（环境工程专业论文）火电厂半干法烟气脱硫技改研究.pdf

1 t i l li1 1 1 1 1i i ii i1 1 1 1 1 1 1 1 1 1i ii ii y 17 916 4 4 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：雄璋猛 日期：翌p 噬歹 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解l l i 东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： i 番拄导师签名： l 镰 山东大学硕士学位论文 目录 摘要1 a b s t r a c t 3 1 引言5 1 1 烟气脱硫的技术方法5 1 1 1 湿法脱硫5 1 1 2 干法脱硫6 1 1 3 半干法脱硫6 1 2 国内烟气脱硫技术的应用现状及国产化8 1 3 国内脱硫误区8 1 4 本论文研究的主要内容、目的及意义一9 1 4 1 研究的内容及目的9 1 4 2 研究的意义9 2 项目概况l o 2 1 技术定义与工作原理l o 2 2 设计依据1 1 2 2 1 煤质及灰份分析1 1 2 2 2 锅炉参数1 2 2 2 3 脱硫系统主要设计参数1 3 2 3 原有脱硫设施工艺评价1 4 2 3 1 原有脱硫工艺流程图1 5 2 3 2 2 机组改造情况分析与总结1 5 3 拌l 机组改造方案1 8 3 1 选择原则1 8 3 2 方案选择1 8 4 撑1 机组改造方案新增设备清单2 1 5 改造后系统调试情况2 3 5 1 脱硫调试技术措施2 3 5 2 脱硫凋试情况总结2 4 6 脱硫对后续电除尘器的影响及硫后电除尘器的节能改造2 5 6 1e p m a xl i l 挖制器简介2 8 6 2 三i 种1 i 作模式2 9 山东大学硕士学位论文 6 2 1 完备的火花检测和控制特性2 9 6 2 2 三斜率的火仡跟踪及控制特性3 0 6 3 实时优化供电软件r o q 和控制电压振打优化软件v c r l 5 2 1 3 1 6 3 1r o q 实时供电优化软件3 2 6 3 2v c r 减电压振打方式3 3 6 4 捧1 电除尘除尘、节能效果分析3 3 7 结论3 5 参考文献3 8 致谢4 2 攻读硕士期间发表的论文4 3 1 2 0 c ) c a ( o h ) 2 + 2 h f = c a f 2 + 2 h 2 0 从上述化学方应方程可以看出，c a ( o h ) 2 应尽量避免在7 5 c 左右与h c i 反应。 2 2 设计依据 2 2 1 煤质及灰份分析 根据山东里能集团提供的资料，本期工程燃用烟煤，设计煤科，为新河煤，校核煤 种为鲁西煤。其煤质分析资料见下表： 山东人学硕士学位沦文 2 2 2 锅炉参数 1 2 l 、锅炉型式：亚临界压力、一次中间再热、单炉膛、控制循环、平衡通风、同 态排渣、汽包型燃煤锅炉。 。1 。1 。1 。1 。 山东大学硕士学位沦文 炉有限责任公司2 、锅炉生产厂家：上海锅 3 、锅炉主要技术参数( b m c r 工况下) ： 最大连续蒸发量 1 0 3 6t h 过热器出口蒸汽压力： 1 7 5 0 m p a g 过热器出口蒸汽温度： 5 4 1 锅炉不投油最低稳燃负荷：s 3 5 b m c r 4 、锅炉运行方式：可带基本负荷，也可用于调峰。 2 2 3 脱硫系统主要设计参数 脱硫装置机组容量： 燃煤收到基含硫量： 脱硫装置进口烟气量： 脱硫装置进口烟气温度： 脱硫装置进口s 0 2 浓度： 脱硫装置出口烟气温度： 除尘器出 15 0 2 浓度： 脱硫装置脱硫效率i 脱硫除尘系统总阻力： 预电除尘器除尘效率： 烟囱入口灰尘浓度： 系统漏风率： 系统可利用率： 使用年限： 年运行时数： 钙硫比 生石灰纯度： 生石灰用量： 一i ：艺水用漪： 压空压力： 3 0 0 m w 1 4 1 ( 校核煤种) 1 0 9 0 9 x1 0 4n m 3 1 1 1 2 8 2 8 5 0m g n m 3 芝7 5 2 3 0m g n m 3 9 2 2 5 0 0 p a 8 5 s 5 0m g n m 3 s3 之9 7 3 0 年 之5 5 0 0 小时 51 5 8 5 4 7 5t h ( 校核煤种) 4 5t h 0 6 5m p a 山东大学硕士学位论文 压空用晕： 2 3 原有脱硫设施工艺评价 4 2n m 3 m i n 烟气系统主要由预除尘器、脱硫塔、连接段、旋风分离器、脱硫后除尘器组成。 每套脱硫系统配置两台脱硫塔及四台旋风分离器，脱硫塔为下进气结构，顶部出口经 连接段进入旋风分离器，旋风分离器采用下排气形式，四台旋风分离器出口烟道进入 脱硫后除尘器。 