電袋復合除塵技術在大唐淮南洛河發電廠的應用
火力發電廠為盡量減少鍋爐尾部煙氣對大氣的污染,紛紛按要求進行煙氣脫硫和脫硝。為保證脫硫效率,除塵系統必須高效、穩定運行,而傳統的電除塵已不能滿足要求,于是大型袋式除塵技術、電2袋組合除塵技術應運而生。
電2袋組合除塵技術是一種電除塵和袋式除塵組合起來的新型除塵技術,它綜合了電除塵和袋式除塵的優點,對粉塵特性不敏感,不因比電阻、煙氣量及粉塵濃度的變化影響出口排放濃度,除塵效率不隨運行年份增加而降低,且布袋除塵器的部分零部件能在線檢修,整個系統具有節能、高效、運行穩定的特點。
1 電-袋組合除塵改造方案確定
淮南洛河發電廠2號機組是國產300MW亞臨界燃煤發電機組,于1986年投產發電,其高壓靜電除塵器由長春電力煤場機械研究所設計、長春發電設備修造廠制造,臥式干型雙室四電場,設計除塵效率99%。因設備使用年限已久,設計除塵效率偏低,雖然在 2001年進行了局部改造,但仍無法滿足環保要求。根據國家環保總局頒布的新《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223—2003)第Ⅱ時段和第Ⅲ時段要求:到2010年1月1日火電廠煙塵最高允許排放濃度要達到50 mg/m3。在結合現場的實際情況及綜合考慮工程投入和運行費用的基礎上,決定對原電除塵進行全面改造,采用電2袋組合除塵方式。雖然電2袋組合式除塵技術在國內300 MW 及以上機組尚無應用先例,但已在200 MW 機組上成功應用,技術上已經成熟,電2袋改造方案示意圖如圖1所示。
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具體方案如下:
(1) 利用原有電除塵器的基礎(混凝土基礎,強度已經過校核) ,不加長柱距,不加寬跨距,保留混凝土框架以上的灰斗、電除塵鋼結構支柱,恢復性檢修殼體、進出口喇叭、灰斗,本體內部及頂部構件全部拆除。
(2) 在原一電場的空間內仍采用電除塵方式,三分區結構,分區方式為沿煙氣流向前后分區,每一個分區都是獨立供電,同時為增加電區收塵面積和降低煙氣流速,殼體在原基礎上加高115 m;在原二、三、四電場的區間內采用布袋除塵, 16個分室結構,布袋沿氣流方向布置。
(3) 為了在機組啟動或低負荷投油及煙溫異常時保護濾袋,在袋區頂部布置零泄漏的密封閥和旁路煙道(50%煙氣量旁路) ,且旁路閥具有快開和快關功能,并與主機DCS進行接口;同時在電除塵進口煙道處加裝預涂灰裝置。
(4) 為保證電區和袋區氣流的均勻性,原進口煙道處的三層氣流均布板不變,并在電區與袋區之間再增加一層氣流均布板,板高自上而下與布袋高度平齊。
(5) 電區及袋區清灰方式及控制:袋區采用低壓脈沖噴吹方式清灰,電區陰陽極均采用電磁振打清灰, PLC控制。
(6) 因電除塵改為電2袋組合除塵后,除塵器本體阻力增加很多(至少500 Pa) ,故原來的引風機出力不能滿足運行要求,必須進行改造。
2 電-袋組合除塵系統設備配置及選型
2.1 電2袋組合除塵系統相關參數
電2袋組合除塵系統參數見表1。
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2.2 電區部分
(1) 陽極板采用厚度為115 mm的BE板,配合頂部電磁錘振打(加強型) ,陽極板的懸吊不按分區進行設計,每排安裝12塊極板,每個分區使用4塊極板, 板長14 m;陰極線選用針刺線,線體采用Q235材質圓鋼,線針采用不銹鋼,同樣采用頂部電磁錘振打清灰。
