660 MW机组电除尘系统优化改造

0引言

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^[1]。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^[2-3]。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^[4-5]。为此,本文深入分析了某660 MW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206 KVA;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180 Ω/800 W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40 g/Nm³,相较于除尘器最初设计的入口粉尘浓度19.522 g/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74.86 m²/(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41.59 mg/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40 g/Nm³、除尘效率99.865%进行设计,则出口粉尘浓度为54 mg/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4.5 m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6 400 mm,宽度与一、二电场一致,极板高度15 m。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4.5 m。若需考虑协同除尘,必须将除雾器区域提升7 m,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100 t,烟道的重量也需相应增加约100 t。

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<10 mg/Nm³)、协同除尘改造技术方案#2(粉尘排放<5 mg/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<10 mg/Nm³)。

若将粉尘排放指标设定为10 mg/Nm³,协同除尘方案通常要求除尘器出口粉尘浓度降低至60 mg/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<10 mg/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<60 mg/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800 kw,其中阻力增加100 pa。

方案二:协同除尘改造技术方案#2(粉尘排放<5 mg/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5 mg/Nm³时,该方案通常要求电除尘器出口粉尘浓度降低至30 mg/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<30 mg/Nm³ ,最终通过脱硫塔高效协同除尘改造实现粉尘浓度<5 mg/Nm³。预计该方案改造将新增约1 200 kw的能耗,其中阻力增加200 pa(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50 mg/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700 kw,阻力增加300 pa,水耗为15 t/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170~180 mg/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30 mg/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<5 mg/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<60 mg/Nm³,通过脱硫塔的协同作用,达到10 mg/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

本文围绕660 MW机组锅炉电除尘系统改造技术进行了研究,鉴于该电厂的实际运行状况,并考虑到电厂运行过程中煤质的变化,此次改造在不增加除尘器容量的前提下,采用除尘器本体修复+小分区改造+脱硫塔高效协同除尘的改造方案,以实现粉尘排放浓度<10 mg/Nm³的超低排放目标。同时,为应对高负荷条件下粉尘排放浓度进一步降低的需求,预留了湿式电除尘器的位置。

[参考文献]

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[5]徐艺畅.关于某600 MW燃煤机组超低排放改造技术分析及应用效果探讨[J].中国高新区,2018(8):128—129.

2025年第3期第17篇