(湖南大唐節(jié)能科技有限公司，長沙 410000)

0 引 言

根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223-2011)，自2014年7月1日起，一般情況下粉塵排放濃度必需≤30 mg/m3，重點(diǎn)保護(hù)區(qū)則為≤20 mg/m3[1]。國家標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095-2012)中，規(guī)定了一類區(qū)、二類區(qū)的PM2.5年平均濃度限值提[2]。這些標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)除塵器的除塵效率提出了更高的要求。而隨著《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃》[3]的提出，為進(jìn)一步降低燃煤機(jī)組煤耗，減少粉塵污染物的排放量，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，對(duì)除塵系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造研究具有重要意義。

針對(duì)如何有效地減少粉塵污染物的排放量，降低燃煤機(jī)組煤耗，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，國內(nèi)外的學(xué)者開展了大量的研究工作[4-15]。文中以某135 MW循環(huán)流化床機(jī)組為例，分析了機(jī)組煙塵排放濃度偏高的問題，提出了對(duì)機(jī)組進(jìn)行除塵器高效電源及低低溫省煤器改造的煙塵排放治理方案，改造完成后，除塵效率提高，煙塵排放濃度顯著降低；除塵器入口煙溫降低，回收的煙氣余熱量巨大，節(jié)能效益顯著；除塵器高效電源改造后，電源節(jié)電效果顯著。

1 煙塵排放治理技術(shù)

1.1 機(jī)組概況

某135 MW循環(huán)流化床機(jī)組的鍋爐是由哈爾濱鍋爐廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)的循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐為超高參數(shù)、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、自然循環(huán)、固態(tài)排渣鍋爐。鍋爐設(shè)計(jì)燃燒煙煤，現(xiàn)燃用煤質(zhì)改為全燒褐煤。

每臺(tái)鍋爐配套，雙室五電場(chǎng)BEL型靜電除塵器及氣力輸送設(shè)備，設(shè)備由福建龍凈環(huán)保股份有限公司設(shè)計(jì)并制造，除塵器出口煙塵濃度設(shè)計(jì)值≤50 mg/Nm3，滿足當(dāng)時(shí)的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 系統(tǒng)存在的問題

由于該機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)間較早，受限于當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平，煙塵的排放濃度值較高。2015年對(duì)滿負(fù)荷下的除塵器性能進(jìn)行了試驗(yàn)，主要指標(biāo)見表1。

表1電除塵器性能試驗(yàn)主要指標(biāo)

項(xiàng) 目單位數(shù)值鍋爐負(fù)荷t/h440煙氣溫度℃155煙氣含氧量%4.5除塵器出口煙塵濃度mg/Nm349.5除塵器效率%99.83

由表1可知，電除塵器出口煙塵排放濃度雖然符合設(shè)計(jì)值，但超過當(dāng)前國家排放標(biāo)準(zhǔn)。此外，該機(jī)組設(shè)計(jì)煤種為煙煤，實(shí)際燃用褐煤，導(dǎo)致鍋爐年平均排煙溫度為155 ℃，比鍋爐排煙溫度設(shè)計(jì)值127 ℃高28 ℃，導(dǎo)致煙塵的比電阻較大，影響了電除塵器的除塵效率。試驗(yàn)所取灰樣的比電阻檢測(cè)結(jié)果見表2所示。飛灰比電阻達(dá)到1012的數(shù)量級(jí)，屬于高比電阻的飛灰。

表2灰樣比電阻檢測(cè)結(jié)果

溫度/℃灰樣1/Ω·cm灰樣2/Ω·cm252.27×10112.6×1011805.85×10111.03×10121008.51×10111.23×10121253.32×10121.85×10121508.58×10122.10×10121803.66×10129.50×1012

1.3 改造方案

針對(duì)除塵器煙塵排放濃度不滿足當(dāng)前排放標(biāo)準(zhǔn)、入口煙氣溫度偏高的問題，提出了除塵器高效電源與低低溫省煤器改造相結(jié)合的煙塵排放治理方案，改造于2016年5月實(shí)施。

