余熱利用低低溫電除塵技術(shù)的應(yīng)用研究

余熱利用低低溫電除塵技術(shù)的應(yīng)用研究

1余熱利用技術(shù)在25的任期內(nèi)，國家和地方當(dāng)局提出了更嚴(yán)格的廢物排放標(biāo)準(zhǔn)（30mg，nm）。新排放標(biāo)準(zhǔn)的頒布成為電除塵器技術(shù)發(fā)展的巨大推動力,近幾年來,電除塵行業(yè)為滿足新排放標(biāo)準(zhǔn)迅速推出了幾項可供大機組工程應(yīng)用的新技術(shù),低低溫電除塵器就是其中一種。傳統(tǒng)的電除塵器是火電廠大氣污染治理的主流設(shè)備,但它對粉塵比電阻較敏感,在我國煤種多變的國情下,對于高比電阻粉塵工況時,易出現(xiàn)反電暈,使除塵效率下降,這是傳統(tǒng)電除塵器的一大弊病?？v觀電除塵器發(fā)展歷史,被動的用多種技術(shù)來解決反電暈問題貫穿其中,只是近幾年工程技術(shù)人員才從整個鍋爐尾部工藝系統(tǒng)考慮把煙氣溫度降下來(從120~170℃降到90~110℃),這樣所有粉塵的比電阻都降到電除塵器的最佳工作范圍,從而從根本上解決了電除塵器在高比電阻粉塵工況時,易出現(xiàn)反電暈使除塵效率下降的問題當(dāng)前,在我國電煤市場化及環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)下,火電運行成本及排放壓力上升,進一步深化減排節(jié)能的雙重課題已擺在我國絕大部分燃煤電廠管理者的面前。通過對已投運機組的調(diào)查摸排發(fā)現(xiàn),我國許多燃煤電廠鍋爐排煙溫度普遍高于設(shè)計值,使得機組發(fā)電效率下降、煙氣體積流量增大、煙塵比電阻升高、引風(fēng)機電耗增大及濕法脫硫降溫水耗增大,造成電除塵效率下降、發(fā)電成本上升。這種超溫現(xiàn)象,與我國倡導(dǎo)的節(jié)能減排背道而馳,特別是在國家出臺更加嚴(yán)格的環(huán)保政策下,解決上述問題已迫在眉睫。從調(diào)節(jié)電除塵入口煙氣溫度著手,采取余熱利用工藝技術(shù),一方面實現(xiàn)煙氣調(diào)溫,使之適應(yīng)電除塵高效工作,同時也可實現(xiàn)一定的節(jié)能運行。另一方面,通過借助龍凈公司現(xiàn)有電除塵器先進技術(shù)與研發(fā)平臺,將煙氣余熱利用裝置與電除塵器有機復(fù)合在一起,開發(fā)出集煙氣降溫、高效收塵與減排節(jié)能控制技術(shù)為一體,實現(xiàn)粉塵減排、節(jié)煤、節(jié)電、節(jié)水以及SO2余熱利用設(shè)備現(xiàn)狀在國外,日本及歐洲等較早實施了基于煙氣余熱利用的低低溫電除塵器技術(shù)的應(yīng)用。特別是日本,在2000年以來就已開始大規(guī)模應(yīng)用煙氣余熱利用設(shè)備,配備低低溫靜電除塵器,實現(xiàn)高效除塵和節(jié)能。近年來,國內(nèi)有些電廠也開始嘗試在電除塵器后脫硫前應(yīng)用回收余熱裝置。但是,基于煙氣余熱利用原理且能將余熱利用和電除塵性能提效很好地結(jié)合在一起的低低溫靜電除塵器,在我國的開發(fā)應(yīng)用仍處于空白階段。2.1低低溫電除塵煙溫通常,大多數(shù)燃煤電廠空預(yù)器后所配套的電除塵器均屬于低溫型電除塵器范疇,其運行煙溫一般多為120~170℃區(qū)間,而布置在空預(yù)器之前,以及在水泥窯頭、冶煉行業(yè)所配套的電除塵以高溫型居多,其煙溫一般不低于250℃。本文所指低低溫的溫度區(qū)間按90~110℃考慮,在這個溫度區(qū)間,既可降低煙塵比電阻,同時又有利于濕法脫硫高效可靠運行等。主要基于3個方面考慮。2.1.1SOSO從圖1中可得出:220℃以上,SO2.1.2so配置分析表明,SO2.1.3溫度值低低溫?zé)煖叵孪奕?0℃,主要是綜合考慮了為適應(yīng)濕法脫硫煙氣入口溫度的工藝要求。2.2電除塵電場與煙氣體積流量、煙氣體積流量、電除塵電場風(fēng)速的關(guān)系在低低溫工況下,可顯著改善煙塵特性:降低比電阻,增強顆粒凝并。