靜電除塵器在130t/h混燒鍋爐上的研究及應(yīng)用

雷宗林

(攀枝花鋼釩有限公司能源動(dòng)力中心,四川攀枝花 617023)

1 前言

攀鋼能源動(dòng)力中心有4臺(tái)130 t/h氣、煤混燒的蒸汽鍋爐，每臺(tái)鍋爐配有兩套帶文丘里麻石水膜除塵煙氣處理系統(tǒng)，煙氣經(jīng)處理后通過(guò)鍋爐引風(fēng)機(jī)經(jīng)高煙囪排放。攀鋼逐步擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，用電量的增加，為了減少外購(gòu)能源，逐步擴(kuò)大的電的上產(chǎn)規(guī)模，陸續(xù)增加了兩臺(tái)55MW的純燒煤氣的發(fā)電機(jī)組，所以，混燒鍋爐的燒煤量逐步增加，年燒煤量逐步達(dá)到20～28萬(wàn)t。水膜除塵器結(jié)構(gòu)不一致，除塵效果差異較大，除塵效率較低，隨著環(huán)保指標(biāo)的提高，水膜除塵器已不能滿足環(huán)保指標(biāo)的需求，且文丘里頻繁堵塞，煙氣帶水嚴(yán)重，吸風(fēng)機(jī)風(fēng)輪積灰導(dǎo)致軸承振動(dòng)頻繁。為了使煙氣粉塵濃度排放達(dá)標(biāo)通過(guò)監(jiān)測(cè)，煙氣中的粉塵排放濃度未能達(dá)到國(guó)家規(guī)定的環(huán)保要求，保證生產(chǎn)順行，對(duì)130 t/h鍋爐除塵設(shè)施的改造亟需解決。

2 除塵器改造的相關(guān)煙氣參數(shù)

煙氣量：300000 m3/h；

尾氣溫度：160～180℃，短時(shí)：180～210℃；

粉塵濃度：進(jìn)口 ～20 g/m3；出口＜200 g/m3

煙塵成份：SiO2,Al2O3,CaO,MgO,TiO2,TFe,Na2O,K2O,Fe2O3,固C；

煙塵粒徑分布（%）：

粒度/目:+60/3.17%;+100/7.58%;+140/5.86%;

+200/11.37%;+250/14.13%;+320/1.59%;+400/8.34%;-400/47.97%

3 電除塵器計(jì)算

有效收塵面積：A=－L×ln（1-η）/ω

A——有效收塵面積，m2

L——處理風(fēng)量，m3/s

η——除塵效率，為99.5%；

ω——驅(qū)進(jìn)速度，m/s，根據(jù)工況特點(diǎn)取0.08；

計(jì)算得 A＝5519m2。

4 電除塵器選擇

根據(jù)粉塵性質(zhì)、場(chǎng)地條件及計(jì)算結(jié)果，本設(shè)計(jì)選擇臥式單室三電場(chǎng)110 m2電除塵器：

⑴ 電場(chǎng)有效斷面積：110.4 m2；

⑵ 電場(chǎng)數(shù)/室數(shù)：3電場(chǎng)/單室；

⑶ 電場(chǎng)內(nèi)通道數(shù)：24；

⑷ 電場(chǎng)風(fēng)速：0.75 m/s；

⑸ 電場(chǎng)長(zhǎng)度：4400 mm；

⑹ 電場(chǎng)有效高度：11.5 m；

⑺ 電場(chǎng)有效寬度：9500 mm；

⑻ 總收塵面積：6624 m2；

⑼ 同極極距：400 mm；

⑽ 電暈線型式：BS管狀芒刺；

⑾ 收塵板型式：C480型；

⑿ 電場(chǎng)內(nèi)負(fù)壓：-6000 Pa；

⒀ 除塵器阻力：＜300 Pa。

5 除塵系統(tǒng)流程

鍋爐生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的兩路煙氣，經(jīng)過(guò)一臺(tái)單室三電場(chǎng)電除塵器處理達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)后，通過(guò)風(fēng)機(jī)經(jīng)煙囪排放，其流程為：

