一、前言
循环流化床锅炉因其高燃烧效率和燃烧清洁性及对燃料的适应性而迅速发展起来,它使用含硫高、灰分高、发热值低等其他锅炉不能燃用的燃料能干净地燃烧, 大大减少硫化合物和氮氧化合物的产生和排放,减少环境污染，
电袋除尘技术在循环流化床锅炉机组的应用探讨
。目前我国循环流化床锅炉的容量主要有75t/h、130t/h、220t/h和440t/h 等。随着环保要求的日趋严格,国家对烟尘及二氧化硫的排放提出更严格的要求,现执行的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003)中对新建燃煤电厂的烟尘排放浓度提高到50mg/m3、二氧化硫的排放浓度提高到400mg/m3。循环流化床锅炉通过掺烧石灰石可解决烟气脱硫问题,同时也导致静电除尘器的除尘效率下降,采用静电除尘器处理的烟尘排放浓度很难达到环保要求。二、静电除尘器改造前的状况
山西鲁能晋北铝业有限责任公司自备电厂一期工程装机容量为3×25MW机组,锅炉采用济南锅炉厂YG-240/9.8-M1型高温高压、单汽包横置式、单炉膛、自然循环、全钢架π型布置循环流化床锅炉,每台锅炉配备一台XKD135x4/2干式、卧式、板式双室四电场静电除尘器,汽轮机由武汉汽轮机厂生产,其中#1机为抽凝机组,#2、3机为背压机组,机组为母管制,主要供给氧化铝厂工业用汽。4台锅炉分别于2005年1月～6月建成投产。一期工程静电除尘器主要规范:设计处理烟气量430000 m3/h、除尘效率98%、入口烟气含尘量21.25g/cm3、烟气停留时间18～19S、电场风速0.88m/s、收尘极板总有效面积 10800m2、电场数量4个、同级间距400mm。
2007年3月公司委托太钢能源环保部监测站对自备电厂#1、#2、#4炉的烟气排放及脱硫效率进行了监测,
山西省环保局于2007年5月再次进入该公司对烟气排放及脱硫进行监测,监测时自备电厂将锅炉负荷降至50%运行,但仍未能达到环保要求,烟气排放浓度在400 mg/m3。
三、静电除尘器存在问题及其原因分析
我们从静电除尘器本体、锅炉燃料的变化、锅炉燃烧的变化、锅炉炉内脱硫添加剂的使用等几个方面进行分析,总结出造成静电除尘器除尘效率降低的原因有以下几点:
(1)设计煤种灰分与实际煤种灰分偏差较大,造成烟气中的粉尘含量较大。
(2)由于除尘器设计值与实际烟气量偏差较大(设计值430000m3/h,实际运行值530000m3/h以上)。烟气量大的主要原因有:由于采购原煤达不到设计要求,使锅炉燃煤量增加,燃烧份额增加相应的烟气量也增加。
(3)循环流化床锅炉采用炉内脱硫,钙硫摩尔比为2.3时脱硫效率能够达到90%(石灰石粉的加入量设计为1.5t/h,石灰石中CaO含量为 54.56%)。目前为确保脱硫效果需要的石灰石量为3～41.5t/h。由于石灰石粉的加入致使烟气中灰的比电阻降低,致使静电除尘器对比电阻低的粉尘难以有效捕集导致除尘效率下降。
(4)安装时由于安装质量问题造成静电除尘器内部的大框架变形,小框架在长时间运行后也随之变形,影响了静电除尘的正常工作效率。
四、改造方案的论证与确定
(一)除尘器改造方案的考察
自山西鲁能晋北铝业有限公司决定对自备电厂静电除尘器进行改造后,立即组织人员到同类型循环流化床锅炉的山西某电厂(哈尔滨锅炉厂锅炉)、天津某电厂 (济南锅炉厂的锅炉)的济南某热电公司进行实地考察交流,同时向国内几家大型除尘器生产厂家和权威环保研究院所进行咨询。在与其的交流中发现两厂的烟气排放也均未达到国家环保要求,而且都是在机组投产后相继进行了改造,并且改造后的效果良好。从当时掌握的信息来看,由于国家环保监察力度加大,有许多的循环流化床锅炉在设计中就将静电除尘器改为电袋复合式除尘器。
