排放濃度穩(wěn)定控制在5 mg/m3以內(nèi)。

1 除塵提效主要工藝路線

為使煙囪出口的粉塵排放濃度達(dá)到小于5 mg/m3的超低排放標(biāo)準(zhǔn)，該公司根據(jù)國(guó)內(nèi)電廠除塵提效改造的業(yè)績(jī)及公司實(shí)際情況，對(duì)加裝五電場(chǎng)技術(shù)、移動(dòng)極板電除塵技術(shù)、電袋復(fù)合技術(shù)、低低溫電除塵技術(shù)和濕式電除塵技術(shù)五個(gè)改造方案進(jìn)行了對(duì)比。現(xiàn)對(duì)各技術(shù)做簡(jiǎn)要說明。

1.1 加裝五電場(chǎng)

增加電場(chǎng)個(gè)數(shù)的目的即為增加比集塵面積。根據(jù)電除塵器效率計(jì)算多依奇公式，在煙氣量一定的條件下，增加電除塵器集塵極板面積，可以提高比集塵面積，從而提高除塵效率。五電場(chǎng)電除塵器除塵效率可提高到≥99.88%，當(dāng)電除塵器入口煙塵濃度為20 g/Nm3時(shí)，電除塵器出口煙塵濃度≤24 mg/Nm3。經(jīng)過濕法脫硫裝置，按40-50%除塵效率，則FGD出口煙塵濃度可以達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定≤20 mg/Nm3排放要求，但不能滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1.2 移動(dòng)極板電除塵

移動(dòng)極板電除塵器的除塵原理與常規(guī)電除塵器完全相同，只是兩者的清灰方式不同。移動(dòng)極板電場(chǎng)由可移動(dòng)的收塵極板、固定放電極、旋轉(zhuǎn)清灰刷共同組成。常規(guī)電除塵器采用振打、聲波等方式來達(dá)到清灰的目的，而移動(dòng)極板電除塵器是將陽(yáng)極-收塵極部分采用回轉(zhuǎn)的陽(yáng)極板，再利用安裝在灰斗中(非電場(chǎng)區(qū)域)的旋轉(zhuǎn)刷子刷掉被捕集的粉塵。其工作原理見圖1。根據(jù)將一個(gè)常規(guī)電場(chǎng)改為移動(dòng)極板后的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)移動(dòng)極板電場(chǎng)除塵效率相當(dāng)于2個(gè)常規(guī)電場(chǎng)，因此第四電場(chǎng)改為移動(dòng)極板后，總集塵面積相當(dāng)于增加一個(gè)第五常規(guī)電場(chǎng)。由于附著于回轉(zhuǎn)陽(yáng)極板上的粉塵在尚未達(dá)到形成反電暈的厚度時(shí)，就被布置在非電場(chǎng)區(qū)的旋轉(zhuǎn)清灰刷徹底清除，因此不會(huì)產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象，最大限度地減少了二次揚(yáng)塵，且增加粉塵驅(qū)進(jìn)速度，大幅提高了電除塵器的除塵效率，降低粉塵排放濃度。同時(shí)這一清灰方式降低了對(duì)煤種變化的敏感性，且有利于微細(xì)顆粒和重金屬顆粒的脫除，因此應(yīng)用范圍比常規(guī)電除塵器更廣。

圖1 旋轉(zhuǎn)電極電除塵器工作原理圖

1.3 電袋復(fù)合除塵

電袋復(fù)合除塵器是電除塵和袋式除塵有機(jī)結(jié)合的一種新型高效除塵器。它通過前級(jí)電場(chǎng)捕集80%左右的粗粉塵，后級(jí)濾袋過濾區(qū)捕集少量的殘余粉塵。同時(shí)通過前級(jí)電場(chǎng)區(qū)產(chǎn)生的荷電粉塵可有效改善沉積在濾袋表面粉塵層的過濾特性，更易于在濾袋處形成均勻的餅層，使濾袋的透氣性能、清灰性能得到大幅改善，從而達(dá)到低阻高效收塵的效果。此技術(shù)結(jié)合了電除塵和濾袋除塵的兩種除塵特點(diǎn)，它的除塵效率不受煤種、飛灰特性的影響，有助于捕集PM2.5，滿足排放濃度≤20 mg/Nm3或更高的要求。與純布袋除塵器相比，該技術(shù)運(yùn)行阻力較低，只有500～800 Pa。濾袋設(shè)置在電除塵后，運(yùn)行負(fù)荷低，清灰周期長(zhǎng)，有助于延長(zhǎng)濾袋壽命。但采用袋式除塵會(huì)增大風(fēng)煙系統(tǒng)阻力，引風(fēng)機(jī)出力及電耗均明顯上升。

