【來訊】電袋復(fù)合除塵器提效改造的要點分析
2019-08-1316:49:43
近年來，霧霾頻發(fā)，超低出臺排放政策，部分地方政府和電力集團甚至要求煙塵排放達到5mg/m3以下，迫使現(xiàn)役除塵器提效改造。本文介紹了沙角C電廠660MW機組電除塵器采用超凈電袋復(fù)合除塵器技改后，實現(xiàn)煙氣排放濃度<5mg/Nm3，證明了采用超凈電袋復(fù)合除塵器提效改造是滿足超低排放的措施。
關(guān)鍵詞：超凈電袋復(fù)合除塵器;超低排放;工藝方案
Abstract: Recently, with the implementation of ultra-low emission policies and the flue gas emission below 5mg/Nm3 is required by some local governments and electric power groups, the process optimization is compelled to be done for dust removal technology. This paper introduces the Shajiao C 660MW Power unit realizing ultra-low emission below 5mg/m3 successfully after it adopted the Ultra-Clean Electrostatic-Fabric Integrated Precipitator (short for EFIP) technology, which improves that the ultra-clean EFIP technology is the effective measure in achieving the ultra-low emission .
Key Words: ultra-clean EFIP;utlra-low emission;process scheme
0 引言
近幾年來京津冀地區(qū)出現(xiàn)的嚴(yán)重霾重天氣，迫使政府加大對大氣污染治理力度，有些地方政府及電力企業(yè)提高了大氣污染治理的主動性。浙江能源、神華國華等電力企業(yè)在貫徹執(zhí)行GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的基礎(chǔ)上，主動加碼，提出燃煤機組大氣污染物排放水平達近零排放要求，并相繼投運浙能嘉華、浙江國華舟山等超清潔排放試點項目。發(fā)改委、環(huán)保部、能源局聯(lián)合下發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級改造行動計劃(2014-2020)》的精神，珠江三角洲地區(qū)應(yīng)控制煙塵的排放達到5mg/m3以下。2014年2月24日廣東省廣州市政府發(fā)布《廣州市燃煤電廠“超潔凈排放”改造工作方案》，提出燃煤電廠“50355”的改造目標(biāo)(即NOx≤50mg/Nm3、SO2≤35mg/Nm3、煙塵≤5mg/Nm3)。一系列超低排放政策迫使現(xiàn)役除塵器進行提效改造。
我國煤種復(fù)雜多變，長期以來，燃煤電站“市場煤”問題嚴(yán)重影響了進入鍋爐煤的穩(wěn)定性，大多數(shù)入爐煤種存在熱值偏低、灰分偏高、且波動大的現(xiàn)實，造成煙塵濃度變化幅度大，使得干式電除塵器效率波動，出口排放濃度無法長期穩(wěn)定在設(shè)計值范圍內(nèi)，尤其無法滿足超低排放的要求。電袋復(fù)合除塵器結(jié)合了電除塵和袋式除塵器的優(yōu)勢，能長期穩(wěn)定保持低排放，并且電袋復(fù)合的結(jié)構(gòu)對滿足超低排放提供了良好的基礎(chǔ)條件。如果能對現(xiàn)有電袋復(fù)合除塵器進行工藝改進，實現(xiàn)超低排放，就能簡化工藝、減少占地、節(jié)約投資、降低運行費用，因此超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)成為沙角C廠滿足超低排放技術(shù)改造的方案。
1 電袋復(fù)合除塵器的原理
電袋復(fù)合除塵器是繼電除塵器、袋式除塵器之后創(chuàng)新的一種全新的除塵技術(shù)。是電除塵“荷電除塵”及袋除塵“過濾攔截”機理的結(jié)合，集合了兩者的優(yōu)勢。首先充分利用前級電場收塵和對顆粒荷電的特點，利用1~2個電場除掉煙氣中80%以上的煙塵，可以大幅度的降低進入布袋除塵區(qū)煙氣的含塵濃度，剩余10~20%的細粒子由后級濾袋過濾捕集，降低了袋區(qū)負荷并避免粗顆粒對濾袋的沖刷磨損，并濾袋表面粉餅層結(jié)構(gòu)。它具有除塵、阻力低、節(jié)能、運行成本低、占地面積小等優(yōu)點【1】。