(二)除尘器改造方案的确定
鉴于以上原因,山西鲁能晋北铝业公司根据自己生产的实际情况和需求,组织人员进行技术攻关,并综合各方面的建议、意见,提出以下四条整改方案。
方案一:对现有静电除尘进行大修。每台除尘器大修费用约70万元。
方案二:在现有静电除尘入口处增加沉降室,四电场后增加一级电场。每台除尘器改造费用约需要230万元。
方案三:将静电除尘全部改造为袋式除尘器。每台除尘器改造费用约需550万元。
方案四:保留现有静电除尘器一电场(对其进行大修),其余三个电场在原有静电除尘器设备外壳不变的情况下改为袋式除尘器,增加袋式除尘器的控制系统,改为电袋组合式除尘器。每台除尘器改造费用约需400万元。
四种改造方案提出后,支持各种方案的言论都有,主要是聚焦在要效益还是要环保的话题上。公司决策层对各种方案进行仔细分析论证,分析了各自的优缺点:
方案一优点:对现有电除尘进行大修,彻底解决由于安装及设备存在的问题,提高收尘效率,对锅炉的正常运行没有影响,静电除尘器的控制系统不用改动,节省资金的投入。
缺点:大修后只能小幅提高除尘效率,但是由于设计收尘面积偏小以及目前所使用的煤种肯定达不到排放标准。
方案二优点:电除尘入口处增加沉降室,四电场后增加一级电场，
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《电袋除尘技术在循环流化床锅炉机组的应用探讨》(https://www.unjs.com)。此种方案在经过改造后对锅炉的正常运行没有影响,静电除尘器的控制系统不用改动,烟气排放有可能达到环保要求,投入资金量相对较小。缺点:电除尘器对工况变化适应能力差,当工况变化幅度较大以及脱硫用石灰石粉投入量较大时,烟气中的粉尘比电阻降低,对其除尘效率影响较大。必须留有足够的余量,来适应工况的变化。增加一个电场不仅站地面积大,而且对气力输灰系统也要进行相应的改造。
方案三优点:将电除尘全部改造为袋式除尘器,此种方案可保证烟气排放达到环保要求。
缺点:改造为袋式除尘器后,除尘器的阻力要远远大于静电除尘器的阻力,锅炉吸风机满足不了锅炉满负荷运行,不得不更换吸风机。另外,流化床锅炉尾部烟气中烟尘颗粒度较大,对除尘器前部的袋式冲刷、磨损较为严重,从而缩短了滤袋和脉冲阀的使用寿命,使设备运行维护费用大大增加。并且控制和配电系统要全部改变,改造投入资金量大,
方案四优点:保留现有静电除尘器一电场,其余三个电场在原有静电除尘器设备外壳不变的情况下改为袋式除尘器,增加袋式除尘器的控制系统,改为电袋组合式除尘器,利用现有电除尘及袋式除尘器的优点。电袋组合型除尘器是通过电除尘器与袋式除尘器有机结合的一种新型的高效除尘器,收尘效率可达到70%左右。与单纯袋式除尘器对比,滤袋更换频率较低。
从山西鲁能晋北铝业公司自备电厂的实际情况来看,只需将静电除尘器的后三个电场极板拆除利用原来的空壳喇叭口外延1.5m即可(外延空间足够),配电设施不用增加,技改用时较短,不影响机组发电运行。
缺点:从此方案粗略计算的阻力和风量来看,风机的风量和气力输灰刚刚能够满足额定负荷需要,改造前还要对锅炉进行精确的试验和计算。另外,程序控制系统要作相应改变。
经过对以上四种方案的反复论证及实地考察,选用方案四:电袋组合式除尘器。