1.4 低低溫電除塵

低低溫電除塵器是通過在電除塵前煙道設(shè)立熱交換器，使煙氣溫度降至85～90℃(需低于煙氣酸露點(diǎn)溫度)，使煙氣中的大部分SO3在經(jīng)過熱交換器后結(jié)露，且被粉塵中的堿性物質(zhì)立即吸收、中和，煙氣粉塵的比電阻大大降低，飛灰特性得到很大改善，從而實(shí)現(xiàn)余熱利用和提高除塵效率的雙重目的。因電除塵器前煙氣含塵濃度很高，粉塵總表面積很大，這為硫酸霧的凝結(jié)附著提供了良好的條件。當(dāng)粉塵濃度與H2SO4霧濃度之比(灰硫比D/S)大于100時(shí)，煙氣中的SO3去除率可達(dá)到95%以上，可大幅減少SO3排放。實(shí)際應(yīng)用表明，對(duì)熱交換器下游的設(shè)備基本沒有腐蝕作用；但該技術(shù)對(duì)燃煤的含硫量比較敏感，煤種變化對(duì)其影響大，且由于飛灰附著力降低，二次揚(yáng)塵可能增加。

1.5 濕式電除塵

濕式電除塵器的工作原理是：金屬放電線在直流高電壓的作用下，將其周圍氣體電離，粉塵在電場(chǎng)中荷電并在電場(chǎng)力的作用下向集塵極運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到集塵極表面時(shí)，隨液體膜流下而被除去。因此，濕式電除塵器運(yùn)行的三個(gè)階段與干式電除塵器相同：荷電、收集和清灰。然而，與振打清灰不同的是，濕式電除塵器采用的是液體沖洗集塵極表面來進(jìn)行清灰，同時(shí)粉塵形成泥漿而排出去。該技術(shù)收塵與粉塵特性無關(guān)，不受比電阻影響，對(duì)黏性大或高比電阻粉塵也能有效收集，可有效收集微細(xì)顆粒物、重金屬、有機(jī)污染物等，煙塵排放可達(dá)10 mg/m3甚至5 mg/m3以下。適用于處理高溫、高濕的煙氣，可有效去除SO3酸霧，有利于緩解煙道、煙囪腐蝕，但在高粉塵或高SOX濃度的煙氣條件下，不宜采用。

2 工藝方案比較

各除塵方案的技術(shù)性能對(duì)比詳見表1。

表1 除塵方案技術(shù)性能對(duì)比表

3 改造方案

根據(jù)以上分析，增加五電場(chǎng)、低低溫電除塵等單項(xiàng)改造均可使煙塵排放濃度降低，但無法達(dá)到小于5 mg/Nm3的超低排放要求，且不能解決PM2.5及石膏雨問題。移動(dòng)極板電除塵器、電袋復(fù)合除塵器運(yùn)行安全可靠性較差。濕式電除塵技術(shù)雖然可以使煙囪出口煙塵排放濃度長(zhǎng)期穩(wěn)定超低排放，但由于該公司#1爐改造前靜電除塵器出口煙塵濃度為50 mg/Nm3，脫硫出口霧滴濃度約40 mg/Nm3，鑒于單電場(chǎng)濕式靜電除塵器除塵效率約為70～80%，要使?jié)袷匠龎m器出口煙塵濃度達(dá)到5 mg/Nm3(含石膏)，需設(shè)置雙電場(chǎng)濕式靜電除塵器。由于造價(jià)和現(xiàn)場(chǎng)位置的限制，本項(xiàng)目不能設(shè)置雙電場(chǎng)濕式靜電除塵器，因此需首先對(duì)干式除塵器及脫硫系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高干式除塵器除塵效率，保證濕式電除塵器進(jìn)口煙塵濃度<20 mg/Nm3(含石膏)。

該公司在保證安全運(yùn)行、檢修方便的前提下，本著高效、綠色、環(huán)保的理念，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用加裝低低溫省煤器、電除塵加裝五電場(chǎng)、加裝濕式電除塵器三個(gè)技術(shù)同步實(shí)施的方案，對(duì)#1爐進(jìn)行粉塵超低排放改造，將煙囪出口煙塵排放濃度穩(wěn)定控制在5 mg/Nm3以內(nèi)。具體改造方案如下。

