660 MW机组电除尘系统优化改造

当前，火力发电在能源结构中仍然占据主导地位。然而随着环保意识的增强和相关排放法规的实施，火电行业面临着严峻的环境压力。对于大型火电厂的主力机组，其排放物质的控制直接关系到环境质量和企业的可持续发展。电除尘技术作为控制烟气颗粒物排放的有效手段，在火力发电厂得到了广泛应用。但由于原设计的局限性及运行时间的增长，部分电除尘系统已不能满足新的环保排放标准。因此，对锅炉电除尘系统进行改造，以适应更严格的环保要求，成为行业迫切需要解决的问题。为此，本文深入分析了某660MW机组锅炉电除尘系统的现状和存在的问题，探索了改造技术的可行性，并提出了有效的改造方案，通过除尘器电源改造及本体修复+小分区改造+脱硫塔高效协同除尘改造等最新技术和方法，提高了电除尘系统的除尘效率，降低了系统运行成本，为实现环境友好型发电厂奠定了基础。1、电除尘器运行现状该电厂锅炉烟气除尘器选用的设备由浙江某公司制造，型号为2FAA3×45M-2×68-145，其型式为干式、卧式、板式、双室、四电场。在电场力的作用下，粉尘向异性电极移动并附着于其上，当积累到一定厚度时，通过振打等方法使电极上的灰尘落入灰斗。除尘器入口设有两个入口进气烟箱，烟箱入口烟道装有烟气导流板，除尘器入口段装有烟气均布板；共有8个收尘电场，每个电场配备一套阴极系统和一套阳极系统，其中阳极板为480C型，一、二电场的阴极线为RSB型管型芒刺线，三、四电场为螺旋线；阴、阳极振打均采用侧部振打；每个收尘电场设有两个灰斗，每台除尘器共16个灰斗，每个灰斗内均装有烟气阻流板和料位计；除尘器出口设有两个出气烟箱。每台除尘器的电控部分设备包括：8台油浸式高阻抗整流变压器，容量为206kVA；8台与整流变配套的高压控制柜；8台FT7G型高压开关柜和8支180Ω/800W的阻尼电阻；1台低压振打、加热控制柜，主要控制40个绝缘子电加热器；16个灰斗均采用机组辅汽加热方式，且每个灰斗配备一套振打装置；每两台炉配备两套互为冗余的上位机控制系统。除尘器设备规范如表1所示。目前，该电厂电除尘器存在如下问题：1）电除尘器自投入运行以来已历时九年，由于原设计存在缺陷、部分安装不当以及长期运行导致的磨损，除尘器内部本体设备的性能受到影响，进而影响了除尘系统的高效运行。根据性能试验报告，当前的除尘效率为99.48%，未能达到设计预期的效率水平。2）燃煤灰分含量，出口排放浓度远高于设计水平。当前运行状态下，燃煤灰分含量超过30%，而入口粉尘浓度已达到40g/Nm3，相较于除尘器最初设计的入口粉尘浓度19.522g/Nm3及除尘效率99.75%，均远超预期设计值。3）除尘器比集尘面积小。除尘器设计比集尘面积74.86m2/（m3·s-1），相比新的环保标准明显偏小。2、改造技术路线的选择根据该电厂实际情况，此次改造可选工艺方案包括：电除尘器本体改造、除尘器扩容改造、脱硫塔高效协同除尘改造、湿式电除尘器改造。1）电除尘器本体改造。经调研，国内同类型电厂除尘器改造后提效明显，电除尘效率达99.865%，出口粉尘浓度为41.59mg/Nm3。因此，该电厂除尘器可参照调研电厂锅炉除尘器进行改造，即一、二电场改为高频电源，三、四电场改为三相高压电源；同时，建议对其内部进行完善改造，重点是更换阴极线、修复极板和振打系统等。鉴于调研电厂锅炉电除尘器电源改造设计除尘效率为99.875%，改造后性能试验测试时除尘效率为99.865%，测试结果实际未达到效率保证值，如按入口粉尘浓度40g/Nm3、除尘效率99.865%进行设计，则出口粉尘浓度为54mg/Nm3，高于保证值。因此，此次除尘器电源改造及本体修复除参照调研电厂电源改造内容外，一、二电场拟增加小分区供电。2）除尘器扩容改造。该改造方案拟拆除原引风机、基础和烟道支架，利用此空间新增一个有效长度为4.5m的电场，改造为双室五电场，同时第五电场采用三相高效电源。