另外,煙溫降低,煙氣體積流量降低,電除塵電場風(fēng)速相應(yīng)降低,根據(jù)下列公式:計算可知,電場風(fēng)速v與除塵效率η呈指數(shù)反比關(guān)系,即:v提高,η呈指數(shù)關(guān)系下降。一般來說,排煙溫度每下降10℃,煙氣量下降2.5%,電場風(fēng)速下降2.5%,除塵效率相應(yīng)提高。2.3低低溫電除砂香煙特征(4)煙氣中顆粒及氣體分子熱運動能力減弱,氣體分子之間黏滯性變小,荷電粉塵驅(qū)進速度變快。(5)煙氣擊穿電壓提高等。2.4加強煙氣均布及加強灰斗輔助保溫針對上述煙氣條件變化,必須對低低溫電除塵做針對性的配置與調(diào)整,包括:(1)前電場應(yīng)用高頻電源以解決煙塵質(zhì)量濃度提高后可能出現(xiàn)的電暈封閉問題。(2)應(yīng)用CFD計算分析氣流分布與阻力變化,更換或采用更加合理的氣流均布裝置。(3)杜絕灰斗漏風(fēng),加強灰斗外壁保溫及輔助加熱恒溫措施。(4)其他,如各電場收塵效率及粉塵捕集量發(fā)生變化后的振打清灰制度的調(diào)整以及輸灰制度的調(diào)整,等等。2.5余熱利用換熱器及電除塵煙氣余熱利用與水處理系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)要點余熱利用與電除塵各自獨立布置,由于氣流分布要求高,各自阻力大,其中余熱利用換熱器350~450Pa,電除塵約245Pa,當(dāng)工況發(fā)生波動時,如燃煤煤質(zhì)變化、煙溫變化、負(fù)荷變化等,余熱利用換熱器需要動態(tài)調(diào)節(jié)換熱總量,以適應(yīng)系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行要求,還要適應(yīng)電除塵高效除塵要求。3龍凈公司lsc余熱利用新產(chǎn)品龍凈公司在2006年開始介入低低溫?zé)煔庵卫砑夹g(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用調(diào)查和研究,2010年取得樣機突破。該新產(chǎn)品(以下簡稱“LSC低低溫電除塵器”)由龍凈公司自主研發(fā),主要由煙氣調(diào)溫系統(tǒng)、氣流分布系統(tǒng)、陰陽極系統(tǒng)、低低溫電除塵控制系統(tǒng)等組成。它將煙氣余熱利用、電除塵及其自動控制技術(shù)進行了有機融合,具有高效除塵、除SO3.1電除塵提效技術(shù)(1)調(diào)溫原理。通過特制的換熱器,采用熱媒體回收煙氣余熱(如用于加熱汽機冷凝水,節(jié)約煤耗),并使得電除塵煙溫由通常的120~170℃下降到90~110℃低低溫狀態(tài)。(2)電除塵提效原理。煙溫降低,使得煙塵比電阻降低至103.2低低溫電除塵器技術(shù)(1)對于新建項目,在滿足同樣排放標(biāo)準(zhǔn)下,采用低低溫電除塵器技術(shù),可節(jié)省約1個電場的占地及設(shè)備投資(圖4)。(2)對于除塵提效技改項目,采用低低溫電除塵器技術(shù),在滿足同樣排放標(biāo)準(zhǔn)下,結(jié)合實際場地條件,可將換熱裝置布置在電除塵前置豎井煙道或水平煙道及進口煙箱結(jié)合位置(圖5)。該技術(shù)具有除塵提效節(jié)能,工期短、改動工作量小等優(yōu)點。3.3回收余熱回收串聯(lián)布置煙氣換熱余熱回收,主要用于加熱汽機冷凝水,典型換熱工藝布置分為兩種模式。其中圖6為并聯(lián)布置模式,采取雙路取水雙路回水工藝,配合增壓泵及管路系統(tǒng),實現(xiàn)在線調(diào)溫,對低加系統(tǒng)主回路不產(chǎn)生沖擊。由于為并聯(lián)布置,該系統(tǒng)可單獨解列,不影響發(fā)電系統(tǒng)正常運行。圖7為煙氣換熱余熱回收串聯(lián)布置模式,在低加回路上適當(dāng)位置的2級低加之間加設(shè)截止閥,并在截止閥前后取水與回水,設(shè)置熱水再循環(huán)系統(tǒng)。