鍋爐煙氣→尾部受熱面→主管→電除塵器→風(fēng)機(jī)→煙囪

為了電除塵器長(zhǎng)期高效、穩(wěn)定運(yùn)行，本設(shè)計(jì)對(duì)電除塵的高壓電源及控制器采用進(jìn)口設(shè)備。

為了防止在陰極及陽(yáng)極的絕緣子及瓷瓶上結(jié)露，導(dǎo)致除塵器外殼帶電或?qū)е码娫唇拥氐痊F(xiàn)象的發(fā)生，設(shè)置了絕緣子及瓷瓶加熱系統(tǒng)，當(dāng)溫度下降至90℃時(shí)，加熱系統(tǒng)自動(dòng)投入，當(dāng)溫度高于120℃時(shí)，自動(dòng)停止加熱。

為了防止在陰極及陽(yáng)極上積灰，影響除塵效果，分別在陰陽(yáng)極上設(shè)置了振打裝置，每個(gè)電場(chǎng)的陰陽(yáng)極振打交互進(jìn)行。

6 輸灰系統(tǒng)

6.1 灰量計(jì)算

根據(jù)煙氣量及含塵濃度，可以計(jì)算出每臺(tái)鍋爐產(chǎn)生的灰量約6t/h。

6.2 干式輸灰系統(tǒng)

輸灰采用干式輸灰系統(tǒng)。除塵器下來(lái)的灰，通過(guò)卸灰閥落入到鏈?zhǔn)焦伟鍣C(jī)上，通過(guò)刮板機(jī)運(yùn)輸?shù)蕉诽釞C(jī)，通過(guò)斗提機(jī)將灰送到相應(yīng)除塵器的灰?guī)?，?dāng)灰量存到一定量時(shí)依靠重力作用落入到加濕攪拌機(jī)上將灰送入到汽車外運(yùn)。其流程為：

除塵器灰→鎖氣閥→刮板機(jī)→斗提機(jī)→灰?guī)臁訚駲C(jī)→汽車外運(yùn)

7 施工技術(shù)要點(diǎn)

7.1 陰、陽(yáng)極系統(tǒng)的安裝質(zhì)量是影響電除塵器效率的決定因素。陰、陽(yáng)極極距誤差必須控制在±5 mm之內(nèi)，振打裝置必須靈活、可靠。

7.2 除塵器殼體及其出、入口煙道的焊接質(zhì)量是關(guān)系除塵器漏風(fēng)率的重要因素，必須進(jìn)行全密封焊。投運(yùn)前進(jìn)行密封性試驗(yàn)。

7.3 電除塵器升壓試驗(yàn)是檢驗(yàn)電除塵器安裝質(zhì)量的重要手段，必須認(rèn)真做好試驗(yàn)記錄和分析，確保電除塵器的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

8 應(yīng)用調(diào)試存在的問(wèn)題及優(yōu)化措施

在130t/h鍋爐大、中修中，能源動(dòng)力中心一次對(duì) 8#、7#、5#、6#鍋爐對(duì)除塵設(shè)備進(jìn)行了改造，從 2007年1月～2011年2月逐步施工調(diào)試。在建設(shè)及調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)了較多問(wèn)題，經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析，提出了優(yōu)化改進(jìn)的辦法，并得到實(shí)施。

8.1 系統(tǒng)存在的問(wèn)題

8.1.1 除塵器無(wú)防爆保護(hù)功能。由于除塵器陰極在放電的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生火花，在鍋爐大量燒煤時(shí)，可能引起燃燒惡化，短時(shí)間內(nèi)會(huì)在煙道內(nèi)積聚大量的未完全燃燒的可燃?xì)怏w，在遇到放電火花時(shí)，易引發(fā)爆炸的危險(xiǎn)，系統(tǒng)為設(shè)置防爆保護(hù)功能。

8.1.2 除塵器陽(yáng)極板上積灰嚴(yán)重，芒刺上出現(xiàn)大量的灰球，使極間電壓低，影響除塵效果。除塵器投運(yùn)一個(gè)月后，除塵效果變差，檢查發(fā)現(xiàn)主要是因?yàn)殛?yáng)極板上積灰嚴(yán)重，芒刺上出現(xiàn)大量的灰球。