脱硫塔底部设计成内外两层的央套式结构，外层夹套部分烟气出口设有8 个电动 门，通过沿塔壁方向的导流叶片形成旋切风，以提高脱硫灰的内循环，内筒喉口部位 被分隔成多个格栅，以形成多管文丘里的流化效果。 每台脱硫塔共设置三层喷嘴，每层设4 个喷嘴圆周均布，喷嘴采用压空雾化的双 流体喷嘴，第一层喷嘴安装高度为+ 19 5 5 m ，每个喷嘴流量为3 6m 3 h 。第二层和第三 层喷嘴安装高度分别为+ 2 1 5 5 m 承i + 2 3 3 5 m ，每个喷嘴流量为1 2m 。喷粉口位置位 于喉口上方1 3 米高度处，脱硫灰回送口共有4 个，与第二层喷嘴高度基本相同。 灰循环是指把旋风分离器分离下来的脱硫灰重新返回脱硫塔内进行脱硫反应，以 提高脱硫剂的利用率和脱硫效率，同时，通过灰循环保证循环流化床内脱硫反应所需 的固体颗粒浓度( 或称固气比) ，从而保证反应器始终处于良好的运行工况，本系统 主要设备包括电动插板门、斜板锁气器、螺旋输送机组成。 灰循环管道规格为5 0 0 x 5 0 0 m m ，螺旋输送机型号为l s 5 0 0 ，输送量1 0 0m 3 h 。 消石灰仓内消石灰粉通过变频计量给料机和称重皮带给料机后，由喷粉风机送至 脱硫塔参与脱硫反应。 塔底渣斗可贮存2 0 m 3 的渣量，设有高料位报警，渣斗底部装有插板门和单辊碎 渣机，大块渣可经单辊碎渣机破碎成粒径2 5 - - - , 5 0 毫米的细渣，经埋刮板输送机和斗 式提升机送入脱硫渣仓。 碎渣机型号为d g s 8 3 0 ，出力2 0 t h ，埋刮板输送机和斗式提升机，输送量2 0 一h 。 该系统现有的双循环流化床半干法烟气脱硫工艺受机组负荷影响较大，机组低负 荷运行时，难以建立稳定的流化床，脱硫系统运行存在一定的安全隐患，目前脱硫效 率还没有达到预期的日标( 9 2 ) 。 1 4 山东大学硕士学位沦文 2 3 1 原有脱硫工艺流程图 含 ，l 、 土 烟 气 来 烟气 去硫 后除 尘器 预除尘器 风分 离嚣 囡 送 获 脱硫塔 喷抱 ( 增湿水) 囡 送 获 f 风分 离器 烟气 去硫 后除 尘器 喷粉管道 ( 氢氧化钙) 图2 - 1 原系统工艺流程图 2 3 2 2 机组改造情况分析与总结 去脱硫渣仓 ( 脱硫灰) 原设计脱硫塔底部采用内外两层的夹套式结构形式，夹套范围白喉口底部+ 1 3 5 m 至塔体中部+ 2 7 0 m ，内层中心段部分和外层夹套部分的流通截面之比为6 ：4 ，外层 夹套部分烟气出口设计成沿塔擘方向旋切的导流叶片，通过该部分旋切烟气可加强塔 内脱硫灰的内循环，提高塔体壁面的灰浓度，同时烟气出口设有8 个电动挡板门，当 锅炉负荷降低时，可通过关闭部分或全部挡板门，以提高文丘里的烟气流速，保证流 化床的床层稳定。但实际运行中发现，由于三层喷嘴均在外层夹套旋切烟气出口的下 方，这样内层中心段部分大约7 0 的烟气被喷入了全部烟气降温所需要的增湿水量， 造成局部烟气过湿，同时，外层夹套部分大约3 0 的旋切烟气自塔体+ 2 7 0 m 处与内 层中心段烟气混合，才开始降温弗：接触脱硫剂，其有效反应高度! 了中心段烟气相比减 少了1 3 5 m ( 2 7 1 3 5 ) ，反戍时间减少约2 秒，这样就影响了整套系统的脱硫效果， 要想达到原设计的脱硫效率，脱硫塔l l 烟气温度就要进一步降低，从而易造成塔壁 结垢，= f ：影响脱硫从的输送性。另外，由t 引风机运行易火速，旋切烟气出口挡板门 存锅炉负荷降低时，也无法实施关闭操作，从而欠去应彳了的负荷调节作用。 针对以上存存的 - i j 题，我f | j 对拌2 机组实施了以下儿点改造措施： 山东大学硕士学位论文 1 ) 、封闭脱硫塔外层夹套烟气通道 在喉口项部+ 1 5 5 m 和一卜方+ 1 8 7 m 之间割掉外层夹套的内筒，运行时外层夹套出 的烟气挡板门全部关闭，这样改造后，烟气不再走夹套，通过切除喉曰上方的部分 筒，使喉口处的烟气流通截面不变，这样不会使流化速度增大而提高塔体系统总阻 力。 ( 2 ) 、改变增湿水雾化喷嘴数量和结构形式 改用额定流量为6 5 m 3 h 的大喷嘴，每塔配置喷嘴数量为4 个，均匀布置在同一 层，利用原设计的第一层喷枪管座进行改造，喷枪安装高度为+ 1 9 5 5 m 处，喷嘴安装 位置根据调试情况将枪杆向塔中心伸长2 5 0 m m ，雾化区中心离塔壁距离增大，不易 形成粘壁。大喷嘴选用德国p n r 喷嘴，其结构形式与原设计美国比特喷嘴不同，不 易堵塞。 一 ( 3 ) 、脱硫灰回送口位置下移 原脱硫灰回送管道在塔内的部分保留5 0 m m ( 从塔外壁算起) ，其余部分截除， 原内筒上的回料口用钢板封闭，并在+ 1 8 3 m 处的塔内壁上设置一圈使回送脱硫灰离 开塔壁的导流环。