摘要  

通過煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)，改善不同燃煤煙氣灰分的比電阻，提高灰分對電極的趨向茹附特性，灰分更易被收集。通過采用高頻電源技術(shù)，改善除塵器電場特性，提高電極吸塵能力，提高了除塵效率，通過上述新技術(shù)的綜合應用改造，使原本超出現(xiàn)行排放指標近3倍的除塵器達到國家現(xiàn)行環(huán)保指標要求。  

【關鍵詞】煙氣調(diào)質(zhì)；高頻電源；電除塵  

引言  

某電廠125MW機組配套除塵效率為99.2%的雙室三電場電除塵器。按設計煤種考慮，機組出口粉塵濃度小于140mg/m3。2003年投入運行，每臺電除塵器配備6臺整流變。隨著現(xiàn)有除塵器設備的老化以及國家排放標準的提高，電除塵已不能滿足新的環(huán)保要求。期望通過電除塵器的改造升級，使除塵器出口排放水平降至45mg/m3以下，煙氣經(jīng)脫硫塔洗滌后煙囪粉塵排放濃度在30mg/m3以下，達到《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011)要求。  

1初步改造方案的確立  

1.1改造方案選項  

目前，在國家環(huán)保政策提高的背景下，原有的燃煤電廠靜電除塵器基本上都需要進行升級改造，改造的方式也很多，簡述如下:  

1.1.1改造后仍然采用靜電除塵器，主要有以下三種：  

(1)對原靜電除塵器內(nèi)部極間距和類型進行調(diào)整增效;  

(2)尾部再增加電場;  

(3)更換電源提高電場強度。  

1.1.2改造為電袋復合除塵器  

1.1.3改造為純布袋除塵器  

125MW機組在原有除塵器尾部增加電場和改為電袋復合除塵器的空間不足，這兩種方案不能采用。  

因此只能采用對靜電除塵器本體結(jié)合電氣一體化升級方式或改造為純布袋方式。但僅采用“高頻電源”改造是不能達到除塵器出口煙氣粉塵濃度≤45mg/m3，擬采用“高頻電源+煙氣調(diào)質(zhì)”的技術(shù)方案。  

1.2改造方案介紹  

經(jīng)過多方調(diào)研，并對各種技術(shù)進行了比較，確定以下兩種方案，并對這兩種方案進行了對比。  

(1)改造為純布袋除塵器。  

(2)SO3煙氣調(diào)質(zhì)+高頻電源改造。  

1.2.1改造為純布袋  

(1)改造方案  

本方案是將原靜電除塵器改造為純布袋除塵器，主要方式如下:  

a)保留電除塵器殼體、灰斗等，將原三個電場的內(nèi)部空間改造為布袋除塵器。  

b)對除塵器進出風管進行改造，改造為適合純布袋除塵器的進出風管道。  

c)安裝布袋除塵器儲氣罐及壓縮空氣管路系統(tǒng)，對布袋除塵器進行震打清灰。  

d)改造后的布袋除塵器控制系統(tǒng)納入新增加的脫硫DCS中，原電除塵三個電場高低壓電控柜拆除。  

(2)工作原理  

含塵氣體在通過導流系統(tǒng)時，由于風速的突然下降，含塵氣體中的大顆粒粉塵發(fā)生自然沉降并經(jīng)導流系統(tǒng)分離后直接落入灰斗、其余粉塵在導流系統(tǒng)的引導下，隨氣流進入布袋過濾區(qū)，通過濾袋的阻隔、攔截、凝聚作用，將粉塵完全收集，效率可達99.9%以上，出口粉塵濃度穩(wěn)定在30mg/m3以下。  

1.2.2改為S03煙氣調(diào)質(zhì)+高頻電源  

本方案不需要增加電場，保留原有殼體，對電場本體進行恢復性大修。同時增加一套煙氣調(diào)質(zhì)裝置。改造后一、二電場供電系統(tǒng)采用ALSTOM世界領先的高頻電源SIR及相應的集成控制系統(tǒng)。  

(1)電除塵器本體改造方案  

本體改主要內(nèi)容包括:  

a)保留進出口煙箱，對除塵器本體的進氣煙箱氣流均布板進行更換;  

b)對電除塵器殼體的腐蝕壁板進行更換補漏，局部位置增加強度;  

c)對現(xiàn)有一、二、三電場陰、陽極系統(tǒng)進行恢復性大修，更換損壞的陰極限和陽極板，調(diào)整軸系，達到原始設計條件。  

(2)電除塵器電氣改造方案  

在一、二電場分別安裝高頻電源SIR-85kV/1200mA和SIR-102-70kV/1700mA替換原有的工頻電源，使用高頻電源后電場的二次電源可以有效提高，電除塵能量注入提高數(shù)倍，極大的提升了電場的收塵能力，三電場加裝ALSTOM的EPICIII控制器，同時加裝ALSTOM上位機系統(tǒng)ProMoIII，建立基于以太網(wǎng)的控制網(wǎng)絡。  

