电力行业节能环保公众服务平台——权威、专业、创新的电力节能环保公号
2016年电力行业节能环保论坛暨技术应用交流会论文集，可在微信平台的环保书屋中查询。
大型超净电袋复合除尘器在劣质煤机组
的应用
福建龙净环保股份有限公司 陈奎续
摘要 以实现烟尘超低排放的河南平顶山发电分公司2×1030MW机组配套的超净电袋复合除尘器为研究对象，分析超净电袋复合除尘技术原理和措施，并介绍该工程具体的工艺方案，通过对现场实测结果和长期CEMS在线数据分析统计，系统验证超净电袋复合除尘技术在燃烧劣质煤的大型机组上应用的可行性和稳定性，也验证了以超净电袋，不上湿式电除尘实现烟尘超低排放工艺技术的可行性。
关键词 超净电袋 劣质煤电厂 大型化
1前言
近年来，我国大气污染形势日趋严峻，随着《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》（发改能源[2014]2093号）及地方“超低排放”控制政策的相继出台，在环境保护、减排目标与发展需求的三重压力下，电力行业积极开展适应超低排放的发展战略研究和环保科研攻关，并逐步开展超低排放的工程示范。2015年12月11日环保部等三部委联合下发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》，标志着燃煤电厂污染物减排全面进入“超低排放”阶段[1]。
在超低排放实施初期，烟尘控制一般采用以湿式电除尘技术为核心的技术路线，由于湿式电除尘器一定程度上增加了环保投资以及厂用电率，行业普遍认为在统筹考虑节能与减排双重目标，同时考虑经济性的前提下，实现燃煤电厂超低排放的难度较大。因此，超低排放技术率先在优质煤电厂实施工程示范。
湿式电除尘器不仅存在上述缺点，还存在占地面积大、改造周期长、部件易被腐蚀，废水需二次处理等弊端。为此，我国环保企业在总结工程经验的基础上，通过技术创新研发出超净电袋技术，旨在不加装湿式电除尘器的条件下，简化工艺路线，实现烟尘的超低排放，同时，解决劣质煤电厂在保证经济性的前提下实现烟尘超低排放的问题。本文以河南平顶山发电分公司2×1030MW机组配套的超净电袋除尘器为例，介绍其工艺方案、技术特点和优势，并通过分析现场实测结果和长期CEMS在线数据，系统验证超净电袋技术在燃烧劣质煤的大型机组上应用的可行性和可靠性，也充分验证了以超净电袋为核心，不上湿式电除尘实现烟尘超低排放的工艺技术的可行性
2超净电袋复合除尘技术
2.1 技术原理
超净电袋复合除尘技术是指出口烟尘排放浓度＜5或10mg/Nm3，实现超低排放的电袋复合除尘器，也是一种不上湿电而简化烟气系统的超低排放工艺技术。它具有出口烟尘浓度不受煤质、飞灰成分变化影响，出口烟尘浓度低且稳定等优点，其滤袋使用寿命长，运行、维护费用低，能够保证长期高效稳定运行。从原理上看，超净电袋复合除尘器是在常规电袋复合除尘器的基础上进一步技术创新、升级发展而来的。电袋复合除尘器是将静电除尘和过滤除尘机理有机结合的复合除尘技术，它充分利用前级电场收尘效率高和颗粒荷电的特点，大幅降低进入滤袋区烟气的含尘浓度，降低了滤袋过滤负荷，避免粗颗粒对滤袋冲刷造成磨损，并利用荷电粉尘过滤机理而提升设备的综合性能[2,3,4]。
2.2 技术措施
与常规的电袋复合除尘器相比，超净电袋需采取如下主要技术措施[4]：（1）电区与袋区最优耦合匹配，根据煤质条件选取电区和袋区关键参数，确定滤袋区最佳的入口粉尘浓度值，使电区与袋区最优耦合，并且技术经济性最佳。（2）强化颗粒荷电，提高电区可靠性。首先，采用高放电性能、高场强的电区极配型式，提高颗粒荷电以及电场区除尘效率。其次，采用前后小分区供电技术，提高电区可靠性。（3）采用高精过滤滤料。在工业生产中，在相同条件下，滤料的过滤精度高低依次为PTFE覆膜滤料、超细纤维梯度滤料、普通滤料。PTFE覆膜滤料是当前精度最高的过滤滤料，其次为超细纤维梯度滤料，两者均属于高精度过滤滤料，是超低排放电袋复合除尘器滤料的首选。滤料过滤精度越高，电袋复合除尘器实现超低排放就越可靠，适应工况变化能力也越强，而且中长期运行阻力更低更平稳。（4）高均匀性气流分布。在原电袋复合除尘器气流分布均匀的基础上，进一步地细分，精细化设计流场和气流分布，使电袋复合除尘器内气流分布达到高均匀性（即超净电袋袋区各室流量均匀性相对偏差小于3%）。此外，还需在设计、制造、安装、运行维护等各个环节进行严格把关。主要措施包括取消旁路结构、保证除尘器的密封性、加强滤袋加工质量监控、加强花板安装密封性等。