與并聯(lián)模式相比較,該系統(tǒng)簡單造價低,但節(jié)能差些。3.4低低溫電除塵煙氣自動適應(yīng)方案設(shè)計(1)采取余熱利用煙溫調(diào)節(jié)與低低溫電除塵相結(jié)合的方法,主動改善煙氣條件,降低比電阻、提高運行電壓,實現(xiàn)除塵高效、節(jié)能雙重效果。(2)前電場應(yīng)用高頻電源,有效解決低低溫粉塵煙塵質(zhì)量較高可能導(dǎo)致電暈封閉問題。(3)采取加強型灰斗外壁保溫及輔助加熱恒溫設(shè)計,確保過灰順暢。(4)陰陽極配置強度、頻率均可調(diào)的程序控制頂部電磁錘振打清灰系統(tǒng),滿足低低溫下精細(xì)化調(diào)整要求。(5)余熱循環(huán)利用,降低發(fā)電煤耗1.0~3.0g/kW·h(具體與降溫幅度大小相關(guān))。(6)SO(7)開發(fā)配套煙溫調(diào)節(jié)與低低溫電除塵自適應(yīng)控制系統(tǒng),適應(yīng)性好,運行穩(wěn)定,見圖8。該系統(tǒng)可對鍋爐負(fù)荷、煙溫、電除塵電場運行參數(shù)等進行實時監(jiān)控,自動跟蹤并尋找電除塵最佳運行參數(shù)和動態(tài)調(diào)節(jié)換熱總量,改變換熱后的煙氣溫度,使電除塵器工作在最佳狀態(tài),實現(xiàn)高效除塵和節(jié)能目的。(8)可綜合應(yīng)用高頻、雙區(qū)、振打控制優(yōu)化等黃金組合技術(shù)(圖9),滿足國家最新排放標(biāo)準(zhǔn)要求。(9)采用(膜式)復(fù)合翅片/銷釘管排專利技術(shù),可成排或模塊化設(shè)計出廠,換熱效果好。(10)針對粉塵濃度較高等工況,特別采取相應(yīng)措施,確保換熱器防磨防腐等長壽命設(shè)計要求。防磨方面。換熱管在迎風(fēng)面采取不低于t5中厚壁20號無縫鋼管結(jié)構(gòu);換熱管迎風(fēng)面一側(cè)按膜式復(fù)合管組排設(shè)計或?qū)Я魅~片式設(shè)計,大幅減小煙氣紊流,減輕煙塵對換熱管的磨損;并特別設(shè)計2mm厚的卡片式不銹鋼耐磨罩瓦,加裝在換熱管迎風(fēng)面的前排換熱管上;另外,采用CFD計算機氣流分布分析+物模試驗,確保受熱面煙氣流場均勻,避免出現(xiàn)局部高風(fēng)速高濃度磨損區(qū)。防腐方面。配置多路取水或熱水再循環(huán)設(shè)計工藝,在機組負(fù)荷、燃煤波動及季節(jié)變化時可實時在線調(diào)整換熱管冷端進水溫度,確保換熱管的進水溫度達(dá)到水露點(~45℃)+20℃以上,可有效避免換熱管發(fā)生低溫腐蝕;按照有限腐蝕法設(shè)計選型、合理選取腐蝕余量;針對不同工況,區(qū)別換熱管選材,對于處于低溫區(qū)段的換熱管可選擇ND鋼(09CrCuSb)等抗腐蝕能力強的材料,確保防腐性能要求。450.50m低低溫電除垢器大型樣品的應(yīng)用研究在試驗和樣機試用基礎(chǔ)上,龍凈公司課題組首先在大唐國際寧德發(fā)電有限責(zé)任公司600MW機組44.1級深度降溫改造(1)針對電廠幾種煤種情況,結(jié)合德國經(jīng)驗公式,可得出相應(yīng)的比電阻與煙溫關(guān)系經(jīng)驗曲線(圖10)。根據(jù)前蘇聯(lián)鍋爐機組熱力計算的酸露點公式計算得知,該項目燃煤煙氣平均酸露點為92℃,在148℃煙溫下比電阻較高(10(2)因地制宜,采取2級深度降溫?fù)Q熱裝置。結(jié)合實際場地條件,在除塵器進口喇叭處和前置垂直煙道處分別各設(shè)置一套煙氣余熱利用節(jié)能裝置。2級換熱裝置的換熱介質(zhì)通過換熱管路串聯(lián)連接,采用汽機冷凝水與熱煙氣通過煙氣余熱利用節(jié)能裝置進行熱交換,使得除塵器的運行溫度由150℃下降到95℃左右。(3)采取煙氣換熱余熱回收并聯(lián)布置模式(圖6)。在7(8)號低加前后采取雙路取水,在5號低加前后采取雙路回水設(shè)計方案,實現(xiàn)在線調(diào)溫的功能要求。