电袋复合除尘技术在大唐淮南洛河发电厂的应用
火力发电厂为尽量减少锅炉尾部烟气对大气的污染,纷纷按要求进行烟气脱硫和脱硝。为保证脱硫效率,除尘系统必须高效、稳定运行,而传统的电除尘已不能满足要求,于是大型袋式除尘技术、电2袋组合除尘技术应运而生。
电2袋组合除尘技术是一种电除尘和袋式除尘组合起来的新型除尘技术,它综合了电除尘和袋式除尘的优点,对粉尘特性不敏感,不因比电阻、烟气量及粉尘浓度的变化影响出口排放浓度,除尘效率不随运行年份增加而降低,且布袋除尘器的部分零部件能在线检修,整个系统具有节能、高效、运行稳定的特点。
1 电-袋组合除尘改造方案确定
淮南洛河发电厂2号机组是国产300MW亚临界燃煤发电机组,于1986年投产发电,其高压静电除尘器由长春电力煤场机械研究所设计、长春发电设备修造厂制造,卧式干型双室四电场,设计除尘效率99%。因设备使用年限已久,设计除尘效率偏低,虽然在 2001年进行了局部改造,但仍无法满足环保要求。根据国家环保总局颁布的新《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223—2003)第Ⅱ时段和第Ⅲ时段要求:到2010年1月1日火电厂烟尘最高允许排放浓度要达到50 mg/m3。在结合现场的实际情况及综合考虑工程投入和运行费用的基础上,决定对原电除尘进行全面改造,采用电2袋组合除尘方式。虽然电2袋组合式除尘技术在国内300 MW 及以上机组尚无应用先例,但已在200 MW 机组上成功应用,技术上已经成熟,电2袋改造方案示意图如图1所示。
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具体方案如下:
(1) 利用原有电除尘器的基础(混凝土基础,强度已经过校核) ,不加长柱距,不加宽跨距,保留混凝土框架以上的灰斗、电除尘钢结构支柱,恢复性检修壳体、进出口喇叭、灰斗,本体内部及顶部构件全部拆除。
(2) 在原一电场的空间内仍采用电除尘方式,三分区结构,分区方式为沿烟气流向前后分区,每一个分区都是独立供电,同时为增加电区收尘面积和降低烟气流速,壳体在原基础上加高115 m;在原二、三、四电场的区间内采用布袋除尘, 16个分室结构,布袋沿气流方向布置。
(3) 为了在机组启动或低负荷投油及烟温异常时保护滤袋,在袋区顶部布置零泄漏的密封阀和旁路烟道(50%烟气量旁路) ,且旁路阀具有快开和快关功能,并与主机DCS进行接口;同时在电除尘进口烟道处加装预涂灰装置。
(4) 为保证电区和袋区气流的均匀性,原进口烟道处的三层气流均布板不变,并在电区与袋区之间再增加一层气流均布板,板高自上而下与布袋高度平齐。
(5) 电区及袋区清灰方式及控制:袋区采用低压脉冲喷吹方式清灰,电区阴阳极均采用电磁振打清灰, PLC控制。
(6) 因电除尘改为电2袋组合除尘后,除尘器本体阻力增加很多(至少500 Pa) ,故原来的引风机出力不能满足运行要求,必须进行改造。
2 电-袋组合除尘系统设备配置及选型
2.1 电2袋组合除尘系统相关参数
电2袋组合除尘系统参数见表1。
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2.2 电区部分
(1) 阳极板采用厚度为115 mm的BE板,配合顶部电磁锤振打(加强型) ,阳极板的悬吊不按分区进行设计,每排安装12块极板,每个分区使用4块极板, 板长14 m;阴极线选用针刺线,线体采用Q235材质圆钢,线针采用不锈钢,同样采用顶部电磁锤振打清灰。