8.1.3 機(jī)械輸灰故障率相當(dāng)高，經(jīng)常導(dǎo)致除塵器堵灰無(wú)法運(yùn)行，二次揚(yáng)塵極為嚴(yán)重。

8.1.4 隨環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求不斷提高，三個(gè)電場(chǎng)只能確保粉成在100～200 mg之間，不能滿足于環(huán)保＜100 mg要求。

8.1.5 無(wú)緊急備用輸灰系統(tǒng)。在輸灰系統(tǒng)故障時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，除塵器迅速積灰，導(dǎo)致無(wú)法運(yùn)行。

8.1.6 除塵器電耗高。除塵器調(diào)試中，將除塵器電壓控制器按照鍋爐最惡劣的工況進(jìn)行調(diào)整，除塵效果確實(shí)不錯(cuò)，但除塵器能耗相當(dāng)高，除塵器電源無(wú)法根據(jù)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。

8.2 除塵系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)措施

8.2.1 除塵器系統(tǒng)防爆保護(hù)功能的優(yōu)化改進(jìn)

在電除塵器進(jìn)風(fēng)口前設(shè)置了可燃?xì)怏w氣體濃度監(jiān)測(cè)儀，在可燃?xì)怏w達(dá)到爆炸臨界點(diǎn)之前報(bào)警，并通知生產(chǎn)調(diào)度，及時(shí)調(diào)節(jié)氣體流量，同時(shí)，及時(shí)關(guān)閉高壓供電，杜絕火花產(chǎn)生，達(dá)到自動(dòng)防爆的目的。

8.2.2 防除塵器陽(yáng)極板積灰，陰極線出現(xiàn)灰球的優(yōu)化改進(jìn)

課題成員對(duì)清灰方式及原理進(jìn)行查找比較，選擇了增效型低噪音多用途聲波清灰器在除塵器的1、2電場(chǎng)進(jìn)行安裝使用，清灰器近壁面的氣流邊界層在聲振動(dòng)作用下斷續(xù)存在形成聲波，且伴有煙氣逆向流動(dòng)，煙氣流的聲震蕩周期性地改變邊界層的壓力縱向梯度，這種不穩(wěn)定流動(dòng)使灰粒難以在管壁表面沉積，進(jìn)而被逆向流動(dòng)的煙氣攜帶出來(lái)，從而達(dá)到除灰目的。

使用試驗(yàn)方法：在機(jī)械振打投運(yùn)的前提下，24 h振動(dòng)一次。

使用后通過(guò)觀察，除塵器的二次放電電壓增加，提高了除塵效率，電場(chǎng)極板基本無(wú)積灰，能見(jiàn)極板本色，極線的芒刺上無(wú)灰球，解決了除塵器極板、極線積灰的問(wèn)題。

8.2.3 輸灰系統(tǒng)的優(yōu)化改造

正壓濃相小倉(cāng)泵氣力輸送以壓縮空氣為動(dòng)力源，利用成熟先進(jìn)的“流態(tài)化擬流體”理論，實(shí)現(xiàn)固體粉狀顆粒的高效、可靠、低能耗、長(zhǎng)距離輸送，是目前國(guó)際上先進(jìn)的除塵灰氣力輸送技術(shù)。系統(tǒng)典型工藝由倉(cāng)泵、壓縮空氣、輸送管道、灰?guī)斓炔糠纸M成，采取自動(dòng)程序控制方式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)自動(dòng)運(yùn)行。

（1）倉(cāng)泵容積的確定及進(jìn)料閥的選擇

根據(jù)倉(cāng)泵的容積計(jì)算公式Qt=kMs/(ηbnρb)