3工程概况
3.1机组情况
河南平顶山发电分公司位于我国中部地区，属于《重点区域大气污染防治“十二五”规划》划定的一般控制区，执行GB13223-2011中表1的要求。一期工程建设2×1030MW超超临界燃煤机组，分别于2010年11月和12月投产。本次超低排放改造机组为1号机组，燃用煤种为山西长治贫煤，煤质分析及飞灰特性分析如表1所示，设计烟气量为1667010Nm3/h。从表1可以看出，机组燃用煤种的灰分较大，高达39.78%，并且飞灰中SiO2和Al2O3含量较高，比电阻较大。
表1 煤质分析
检 测 项 目
符 号
单 位
实际煤种
全水分
Mt
%
7.50
空气干燥基水分
Mad
%
1.37
收到基灰分
Aar
%
39.78
干燥无灰基挥发分
Vdaf
%
37.58
收到基碳
Car
%
42.36
收到基氢
Har
%
3.43
收到基氮
Nar
%
0.83
收到基氧
Oar
%
5.84
全硫
St.ar
%
0.26
收到基低位发热量
Qnet，v，ar
MJ/kg
16.64
表2 飞灰特性分析
项目
单位
含量
SiO2
%
64.08
Al2O3
%
27.15
Fe2O3
%
3.57
CaO
%
1.06
MgO
%
0.50
Na2O
%
0.41
K2O
%
0.76
TiO2
%
1.32
SO3
%
0.84
MnO2
%
0.011
其他
%
0.299
飞灰比电阻值
温度18℃时
Ω.cm
6.20×109
温度80℃时
Ω.cm
1.20×1010
温度100℃时
Ω.cm
1.50×1011
Ω.cm
1.25×1012
Ω.cm
3.60×1011
Ω.cm
4.8×1010
3.2 原烟尘控制措施
本工程原烟尘控制措施为三室五电场静电除尘器，比集尘面积104.6m2/m3/s，保证除尘效率99.8%，除尘器出口烟尘排放浓度长期在100mg/m3以上。因此，1号机组进行了低低温除尘改造，在除尘器前加装低低温省煤器，其设计温降30℃，除尘器入口烟气温度95℃。在低温省煤器退出运行时，电除尘器入口烟气温度年平均120℃，最高达135℃。由于1号机组除尘器入口烟尘浓度较大，因此，在低低温除尘改造后，除尘器出口的烟尘排放浓度在60mg/m3以上，仍不满足设计要求。随着《河南省2014-2020年煤电节能减排升级与改造行动计划》的颁布，电厂最终决定对原低低温电除尘器进行基于超净电袋技术、不上湿电的烟尘超低排放改造。
3.3 超净电袋技术改造方案
本工程采用超净电袋复合除尘技术对原有电除尘器进行改造，于2015年6月完成，为两电三袋方案。主要改造措施如下：
（1）保留原钢支架、壳体、灰斗、进口喇叭、一、二电场。原除尘器三、四、五电场掏空，将原电除尘器改造为两电三袋电袋复合式除尘器。对一、二电场电除尘进行标准项目大修，对阴阳极振打系统进行彻底修复，满足安全运行要求，其中阴极振打大小针轮全部进行更换。阴极系统采用前后分区供电方式，原整流变利旧。第三、四、五电场空间改造为长袋中压脉冲行喷吹袋式除尘区。
（2）对一、二电场除尘参数（充电比、振打间隔）进行自动优化调整（原锅炉负荷信号已接入控制室），对于袋区喷吹时间进行节能优化。
（3）通过CFD对除尘器入口烟道进行气流均布实验，调整并更换入口均流板，以保证除尘器入口烟气量、流速分配均匀，经冷态调整后，保证除尘器入口烟气通道最大烟气量差值（按稳定截面网格法测试）小于3%。
增加改造方案，如高精滤袋、匹配技术、流场分布云图等。
表3 主要技术参数表
序号
项 目
单位
参数·
一
电袋复合除尘器性能参数
1
入口烟气量（最大工况）
m3/h
5889400
2
烟气温度
℃
≤165
3
除尘器入口烟尘浓度
g/m3
53.8
4
除尘器出口烟尘浓度
mg/m3
≤10
5
本体总阻力（正常/最大）
Pa
≤1050（滤袋寿命终期）
6
本体漏风率
%
≤1.8
二
电场区技术参数
1
电场列数
列
1
2
电场室数
室
6
三
滤袋区技术参数
1
总过滤面积
m2/台
97715
2
过滤速度
m/min
~1.0
3
滤袋材质
（PPS+PTFE）混纺+PTFE基布
4
电磁脉冲阀规格型号
淹没式 /4英寸
5
耗气量
m3/阀次
1.0
4测试结果与分析