(2) 电区A、B两侧各设1个电场,每个电场按烟气流向分为3个分区,高压部分均采用独立供电,运行后可以使每个机械电场平均工作电压升高,同时分小区供电,还可增强电场电凝集的作用,使细微粉尘凝集成大颗粒,以利于捕集,使收尘效率得到提高。另外,由于细化了电力分区,可使发生故障时退出的工作区域少2 /3 (如当小分区某侧阴极线发生断裂时) ,可靠性提高3倍,保证了电区的除尘效率。
(3) 电区的前两个分区采用高频开关电源,型号为CTH201,解决了常规晶闸管电源体积大、效率低、输出平均电压低、输出电流小、火花熄灭时间长、电场能量恢复慢、易发生反电晕现象等不足。此种电源采用三相电网电源输入,经断路器、接触器、三相整流桥,并经平波电抗器对电解电容充电,形成直流电源, 直流电源经全桥串联谐振电路与局域并联谐振电路高频逆变,经高频变压器升压、高频硅堆整流后输出直流电源,经阻尼电阻为除尘器供电。使用三相高频电源,电源转换效率高达92% ,三相供电平衡且功率因数大于019,电网均衡,对电网的输出谐波小,有恒流特性,能有效提高设备效率和除尘效率,在重载和轻载下都可稳定运行,在中、低比电阻粉尘下输出电压电流大,在高比电阻粉尘下可有效抑制反电晕现象,运行高效可靠。电区的第三分区采用工频电源, 型号为GGAj02K2J110A /66 kV。高频开关电源和工频电源高位布置在除尘器顶部,其中高频开关电源实现了电源与控制一体化,工频电源控制器布置在电除尘控制室。
2.3 袋区部分
(1) 后级布袋除尘器A、B两侧每侧分左右两列, 每列分4个大室,每个大室又分为2个或3个小室,小室为方形,内部布袋沿气流方向布置,每个小室配1个提升阀,以方便检修;小室内装固定式吹灰器,每个布袋对应1个喷嘴,每一行布袋的喷吹由一个脉冲电磁阀控制。
(2) 滤料采用日本进口纤维材料,材质为PPS + P84,袋身采用PTFE线缝制,滤料经过了防油水、烧光处理,具有优异的抗氧化及耐高温(190 ℃以上)功能, 有效使用寿命在30 000 h以上。由于此种滤料为表面过滤型滤料,故清灰彻底,减少了粉尘在滤袋表面形成布粉层后板结的可能,有效地保证了除尘效果。
(3) 滤袋由袋笼支撑,规格为<168 ×8 100,袋笼用碳钢丝制作,为减少了袋与笼骨的摩擦,延长袋的寿命,便于卸袋,袋笼采用圆形结构;为了延长袋笼的使用寿命,笼骨表面用有机硅高温涂料进行了表面粉末静电喷涂,使其表面比普通涂料光滑且防腐蚀性能大大提高;再者为保证滤袋与花板间的气密性,袋口采用弹性胀圈,使其密封牢固可靠。
(4) 袋区采用低压脉冲喷吹方式清灰,每个小室配1个气包,气包采用无缝钢管制造,每组气包上应安装压力信号远传装置,用于连续监控喷吹气源压力和进行脉冲阀故障的判断。系统配2台20 m3 /min的螺杆式空压机(1运1备)和1套后处理装置作为清灰及提升阀控制气源。
(5) 袋区各分室、除尘器进出口端均设有差压变送器,进出口差压变送器采用原装进口产品。每个脉冲阀在就地有1个手动控制开关,手动控制开关安装在就地控制柜内,手动控制开关按行列式布置,行选择采用多位旋钮开关,列选择采用按钮开关。
2.4 旁路系统及预涂灰装置
(1) 旁路系统包括旁路提升阀和旁路烟道,A、B 两侧每侧各分为左右2个旁路烟道,每个旁路烟道配 3个旁路提升阀,可以在系统烟气出现异常情况时保护滤袋。旁路提升阀采用垂直上下提升布置,阀芯及框架材料为Q235, 密封采用耐高温硅橡胶(满足 210 ℃工况下长期使用) ,旁路提升阀连杆密封能防止灰尘进入,并预防由于高温而引起的变形或老化。旁路提升阀具有快速开启的功能,全关到全开的动作时间≤10 s,并可进行手动、就地操作和DCS远方操作,挡板位置和开、关状态信号反馈进入DCS系统。