其中：Qt-倉(cāng)泵容積

k-輸送系數(shù)，單罐配置為1.5。

Ms-輸送的物料量。由于將三個(gè)電場(chǎng)的灰量設(shè)定為 4.8t/h、0.9t/h、0.3t/h，各個(gè)電場(chǎng)有兩個(gè)灰斗，一個(gè)灰斗配置一臺(tái)倉(cāng)泵，所以倉(cāng)泵輸送的灰量分別為2.4t/h、0.45t/h、0.15t/h。

ηb-倉(cāng)泵的容積率，一般取0.7。

n-每小時(shí)壓送次數(shù)。取8次

ρb-流態(tài)化除塵灰的密度。一般取0.53t/m3。

分別計(jì)算出撒播各電場(chǎng)倉(cāng)泵的大?。篞t1=1.21 m3、Qt2=0.56 m3、Qt3=0.19 m3。

考慮以后因除塵設(shè)備老化，電場(chǎng)的捕塵效率降低，每隔灰斗的物料量發(fā)生變化，所以選擇倉(cāng)泵的容積分別為：：Qt1=1.5 m3、Qt2=1.5 m3、Qt3=0.5 m3

進(jìn)料閥采用國(guó)際先進(jìn)的氣動(dòng)圓頂閥，閥門結(jié)構(gòu)可靠，壽命長(zhǎng)，檢修維護(hù)簡(jiǎn)便，采用先進(jìn)的氣封式結(jié)構(gòu)，閥門啟閉時(shí)閥芯與充氣密封圈之間無(wú)接觸，密封圈為軟質(zhì)密封，保證使用壽命可達(dá)100萬(wàn)次。

（2）輸灰管道的管徑及型號(hào)的確定

為了減少壓縮空氣的用量及維護(hù)量，輸灰管直管段選擇直徑為133 mm雙套管。雙套管輸灰管由主輸送管和固定在其內(nèi)壁頂部的內(nèi)旁通管組成，內(nèi)旁通管底部沿軸向每隔一定間距設(shè)一開(kāi)口。當(dāng)主輸送管內(nèi)某處出現(xiàn)灰料沉積時(shí)，沉積料段處的壓降劇增而使氣灰混合流被迫流入內(nèi)旁通管，又從下一開(kāi)口以較高的速度流出而重新進(jìn)入主輸送管，并且在此料段區(qū)域形成紊流，將此料段堆吹散。而使氣力輸灰系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低流速、高濃度的紊流穩(wěn)定輸灰運(yùn)行。雙套管輸灰原理見(jiàn)圖1。

圖1 雙套管輸灰原理圖

由于在輸灰管的彎頭處，改變流速的方向，介質(zhì)對(duì)彎頭的外側(cè)沖刷嚴(yán)重，一般采用耐磨陶瓷內(nèi)襯彎頭，使用期一般只有3～6個(gè)月，必須得到更換，為了有效增長(zhǎng)彎頭的使用周期，在彎頭外側(cè)用普通鋼板焊接一個(gè)箱體將彎頭包住，當(dāng)彎頭外側(cè)被磨穿后，干灰將進(jìn)入箱體，由于灰在阻力作用下不可能完全被輸送走，部分灰流在箱體內(nèi)（不會(huì)改變彎頭流通面積），介質(zhì)在彎頭中流動(dòng)時(shí)，介質(zhì)就會(huì)和殘留下來(lái)的灰相互摩擦，不會(huì)對(duì)管壁產(chǎn)生影響。其結(jié)構(gòu)如圖2。

（3）灰?guī)斐叽绲拇_定

為了節(jié)省投資，熱電站按照4臺(tái)鍋爐統(tǒng)一考慮設(shè)計(jì)，分布實(shí)施的原則。每臺(tái)爐產(chǎn)生的灰量約5t/h，按照4臺(tái)爐同時(shí)生產(chǎn)貯存時(shí)間為16 h考慮（白班有拉灰的），容積率取0.7，則灰?guī)斓目側(cè)莘e:

V=4×5×16/0.75/0.7=610 m3

為了灰?guī)炀哂锌煽啃裕O(shè)計(jì)2個(gè)灰?guī)?，每臺(tái)爐的灰可以進(jìn)2個(gè)灰?guī)?，將?kù)設(shè)計(jì)為300 m3即可。為減少占地面積，將灰?guī)煸O(shè)計(jì)為圓柱形，直徑設(shè)為8 m。