1#2#机组超净电袋分别于2015年5月、8月成功投运，设备运行稳定，清灰周期长达18小时，性能优越。河南电力科学研究院2015年7月对1#炉进行了热态性能测试。
4.1 测点布置
在超净电袋除尘器进出口与烟囱出口进行烟尘以及烟气排放参数（流速、温度、压力、湿度、含氧量）进行测试。其中，除尘器进口采样布置在其6个水平烟道上，各布置5个测孔，每个测孔5个测点，共150个测点；出口同样布置150个测点；烟囱出口采样点布置在烟囱内距地面60m高的圆形烟道上，呈90°设置两个测孔，每个测孔16个测点。
4.2 测试仪器与方法
在超净电袋除尘器的进出口采用崂应3012H型托管平行自动型烟尘测试仪测量断面上的上述烟气参数，并对烟尘进行等速采样。烟囱烟尘测试采用德国SICK公司SHC502型高效烟尘采样仪进行等速采样。上述三个位置的采样工作同时进行，其中，除尘器进出口每个烟道的采样时间均为25min，烟囱出口的采样时间为50min，采样嘴直径均为6mm。
4.3 测试工况
对1号机组在1010MW负荷下进行测试，最大波动幅度≤5%。测试期间燃用煤种见表1。测试时间为2015年7月12~13日。
4.4 结果与分析
在上述负荷工况条件下，超净电袋除尘器进出口与烟囱出口的烟尘及其相关参数的测试结果见表4。测试表明：1号机组在1010MW负荷工况下（98%负荷），超净电袋除尘器A、B两列除尘器的除尘效率分别为99.980%、99.979%，漏风率为1.72%、1.76%，阻力为646Pa、658Pa，烟尘排放浓度为8.39mg/Nm3、8.76mg/Nm3，满足设计要求，烟囱出口烟尘排放浓度为4.36mg/Nm3，均满足超低排放要求。
表4 1号机组超净电袋除尘器测试结果
项目
A除尘器
B除尘器
机组负荷（MW）
1010
处理烟气量（×104m3/h）
219.13
227.29
进口烟尘浓度（g/Nm3干）
45.753
47.026
出口烟尘浓度（g/Nm3干）
8.39
8.76
除尘效率（%）
99.98
99.979
漏风率（%）
1.72
1.76
阻力（Pa）
646
658
烟囱出口烟尘浓度（g/Nm3干）
4.36
5长期在线CEMS数据分析
参照《固定污染源烟气排放连续监测技术规范（试行）》（HJ/T 75-2007），将现场测试数据与除尘器出口、烟囱出口的CEMS数据进行比对，在满足比对标准的基础上，提取2015年6月30日~7月15的CEMS在线数据进行达标性与稳定性分析[6]。在此期间，1号机组入炉煤灰分在37%~45%波动，从图1、图2可以看出，除尘器出口烟尘排放浓度为1.92~9.39mg/m3，平均浓度为4.82mg/m3，低于设计值10mg/m3达标保证率为100%，装备的稳定性较好。烟囱出口烟尘排放浓度为0.71~7.82mg/m3，平均浓度为3.10mg/m3，低于10mg/m3达标保证率为100%，满足超低排放要求。
图1 除尘器出口烟尘排放在线数据
图2 烟囱出口烟尘排放在线数据
6结论与建议
超净电袋除尘技术具有除尘效率高，能耗低、改造工期短、系统运行稳定等特点，而且简化了工艺路线，在投资方面比常规通用技术如以湿电为核心的超低排放技术路线节省约30%~50%。该技术在河南平顶山发电分公司1030MW机组烟尘超低排放改造成功应用，现场测试和长期CEMS在线数据分析表明，超净电袋除尘技术可行且稳定性高，适合在大型劣质煤电厂的烟尘超低排放控制，也为低成本高效率地实现燃煤电厂的烟尘超低排放提供了有效的技术途径。
参考文献
[1] 莫华,王圣.火电减排遭遇五大挑战[N].北京:中国环境报,2013-4-10
[2]修海明,朱召平,邓晓东等. 电袋复合除尘器在燃煤锅炉大型机组上的应用[J]. 中国环保产业,2013,8:20-24.
[3]黄炜,林宏,修海明等.电袋复合除尘技术的试验研究[J]. 中国环保产业,2011.7:30-35.
[4] 聂孝峰,李东阳,郭斌. 燃煤电厂电袋复合除尘器技术优势[J].电力科技与环保,2013,29(1):24-27
[5] 修海明. 超净电袋复合除尘技术实现超低排放[J]. 电力科技与环保,2015.2:32-35
[6] 郑晓盼,高翔,郑成航等, 基于燃煤电厂“超低排放”的海水脱硫系统性能评估与建议[J]. 环境保护, 2015.7:5-9
作者简介：陈奎续，男，环境工程专业，高级工程师，主要从事大气污染控制设备及技术的研究。