脱硫灰自原来回料口沿夹套流下，从+ 1 8 3 m 处经导流后送入塔内 进行流化循环，灰回送口高度从+ 2 1 2 m 降至+ 1 8 3 m ，降低了2 9m ，改造后灰回送口 位于单层雾化喷嘴下方1 2 5 m 处。 ( 4 ) 、喷粉口位置下移 喷粉【j 位置下移至距离喉口项部0 5m 处，安装高度为+ 1 6 0 m ，喷粉管伸入塔内 长度l m ，喷粉口用4 5 弯头斜向上方塔中心，尽量使新鲜消石灰粉在喉口上方形成沿 塔截面的均匀分布和流化，以提高脱硫反应效率。喷粉管外部安装管座设计成方便拆 卸的快开法兰，喷粉管底部设有半圆形防磨套管。 完成以上改造措施后，经过调试运行各方面情况有了较大改善，喷粉口和脱硫灰 回送口下移后，依靠文丘里的流化作用，进一步提高新鲜消石灰粉和脱硫灰在烟气中 分布的均匀性；增湿水改为大流量喷嘴单层布置于最下层，喷嘴不易堵塞，雾化效果 好，检修工作量小；封闭脱硫塔外层夹套烟气通道，避免内层中心段烟气过湿区的形 成，同时，消除该部分烟气因脱硫反应时间太短对全部烟气整体脱硫效率的负面影响。 通过以上几点来看，均不同程度地增加了全部烟气的脱硫反应几率和反应时间，提高 了脱硫效率，从运行结果来看，在达到相同脱硫效率的情况下，改造后的脱硫反应温 度较改造前提高3 5 c 。 1 6 山东大学硕士学位论文 但是，外层央套旋切烟气封闭后，削弱了脱硫灰的内循环，循环流化床床层的建 立更多地依靠外循环来实现，这就造成脱硫塔出口烟气含尘浓度较改造大大增加，旋 风分离器下灰量增大，原有的回送绞龙设计出力难以满足输送量要求。塔内床层压降 增大至4 0 0 p a 左右时，回送绞龙会因下灰量太大而引起过载跳闸，现有运行措施足当 塔内床层压降增大至某一设定值时，打开外排灰调节插板门，减少绞龙输送量，以避 免过载停转。因此，脱硫灰回送设备需进行改造或更换，提高输送灰量，以满足外循 环要求。 l i i 东人学硕士学位论文 3 1 选择原则 3 舟1 机组改造方案 本工程改造遵循以下原则： 1 ) 在满足工艺要求的前提下，最大限度的使用原来的设备、设施。 2 ) 采用流程简捷，运行管理容易方便的处理工艺。 3 ) 工艺技术成熟，性能稳定。 4 ) 运行安全可靠，操作简单方便，调节灵活。 5 ) 采用节能及降噪声设备，降低运行费用。 6 ) 改造工程考虑分阶段施工的条件，减少改造工程对正常生产的影响。 3 2 方案选择 根据撑2 机组改造情况的分析和总结，经有关技术人员讨论研究后，对撑1 机组改 造形成以下意见： 。( 1 ) 、脱硫塔结构系统 拆除喉口顶部+ 1 5 5 m 至上方+ 2 7 4 m 之问的夹套内筒，形成空塔结构，经f l u e n t 软件进行流场模拟，发现塔内流场更加均匀稳定；同时，全部拆除后，与拌2 机组改 造方案相比，烟气流经该段时，流速降低，脱硫反应时间延长，更能充分利用脱硫塔 的有效反映空间。另外，可在喉口顶部顺塔体渐扩段内壁设置一圈导流型封闭环，有 效封闭宽度为2 5 0 m m ，将喉口的流化速度提高至3 0 m s ，可使塔底灰斗落灰量减少， 有利于灰的干燥：由于烟气喷动使塔底壁面形成灰的循环，可有效防止壁面结垢，提 高脱硫效率，同时，可满足负荷降低时的最低流化速度需要。 图l 是撑2 机组塔体结构改造后流速分布图，图2 和图3 分别足撑1 机组改造方案 拆除全部内筒后塔内流场的模拟结果，图2 为喉u 保持不变，图3 为喉口直径由 3 6 0 0 m m 缩小至3 1 0 0 m m 。从两个图的模拟结果可以看出，拆除夹层后，塔内底部流 速明显降低。 2 0 1 8 1 6 1 4 12 1 0 8 6 4 2 0 3 0 2 0 n 10 0 o1 0 图l 挣2 机组塔体结构改造后流速分布图 05 1 图2l 样机组拆除内筒( 喉口不变)图3 ( 2 ) 、增湿水系统 l 弗机组拆除内简( 喉口缩小为3 1 0 0 r a m ) 改用额定流髓为6 5 m 3 h 的大喷嘴，每塔配置喷嘴数蹴为4 个，均匀布置在同一 层，喷枪安裟高度为+ 1 8 5 5 m 处，与2 撑机组利用原设计的第一层喷枪管座相比，安装 高度降低了l m ，唢嘴安装位簧根据调试情况确定枪杆向塔i f l 心伸入的长度，以确保 不形成喷壁。人喷嘴选用德同p n r 喷嘴，其结构肜式如下图所j ，水路和气路分别 1 9 山东人学硕士学位论文 从不同的通路进入喷嘴，水和气的隔绝不是通过密封圈，不会发生原设计美国比特喷 嘴密封圈损坏或老化，造成水气互串，影响雾化效果，另外，喷孔直径为6 2 m m ，因 孔径大不易发生堵塞。从近来几个脱硫工程的使用情况看，效果良好。 喷嘴前增湿水管路和压空管路均设置电动阀，运行时根据负荷变化情况通过d c s 对喷嘴实施开关操作，以减轻运行人员的工作量。 图4 德国p n r 喷嘴结构形式图 ( 3 ) 、喷粉系统 喷粉口位置下移，安装高度为+ 1 6 0 m ，距离喉口顶部0 5 m ，具体改造措施与捍2 机组相同。 ( 4 ) 、灰循环系统 封闭原设计+ 2 1 2 m 处的脱硫灰回送口，将回送口的高度降低至+ 1 6 5 m ，距离喉 口项部1 m ：因拆除脱硫塔夹套后，脱硫灰外循环量增大，回送绞龙的输送能力达不 到要求，拆除斜板锁气器和吲送绞龙，改用旋转卸料阀和空气斜槽输灰，设备输灰能 力提高到1 5 0 t h ，电动插板门下方加装旋转卸料阀后，回送管道斜向下引至+ 2 3 0 m 层 新加空气斜槽进灰口，经水平输送一定距离后，分别到达四个回送口上方，空气斜槽 出灰口接至沿塔壁斜向下的回送管道，通过+ 1 6 5 m 处新开的回送口将脱硫灰送至塔 内循环，继续参与脱硫反应。 空气斜槽需设流化风系统，共配置两台流化风机和一台电加热器，流化风机一用 一备，均布置在地面0 米层；新增旋转卸料阀可利用原设计回送绞龙的供电电源。 本改造方案与i 5 2 机组改造方案相比，脱硫灰回送口高度自+ 1 8 3 m 降至+ 1 6 5 m ， 又下移了1 8m ；同时，因改用空气斜槽输灰，输送量较原设计提高5 0 以上，并且 输送距离不受限制，可以增大最外侧两个斜槽的输送距离，使四个回送口沿塔体圆周 均布，这样，可使塔内灰的流化分布更加均匀，有效解决t ； i - 循环灰量增大问题，保 证塔内更高的灰浓度和床层压降，从而进一步提高脱硫效率，并有利于增湿水系统运 行的稳定性和安全性。 5 空气斜槽 6流化风机 7 电加热器 q = 1 5 0t h c t = l o ol - - 9 5m q = 3 6 0 0 m 3 h p = - 8 o k p a18 5 k w q = 3 6 0 0 m 3 h 6 0k w 厶 口 厶 口 厶 口 2 l 山东人学硕士学位论文 ( 3 ) 、新增控制设备清单 套塔底渣系统渣量的变化。 运行监盘人员每半小时跟踪记录机组负荷及脱硫塔压差，监视机组负荷对脱硫塔 压差的影响；运行巡检人员每小时对斜槽流化风机、加热器、斜槽及塔底渣量的变化 进行巡视。 脱硫塔床压稳定，且各设备运行稳定可靠后，方可投入喷粉增湿水系统，缓慢降 低烟气温度，每次加水量控制在2 3 m 3 ，降温速度控制在s _ 7 3 0 分钟。注意在降 温过程中，脱硫塔压差的变化趋势及塔底渣系统渣量的变化。 降温过程中，每半小时检查一次塔底脱硫灰的湿度，湿度大，脱硫灰的流动性下 降，容易造成系统粘壁阻塞，同时也不利于电除尘器清灰；每小时打开脱硫塔底部灰 斗检查孔，检查负压是否正常，发现灰斗积灰及时处理。 脱硫塔出口温度降至9 0 。c 以下时，注意监视硫后电除尘器电场运行参数的变化， 发现异常，及时分析处理，每2 小时检畲灰斗有无棚灰现象，发现灰斗棚灰，及时处 理。 发现脱硫塔底部脱硫灰变湿，应停【 ：降温，适当提高脱硫塔压差，切换喷嘴，稳 定运行i 小时以上，发现脱硫灰变l ：后，继续降温。以上处坪无效，联系柃修人员检 查喷枪雾化情况，清理喷嘴： 沣意烟气温度过低，烟气抽吸力小，不易一f ：升，不利于烟气排放。具备现场实测 条件后，耍求脱硫塔的出口温度拄制存7 3 士5 之问，这样町保证褴个系统安全运行。 山东人学硕士学位沦文 机组负荷在2 0 0 m w 以下时，监视脱硫塔压差的变化，如发现脱硫塔j 玉差难以维 持在8 0 0 p a 以上，注意脱硫塔底部脱硫灰的湿度变化，发现湿度变大，需减水升温到 9 0 以上运行；当脱硫塔压差低于6 0 0 p a 时，需减水升温到1 0 0 c 以上运行，如检查 发现脱硫塔底部脱硫灰变湿，需退出增湿水泵运行，保持灰循环，汇报值长。 5 2 脱硫调试情况总结 机组燃用低硫煤，脱硫塔入口s 0 2 浓度13 5 0 15 0 0 m g m 3 。脱硫系统缓慢降温运 行，当脱硫塔出u 温度降到6 8 ，7 5 c ，稳定运行2 小时后，出口二氧化硫浓度数据趋 于稳定，且能实现达标排放。具体参数见下表： 调试情况总结： l 、塔内床压较为稳定。机组负荷1 8 0 m w 、脱硫塔出口温度7 3 ( 2 时，系统压差町 稳定在8 0 0 p a 以上。 2 、机组在正常负荷、燃用低硫煤( s 含量0 7 以下) 且脱硫剂品质稳定的情况 下，系统降温到6 8 7 5 c 且稳定运行2 小时后，出口二氧化硫浓度可维持在 3 0 0 3 8 0 m g m 3 ，实现达标排放。 3 、脱硫系统连续低温运行，影响电除尘、除灰系统的正常运行，表现在极板、 极线积灰严重，影响除尘效率：灰斗、输灰系统有时出现积灰、堵塞现象。 山东大学硕士学位论文 6 脱硫对后续电除尘器的影响及硫后电除 尘器的节能改造 脱硫系统连续低温运行，对硫后电除尘器的正常运行影响较大，表现在极板、极 线积灰严重，影响粉尘荷电能力，降低除尘效率。 