印度Anuppur2x600MW火力發(fā)電廠除塵器的選擇分析
引言
目前，我國電力需求逐漸趨于飽和，電力建設(shè)市場逐步縮小，越來越多的電力工程公司及設(shè)計單位將目光投向了海外市場。印度是世界上第三大煤炭生產(chǎn)國，半數(shù)以上的能源需求由煤炭來滿足。隨著印度經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力危機也日益嚴重，電力需求缺口增大，其電力建設(shè)的市場也逐步擴大。近幾年我國已將電力建設(shè)的經(jīng)驗逐步輸出到印度，開拓國際市場。本文針對印度MB項目中除塵器的選擇，通過技術(shù)經(jīng)濟的比較，提出了合理的除塵器型式，降低投資風(fēng)險，為從事印度電力市場開發(fā)的設(shè)計人員提供參考。
1工程概況
由印度MBPIL公司投資建設(shè)的Anuppur電廠位于MadhyaPradesh市，機組一期規(guī)劃容量為1200MW，擬新建2臺600MW燃煤發(fā)電機組。鍋爐選用亞臨界、一次中間再熱、強制循環(huán)、懸吊結(jié)構(gòu)、平衡通風(fēng)、全鋼結(jié)構(gòu)、露天布置的汽包鍋爐，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為2060t/h。鍋爐以印度當(dāng)?shù)禺a(chǎn)煤為主要燃料，點火及穩(wěn)燃采用輕柴油及重油。制粉系統(tǒng)采用中速磨正壓直吹式制粉系統(tǒng)，除塵器的排放要求為出口最大含塵濃度小于等于50mg/Nm3。
2基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
2.1燃煤特性
電廠燃煤為印度當(dāng)?shù)氐湫透呋曳值蜔嶂禑熋，與國內(nèi)準(zhǔn)格爾煤相似。
2.1飛灰特性
飛灰的組成對除塵器的選擇有著重要的影響。
從飛灰中各種物質(zhì)的含量可以得出其特點：
1）燃煤中硫含量較低，燃燒后生成的SO3量較少，微量的SO3吸附在飛灰的比電阻作用效果小，即S的調(diào)制作用很；
2）飛灰的比電阻較高，一般處于大于1013Ω-cm的高比電阻區(qū)內(nèi)，極易發(fā)生嚴重的反電暈現(xiàn)象，除塵效率大幅降低；
3）飛灰中堿性氧化物Na2O和K2O含量偏低，金屬離子漂移過程中無法增加飛灰的體積導(dǎo)電性，因此煙氣粉塵中離子的導(dǎo)電性較差；
4）SiO2含量偏高，不僅提高了飛灰的比電阻，而且灰的硬度很大，會加劇對電場內(nèi)部振打等機構(gòu)的磨損；
5）灰分中對電除塵不利的Al2O3所占的比例較大，導(dǎo)致飄塵多，且粉塵粘性強，加大收塵和清灰的難度。
2.3設(shè)計數(shù)據(jù)
根據(jù)煤質(zhì)資料和鍋爐參數(shù)，經(jīng)熱力計算得到除塵器的設(shè)計數(shù)據(jù)。
3.除塵器方案的比較
3.1常規(guī)靜電除塵器