4.2當(dāng)前技術(shù)的現(xiàn)代化和改造4.2.1分布裝置的更換、配置對原電除塵電場氣流分布進行CFD分析與改進設(shè)計,根據(jù)CFD分析計算的結(jié)果更換全新設(shè)計制造的分布裝置,以全面改善電除塵各室流量分配及氣流分布均勻。4.2.2降低1.21.2電除塵器1、二電場2電除塵器1、2電除塵6個月內(nèi)的1.2.2細(xì)電池2,2考慮到煙溫降低后,由于煙氣體積流量降低,煙速減小,進入電除塵器的粉塵濃度提高,尤其在第一電場內(nèi)部單位時間內(nèi)粉塵顆粒停留時間延長及煙塵密度上升,特別對原電除塵第一、二電場換用高頻電源(34.2.3余熱利用煙溫調(diào)節(jié)與電除塵減排節(jié)能自適應(yīng)控制系統(tǒng)對電除塵器高低壓電控設(shè)備進行數(shù)控技術(shù)改造,并結(jié)合電除塵控制經(jīng)驗,特別開發(fā)配套先進的余熱利用煙溫調(diào)節(jié)與電除塵減排節(jié)能自適應(yīng)控制系統(tǒng)。4.2.4全面檢查陰陽環(huán)境質(zhì)量，調(diào)整對原電除塵各電場陰陽極變形情況及異極距進行全面檢查,采取專業(yè)調(diào)整措施,并全面檢查處理殼體氣密性等。4.2.5全面更新連接裝置、灰斗加熱和加熱控制系統(tǒng)全面升級相關(guān)各項系統(tǒng),以確保設(shè)備可靠穩(wěn)定運行。4.3經(jīng)過電分離器改造后的綜合能測試結(jié)果和清潔效率的改進分析4.3.1材料腐蝕和熱力系統(tǒng)試驗(1)除塵器性能測試表明:在增設(shè)換熱裝置后,粉塵排放值下降幅度明顯,從原約60mg/Nm(2)在空預(yù)器出口煙溫為150℃工況下,經(jīng)煙熱換熱器換熱降溫幅度平均可達(dá)到50℃以上,降溫后比電阻降低幅度平均達(dá)到5.57×10(3)SO(4)材料低溫腐蝕測試表明:Q235和SPCC兩種材料的耐腐蝕性能都較強,腐蝕級別都達(dá)到5級以下;SPCC平均腐蝕率為0.0412mm/a,Q235平均腐蝕率為0.0537mm/a。(5)熱力系統(tǒng)試驗表明:在600MW負(fù)荷時,汽機的熱耗下降52kJ/kW·h以上;在450MW負(fù)荷時,汽機的熱耗下降69kJ/kW·h以上。(6)本體實測阻力≤350Pa(含第2級換熱器)。4.3.2實燒煤種比集塵改造方案比選除塵器改造前后的部分統(tǒng)計對比分析數(shù)據(jù)見表1。從表1中可知,按當(dāng)前實燒煤種,實際改造采用增加余熱利用降溫裝置、電除塵電控升級及本體維護綜合方案,比集塵面積為117.8m4.3.3交付后的腐蝕和磨損在低低溫電除塵投運半年后,利用電廠的停爐機會,對設(shè)備進行了全面檢查,結(jié)果表明,電除塵及下游設(shè)備未見任何腐蝕及磨損異常情況。5年發(fā)電利用小時數(shù)以1臺660MW機組電除塵器余熱利用煙溫降幅45℃計算,年發(fā)電利用小時數(shù)5800h(100%THA,75%THA,50%THA這3種工況的運行比率分別為20%,60%,20%)。5.1每年可實現(xiàn)削減污染滿負(fù)荷下,工況煙氣量為290萬m(20000-20)/105.2風(fēng)機電耗對比在運營期內(nèi),節(jié)約煤耗按1.9g/kW·h,標(biāo)煤價按900元/t進行計算,每年可降低電煤費用:66×5800×1.9/10由于煙溫下降,引風(fēng)機處理風(fēng)量下降,克服新增換熱器增加的煙氣流阻后,每年還可節(jié)省約40萬元的風(fēng)機電耗。由于電除塵效率提高,若按保效節(jié)能運行模式,還可節(jié)省約30%電除塵電場運行功耗,每年可節(jié)省約40萬元。脫硫吸收塔入口煙溫降至95℃,可節(jié)約脫硫系統(tǒng)的用水量損耗,按每小時節(jié)約36t水(每降10kW·h可節(jié)約8t水),水價按0.8元/t計算,全年可節(jié)省水耗:36×5800×0.8/10000≈17萬元/a以上合計,每年平均可節(jié)省運行成本約752(655+40+40+17)萬元。綜上,1臺600MW機組,配套低低