在相同電場運行工況下，高頻電源二次電壓比單相工頻電源提高30%以上，電壓更平穩(wěn)，更有效提高除塵效率。供電為三相平衡供電，對電網(wǎng)影響小，功率因數(shù)與轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換效率比工頻電源高，配電容量比工頻低;輸出電壓紋波系數(shù)小，有利于提高閃絡電壓，提高電暈功率，提高電除器除塵效率。與工頻電源相比，高頻電源的適應性更強。高頻電源的輸出由一系列的高頻脈沖構(gòu)成，可以根據(jù)電除塵器的工況提供最合適的電壓波形?？刂聘叩筒〞r間，可以輸出不同電壓電流脈沖波形。與工頻電源相比，高頻電源的變換拓撲結(jié)構(gòu)是串聯(lián)LC諧振電路，本質(zhì)上是恒流源，不怕短路，更適合電除塵工作特點(電場擊穿引起的短時間短路狀態(tài))?；鸹刂铺匦院?，僅需很短時間(<30μs，而工頻電源需10ms)即可檢測到火花，火花能量小，對供電沖擊小。  

1.3煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)調(diào)質(zhì)原理  

粉塵比電阻是影響電除塵器效率的重要因素之一。電除塵器的最佳工作條件要求粉塵比電阻在106~5x1010Ω.cm的范圍內(nèi)，若粉塵的比電阻超過臨界值5x5x1010Ω.cm時，則通過極板上粉塵層的電暈電流就會受到限制，影響到粉塵粒子的荷電量、荷電率、電場強度。當粉塵比電阻達到1012Ω.cm時，會導致比較嚴重的反電暈，此時電流大增，電壓降低，收塵效率大幅下降。而三氧化硫煙氣調(diào)質(zhì)在煙氣進入電除塵器之前，往煙氣中注入少量的SO3(10~15ppm)，SO3與煙氣中的水分結(jié)合生成煙酸氣溶膠極易附著在粉塵表面，能夠提高粉塵的表面導電，降低粉塵的比電阻，有效克服高比電阻因素對電除塵器的不利影響，從而大幅度提高除塵效率。

1.4調(diào)質(zhì)工藝流程  

煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)由SO3生成器(集裝箱式)、儲硫罐、注入系統(tǒng)三大部件組成。SO3生成器包括風機、電加熱器、燃硫爐、轉(zhuǎn)化器和PLC控制系統(tǒng)。  

儲硫罐分為熔區(qū)和儲區(qū)兩部分。在儲硫罐熔區(qū)內(nèi)用飽和蒸汽加熱固體硫磺，使之變?yōu)橐簯B(tài)硫磺儲存在儲區(qū)中。運行時，利用輸送設備將液體硫磺輸送到SO3生成器，可編程控制器根據(jù)運行工況精確控制硫磺的輸送量;硫磺在生成器內(nèi)的燃硫爐與熱空氣相遇燃燒生成二氧化硫，二氧化硫在轉(zhuǎn)化塔中經(jīng)五氧化二礬催化作用生成三氧化硫。三氧化硫和空氣的混合氣體通過分配支管和注入器噴射到煙氣中。  

根據(jù)鍋爐的負荷以及降低比電阻所需的三氧化硫量，系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)三氧化硫的生成速度。三氧化硫的注入量取決于多種變量，包括灰的成份和過程狀況等。最佳的三氧化硫注入量由鍋爐負荷、濁度和煙氣溫度輸入信號決定。  

系統(tǒng)需要的三氧化硫注入量由計算決定，最佳注入量取決于現(xiàn)場實驗、煤灰成份和灰的化學構(gòu)成。整個系統(tǒng)由PLC控制器控制，全自動運行，人機界面實時監(jiān)控。

2兩種改造方式比較  

2.1優(yōu)缺點比較  

(1)改為純布袋  

優(yōu)點：除塵效率高，與鍋爐運行情況及煤質(zhì)變化關系不大，粉塵排放濃度有保障。  

缺點：對煙氣溫度及濕度有一定的要求，否則會減少濾袋壽命甚至損害濾袋。運行阻力大，能耗高，即運行成本較高。脈沖閥數(shù)量多，運行維護工作量大。濾袋一般2}3年需要全部更換，造成后期維護成本高。  

(2)改為SO3煙氣調(diào)質(zhì)+高頻電源  

優(yōu)點：運行方式簡單，與現(xiàn)有的除塵器基本相同。改造方便，僅對本體進行恢復性大修，煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)為模塊化，僅需對接接口。運行阻力小，能耗低，而加入的硫磺單臺爐僅為1620km/h，運行成本低。電除塵僅對易損件進行更換，后期維護費用低。  