新增电场前后柱距为6400mm，宽度与一、二电场一致，极板高度15m。新增10个基础，钢支架、壳体1套，灰斗4个，振打系统4套，输灰系统1套，高效电源4套，增加电缆、桥架、控制柜等。电除尘器扩容改造后设计基本参数如表2所示。3）脱硫塔高效协同除尘改造。需对吸收塔顶部的除雾器进行改造。目前，吸收塔顶层喷淋层的中心线与出口烟道下沿的距离仅为4.5m。若需考虑协同除尘，必须将除雾器区域提升7m，并安装管束式除尘器或三级高效屋脊式除雾器，同时在烟道中设置一级烟道除雾器。该改造将导致每座吸收塔的重量增加约100t，烟道的重量也需相应增加约100t。4）湿式电除尘器改造。根据现场条件建议该改造工程采用立式布置，位置选在脱硫二级塔顶上部。烟气经吸收塔后向上进入湿式电除尘器，从湿式电除尘器顶部经烟道进入烟囱。综合上述技术改造路线，各方案除尘性能对比如表3所示。3、改造技术方案的确定鉴于超低排放的要求，本文针对此次锅炉电除尘系统改造拟定了三种技术方案，即协同除尘改造技术方案#1（粉尘排放＜10mg/Nm³）、协同除尘改造技术方案#2（粉尘排放＜5mg/Nm³）和湿式电除尘器改造技术方案。方案一：协同除尘改造技术方案#1（粉尘排放＜10mg/Nm³）。若将粉尘排放指标设定为10mg/Nm³，协同除尘方案通常要求除尘器出口粉尘浓度降低至60mg/Nm³以下，随后通过脱硫塔的高效洗涤及高效除雾技术改造，确保出口粉尘浓度＜10mg/Nm³。改造的技术路线具体包括：小分区改造、除尘器电源改造以及脱硫塔的高效协同除尘。具体指标为：除尘器改造后，粉尘出口浓度应＜60mg/Nm³，而脱硫塔的高效协同除尘改造最终目标是实现粉尘浓度＜10mg/Nm³。该方案的改造预计新增能耗约800kW，其中阻力增加100Pa。方案二：协同除尘改造技术方案#2（粉尘排放＜5mg/Nm³）。协同除尘方案#2是在不增设湿式电除尘器的情况下，通过改造现有电除尘器及提升脱硫吸收塔的除尘效率来达成目标。设定的粉尘排放指标为5mg/Nm³时，该方案通常要求电除尘器出口粉尘浓度降低至30mg/Nm³以下，随后通过脱硫塔的高效洗涤和除雾技术改造，实现超过80%的除尘效率。改造的技术路线包括：除尘器本体改造、除尘器扩容改造以及脱硫塔高效协同除尘改造。具体指标如下：除尘器本体改造后粉尘出口浓度＜30mg/Nm³，最终通过脱硫塔高效协同除尘改造实现粉尘浓度＜5mg/Nm³。预计该方案改造将新增约1200kW的能耗，其中阻力增加200Pa（不包括塔内除雾器的阻力）。方案三：湿式电除尘器改造技术方案。此技术改造方案包括脱硫塔高效协同除尘改造及湿式电除尘器改造。具体改造指标如下：在不增加容量的前提下，对脱硫塔实施高效协同除尘改造，以确保粉尘浓度控制在50mg/Nm³以下。同时，鉴于脱硫塔50%的除尘效率，配置普通屋脊除雾器即可满足需求。对于湿式电除尘器，目标除尘效率为80%，以确保出口粉尘排放量＜5mg/Nm³。该方案确保各设备均能达到相应的除尘效果，并预留了一定的裕量，以避免因某一环节除尘效果不达标而导致出口粉尘超标。改造完成后，运行电耗将增加700kW，阻力增加300Pa，水耗为15t/d。综合上述三种方案，对比结果如表4所示。综合对比上述三种技术改造方案，并结合电厂的实际排放状况，目前除尘器出口的粉尘浓度为170～180mg/Nm3，预计在满负荷运行条件下，脱硫塔出口的粉尘浓度将达到30mg/Nm3。湿式电除尘器的设计效率假定为80%，单独增设湿式电除尘器难以满足粉尘浓度＜5mg/Nm3的排放要求。鉴于此，有必要对除尘器本体进行改造，由于电除尘器的扩容改造需与风机改造同步进行，因此本次改造采纳方案一，确保除尘器出口粉尘浓度＜60mg/Nm3，通过脱硫塔的协同作用，达到10mg/Nm3的排放标准，同时将湿式电除尘器作为预留方案。4、结束语本文围