電袋復(fù)合除塵器對顆粒物的脫除不是簡單的靜電除塵加上袋式除塵，前級電場的作用使顆粒荷電，荷電后的顆粒會影響袋區(qū)的粉餅層結(jié)構(gòu)、過濾特性和清灰特性。通過濾料過濾實驗發(fā)現(xiàn)，顆粒經(jīng)電場作用發(fā)生荷電和化，有助于它在濾料表面形成結(jié)構(gòu)為有序、為疏松的顆粒層【2】(圖1)，顯著降低了過濾壓降;單纖維捕集顆粒的實驗發(fā)現(xiàn)，對于難荷電的細顆粒，其經(jīng)過電場時發(fā)生的化有助于提高纖維上形成的顆粒鏈對細顆粒的捕集并形成為有序的結(jié)構(gòu)(圖2)。
2 常規(guī)電袋復(fù)合除塵技術(shù)
電袋復(fù)合除塵技術(shù)發(fā)展應(yīng)用10余年來，可以長期穩(wěn)定實現(xiàn)30 mg/Nm3、20mg/Nm3標(biāo)準(zhǔn)限值的達標(biāo)排放?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電力、化工、建材等行業(yè)，成為主流的工業(yè)煙氣除塵裝備。目前已投運電袋復(fù)合除塵器超過600多臺套。據(jù)某公司不統(tǒng)計，其所承接和在投運的其中230臺套電袋復(fù)合除塵器中，出口排放小于10 mg/Nm3有36臺套，小于20 mg/Nm3有120臺套。眾多工程實踐及成功實例為實現(xiàn)穩(wěn)定超低排放奠立了堅實的基礎(chǔ)，與超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)僅差一步之遙。
3 超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)要點
根據(jù)電袋復(fù)合除塵器的理論及大量工程實踐總結(jié)得知，影響其排放性能的重要因素有：電區(qū)與袋區(qū)的耦合匹配、氣流分布均勻性、濾料過濾精度、濾袋區(qū)入口煙塵濃度、過濾風(fēng)速、電場區(qū)細顆粒荷電和電凝并程度、設(shè)備內(nèi)部煙塵泄漏程度以及設(shè)備制造和安裝質(zhì)量等。因此，超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)匯集各種成功經(jīng)驗，采取的技術(shù)措施如下：
3.1 合理優(yōu)化選型，實現(xiàn)電區(qū)與袋區(qū)佳匹配
從結(jié)構(gòu)上來看，電袋復(fù)合除塵器是電除塵與布袋除塵的組合，袋區(qū)的入口濃度直接關(guān)系電場的選型及出口排放，因此，電區(qū)與袋區(qū)佳參數(shù)匹配是低排放下優(yōu)經(jīng)濟性的關(guān)鍵。電場區(qū)的除塵效率根據(jù)多依奇公式計算，從公式可得，、二電場除塵，但每個電場區(qū)的除塵效率呈指數(shù)遞減，從第三電場開始，電場經(jīng)濟性差。
大量工程應(yīng)用和試驗表明，粉塵濃度對濾袋區(qū)的排放存在的影響，排放濃度隨過濾濃度的增加而緩慢增加，當(dāng)過濾濃度達到值時，過濾濃度增加而排放則趨于平穩(wěn)。而濾袋區(qū)入口粉塵濃度的降低需要增加電場數(shù)，會造成設(shè)備投資加大，經(jīng)濟性差。因此，考慮經(jīng)濟性的前提下，超凈電袋復(fù)合除塵器應(yīng)根據(jù)具體情況確定濾袋區(qū)佳的入口粉塵濃度值。
3.2 氣流分布均勻性
氣流分布均勻性是影響超凈電袋復(fù)合除塵器除塵效率的重要因素之一，不良的氣流分布可造成除塵效率的顯著降低。電復(fù)合袋除塵器氣流分布均勻性主要有物理模型試驗和數(shù)值模擬計算兩種，其中數(shù)值模擬計算方法(CFD)可獲得全流場的數(shù)值解，為優(yōu)化電袋復(fù)合除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。
電袋復(fù)合除塵器中電區(qū)的煙氣流向為水平進、水平出，而袋區(qū)煙氣流向為水平進、垂直出，兩個區(qū)域的流速、流向及流動截面尺寸均差異很大，兩者直接銜接會引起流場的急劇變化，在大型化電袋中此問題為突出。沙角C電廠為660MW機組，煙氣量大，袋室內(nèi)濾袋數(shù)量大、排列緊密，數(shù)值模擬計算難度大。針對沙角C廠大型電袋結(jié)構(gòu)，建立煙氣湍流流動模型、顆粒過濾模型，提出計算域內(nèi)區(qū)域分解與非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相結(jié)合的網(wǎng)格劃分方法，出耦合流動與過濾過程的電袋流場計算方法。劃分袋室網(wǎng)格時，首先劃分袋室頂部面網(wǎng)格，然后采用Cooper方法劃分袋室的網(wǎng)格，這種方面減少了網(wǎng)格數(shù)量，又滿足計算要求。整體的網(wǎng)格如圖3所示。計算網(wǎng)格總數(shù)約350萬，灰斗和出口煙道采用四面體網(wǎng)格，整體網(wǎng)格為四面體/六面體混合網(wǎng)格，后在Fluent軟件中將其轉(zhuǎn)換而成的多面體網(wǎng)格。