比电阻足左右电除尘性能的重要因素，一般比电阻值在1 0 4 - 5 1 0 q e m 以内最 适合于电除尘。否则，比电阻过低，由于粉尘的导电性，被捕集到集尘极板上的粉尘 易失去电荷，重新带上与集尘极相同的正电荷，产生再飞散。反之，在高比电阻时， 由于粉尘的绝缘性，粉尘到集尘板上后，仍保持原荷电状态。当粉尘积累到一定程度 时，粉尘层表面到集尘极之问的电位降v d 逐渐增大，粉尘层中的电场强度e d 亦逐 渐升高。当e d 超过粉尘的耐压强度e d b 时，粉尘层被击穿，逆向电荷从集尘极飞出。 其结果足电流增人，电压降低，粉 l - - - 次飞扬严重，除7 垃效率急剧下降。即产生所渭 逆( 反) 电晕i i 。 如果粉尘的比电阻 1 0 4 q e m ，则当它- n 达收尘极表面不仅立即释放电荷，而且 由于静电感应应获得和收尘极同极性的正电荷，若正电荷形成的排斥力足以克服粉尘 的粘附力，则已经沉积的粉尘将脱离收尘极而重返气流，重返气流的粉尘在空间又与 离子相碰撞，会重新获得和电晕极同极性的负电荷而再次向收尘极运动。结果形成在 收尘极上跳跃的现象，最后可能被气流带出电除尘器i ”i 。 p q e i h 图4 4 比电阻与除坐效率的关系 低硫煤( 含硫煤5 _ 1 ) ，排尘的比电阻约为1 0 1 1 1 0 1 3 q - c m ，特别是烧结机排尘 豳 加 o 山东大学硕士学位论文 比电阻高达1 0 1 2 1 0 1 4 q c m ，如果不采取一定对策，将产生逆电晕现象，电除尘性能 急剧下降5 。 1 0 1 滥腰气 图4 5 温度与比电阻关系曲线： 图仁5 表示气体温度与粉尘比电阻的关系，一般粉尘的比电阻在温度1 4 0 - - 2 2 5 。c 附近有一峰值，温度低于或高于此温度时比电阻值都倾向下降。低温时由于受 表面导电支配，粉尘表面吸水分及s 0 3 愈多，导电性愈强，即比电阻愈小。低温时粉 尘表面吸附性强，故比电阻随气体温度降低而降低，因低温域受表面导电支配，故称 它为表面传导支配域。 烟气含湿量提高会使电除尘器伏一安特性曲线的斜率变小，在同样的工作电压 下，会使电晕电流减小。含湿量增加后还能提高火花电压，降低粉尘的比电阻。影响 电除尘器的除尘效率。 针对以上问题，并结合国家倡导建设节能环保电厂的要求，我们从提高电除尘器 的效率与节能方面考虑，对除尘器安全高效运行及节能降耗方面进行调研，以期能够 达到节能环保指标。 目前国内电除尘器电源控制系统，主要存在以下几个方面的问题，影响着除尘效 率的提高及电除尘器电耗的降低： 理论上讲，燃煤含硫量低于l 的锅炉的电除尘器的反电晕会严重到足以影响到 除尘效果的程度。由于电场内部有反电晕存在，出现电晕极释放的负离子和电子不能 j r i n ， j o o 0 ，o i i 1 - i uijjg1j毫砻譬 山东大学硕士学位论文 正常运动到阳极扳，造成除尘效率降低。为了控制反电晕，需采用半脉冲间隔充电， 即电除尘器电源控制系统不足每个半波都触发可控硅给电除尘器整流变压器送电，而 是在一个半波给整流变变压器送电后，会屏蔽几个半波，然后再给整流变压器供电。 采用半脉冲供电，需考虑合适的充电比( 1 ：x ，x 为充电比屏蔽的半脉冲数加1 ) 和 合适的脉冲电流( 即在采用半脉冲问隔充电时，给整流变压器供电的这个半波给变压 器供电的二次电流的值) 。 电除尘器电源控制系统需采用问隔充电运行方式，选择合适的充电比和充电电流 非常重要。只有采用正确的充电比和充电电流才能有效地向电除尘器本体提供电能， 以达到提高除尘效果和节能的目的。目前，国内的电除尘器电源控制系统，虽可以采 用间隔充电的运行方式，但无法判断采用多少充电比和充电电流，因而在采用问隔充 电时，除尘效果很差p 。 另外，国内的一些电控厂家也采用最佳工作点寻优方式来控制反电晕。这种控制 方法，国外称之为“电压峰值捕捉”( p e a ks e e k e r ) 。采取这种方法，通过寻找最高工 作电压的方式，来确定电压和电流的运行参数。但由于控制反电晕的效果不明显，即 使控制器具有此功能也很少有电厂启用此功能。从上世纪9 0 年代起，当问隔充电运 行方式被普遍采用后，在国外已很少有厂家使用这种控制思路的控制系统p 。 目前国内主流控制器采用高、低压控制系统分开配置，囚此对振打的控制不灵活， 很少或根本不采用减功率或减电压振打运行。因此，很多电厂的电除尘器阴、阳极积 灰严重，阴极线积灰严重直接影响电晕极放电，而阳极板积灰严重将导致更严重的反 电晕。 现用控制器在火花控制方面也存在着问题：a ) 火花判断不准确：b ) 二次电流及电 压恢复斜率较慢和波动较大。因此二次电压和二次电流的水平抑制过低或波动较大。 华能嘉祥发电有限公司( 2 x 3 3 0 m w 机组上海锅炉厂亚临界一次中间再热循环汽 包炉) 采用山东中能电力建设有限公司的双室五电场电除尘器，浙江佳环电子有限公 司生产的电除? l 、器电源控制系统。