（4）緊急輸灰系統(tǒng)的設(shè)置及優(yōu)化

針對(duì)輸灰系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間故障時(shí)，除塵器堵灰無(wú)法運(yùn)行的情況提出采用緊急輸灰的方式解決，在灰斗的正下方設(shè)置一個(gè)星型卸灰閥及溜槽，在氣力輸灰故障時(shí)，將緊急輸灰系統(tǒng)打開(kāi)，氣力輸灰系統(tǒng)解列處理。在實(shí)際運(yùn)行中方形溜槽底部?jī)蓚€(gè)角容易堵灰，于是將方形溜槽改為直徑為600 mm的圓形溜槽，解決了緊急輸灰堵灰的問(wèn)題。

圖2 彎管外部增設(shè)防磨箱體

8.2.4 除塵效果達(dá)不到火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)新規(guī)定要求的優(yōu)化改造

由于7#、8#鍋爐的除塵器改造是在2010年以前進(jìn)行的，但是國(guó)家《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定第二時(shí)段煙塵最高允許排放濃度≤200mg/m3的要求，所以是按照≤200mg/m3的要求設(shè)計(jì)除塵器，2010年規(guī)定：最高允許排放濃度≤100mg/m3，所以在5#、6#鍋爐上需要從新設(shè)計(jì)，于是設(shè)計(jì)為單室串行四電場(chǎng)的方式。

58.2.5 除塵器節(jié)能優(yōu)化改造

130t/h鍋爐靜電除塵器采用的電源控制器，在除塵器調(diào)試時(shí)，為了滿足鍋爐最惡劣工況時(shí)的除塵要求，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)置，后發(fā)現(xiàn)同類除塵器能耗較高，課題組成員根據(jù)電源控制器的功能及原理，認(rèn)真分析研究，可以根據(jù)排放的粉塵濃度、電場(chǎng)的二次電壓、二次電流以及火化率等參數(shù)進(jìn)行自行調(diào)整除塵器的二次電壓，以達(dá)到節(jié)能目的，為了確保任何工況都不超標(biāo)排放，當(dāng)工況變化時(shí)，電源控制器能及時(shí)得到相應(yīng)，將排放標(biāo)準(zhǔn)濃度設(shè)為50 mg/m3，以便控制器有足夠的響應(yīng)時(shí)間；原來(lái)每個(gè)電場(chǎng)的能量最大值與最小值參數(shù)都按照100%和10%設(shè)定，導(dǎo)致能耗高，后將一電場(chǎng)的能量最大及最小參數(shù)按照100%和85%設(shè)定，二電場(chǎng)按照85%和60%設(shè)定，三電場(chǎng)按照60%和10%的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，這將不導(dǎo)致三個(gè)或四個(gè)電場(chǎng)調(diào)整過(guò)程中重疊響應(yīng)，導(dǎo)致能耗過(guò)大。

9 靜電除塵器在130t/h混燒鍋爐上的應(yīng)用效果

（1）鍋爐的粉塵排放濃度≤100 mg/m3，改善了大氣環(huán)境污染狀況，具有明顯的社會(huì)效益；

（2）減輕了引風(fēng)機(jī)磨損，延長(zhǎng)了使用壽命，減少了檢修、維護(hù)材料費(fèi)用消耗，節(jié)省了勞動(dòng)力，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全、經(jīng)濟(jì)性；

（3）經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化改造，除塵器粉塵排放濃度穩(wěn)定，減少了二次揚(yáng)塵，降低了設(shè)備的故障率，使生產(chǎn)順行得到了保證；

（4）增長(zhǎng)了除塵器的使用檢修周期，基本能保證除塵器與鍋爐同步檢修；

（5）除塵器的控制得到了完善，不僅達(dá)到了節(jié)能的目的，而且確保了除塵器安全運(yùn)行；

（6）降低了除塵系統(tǒng)的漏風(fēng)率，降低了吸風(fēng)機(jī)的能耗。