充分利用原電除塵器入口喇叭前水平煙道布置的空間，在每個(gè)入口喇叭前水平煙道支架上加裝低低溫省煤器，單臺(tái)爐安裝4臺(tái)低低溫省煤器，同時(shí)對(duì)原電除塵器前煙道支架進(jìn)行加固。增設(shè)低低溫省煤器后，考慮到后續(xù)設(shè)備的防腐問題，在改造期間需按大修標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目對(duì)電除塵陰陽(yáng)極系統(tǒng)、振打系統(tǒng)等進(jìn)行檢查檢修，并更換一、二電場(chǎng)陽(yáng)極板，二電場(chǎng)陰極線。

#1、#2爐進(jìn)行聯(lián)合風(fēng)機(jī)改造后，電除塵尾部空間長(zhǎng)度超過10米，因此可以在第四電場(chǎng)尾部和引風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)之間增加長(zhǎng)度為4.5米的第五電場(chǎng)。新增電場(chǎng)，高度和寬度尺寸、內(nèi)部結(jié)構(gòu)布置與前四個(gè)電場(chǎng)的完全一致，振打方式仍采用側(cè)部重錘回轉(zhuǎn)振打。五電場(chǎng)的灰斗下單獨(dú)增加一套氣力輸灰系統(tǒng)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件，濕式除塵器高位臥式布置，布置在脫硫塔與煙囪之間(原GGH處)。極板采用316L不銹鋼、極線采用2205雙相鋼、煙氣流向側(cè)進(jìn)側(cè)出；單臺(tái)爐濕式電除塵器配備4個(gè)供電分區(qū)；霧化和沖洗噴嘴選擇不易腐蝕磨損的材料，采用日立防堵技術(shù)。

4 改造效果

4.1 加裝低低溫省煤器

改造后，#1鍋爐低低溫省煤器系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，所有系統(tǒng)、設(shè)備的聯(lián)鎖保護(hù)全部投入，熱控測(cè)點(diǎn)、儀表及聯(lián)鎖自動(dòng)均按要求投入，換熱器模塊未發(fā)生腐蝕泄漏現(xiàn)象。低低溫省煤器系統(tǒng)投運(yùn)后#1鍋爐的煤耗降低，減少了污染物的產(chǎn)生。結(jié)合#1鍋爐電除塵改造后性能試驗(yàn)，低低溫省煤器系統(tǒng)投用后，電除塵出口煙塵濃度有明顯下降。在機(jī)組額定負(fù)荷工況下，各參數(shù)測(cè)定見表2。

表2 低低溫省煤器投運(yùn)后節(jié)能情況

4.2 加裝第五電場(chǎng)

#1機(jī)組電除塵器和低低溫省煤器性能測(cè)試結(jié)果表明，經(jīng)過加裝第五電場(chǎng)改造后，滿負(fù)荷下電除塵的除塵效率都滿足保證效率≥99.88%的設(shè)計(jì)要求；煙塵排放濃度在15.8～20.6 mg/Nm3之間，滿足出口煙塵濃度≯30 mg/N m3的設(shè)計(jì)要求，電除塵器出口煙塵排放從50 mg/Nm3左右降低至30 mg/Nm3以下；除塵器漏本體風(fēng)率均滿足設(shè)計(jì)值≤2%的要求；新增電場(chǎng)電耗滿足不超過原電除器總電耗1/4的設(shè)計(jì)要求。

4.3 加裝濕式電除塵器

改造后#1機(jī)組濕式電除塵器性能試驗(yàn)表明，濕電除塵效率滿足≥75%的設(shè)計(jì)要求；在#1鍋爐濕式電除塵器入口粉塵濃度小于20 mg/Nm3時(shí)，出口煙塵濃度滿足≯5mg/Nm3的設(shè)計(jì)要求。

在滿負(fù)荷，低低溫省煤器、五電場(chǎng)電除塵、濕式電除塵、五臺(tái)脫硫漿液循環(huán)泵全部投運(yùn)的工況下，濕式電除塵器的入口煙塵濃度為14.71 mg/Nm3，出口煙塵濃度為3.83 mg/Nm3，除塵效率73.96%，SO3去除效率71.02%，霧滴去除率50.03%，PM2.5去除率76.56%，汞去除率54.69%，基本滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，增設(shè)低低溫省煤器、增加第五電場(chǎng)、在脫硫吸收塔出口增加濕式電除塵器，這一組合方案以較少的改造工程量，確保#1機(jī)組煙塵排放低于5 mg/Nm3，達(dá)到煙塵超低排放的目標(biāo)；還可同時(shí)解決PM2.5、SO3酸霧、逃逸的石膏霧粒、超微米顆粒物、氣溶膠以及重金屬等環(huán)境污染問題，具有一定前瞻性。實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保的雙重目的，具有較高的社會(huì)效益和環(huán)保效益。