超净电袋复合除尘器在劣质煤电厂的长期高效稳定运行

超净电袋复合除尘器在劣质煤电厂的长期高效稳定运行陈奎续〔福建龙净环保股份，国家环境保护电力工业烟尘治理工程技术中心，福建龙岩364000〕摘要：归纳了以颗粒物控制为主线的超低排放技术路线，并分析了“以超净电袋复合除尘为根底不依赖二次除尘”技术路线的优点。选取燃用劣质煤的河南平顶山发电分公司1号1030MW机组配套的超净电袋除尘器为典型案例，着重介绍该工程具体的工艺方案和技术措施，最后重点通过现场实测及间隔一年的两次长期CEMS在线数据分析，说明超净电袋复合除尘技术在劣质煤电厂应用的长期高效稳定性。关键词：超净电袋；劣质煤电厂；长期高效稳定LongTermEfficientandStableOperationofUltra-CleanEFIPTechnologyinCoal-FiredPlantbyInferiorFuelCHENKui-xu〔FujianLongkingCo.LTD.StateEnvironmentalProtectionEngineeringTechnologyCenterforPowerIndustryDustControl,Longyan364000,China〕Abstract：Thispaperbrieflysummarizesultralowemissiontechnologyasthemainlineofparticlecontrol,andanalyzesthetechnologyadvantagesof"ultracleanEFIPwithoutanotherdustremoval".Thenatypicalcaseofultra-cleanEFIPequippedin1030MWcoal-firedpowergeneratingunitinPingdingshanPowerPlantinHenanProvinceisselected,anditsspecificprocessschemeandtechnicalmeasuresareintroduced.Finallyitisverifiedbyanalyzingfieldtestresultsandtwolong-termCEMSonlinestatisticsinayear,thattheultracleanEFIPtechnologyisinthelong-termstableandhighefficientapplicationincoal-firedplantbyinferior-fuel.Keywords:ultra-cleanEFIP；coal-firedplantbyinferiorfuel；longtermefficientandstable0引言近年来，我国大气污染形势日趋严峻，国家深入推进燃煤电厂大气污染治理。2014年9月，国家发改委、环保部、能源局三部委联合发布了《煤电节能减排升级与改造行动方案〔2014—2020年〕》要求新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度根本到达燃气轮机组排放限值〔即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米〕，即“超低排放”要求。局部地方政府及电力企业也提高了大气污染治理的主动性，相继出台“超低排放”控制政策。2015年12月11日环保部等三部委联合下发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》，明确要求全国各地区符合条件的燃煤电厂最迟在2020年前完成燃煤电厂超低排放改造任务。超低排放全面“提速扩围”，标志着燃煤电厂污染物减排全面进入“超低排放”阶段[1-2]。在环境保护、减排目标与开展需求的三重压力下，电力行业积极开展适应超低排放的开展战略研究和环保科研攻关，并逐步开展超低排放的工程示范。1超低排放技术路线目前，燃煤电厂超低排放技术路线按照一次除尘和二次除尘分为两条主线。其中，烟气脱硝后烟气中烟尘的去除，称之为一次除尘技术，主流技术包括电除尘技术、电袋复合除尘技术和袋式除尘技术。而烟气脱硫过程中对颗粒物的协同脱除或是脱硫后对烟气中颗粒物的脱除，称之为二次除尘或深度除尘，主要技术为湿法脱硫高效协同除尘或湿式电除尘器，见图1。在超低排放实施初期，烟尘控制普遍采用以湿式电除尘技术作为二次除尘的技术路线，随着技术的进步和对节能要求的进一步提高，以超净电袋复合除尘为根底不依赖二次除尘的超低排放技术路线得到广泛地推广应用，见图2。