从电控系统运行参数分析，嘉祥电厂电除尘器本体 无明显的机械故障和缺陷，电源系统运行稳定，二次电流均町以达到2 0 0 至5 0 0 毫安 左右，二次电艟维持在2 5 k v 至5 0 k v 左右，存在明显的反电晕现象。同时，电除尘 器振打系统与高压控制系统单独控制，参数设置不合理，也没有采用减功率振打。每 次停机检禽，均发现除尘器极板、极线积灰严重。 我公司提对撑l 机组电除? l 、器电源控制系统进行改造方案，确保电除令器的 山东大学硕士学位论文 口排放低丁5 0 毫克标方以下。改造方案为：将电源控制器改北京沃德信实德环保科 技有限公司的e p m a xi i i 控制器，具有较高的除尘效率，显著的节能效果和低频度 的振打方式；与传统的电除尘控制器相比，使用e p m a x 控制器系统可以做到： 1 降低绝对排放2 0 0 0 5 0 以上( 根据不同的煤种) ； 2 在正常运行时，整台炉电除尘节约用电4 0 - 5 0 ( 根据不同的煤种) ； 3 优化振打，彻底消除阳极板和阴极线积灰结垢问题； 4 实现火花精确控制； 5 实时动态跟踪，全自动控制，降低现场人员的劳动强度，避免误操作。 6 可靠性高，自动事故报警、事故处理。 6 1e p m a xi i i 控制器简介 静电除尘器电源控制器内部包含一块电路板，完成所有控制功能。控制器内置1 1 组逻辑定时器和3 组i o 接点用于控制振打电机，另有2 路输出控制加热或输灰设备 的运行。每套控制器同时还有多组开关量输入用于报警处理，4 组直接接收热电偶( p t 1 0 0 ) 温度信号输入，用于对加热回路及变压器油温的温度监测，一组4 - 2 0 m a 模拟 量输入用于采集浊度信号或接入锅炉负荷。本静电除尘器电源控制器足真正意义上的 数字式电除尘器电场电源控制器睇】。 主要技术参数： 2 4 v d c 电源供给； 一枚1 6 位的m s p 4 3 0 微处理器； 一枚8 位的8 9 s 5 2 微处理器； 模拟量和数字量输入； s c r 触发器； e e p r o m 用于存储系统参数： e p r o m 用以存储控制软件； 实时时钟； e t h e m e t 通讯接口及4 8 5 串行通讯接口； 外形尺寸( 宽深高) ( 单位：m m ) 5 5 x 2 1 0 x 3 0 0 ； 重量 1 8 k g ； 山东大学硕士学位沦文 使用环境温度 使用环境湿度 供电电压 功耗 6 2 三种工作模式 + 5 至+ 6 0 ； 茎9 0 ( 在相当于空气2 0 - 士5 ) ； 2 4 v a c ； 1 0 v a 静电除尘器电源控制器能预先定义三种工作模式f 5 2 1 ，根据煤质的特性在控制过程 中选择其中一种。每种工作方式都包含对应工况的触发角极限、峰值电压、电流极限、 充电比以及火花率等运行参数。用户可以根据实际工况，选择合适的工作模式。 静电除尘器电源控制器具有主机功能。在一组电除尘器的电源控制器中，当一台 控制器被定义为主机后，它能协调、控制在现场总线系统上的所有控制器的运行，并 在每2 4 小时将现场总线上的控制时钟同步一次，确保各控制器的振打周期相对固定 不变。 ， 6 2 1 完备的火花检测和控制特性 静电除尘器电源控制器具有更加完备的火花检测和控制特性。 静电除尘器电源控制器的火花水甲监测采用跟踪二次电压突降或二次电流的畸 变两种方式进行。调试、运行人员根据现场二次电流或电压输入信号的质量，选取其 中的一种火花跟踪方式。 火花的检测：e p m a xi i l 控制器每半个周波( 1 0m s ) 对二次电流及二次电压进 行6 4 个点的采样。当火花产生，二次电压会迅速降低( 甚至降低为零k v ) 而二次电 流会迅速爬升( 超过额定电流的3 倍以上) 。 当运用二次电压进行火花检测时，【u ( n 卜u ( n + 1 ) + u ( n + 2 ) 】- 【u ( n + x ) + u ( n + x + 1 ) + u ( n + x + 2 ) 】3 的值与预置的火花检测的灵敏度相比较，如果这个值大于火花的灵敏 度，则控制器认为有火花在电场内部出现。因此选取合适的火花检测灵敏度的定值， 对火花的榆测的正确有决定性的囚素。e p m a xi i i 通过“遗传筛选”控制算法，能够微 调这个定值，从而确保火花控制的精准度。 当运用二次电流进行火化检测时，i ( n + 1 ) i ( n ) 将和i ( n + x + 1 ) i ( n + x ) 的值始终比 较，当这两个值现很人偏篪( 人十电流偏斧定值) 时且持续时问超过定值( 时问定 2 9 山东大学硕士学位论文 值) 时，则控制器认为有火花在电场内部出现。