圖3 網(wǎng)格劃分圖
圖4 Z方向速度云圖
由FLUENT分析計算可得，前袋室、中袋室、后袋室的流量偏差分別為-2.3 %、-1.6 %、3.9 %，三個袋室的氣流均布性較好，滿足超凈電袋袋區(qū)各室流量均勻性相對偏差小于5%的要求。整個模型中的速度云如圖4。
3.3 采用高精過濾材料，提高過濾精度
濾袋是電袋復(fù)合除塵器的終端控制環(huán)節(jié)，是決定其出口排放濃度的關(guān)鍵的部件，濾袋的過濾精度直接關(guān)系到煙塵排放值。超凈電袋復(fù)合除塵器是指除塵器出口煙塵排放小于5g/m3，為了達到此要求，在提高電區(qū)的除塵效率的同時，提高濾袋的過濾精度。
在工業(yè)生產(chǎn)中，常用的濾料材質(zhì)為PPS、PI、PTFE及不同材質(zhì)的混紡濾料、覆膜濾料等。在相同條件下，濾料的過濾低依次為PTFE覆膜濾料、纖維梯度濾料、普通濾料。不同材質(zhì)的濾袋，對煙氣工況及出口排放的適應(yīng)性不同。綜合考慮沙角C廠的煙氣含氧量、煙氣溫度、出口排放要求等參數(shù)，本項目濾料選用PPS+PTFE / PTFE(基布)材質(zhì)，并在濾袋表面進行PTFE熱熔覆膜處理，提高了濾料的過濾精度。
同時，濾袋在縫制過程中留下的針孔，也是粉塵逃逸的一個關(guān)鍵點，在超低排放要求下，泄露。因此，每條濾袋在完成縫制后，在針孔處增加封堵工藝，煙塵的滲透、逃逸，排放除塵器長期穩(wěn)定超低排放。
3.4 嚴(yán)把生產(chǎn)加工、安裝質(zhì)量監(jiān)控
要實現(xiàn)超低排放，超凈電袋的關(guān)鍵技術(shù)是不夠的，其生產(chǎn)加工及安裝質(zhì)量不容忽視。首先，嚴(yán)格把關(guān)原材料質(zhì)量，制訂對原材料供應(yīng)商的質(zhì)量監(jiān)督制度，對供應(yīng)商進行定期質(zhì)量審核;其次，嚴(yán)格控制生產(chǎn)加工質(zhì)量，落實好“三檢”制度：自檢、互檢、專職檢。根據(jù)各自工序質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格自檢，不合格的零部件不進入下道工序。工序之間進行互檢， 側(cè)重對電場區(qū)陰、陽系統(tǒng)、振打系統(tǒng)、花板、清灰系統(tǒng)、袋籠等核心部件，加工全程質(zhì)檢監(jiān)控。再者，要嚴(yán)格安裝質(zhì)量，泄露。除塵器是現(xiàn)場拼接組裝的大型鋼構(gòu)設(shè)備，要實現(xiàn)超低排放，焊接組裝的氣密性。在超凈電袋復(fù)合除塵器的安裝中，對于有氣密性要求的組件要焊全、焊牢、焊透，并對每條焊縫采用煤油滲透檢驗。濾袋安裝氣密性檢查采用熒光粉檢漏法。
4 超凈電袋復(fù)合除塵器改造效果
沙角C廠660MW機組原配套靜電除塵器配置四個電場，隨著除塵設(shè)備年限的增加，除塵效率逐步下降，在煤種灰分波動的情況下，除塵器出口煙塵濃度在60~80 mg/m3，煙囪出口煙塵排放濃度也大幅超過新標(biāo)準(zhǔn)的排放限值。本次采用超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)方案改造，且后端脫硫系統(tǒng)未改造，于2015年2月成功投運。2015年4月，經(jīng)第三方檢測，除塵器出口煙塵質(zhì)量濃度為3.70mg/m3(標(biāo)態(tài)、干基、6%O2)，煙囪入口煙塵質(zhì)量濃度為2.66mg/m3(標(biāo)態(tài)、干基、6%O2)，提效顯著，實現(xiàn)了小于5mg/m3的超低排放。
5 結(jié)論
本項目是采用超凈電袋復(fù)合除塵器提效改造實現(xiàn)超低排放的典范，證明了采用超凈電袋復(fù)合除塵器工藝路線，可以簡化設(shè)備，節(jié)省設(shè)備投資、減少占地、降低運行維護費等。因此，采用超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)是滿足當(dāng)前超低排放政策的技術(shù)之一。
參考文獻：
[1] 陳奎續(xù). 大型燃煤機組配套除塵設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟性分析[J]. 中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2011(11):53-57.
[2] 修海明. 電袋復(fù)合除塵器脫除PM2.5效率的探討[J]. 中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013(10):46-49.
作者簡介： 朱志飛(1964-04-10 )，男，電力工程，工程師，廣東省粵電集團有限公司沙角 C 電廠，主要從事電力行業(yè)管理工作。