從煤質(zhì)分析中看出，煤質(zhì)比較差，灰分高，硫分低，飛灰成分中SiO2、A12O3的含量已超過了90%，使粉塵的荷電性能大大減低，飛灰的比電阻很大，極易產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象，所有這些將對電除塵很不利，根據(jù)計算和工程經(jīng)驗，飛灰的有效驅(qū)進速度在3-3.5cm/s之間。所以本項目的電除塵器的方案選雙室十電場，斷面面積為504m2，每臺鍋爐配置2臺靜電除塵器。采用雙室十電場電除塵器，由于除塵器效率不穩(wěn)定，受所燃煤質(zhì)和系統(tǒng)工況影響較大，即使這樣也不能確保排放小于等于50mg/Nm3。本項目中業(yè)主要求采用常規(guī)靜電除塵器。
常規(guī)靜電除塵器的技術(shù)特點：
1）考慮本項目的煙氣含塵濃度高，煤質(zhì)差，硫分低，飛灰難收集，排放要求高的特點，采用雙室十電場電除塵器；
2）本方案陽極板采用大"C480"，采用"400"寬間距，陰極線全部采用放電氣性能和機械性能最佳的芒刺線；
3）陽極改為側(cè)部搖臂錘機械振打，陰極采用采用頂部電磁振打；
4）電除塵的核心部件如陽極板、電暈線、振打器及電源均采用國內(nèi)知名專業(yè)廠家的名牌產(chǎn)品；
5）長期運行不能確保小于等于50mg/Nm3的排放要求；
6）維護費用較低。
3.2靜電除塵器＋調(diào)制
煙氣調(diào)制是向煙氣流中噴入微小劑量的調(diào)制劑，減小飛灰的比電阻，使其能被電除塵器補集，解決電除塵器由于粉塵比電阻高而引起的效率下降問題。
目前應(yīng)用最廣泛的SO3調(diào)制劑，系統(tǒng)通過在粉塵顆粒的表面施加稀釋的酸溶液（SO3＋H2O＝H2SO4）來降低粉塵的比電阻。一般煙氣調(diào)制系統(tǒng)可降低煙氣粉塵的比電阻10倍以上，從而提高電除塵器在捕集高比電阻粉塵時的效率。
煙氣調(diào)制系統(tǒng)主要包括：硫磺儲罐、硫磺輸送設(shè)備、系統(tǒng)集成箱和噴射裝置。煙氣調(diào)制系統(tǒng)安裝在電除塵器前，在煙氣進入電除塵器前，將SO3和空氣的混合物通過噴槍噴射到煙氣流中。SO3的劑量根據(jù)鍋爐負荷、煙氣溫度、電除塵器功率水平、出口煙氣排放等工況自動調(diào)整，劑量嚴格控制。
采用電除塵器＋調(diào)制的方式，調(diào)制設(shè)備和年運行費用都比較高，并且針對本工程灰分特性，調(diào)制效果有待檢驗，存在風(fēng)險，所以不建議采用。
3.3布袋除塵器
布袋除塵器的效率高于靜電除塵器。濾袋性能是決定除塵效率的主要因素，其費用占布袋除塵器總費用的1/3左右，濾袋的壽命又直接影響到電除塵器的綜合運行費用。由于本工程中，除塵器的入口的含塵濃度大，水分高，造成濾袋的負荷大，清灰難，清灰的周期要大大縮短，濾袋的使用壽命要從通常的26000小時縮短為16000小時，縮短近40％，大大提供了運行的費用。并且，用于凈化有腐蝕性氣體時，應(yīng)選用適宜耐腐蝕的濾料，用于處理高溫?zé)煔鈶?yīng)采取降溫措施，將煙溫降到濾袋長期運行所能承受的溫度以下，并盡可能采用耐高溫的濾料。
布袋除塵器的阻力較大，一般壓力損失為1500～2400Pa，導(dǎo)致除塵器后的引風(fēng)機功率大為增加，廠用電大大增加。
鑒于以上原因，不建議采用單一布袋除塵器，并且印度業(yè)主一般都拒絕采用單一布袋除塵器。
3.4電袋除塵器
電袋除塵器是靜電除塵器和布袋除塵器相結(jié)合的除塵方式，充分利用了兩者各自的優(yōu)點以及兩者相結(jié)合產(chǎn)生的新功能，同時克服了單一電除塵器和布袋除塵器的缺點，并且在國內(nèi)300MW以上的大型機組中已有成功運行的經(jīng)驗，證明了電袋除塵是一種科學(xué)、可靠的技術(shù)。