SHAPE锅炉脱硝装置干式除尘器湿法脱硫高效协同除尘装置烟囱湿式电除尘器高效湿法脱硫装置或二次除尘锅炉脱硝装置干式除尘器湿法脱硫高效协同除尘装置烟囱湿式电除尘器高效湿法脱硫装置或二次除尘图1以湿式电除尘器或湿法脱硫高效协同除尘作为二次除尘的超低排放技术路线Fig.1Takingthewetelectrostaticprecipitatororwetdesulfurizationasthetwosuperlowemissiontechnicalroute锅炉锅炉脱硝装置超净电袋复合除尘器高效湿法脱硫装置烟囱核心图2以超净电袋复合除尘为根底不依赖二次除尘的超低排放技术路线Fig.2Ultralowemissiontechnologyroutebasedonsupercleanelectricbagcompositedustremovingwithouttwodustremoval2超净电袋复合除尘技术路线的优点电袋复合除尘器是将静电除尘和过滤除尘机理有机结合的复合除尘技术。它充分利用前级电场收尘效率高和颗粒荷电的特点，大幅降低进入滤袋区烟气的含尘浓度，降低了滤袋烟尘负荷，防止粗颗粒对滤袋冲刷的磨损，并利用荷电粉尘过滤机理而提升设备的综合性能[3]。从原理上看，超净电袋复合除尘器是在常规电袋复合除尘器工作原理的根底上进一步深化、完善、开展而来的。通过对最优耦合匹配、高均匀多维流场、微粒凝并、高精过滤技术等多项关键技术的研究，创新开发的新一代电袋复合除尘技术，可实现烟尘排放浓度长期稳定小于10mg/m3或5mg/m3。尤其是超净电袋复合除尘器与湿法脱硫装置组合，不依赖湿式电除尘器作为二次除尘，具有工艺系统简洁、投资低、占地少、运行维护费用低、技术经济性好的特点成为超低排放的主流技术路线之一。3工程概况3.1机组情况河南平顶山发电分公司位于我国中部地区，属于《重点区域大气污染防治“十二五”规划》划定的一般控制区。一期工程建设2×1030MW超超临界燃煤机组，分别于2010年11月和12月投产，原配套为三室五电场静电除尘器随着运行年限增加，以及超低排放的政策需求，1号炉在低低温除尘改造后，除尘器出口的烟尘排放浓度在60mg/m3以上，仍不满足排放要求。本次经过电厂的屡次论证，最终对其进行超净电袋复合除尘器改造方案。3.2煤质特性本工程燃用煤种为山西长治贫煤，是典型的劣质煤，灰分较大，高达39.78%，并且飞灰中SiO2和Al2O3含量较高，比电阻较大〔范围6.2×109～1.25×1012〕。煤质分析及飞灰特性分析见表1，表2[4]。表1煤质分析Table1Coalanalysis检测项目符号单位实际煤种全水分Mt%7.50空气枯燥基水分Mad%1.37收到基灰分Aar%39.78枯燥无灰基挥发分Vdaf%37.58收到基碳Car%42.36收到基氢Har%3.43收到基氮Nar%0.83收到基氧Oar%5.84全硫St.ar%0.26收到基低位发热量Qnet，v，arMJ/kg16.64表2飞灰特性分析Table2Flyashcharacteristicanalysis工程单位含量SiO2%64.08Al2O3%27.15Fe2O3%3.57CaO%1.06MgO%0.50Na2O%0.41K2O%0.76其他%3.3超低排放技术路线的选择与改造方案河南平顶山发电分公司结合具体的工程实际、煤质情况、及占地、经济性等综合因素，确定了以超净电袋复合除尘为根底不依赖二次除尘的超低排放技术路线。本次改造保存原钢支架、壳体、灰斗、进口喇叭。对一、二电场电除尘、阴阳极振打系统进行大修，满足平安运行要求，其中阴极振打大小针轮全部进行更换。阴极系统采用前后分区供电方式，原整流变利旧。第三、四、五电场内部全部撤除，改造为长袋中压脉冲行吹袋式除尘区，原电除尘器改造成为两电三袋电袋复合式除尘器。主要技术参数见表3。表3主要技术参数表Table3Maintechnicalparametertable序号项目单位参数·一电袋复合除尘器性能参数1入口烟气量〔最大工况〕m3/h58894002烟气温度℃≤1653除尘器入口烟尘浓度g/m353.84除尘器出口烟尘浓度mg/m3≤105本体总阻力〔正常/最大〕Pa≤1050〔滤袋寿命终期〕6本体漏风率%≤1.8二电场区技术参数1电场列数列22电场数个23电场室数室34总集尘面积m262791三滤袋区技术参数1总过滤面积m2/台977152过滤速度m/min~1.03滤袋材质〔PPS+PTFE〕混纺+PTFE基布4电磁脉冲阀规格型号淹没式/4英寸3.4关键技术措施〔1〕电区与袋区参数选型匹配众多电袋理论研究及工程实践说明，电袋复合除尘器的电区与袋区存在相互影响机制。电区的选型决定粉尘的颗粒荷电，以及进入袋区的入口浓度。后级袋区的结构影响电区的流场分布，从而影响电区的除尘效率。因此，电区与袋区参数选型匹配尤为重要，直接影响出口排放和设备的经济性。电区越大，进入袋区的入口浓度越小，但是每个电场的除尘效率呈指数递减，尤其是从第三电场开始，电场经济性很差。袋区出口排放浓度随入口浓度的增加而增加，但是当过滤浓度小于10g/m3时，排放浓度随过滤浓度的增加而缓慢增加，当过滤浓度到达一定值时，过滤浓度增加而排放那么趋于平稳。因此，影响排放的滤袋区入口粉尘浓度值区域主要在于0g/Nm3～10g/Nm3之间。因此，综合考虑经济性的前提下，超净电袋复合除尘器应根据具体情况确定滤袋区最正确的入口粉尘浓度值。