因此选取合适的火花电流偏差定值和 时间定值，对火花的检测的正确有决定性的因素。e p m a xi i i 通过“遗传筛选”控制算 法，能够微调这两个定值，从而确保火花控制的精准度。 静电除f 垒器电源控制器具有三种火花控制逻辑，即火花封锁、火花不封锁以及小 火花不封锁加大火花封锁。( 所谓的火花封锁，是指在发生火花后，对触发脉冲进行 屏蔽( p u l s eq u e n c h i n g ) 的惯常说法。触发脉冲屏蔽个数的多少，根据火花发生的频 率及大小来确定，以不造成可控硅模块两可控硅电流不平衡为前提，以快速熄灭火花 和及时恢复对电场供电强度为目的。) 火花熄灭后，e p m a xi i i 控制器采用电涮电压 上升两斜率，恢复对电除尘器供电。e p m a xi i i 控制器与传统的控制器相比，跟踪 更灵敏，更迅速，因而除尘效率也就更好。 6 2 2 三斜率的火花跟踪及控制特性 当火花被准确的检测到后并得到相应的控制后，二次电压和电流将被迅速地升至 略低( 5 左右) 于火花发生前的电压及电流水平，此为上升的第一斜率( i n i t i a lr a m p i n g r a t e ) 。上升斜率以正常上升斜率的8 倍为基点。 当第一上升斜率结束后，第二斜率( s t a g ei ir a m p i n gr a t e ) 将以正常上升斜率的 1 4 倍的上升速度升至火花发生前的电压及电流水平。 如果电压和电流以第二上升斜率升至火花发生前的电压及电流水，f 而电场内部 又没有火花出现，控制器将以正常上升斜率的1 8 倍的上升速度( 第三上- y t 。斜率s t a g e i i ir a m p i n gr a t e ) 提升二次电压和电流直至电场产生下一个火花为止。 图 统的火花控制器实验室波形 示为传 火花平均水平 1 2 传统的火花控制示意图 e p m a x1 1 1 控制器火花控制示意图 t ( 秒) 6 3 实时优化供电软件r o q 和控制电压振打优化软件v c r 5 2 l 静电除尘器电源控制器除了拥有优良的火花跟踪和控制特性外，还内置了r o q ( r e a lt i m ec h a r g i n go p t i m i z a t i o n ) 和v c r ( v o l t a g ec o n t r o lr a p p i n g ) 两个软件使 控制器在不l 司的负载情况卜优化电除个器电气系统的运行，从而实王见理想的收7 l 、效率 和节能效果。1 2 1 山东人学硕士学位论文 6 3 1r o q 实时供电优化软件 r o q 供电优化软件的功能足根据电除尘器运行工况以控制电源系统向电除j 企器 本体各电场供电的多少。决定向电除尘器各电场供电量的大小的主要因素是灰尘的比 电阻。r o q 根据二次电压和二次电流的变化情况，实时估测灰尘的比电阻。一般情 况下，比电阻会从第一电场到第五电场依次升高。 r o q 会控制电源系统向电除尘器本体输入电量的大小( 瓦平方米集尘面积) ，确 保运行的各电场所显示的比电阻为蓝色柱体。灰尘的比电阻超过一定水平时，供电电 流电压越高，反电晕越严重。一般情况下，灰尘的比电阻为人约l x l 0 1 1 欧姆厘米时， 电除尘器内部将在较低的电场强度下，产生反电晕，随着电场平均电势强度的增大， 反电晕现象越严重。这种情况下，如果不控制电场内部的平均电势强度，反电晕会严 重的影响电除尘器的除尘效率。 如果单个通道的电场数小于3 个时，r o q 将调整控制器参数，使各电场所现显 示的比电阻为绿色柱体。如果单个通道的电场数大于4 个时，r o q 将调整控制器参 数，使各电场所现显示的比电阻为蓝色柱体。 灰尘的比电阻将实时地得到监测，如果灰尘的比电阻发生变化，二次电流和二次 电压的输出将得到调整，确保合适的电场强度，减少反电晕对除尘效率的影响。电场 强度的调控主要是采用合适的间隔供电充电比和适当的脉冲电流来运行整流变压器。 静电除尘器电源控制器的间隙供电方式有三种，第一种是传统的间隔供电方式， 其充电比在1 1 2 5 可调：第二种方式是出2 个半波，停若干个半波；第三种方式是出 一个半波，在停的几个半波中出一个小电流，以适应特殊的工况条件。用户可以根据 实际工况从三种方式中选择一种。 第一种是传统的l ：l 的供电方式 第二种为传统的间隔充电方式，充一个半波，停几个半波。所示的为l ：5 的充 电比 第三种为充2 个半波，停若干个半波，再充两个半波 第四种为充一个半波，在停的几个半波中出一个小电流，再充一个半波。 3 2 6 3 2v c r 减电压振打方式 在一定的振打周期内，在某个振打时段，采取减电压振打，可有效地减少高比电 阻的灰尘在收尘板上累积的问题，从而减少可能发生的反电晕现象。通过正确地设置 前置减电压振打时段和后置减电压振打时段清扫集尘板上的灰尘，可以减少反电晕的 产生。