電袋除塵器可分為串聯(lián)式與嵌入式兩種模式，串聯(lián)式是將電、布除塵器布置在不同殼體里，用煙道把它們連接起來；嵌入式是電、布除塵器布置在同一個殼體中。它們具有各自的特點：
1）串聯(lián)式電袋除塵器采用頂棚結(jié)構(gòu)，可以全天候進行維修，而嵌入式采用高凈氣室，必須在除塵器內(nèi)部進行換袋維修；
2）串聯(lián)式電袋除塵器流通阻力較大，而嵌入式流通阻力較；
3）串聯(lián)式電袋除塵器占地面積較大，設(shè)備重量增加，而嵌入式占地面積較小。
4）串聯(lián)式電袋除塵器的旁路煙道在除塵器內(nèi)部，外觀簡潔美觀，而嵌入式旁通煙道較復(fù)雜。
5）當(dāng)點爐、出現(xiàn)高溫或爆管時，串聯(lián)式電袋除塵器可正常工作，煙囪的排放濃度低，對風(fēng)機的磨損小，而嵌入式不能正常投入工作，煙囪排放濃度高，對風(fēng)機磨損大。
為了提高運行的可靠性，本工程采用串聯(lián)式電袋除塵器作為比較方案：前面設(shè)置一電場電除塵作為預(yù)除塵，后面利用布袋除塵效率高的優(yōu)點設(shè)置布袋除塵控制最終排放。每臺爐配2臺電袋除塵器，平進平出式、4通道（室），確保達到排放達標(biāo)。
電袋除塵器的技術(shù)特點：
1）本方案前區(qū)電除塵采用"400"寬間距，陽極采用側(cè)部振打，陰極采用頂部電磁振打，袋區(qū)采用低壓脈沖行噴吹袋式除塵技術(shù)，在整個結(jié)構(gòu)上形成煙氣平進平出的技術(shù)特色，與電除塵器的進氣方式基本一致，從結(jié)構(gòu)上決定了該技術(shù)袋式除塵器的阻力低。
2）電區(qū)的斷面面積為504m2，電場風(fēng)速為0.89m/s，作為預(yù)除塵減輕后面布袋的負荷，初步估算其除塵效率在70%左右，這樣可減少脈沖閥的噴吹頻次，減少對濾袋的沖刷，相對延長濾袋和脈沖閥的使用壽命。
3）除塵器出口含塵濃度可保證達標(biāo)≤50mg/Nm3，基本不受鍋爐所燃煤質(zhì)以及系統(tǒng)工況變化的影響。
4）布袋除塵部分采用高凈氣室結(jié)構(gòu)，這樣檢修維護方便，不受惡劣天氣的影響，同時可降低除塵器本體的漏風(fēng)率。
5）電除塵的核心部件如陽極板、電暈線、針打器及電源均采用國內(nèi)知名專業(yè)廠家的名牌產(chǎn)品，布袋除塵器的關(guān)鍵部件如濾袋和脈沖閥等全部采用進口產(chǎn)品，確保質(zhì)量，使用可靠。
6）除塵器設(shè)置了噴水降溫系統(tǒng)和預(yù)噴涂系統(tǒng)，為布袋除塵器的可靠運行和維護提供了必要條件。除塵器每個通道的進出口分設(shè)擋板閥，可實現(xiàn)關(guān)閉1/4通道不停機檢修。
7）操作維護費用較低，使用可靠。
3.5轉(zhuǎn)動極板式電除塵器
轉(zhuǎn)動極板式電除塵器就是將傳統(tǒng)的電除塵器的最后一級或兩級電場的陽極板改造成可以轉(zhuǎn)動的形式，并把傳統(tǒng)的振打清灰方式改造成旋轉(zhuǎn)刷清灰，具有如下優(yōu)點：
1）轉(zhuǎn)動極板式電除塵器能夠消除二次揚塵，避免反電暈，實現(xiàn)電極優(yōu)化匹配，因此可以取得更高的除塵效率，更容易達到低于50mg/Nm3的排放要求；