(1)除塵器高效電源改造

具體改造方案如下：

①將原一、二、三電場(chǎng)工頻電源替換成高頻電源，加強(qiáng)前電場(chǎng)粉塵的荷電能力，減輕后級(jí)電場(chǎng)的收塵壓力；將原四、五電場(chǎng)工頻電源替換成脈沖電源，克服高比電阻的粉塵反電暈，達(dá)到提高除塵器效率和節(jié)能的目標(biāo)。高效電源改造參數(shù)見表3。

表3高效電源改造參數(shù)

類 型參數(shù)名稱單位設(shè)計(jì)值高頻電源額定電壓kV72額定頻率kHz40額定電流A1.2脈沖電源輸入電壓V380輸出脈沖頻率pps0～150輸出電壓調(diào)整范圍%0-100

一、二、三電場(chǎng)共更換高頻電源6臺(tái)，四、五電場(chǎng)共更換脈沖電源4臺(tái)。原一、二、三、四、五電場(chǎng)高壓柜改為適應(yīng)于高頻電源和脈沖電源的配電柜。

②保留原有除塵器五個(gè)電場(chǎng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，檢修調(diào)整內(nèi)部電場(chǎng)極間距；修復(fù)內(nèi)部已損壞的極線、振打傳動(dòng)裝置等。

(2)低低溫省煤器改造

低低溫省煤器的技術(shù)原理是，在除塵器前布置低低溫省煤器，將煙氣溫度降低至90 ℃，回收的煙氣熱量在非供熱季加熱低加凝結(jié)水、供熱季加熱熱網(wǎng)水，其系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 低低溫省煤器系統(tǒng)圖

設(shè)計(jì)運(yùn)行工況是，在非供熱季通過低加的凝結(jié)水回收煙氣余熱，將煙氣溫度由153 ℃降低至90 ℃，凝結(jié)水溫度則由65 ℃升高至112 ℃，凝結(jié)水流量270.2 t/h；

供熱季則通過熱網(wǎng)水回收煙氣余熱，將煙氣溫度由145 ℃降低至90 ℃，熱網(wǎng)水溫度則由65 ℃升高至95 ℃，熱網(wǎng)水流量316 t/h。非供熱季工況下的設(shè)計(jì)參數(shù)見表4所示。

表1低低溫省煤器設(shè)計(jì)參數(shù)

參數(shù)名稱單位設(shè)計(jì)值發(fā)電功率MW135煙氣量Nm3/h623 300換熱管外徑mm38換熱管壁厚mm4翅片型式/H型凝結(jié)水流量t/h270.2換熱器進(jìn)口煙溫℃153換熱器出口煙溫℃90煙氣側(cè)阻力pa≤400

2 工程應(yīng)用及效果分析

2.1 運(yùn)行結(jié)果

該循環(huán)流化床機(jī)組在進(jìn)行煙塵排放治理技術(shù)改造后，于2016年7月15日開始投入運(yùn)行，至今運(yùn)行穩(wěn)定可靠。2016年8月10日對(duì)機(jī)組進(jìn)行了性能試驗(yàn)，性能試驗(yàn)在131 MW負(fù)荷下進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果顯示各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)性能試驗(yàn)的主要參數(shù)見表5。

表5性能試驗(yàn)參數(shù)

在131 MW負(fù)荷下，低低溫省煤器改造后，煙氣側(cè)阻力增大380 Pa，系統(tǒng)熱媒水側(cè)阻力增加0.09 MPa。排煙溫度由155 ℃降至91 ℃，回收的煙氣余熱將凝結(jié)水由65 ℃加熱至113 ℃。

將一、二、三電場(chǎng)改造成高頻電源后，電場(chǎng)內(nèi)的輸入功率提高，可有效提高收塵效率；將四、五電場(chǎng)改造成脈沖電源后，通過提高電暈強(qiáng)大，克服反電暈，可進(jìn)一步提高收塵效率。此外，排煙溫度的降低也有助于收塵效率的提高。改造完成后，煙塵排放濃度由49.5 mg/Nm3降低至25 mg/Nm3，除塵器效率提高至99.91%以上。