(三)除尘器改造方案的实施
山西鲁能晋北铝业公司决定委托中钢集团天澄环保科技股份有限公司,将除尘效率最低的#2炉静电除尘器根据现场实际情况,改造为电袋组合除尘器。
改造初期,在设计袋式收尘区的收尘面积上,公司提出要求:既能满足锅炉满负荷运行的风量要求,又能最大程度增加袋式收尘区的收尘面积。通过精密计算和论证,最后决定将电袋组合除尘器分隔为前后两个收尘仓室(即静电收尘单元和袋式收尘单元),经静电除尘器过滤后的含尘烟气由外引烟道进入袋收尘单元,净化后的烟气经净气室向大气排放。为方便检修,在不停炉的情况下检修工作人员既可进入袋收尘单元进行工作,又将后部的袋收尘单元纵向分隔为两个仓室,袋收尘区域总过滤面积:8624m2,滤袋材质:进口 PPS PTFE双面浸渍处理,PTFE线进行缝制。袋收尘单元的清灰采用脉冲离线清灰,除尘器净气室进出口设置气动提升阀, 使用的是在线清灰。
#2除尘器运行正常稳定,2007年9月26日检测机构对#2炉电袋除尘器进行了环保监测。
#2炉静电除尘器改造为电袋组合除尘器后,此前粗略计算的阻力和风量、风机的风量和气力输灰系统完全能够满足锅炉额定负荷的需要。烟尘排放不仅远远低于国家粉尘排放标准,而且能够保证生产,其他三台静电除尘器也在2008年底全部改造完毕。
五、除尘器改造后的经济效益
除尘器改造后的效益主要划分为两部分:一部分是改造后除尘器节省的电量,即:节省电量=电袋组合除尘器运行比原静电除尘器运行节省的电量-风机增加的电量(滤袋阻力增加风机电流增加)-喷吹增加的压缩空气使用的电量(大约40m3的空压机,11KW)。第二部分就是环保费用节省的费用,主要根据山西鲁能晋北铝业有限公司向环保部门缴纳环保费时,检修工作量减小产生的效益。
改为袋式除尘器后,相同负荷的情况下,除尘器增加的阻力,目前控制在700pa~1000pa之间,锅炉每台吸风机最多增加1个电流,按照每天3台锅炉运行,6台吸风机24小时的耗电为:1×6×10×0.85×24=1224(KWh),另外40立方的空压机24小时的耗电为:11×24=264(KWh) 。同时测算出每台静电除尘器一个高压电场每天的平均耗电量为472.5(KWh)。
因此,我们可以按照每天3台电袋组合除尘器运行,每天节省电量大约为:472.5×3×3=4252.5(KWh)。电除尘器改造为电袋组合除尘器, 除去风机增加的耗电量;增加的压缩空气,折算成空压机(40立方)耗电量;按照每天3台锅炉运行,24小时节省的电量为:4252.5-1224-264=2764.5(KWh),一个月为82920KWh,按照发电成本0.2元计算,每个月至少可节省16584元。4 台锅炉改造完成后,厂用电率下降了1%,和计算出每天节省的电量也匹配。
改造之后,山西鲁能晋北铝业有限公司的环保费用就可以节省290万元。如表3:
六、结语
循环流化床锅炉进行炉内脱硫时需喷入石灰石粉末,对烟气中粉尘比电阻影响较大,且烟气含尘量增加,袋式除尘器不受粉尘比电阻及煤种变化影响的性能特点在此较为突出,加上在运行及维护费用、运行方便程度及占地面积、初期投资等方面的优势,对满足长期的、逐渐提高的环保要求具有强有力的保障能力。如今国内许多新建200MW以上的大型机组也逐渐开始选用袋式除尘器,一些旧机组的除尘器改造工程也首选袋式除尘器。电袋组合除尘器以其先进的技术、低廉的价格、合格的质量和稳定的运行等优点给燃煤电厂机组的运行带来便利,特别适合用于循环流化床锅炉的烟气处理,值得在国内推广。