2）轉(zhuǎn)動極板式電除塵器一個電場能發(fā)揮2個以上電場的作用，既減小了建設(shè)占地又節(jié)約了除塵功耗，再加之它消除了反電暈，因此可顯著的減小用電量，實現(xiàn)節(jié)能；
3）轉(zhuǎn)動極板式電除塵器耐高溫、耐高濕、抗腐蝕、免拆換、少維修、易安裝及安全可靠性好；
4）轉(zhuǎn)動極板式電除塵器檢修周期能夠滿足發(fā)電主機安全需要，能保證與發(fā)電主機同步投運，使用壽命長。
針對本項目，轉(zhuǎn)動極板式電除塵器采用4常規(guī)電場和2個轉(zhuǎn)動極板電場，2個轉(zhuǎn)動極板電場布置在除塵器的最后，確保滿足排放要求。
4技術(shù)經(jīng)濟比較
基于上面的分析，本文著重對常規(guī)靜電除塵器、電袋除塵器及轉(zhuǎn)動極板式電除塵器做技術(shù)經(jīng)濟比較。
通過上面幾個方面的比較，可以看出：
1）靜電除塵器占地面積及投資都比較大，并且長期運行不能確保達到排放標(biāo)準(zhǔn)，所以存在著一定的風(fēng)險。
2）電袋除塵器和轉(zhuǎn)動極板式電除塵器都能滿足排放要求，且占地面積及投資都比較小。
3）轉(zhuǎn)動極板式電除塵器比電袋除塵器的維護費用稍低，但目前國內(nèi)沒有大型電廠運行業(yè)績，特別是針對印度典型高灰分煤質(zhì)，還有待實際運行的檢驗。
所以，從技術(shù)經(jīng)濟及降低風(fēng)險的角度，推薦采用電袋除塵器。
5電袋除塵器設(shè)計中的幾個重要問題
1）氣流均勻分布問題。對任何型式的除塵器，氣流均勻分布都是非常重要的，基于空氣動力學(xué)模擬試驗做到每一煙道的氣流基本均衡，以最大限度地提高除塵器的除塵效率。對于布袋除塵而言，除塵器內(nèi)含塵氣流分布是否均勻，對除塵效率及濾袋壽命都有很大的影響。
2）電袋之間的連接過渡問題。由于電袋采取串聯(lián)結(jié)構(gòu)，采用何種型式的過渡連接是非常重要的，最簡單的辦法是煙氣從電除塵器一出來就直接進入布袋除塵器，無需任何過渡，但是由于煙氣在電除塵器和布袋除塵器中的流向不同，在電除塵器中煙氣是呈水平流動的，而在布袋除塵器中，煙氣是從下往上流動的。而且，煙氣在電除塵器和布袋除塵器中的流速也是不一樣的。所以從流體力學(xué)的角度來考慮，二者之間必須要有一個相對光滑的過渡段。這不但可以避免煙氣在從電除塵器過渡到布袋除塵器時，由于流動不暢而造成氣流紊亂，進一步會產(chǎn)生氣流漩渦、氣流死角等惡劣狀況，更可以避免由于氣流紊亂而造成靜電除塵器和布袋除塵器的氣流分布性能被破壞的嚴重后果。所以在電袋之間應(yīng)有一個光滑的過渡段，通過增設(shè)導(dǎo)流與折流方式可以保證氣流的均勻性。
3）對于電袋除塵器而言，設(shè)備的安全性主要體現(xiàn)在如何確保濾料的安全上，設(shè)計有旁路管道等措施以保護濾袋。在鍋爐投油、溫度異常、四管爆裂等狀態(tài)下使煙氣經(jīng)旁路管道排放而不經(jīng)過布袋除塵器的濾袋，從而有效的保護除塵器。同時應(yīng)考慮印度當(dāng)?shù)氐膶嶋H運行特點，即額定出力時的投油燃燒工況對濾袋的要求。
4）考慮布袋除塵器在印度的復(fù)雜運行及使用條件，對于電袋除塵器的阻力推薦采用1600Pa，引風(fēng)機的壓力計算時應(yīng)予以考慮。
參考文獻
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