〔2〕高精度过滤滤料滤袋是电袋复合除尘器的“心脏”，是保障出口排放的终端控制环节。滤料的过滤精度上下依次为PTFE覆膜滤料、超细纤维梯度滤料、普通滤料，梯度滤料是指在滤料的迎尘面设置一定厚度的超细纤维，里层使用常规纤维，形成孔隙分布呈“外小内大”梯度状滤料[5]。由于超细纤维层能有效阻挡烟尘的渗透，过滤精度与阻力性能介于PTFE覆膜和常规滤料之间，它的加工工艺比PTFE覆膜简单，比常规滤料略复杂，便于大批量生产。本工程滤袋采用〔PPS+PTFE〕混纺+PTFE基布的结构，其中表层增加超细纤维PPS，形成梯度结构，提高滤袋的强度及过滤精度。通常在滤袋加工过程中，用缝线缝制的部位都留有针孔，易造成粉尘颗粒渗透逃逸，影响排放性能，尤其在超低排放要求时，应尽量杜绝针孔泄露。因此，在本工程在滤袋制作上，采用更细的缝纫针进行滤袋的缝制，并在滤袋完成缝制后，对针孔采用涂胶或覆膜的封堵工艺，杜绝烟尘的渗透、逃逸。〔3〕气流均布技术电袋复合除尘器中电区的烟气流向为水平进、水平出，袋区的烟气流向为水平进、垂直出，两个区域的流速、流向及流动截面尺寸均差异很大，因此要保证两者的气流均匀分布难度较高。假设除尘器气流分布不均匀，直接影响到出口排放、阻力、滤袋使用寿命。所以采用高均匀性流场分布技术是保证综合性能的必要条件之一。通过CFD对除尘器入口烟道进行气流均布实验，调整并更换入口均流板，以保证除尘器入口烟气量、流速分配均匀，从根本上改善除尘器气流分布与烟尘浓度场，可以有效抑制出口排放值。经调整后，保证除尘器入口烟气通道最大烟气量差值〔按稳定截面网格法测试〕小于5%。CFD数值模拟见图3、图4。图3Z方向速度云图图4袋区上升速度云图Fig.3ZdirectionalvelocitynephogramFig.4Cloudvelocityrise4性能测试与稳定运行分析4.1性能测试平顶山1030MW机组配套1号炉超净电袋改造于2015年6月成功投运，2015年7月，河南恩湃高科集团对其进行了性能测试。在1010MW负荷〔98%负荷〕下进行测试，结果说明：1号机组超净电袋除尘器A、B两列除尘器的除尘效率分别为99.980%、99.979%，漏风率为1.72%、1.76%，阻力为646Pa、658Pa，烟尘排放浓度为8.39mg/Nm3、8.76mg/Nm3，满足设计要求，烟囱出口烟尘排放浓度为4.36mg/Nm3，均满足超低排放要求。相关参数的测试结果见表4。表4超净电袋除尘器测试结果Table4Testresultsofultracleanbagfilter工程A除尘器B除尘器机组负荷〔MW〕1010处理烟气量〔×104m3/h〕219.13227.29电场烟气流速〔m/s〕0.840.87进口烟尘浓度〔g/Nm3干〕45.75347.026出口烟尘浓度〔mg/Nm3干〕8.398.76除尘效率〔%〕99.9899.979漏风率〔%〕1.721.76阻力〔Pa〕646658烟囱出口烟尘浓度〔mg/Nm3干〕4.364.2稳定运行分析〔1〕投运初期长期在线CEMS数据分析为了测试除尘器的排放稳定性，参照《固定污染源烟气排放连续监测技术标准〔试行〕》〔HJ/T75-2007〕，提取2015年6月30日~7月15的CEMS在线数据进行达标性与稳定性分析[6]。在此期间，除尘器出口烟尘排放浓度为1.92~9.39mg/m3，平均浓度为4.82mg/m3，低于设计值10mg/m3达标保证率为100%，装备的稳定性较好。烟囱出口烟尘排放浓度为0.71~7.82mg/m3，平均浓度为3.10mg/m3，低于5mg/m3达标保证率为97.8%，低于10mg/m3达标保证率为100%，满足超低排放要求。除尘器出口及烟囱出口在线数据见图5，图6。图5除尘器出口烟尘排放在线数据Fig.5Onlinedataofdustemissionfromdustcollector图6烟囱出口烟尘排放在线数据Fig.6Onlinedataofsmokeemissionfromchimneys〔2〕运行一年后长期在线CEMS数据分析通常除尘器在运行一段时间后，其出口排放及稳定性会受到影响而变化较大。为了考察1号炉超净电袋的长期稳定运行，再次提取2016年5月15日~2016年8月18日的CEMS在线数据。在此期间，除尘器出口烟尘排放浓度为5.424~8.219mg/m3，平均浓度为6.65mg/m3，低于设计值10mg/m3，达标保证率为100%；烟囱出口烟尘排放浓度为0~3.783mg/m3，平均浓度为2.72mg/m3，低于5mg/m3达标保证率为100%，满足超低排放要求。除尘器出口及烟囱出口在线数据见图7、图8。从图中散点数据的离散度看，超净电袋复合除尘器的稳定性进一步得到提高，这是由于超净电袋复合除尘器经过一年多的长期运行，在滤袋外表起重要过滤作用的粉饼层趋于稳定，增强了滤袋的过滤性能，也为后端湿法脱硫协同除尘的稳定性提供了良好保障。10mg/m10mg/m3图7除尘器出口烟尘排放在线数据Fig.7Onlinedataofdustemission