另外，该控制器可根据锅炉运行的工况，实时优化振打周期和时段确保电除尘 器集尘板的有效清扫及避免灰尘二次飞扬。 6 4j i 1 电除尘除尘、节能效果分析 撑1 电除尘控制系统节能改造后，从现场检测及c e m s 检测系统数据显示，除尘 器出口烟尘浓度可控制在1 0 4 0 m g n m 3 , 实现环保达标排放；各电场运行参数有了明显 降低，根据改造前后输入功率的计算以及除尘段电流的改变，估笄电除尘器改造后较 改造前节能5 0 左右。 山东人学硕士学位论文 附：电除尘器节能改造前后运行参数 拌l 电除个技改后电场参数： a 5 电场b 5 电场c 5 电场d 5 电场 l 东大学硕士学位论文 7 结论 对华能嘉祥电厂的现有烟气脱硫设施进行了工艺及控制系统的优化研究，并对 除尘器进行了节能改造。其主要结论如下： 1 ) 喷粉口和脱硫灰回送口下移后，依靠文丘里的流化作用，进一步提高新鲜消 石灰粉和脱硫灰在烟气中分布的均匀性。 2 ) 增湿水改为大流量喷嘴，单层布置于最下层，提高了增湿水雾化效果，避免 了塔底出现湿度大的脱硫灰，有利于脱硫后电除7 垒器的安全、稳定运行，而且喷嘴不 易堵塞，检修维护工作量小。 3 ) 灰循环系统应用空气斜槽技术，输送量较原设计提高5 0 以上，并且输送距 离不受限制，可以增大最外侧两个斜槽的输送距离，使四个回送口沿塔体圆周均布。 这样，可使塔内灰的流化分布更加均匀，有效解决了外循环灰蹙增大问题，保证塔内 更高的灰浓度和床层压降，从而进一步提高脱硫效率，并有利于增湿水系统运行的稳 定性和安全性。 4 ) 技术改造后不同程度地增加了全部烟气的脱硫反应几率和反应时间，提高了 脱硫效率，从运行结果来看，在达到相一脱硫效率的情况下，改造后的脱硫反应温度 较改造前提高3 - 5 c 。 5 ) 硫后除尘器控制系统节能改造后，在节能5 0 的同时，能够实现粉尘达标排 放。 本改造的创新点：脱硫灰循环系统应用空气斜槽技术，增加了灰循环的输送量， 提高了流化床的稳定性；硫后电除尘器应用减电压振打方式，节能效果显著。 t lj 东大学硕士学位论文 参考文献 【1 】郭东明硫氮污染防治工程技术及其应用 m 北京：化学工业出版社，2 0 0 1 【2 】吴忠标，湿法利喷粉干燥法烟气脱硫的研究 d 】浙江大学博士学位论文，19 9 3 【3 】赛俊聪，吴少华，汪洪涛，等中国烟气脱硫技术现状及国产化问题 j 】电站系统 工程，2 0 0 3 ，1 【4 】冯玲，杨景玲，蔡树中烟气脱硫技术的发展及应用现状环境工程，1 9 9 7 ，1 5 ( 2 ) ： 1 9 2 4 【5 】张凡等半干半湿法烟气脱硫技术研究环境科学研究，2 0 0 0 ，13 ( 1 ) ：6 0 6 4 【6 】陆永琪，徐瑾，郝吉明，周中平提高钙基吸收剂脱硫活性的试验研究环境工 程，1 9 9 8 ，1 6 ( 5 ) ：3 0 3 3 【7 】李玉平，谭天恩，景国江无机盐对s 0 2 h 2 0 c a c 0 3 气液固三相反应系统p h 值的 影响环境污染与防治，1 9 9 7 ，1 9 ( 5 ) ：1 5 【8 】时黎明，徐旭常水合作用对钙基吸收剂脱硫特性的影响环境工程，1 9 9 8 ，1 6 ( 2 ) ： 3 7 4 0 【9 】张晔中国燃煤电厂烟气脱硫技术现状和前景展望环境保护19 9 9 ( 4 ) ：2 0 2 3 【1 0 】董学得燃煤电厂海水烟气脱硫工艺原理初探环境工程，1 9 9 7 ，1 5 ( 4 ) ：2 3 2 6 【1 l 】马鲁铭，刘燕，等污水生化处理出水吸收二氧化硫烟道气脱硫与与污水回收 的新途径中国环境科学，1 9 9 8 ，1 8 ( 1 ) ：6 禾6 7 【1 2 】葛春定，德国烟气脱硫技术现状叨华东电力，2 0 0 0 ( 1 ) ：4 9 5 1 【1 3 】何清怀简述燃煤电厂脱硫技术设计的选择环境保护1 9 9 9 ( 2 ) ：1 9 2 1 【1 4 】王敏，沈忠群电子束法大气污染治理技术研究上海环境科学，1 9 9 8 ，1 7 ( 11 ) ： 3 6 3 7 【1 5 】王敏，沈忠群电子束法大气污染治理技术研究上海环境科学，1 9 9 8 ，1 8 ( 5 ) ： 2 0 0 2 0 1 【16 】j a m e skn e a t h e r y m o d e lf o rf l ug a sd e s u l p h u r i z a t i o ni nac i r c u l a t i n gd r y s c r u b b e r 【j 】a i c h ej o u m a l ，19 9 6 ，4 2 ( 1 ) 2 5 9 - 2 6 8 【17 】g u o ，q ，& k a t e ，k t h ee f