(2) 预涂灰装置是指除尘器在投运前给滤袋喷涂1层干燥粉煤灰,是防止系统启动时的低温油、湿烟气粘污滤袋,导致初始阻力增大或糊袋的一种保护措施。涂灰粉料为干燥的Ⅰ级粉煤灰。系统布置在除尘器进口烟道处,A、B两侧各设1套,管道进口选用硬密封蝶阀,可与密封罐车实现很好的连接。
2.5 控制系统
电2袋除尘器控制系统分为三个部分:前级电除尘器控制系统、后级布袋除尘器控制系统、旁路烟道报警保护控制系统。系统配置及主要功能介绍如下:
2.5.1 前级电除尘器控制系统
(1) 工频电源部分用以80C196KB 型16位单片机为核心的MVC196微机自动电压控制系统,具有成熟的高精度火花检测和控制技术及临界反电晕控制技术,可自动选择全波供电、双半波间歇供电、单半波间歇供电等运行方式,能自动快速实现电场动态、静态伏安曲线测试、双重火花检测、瞬态与稳态波形自动检测。
(2) 低压部分采用SiemensS72200型PLC,具有完备的程序控制功能。振打控制提供连续振打和周期振打两种方式;加热控制提供连续加热和恒温加热两种方式;工作方式、控制温限和时间参数等均可随时在线修改。
2.5.2 后级布袋除尘器控制系统
(1) 系统配置。后级布袋除尘器控制系统和旁路烟道报警保护控制系统共用1套Siemens S72314的 PLC,配用人机界面TP170B 517″液晶触模显示屏,安装于一个控制柜内,同时配有CPU、6ES7 34021CH002 0AE0型通信模块1 块和PS307 25A 型电源模块1 块。在控制柜上设有自动、就地转换开关。当开关置于自动时,由PLC按设定的运行方式和参数自动控制;当置于就地时,可在现场手动控制每个电磁脉冲阀。
(2) 主要控制功能。后级布袋除尘器控制系统主要是控制布袋的清灰,其工作方式可选择在线清灰、离线清灰、定时清灰、定压清灰。控制柜面板上设手动/自动转换开关,设在自动时人机界面操作终端上每个分室可单独设投入/退出。压差信号上下限设定值可调,电磁脉冲阀为矩阵控制型式,脉冲电磁阀以矩阵控制输出,在任何时候,不允许2个及2个以上的脉冲电磁阀工作。
2.5.3 旁路烟道报警保护控制系统
(1) 系统配置。旁路烟道报警保护控制系统主要是旁路阀控制信号测量设备,测量仪器包括压力表 (清灰气包压力测点和烟道进口压力测点) 、测温探头 (空预器出口烟温测点) 。
(2) 主要控制功能。报警保护控制主要为烟温报警,默认状态下高/低温都是报警状态。当高温保护允许时,空气预热器出口烟气温度大于180 ℃时开旁路阀,关提升阀;当低温保护允许时,空气预热器出口烟气温度小于80℃时开旁路阀,关提升阀。旁路阀操作在低压柜上设有旁路操作禁止、允许转换开关和旁路强制开按钮,当转换开关置于允许位置时,按下旁路强制开按钮时系统进入旁路状态,如果转换开关置于禁止位置时,操作旁路强制开按钮不起作用。
3 应用效果
系统改造于2008年5月10日竣工并投入运行, 为了确认改造效果,洛河发电厂请权威部门在工况基本相似的前提下对改造前后除尘器进出口烟气的主要参数进行了测试,除尘器改造前后性能参数对比具体数据见表2 (以一侧为例) 。
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4 结束语
从应用效果我们可以看出,电2袋组合式除尘技术首次在国内300MW机组上应用是成功的,它使除尘器出口含尘浓度满足了环保要求(小于50 mg/m3 ) ; 同时经核算相对“电改电”的方案可节省投资约200万元,且每年还可节省用电375万kW·h (年利用小时按 5 500 h 计算) , 节省电费约187155 万元[按 015元/ ( kW·h)计算]。系统投运后运行稳定,经验值得借鉴。
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