(2) 電區A、B兩側各設1個電場,每個電場按煙氣流向分為3個分區,高壓部分均采用獨立供電,運行后可以使每個機械電場平均工作電壓升高,同時分小區供電,還可增強電場電凝集的作用,使細微粉塵凝集成大顆粒,以利于捕集,使收塵效率得到提高。另外,由于細化了電力分區,可使發生故障時退出的工作區域少2 /3 (如當小分區某側陰極線發生斷裂時) ,可靠性提高3倍,保證了電區的除塵效率。
(3) 電區的前兩個分區采用高頻開關電源,型號為CTH201,解決了常規晶閘管電源體積大、效率低、輸出平均電壓低、輸出電流小、火花熄滅時間長、電場能量恢復慢、易發生反電暈現象等不足。此種電源采用三相電網電源輸入,經斷路器、接觸器、三相整流橋,并經平波電抗器對電解電容充電,形成直流電源, 直流電源經全橋串聯諧振電路與局域并聯諧振電路高頻逆變,經高頻變壓器升壓、高頻硅堆整流后輸出直流電源,經阻尼電阻為除塵器供電。使用三相高頻電源,電源轉換效率高達92% ,三相供電平衡且功率因數大于019,電網均衡,對電網的輸出諧波小,有恒流特性,能有效提高設備效率和除塵效率,在重載和輕載下都可穩定運行,在中、低比電阻粉塵下輸出電壓電流大,在高比電阻粉塵下可有效抑制反電暈現象,運行高效可靠。電區的第三分區采用工頻電源, 型號為GGAj02K2J110A /66 kV。高頻開關電源和工頻電源高位布置在除塵器頂部,其中高頻開關電源實現了電源與控制一體化,工頻電源控制器布置在電除塵控制室。
2.3 袋區部分
(1) 后級布袋除塵器A、B兩側每側分左右兩列, 每列分4個大室,每個大室又分為2個或3個小室,小室為方形,內部布袋沿氣流方向布置,每個小室配1個提升閥,以方便檢修;小室內裝固定式吹灰器,每個布袋對應1個噴嘴,每一行布袋的噴吹由一個脈沖電磁閥控制。
(2) 濾料采用日本進口纖維材料,材質為PPS + P84,袋身采用PTFE線縫制,濾料經過了防油水、燒光處理,具有優異的抗氧化及耐高溫(190 ℃以上)功能, 有效使用壽命在30 000 h以上。由于此種濾料為表面過濾型濾料,故清灰徹底,減少了粉塵在濾袋表面形成布粉層后板結的可能,有效地保證了除塵效果。
(3) 濾袋由袋籠支撐,規格為<168 ×8 100,袋籠用碳鋼絲制作,為減少了袋與籠骨的摩擦,延長袋的壽命,便于卸袋,袋籠采用圓形結構;為了延長袋籠的使用壽命,籠骨表面用有機硅高溫涂料進行了表面粉末靜電噴涂,使其表面比普通涂料光滑且防腐蝕性能大大提高;再者為保證濾袋與花板間的氣密性,袋口采用彈性脹圈,使其密封牢固可靠。
(4) 袋區采用低壓脈沖噴吹方式清灰,每個小室配1個氣包,氣包采用無縫鋼管制造,每組氣包上應安裝壓力信號遠傳裝置,用于連續監控噴吹氣源壓力和進行脈沖閥故障的判斷。系統配2臺20 m3 /min的螺桿式空壓機(1運1備)和1套后處理裝置作為清灰及提升閥控制氣源。
(5) 袋區各分室、除塵器進出口端均設有差壓變送器,進出口差壓變送器采用原裝進口產品。每個脈沖閥在就地有1個手動控制開關,手動控制開關安裝在就地控制柜內,手動控制開關按行列式布置,行選擇采用多位旋鈕開關,列選擇采用按鈕開關。
2.4 旁路系統及預涂灰裝置
(1) 旁路系統包括旁路提升閥和旁路煙道,A、B 兩側每側各分為左右2個旁路煙道,每個旁路煙道配 3個旁路提升閥,可以在系統煙氣出現異常情況時保護濾袋。旁路提升閥采用垂直上下提升布置,閥芯及框架材料為Q235, 密封采用耐高溫硅橡膠(滿足 210 ℃工況下長期使用) ,旁路提升閥連桿密封能防止灰塵進入,并預防由于高溫而引起的變形或老化。旁路提升閥具有快速開啟的功能,全關到全開的動作時間≤10 s,并可進行手動、就地操作和DCS遠方操作,擋板位置和開、關狀態信號反饋進入DCS系統。