缺點：對燃煤煤質(zhì)有一定的要求。  

2.2改造的可行性比較  

電除塵改造為“純布袋除塵器”與“SO3煙氣調(diào)質(zhì)+高頻電源改造”均可實施，且“SO3煙氣調(diào)質(zhì)+高頻電源改造”方案僅對原除塵器本體進行恢復性大修，不改變原除塵器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改造難度小，改造工作量小，工期短。  

2.3除塵效果比較  

“SO3煙氣調(diào)質(zhì)+高頻電源改造”升級改造后，煙氣排放粉塵排放濃度可降低至45mg/m3以下，而后續(xù)的脫硫系統(tǒng)也有40%~50%的除塵效率，可保證最終的排放濃度降低到30mg/m3以下。以上兩種方式均可滿足現(xiàn)階段的環(huán)保要求。  

2.4運行成本比較  

電除塵器運行中，需要高壓電源放電提供一定的電場來吸附灰塵，同時震打裝置運行需要耗費電量。此外煙氣調(diào)質(zhì)需要消耗一定的硫磺。  

而布袋除塵器本身則不需要額外耗電，其噴吹采用壓縮空氣，但布袋除塵器本身較電除塵器阻力高出1500~2000Pa，使引風機的壓頭增大，間接也消耗了電力。  

改為純布袋后的運行成本比“SO3煙氣調(diào)質(zhì)+高頻電源改造”的運行成本高。  

注:電費按0.4元//kWh，硫磺按2200元/t，設備年運行時間7500h計。  

2.5維護成本比較  

原電除塵升級改造后，電除塵器維護工作量很小，通常電除塵器易損件包括:極板、極線、軸承、絕緣子、振打錘等，一般電除塵器10年的易損件投資僅占電除塵器一次投資的15%左右。  

改純布袋后，濾袋的有效使用壽命一般不大于30000h，即3~4年需要全部更換濾袋，而濾袋的成本要占到整個設備價格的一半以上；同時，布袋除塵器噴吹用的脈沖閥膜片使用壽命為100萬次，在達到使用壽命后也需要進行更換。即后期的維護成本很高。    

2.6運行方式比較  

SO3煙氣調(diào)質(zhì)+高頻電源改造，除塵器的控制方式和運行方式與電廠之前的均不發(fā)生改變，新增的SO3煙氣調(diào)質(zhì)為自動控制，運行簡單易操作。而改純布袋后，較原電除塵器的運行要復雜，要根據(jù)除塵器的阻力變化來調(diào)整噴吹的間隔。而且由于濾袋對煙氣溫度有一定的要求，如煙氣溫度高于180℃需要及時切換到旁路系統(tǒng)，這對后續(xù)的脫硫系統(tǒng)運行造成較大影響，要是時間較長，則需要鍋爐停機。并且，在鍋爐運行中發(fā)生水冷壁、省煤器等爆管導致煙氣中水分增加時，有可能使布袋糊袋，造成操作隱患。  

2.7投資成本比較  

2x125MW機組投資成本對比見表3。  

表32x125MW機組投資成本對比  

3改造后運行效果  

125MW機組電除塵器SO3煙氣調(diào)質(zhì)+高頻電源技術(shù)改造后，機組在不投SO3煙氣調(diào)質(zhì)只投電除塵器高頻電源的情況下，出口排放水平降至45mg/m3左右(煙氣經(jīng)脫硫塔洗滌后粉塵排放濃度20mg/m3左右)；在投入“煙氣調(diào)質(zhì)+高頻電源”方式運行的情況下，除塵器出口排放水平降至35mg/m3左右(煙氣經(jīng)脫硫塔洗滌后粉塵排放濃度15mg/m3左右)。  

4結(jié)論  

(1)"SO3煙氣調(diào)質(zhì)+高頻電源改造”的方案可滿足≤45mg/m3的排放要求。  

(2)"SO3煙氣調(diào)質(zhì)+高頻電源改造”的方案在除灰系統(tǒng)上與原靜電除塵器一致，三電場的倉泵可仍采用原來的0.7m3。  

(3)根據(jù)投資成本對比表顯示，"SO3煙氣調(diào)質(zhì)+高頻電源”的改造費用比改為純布袋的總價高，考慮到運行成本、后期維護費用、人員和運行方式等因素，綜合評價確定采用“SO3煙氣調(diào)質(zhì)+高頻電源改  

造”的技術(shù)。  

(4)改為純布袋比“S03煙氣調(diào)質(zhì)+高頻電源改造”的運行成本高，412.8-398.1=14.7(萬元/年);維護成本比較140.6-40=100.6(萬元/年)，合計年節(jié)約費用115.3(萬元/年)。  

(5)煤種使用廣泛，可根據(jù)不同煤種粉煤灰比電阻的不同，改變SO3煙氣調(diào)質(zhì)氣體量，使得電除塵達到最佳除塵效果。  

本文發(fā)表于《冶金動力》2017年12期  

主作者簡介:文博，男，高級工程師，從事電廠技術(shù)工作