2.2 高效電源改造經(jīng)濟(jì)性分析

高效電源改造后，除塵器電源節(jié)電效果顯著，性能試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6電源節(jié)電情況

項(xiàng)目名稱單位節(jié)約值一電場(chǎng)高頻電源kW·h/h20二電場(chǎng)高頻電源kW·h/h21三電場(chǎng)高頻電源kW·h/h20四電場(chǎng)脈沖電源kW·h/h49五電場(chǎng)脈沖電源kW·h/h50

高效電源改造完成后，可節(jié)約用電160 kW·h/h，按年運(yùn)行小時(shí)數(shù)5 500 h、負(fù)荷率0.7計(jì)算，每年節(jié)約電量為61.6萬kW·h。按電價(jià)0.5元/(kW·h)計(jì)算，每年節(jié)約電量收益為30.8萬元。

2.3 低低溫省煤器改造經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)機(jī)組參數(shù)，依據(jù)等效焓降法原則，對(duì)低低溫省煤器進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析，計(jì)算結(jié)果見表7。

表1經(jīng)濟(jì)性計(jì)算

參數(shù)名稱單位設(shè)計(jì)值機(jī)組熱耗率kJ/ (kW·h)8 162.7發(fā)電功率MW131機(jī)組汽耗率kg/(kW·h)2.948

續(xù)表1

參數(shù)名稱單位設(shè)計(jì)值汽輪機(jī)進(jìn)汽量t/h440汽輪機(jī)機(jī)電效率%98鍋爐效率%92管道效率%99機(jī)組熱耗率減少量kJ/(kW·h)81.1節(jié)約標(biāo)煤量g/(kW·h)3.08真空降低kPa0.05真空降低多耗標(biāo)煤量g/(kW·h)0.15凝結(jié)水泵多耗標(biāo)煤量g/(kW·h)0.08煙氣阻力增加多耗煤g/(kW·h)0.05總節(jié)煤量g/(kW·h)2.8

對(duì)該循環(huán)流化床機(jī)組，投運(yùn)低低溫省煤器后，非供熱季工況下，排煙溫度降低64 ℃，節(jié)約機(jī)組標(biāo)煤耗2.8 g/(kW·h)，按年運(yùn)行小時(shí)數(shù)2 300 h、負(fù)荷率0.7、標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)450元/噸計(jì)算，年節(jié)煤量608.6 t，節(jié)約標(biāo)煤收益27.4萬元/年。

供熱季工況下，可回收熱量47 GJ/h，按照年運(yùn)行小時(shí)數(shù)3 200 h、負(fù)荷率0.9、熱量單價(jià)15元/GJ計(jì)算，回收熱量可帶來收益203萬元/年。

2.4 綜合效益分析

改造完成后，每年可帶來節(jié)電收益30.8萬元，節(jié)約標(biāo)煤收益27.4萬元，回收熱量收益203萬元，共計(jì)261.2萬元/年。

此外，隨著除塵效率的提高，每年還可有效減少煙塵的排放量47t，環(huán)保效益顯著。

3 結(jié)束語

文中以某循環(huán)流化床機(jī)組為例，分析了機(jī)組存在的煙塵排放濃度偏高問題，提出了高效電源和低低溫省煤器相結(jié)合的煙塵排放治理改造方案，并對(duì)改造后的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，得出以下結(jié)論：

(1)除塵效率顯著提高，由99.83%提高至99.91%，煙塵排放濃度由49.5 mg/Nm3降低至25 mg/Nm3，環(huán)保效益顯著。

(2)除塵器電源節(jié)電效果顯著，每年可節(jié)約電量61.6萬kW·h；

(3)可大幅降低除塵器入口排煙溫度，相比于改造前，非供熱季排煙溫度降低64 ℃，節(jié)約機(jī)組標(biāo)煤耗2.8 g/(kW·h)，節(jié)能潛力巨大；供熱季回收熱量47 GJ/h，熱量回收效果顯著。

(4)改造完成后，每年節(jié)電、節(jié)煤、熱量回收收益共計(jì)261.2萬元，煙塵的排放量每年減少47 t。