(2) 預涂灰裝置是指除塵器在投運前給濾袋噴涂1層干燥粉煤灰,是防止系統啟動時的低溫油、濕煙氣粘污濾袋,導致初始阻力增大或糊袋的一種保護措施。涂灰粉料為干燥的Ⅰ級粉煤灰。系統布置在除塵器進口煙道處,A、B兩側各設1套,管道進口選用硬密封蝶閥,可與密封罐車實現很好的連接。
2.5 控制系統
電2袋除塵器控制系統分為三個部分:前級電除塵器控制系統、后級布袋除塵器控制系統、旁路煙道報警保護控制系統。系統配置及主要功能介紹如下:
2.5.1 前級電除塵器控制系統
(1) 工頻電源部分用以80C196KB 型16位單片機為核心的MVC196微機自動電壓控制系統,具有成熟的高精度火花檢測和控制技術及臨界反電暈控制技術,可自動選擇全波供電、雙半波間歇供電、單半波間歇供電等運行方式,能自動快速實現電場動態、靜態伏安曲線測試、雙重火花檢測、瞬態與穩態波形自動檢測。
(2) 低壓部分采用SiemensS72200型PLC,具有完備的程序控制功能。振打控制提供連續振打和周期振打兩種方式;加熱控制提供連續加熱和恒溫加熱兩種方式;工作方式、控制溫限和時間參數等均可隨時在線修改。
2.5.2 后級布袋除塵器控制系統
(1) 系統配置。后級布袋除塵器控制系統和旁路煙道報警保護控制系統共用1套Siemens S72314的 PLC,配用人機界面TP170B 517″液晶觸模顯示屏,安裝于一個控制柜內,同時配有CPU、6ES7 34021CH002 0AE0型通信模塊1 塊和PS307 25A 型電源模塊1 塊。在控制柜上設有自動、就地轉換開關。當開關置于自動時,由PLC按設定的運行方式和參數自動控制;當置于就地時,可在現場手動控制每個電磁脈沖閥。
(2) 主要控制功能。后級布袋除塵器控制系統主要是控制布袋的清灰,其工作方式可選擇在線清灰、離線清灰、定時清灰、定壓清灰。控制柜面板上設手動/自動轉換開關,設在自動時人機界面操作終端上每個分室可單獨設投入/退出。壓差信號上下限設定值可調,電磁脈沖閥為矩陣控制型式,脈沖電磁閥以矩陣控制輸出,在任何時候,不允許2個及2個以上的脈沖電磁閥工作。
2.5.3 旁路煙道報警保護控制系統
(1) 系統配置。旁路煙道報警保護控制系統主要是旁路閥控制信號測量設備,測量儀器包括壓力表 (清灰氣包壓力測點和煙道進口壓力測點) 、測溫探頭 (空預器出口煙溫測點) 。
(2) 主要控制功能。報警保護控制主要為煙溫報警,默認狀態下高/低溫都是報警狀態。當高溫保護允許時,空氣預熱器出口煙氣溫度大于180 ℃時開旁路閥,關提升閥;當低溫保護允許時,空氣預熱器出口煙氣溫度小于80℃時開旁路閥,關提升閥。旁路閥操作在低壓柜上設有旁路操作禁止、允許轉換開關和旁路強制開按鈕,當轉換開關置于允許位置時,按下旁路強制開按鈕時系統進入旁路狀態,如果轉換開關置于禁止位置時,操作旁路強制開按鈕不起作用。
3 應用效果
系統改造于2008年5月10日竣工并投入運行, 為了確認改造效果,洛河發電廠請權威部門在工況基本相似的前提下對改造前后除塵器進出口煙氣的主要參數進行了測試,除塵器改造前后性能參數對比具體數據見表2 (以一側為例) 。
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4 結束語
從應用效果我們可以看出,電2袋組合式除塵技術首次在國內300MW機組上應用是成功的,它使除塵器出口含塵濃度滿足了環保要求(小于50 mg/m3 ) ; 同時經核算相對“電改電”的方案可節省投資約200萬元,且每年還可節省用電375萬kW·h (年利用小時按 5 500 h 計算) , 節省電費約187155 萬元[按 015元/ ( kW·h)計算]。系統投運后運行穩定,經驗值得借鑒。
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