火力發(fā)電廠為盡量減少鍋爐尾部煙氣對(duì)大氣的污染,紛紛按要求進(jìn)行煙氣脫硫和脫硝。為保證脫硫效率,除塵系統(tǒng)必須高效、穩(wěn)定運(yùn)行,而傳統(tǒng)的電除塵已不能滿足要求,于是大型袋式除塵技術(shù)、電2袋組合除塵技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

電2袋組合除塵技術(shù)是一種電除塵和袋式除塵組合起來的新型除塵技術(shù),它綜合了電除塵和袋式除塵的優(yōu)點(diǎn),對(duì)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(yùn)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(gè)系統(tǒng)具有節(jié)能、高效、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。

1 　電-袋組合除塵改造方案確定

淮南洛河發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組是國(guó)產(chǎn)300MW亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組,于1986年投產(chǎn)發(fā)電,其高壓靜電除塵器由長(zhǎng)春電力煤場(chǎng)機(jī)械研究所設(shè)計(jì)、長(zhǎng)春發(fā)電設(shè)備修造廠制造,臥式干型雙室四電場(chǎng),設(shè)計(jì)除塵效率99%。因設(shè)備使用年限已久,設(shè)計(jì)除塵效率偏低,雖然在 2001年進(jìn)行了局部改造,但仍無法滿足環(huán)保要求。根據(jù)國(guó)家環(huán)�？偩诸C布的新《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223—2003)第Ⅱ時(shí)段和第Ⅲ時(shí)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(dá)到50 mg/m3。在結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況及綜合考慮工程投入和運(yùn)行費(fèi)用的基礎(chǔ)上,決定對(duì)原電除塵進(jìn)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(shù)在國(guó)內(nèi)300 MW 及以上機(jī)組尚無應(yīng)用先例,但已在200 MW 機(jī)組上成功應(yīng)用,技術(shù)上已經(jīng)成熟,電2袋改造方案示意圖如圖1所示。

具體方案如下:

(1) 利用原有電除塵器的基礎(chǔ)(混凝土基礎(chǔ),強(qiáng)度已經(jīng)過校核) ,不加長(zhǎng)柱距,不加寬跨距,保留混凝土框架以上的灰斗、電除塵鋼結(jié)構(gòu)支柱,恢復(fù)性檢修殼體、進(jìn)出口喇叭、灰斗,本體內(nèi)部及頂部構(gòu)件全部拆除。

(2) 在原一電場(chǎng)的空間內(nèi)仍采用電除塵方式,三分區(qū)結(jié)構(gòu),分區(qū)方式為沿?zé)煔饬飨蚯昂蠓謪^(qū),每一個(gè)分區(qū)都是獨(dú)立供電,同時(shí)為增加電區(qū)收塵面積和降低煙氣流速,殼體在原基礎(chǔ)上加高115 m;在原二、三、四電場(chǎng)的區(qū)間內(nèi)采用布袋除塵, 16個(gè)分室結(jié)構(gòu),布袋沿氣流方向布置。

(3) 為了在機(jī)組啟動(dòng)或低負(fù)荷投油及煙溫異常時(shí)保護(hù)濾袋,在袋區(qū)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(guān)功能,并與主機(jī)DCS進(jìn)行接口;同時(shí)在電除塵進(jìn)口煙道處加裝預(yù)涂灰裝置。

(4) 為保證電區(qū)和袋區(qū)氣流的均勻性,原進(jìn)口煙道處的三層氣流均布板不變,并在電區(qū)與袋區(qū)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(qū)及袋區(qū)清灰方式及控制:袋區(qū)采用低壓脈沖噴吹方式清灰,電區(qū)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(fēng)機(jī)出力不能滿足運(yùn)行要求,必須進(jìn)行改造。

2 　電-袋組合除塵系統(tǒng)設(shè)備配置及選型

2.1 　電2袋組合除塵系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)

電2袋組合除塵系統(tǒng)參數(shù)見表1。

2.2 　電區(qū)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(qiáng)型) ,陽極板的懸吊不按分區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì),每排安裝12塊極板,每個(gè)分區(qū)使用4塊極板, 板長(zhǎng)14 m;陰極線選用針刺線,線體采用Q235材質(zhì)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(qū)A、B兩側(cè)各設(shè)1個(gè)電場(chǎng),每個(gè)電場(chǎng)按煙氣流向分為3個(gè)分區(qū),高壓部分均采用獨(dú)立供電,運(yùn)行后可以使每個(gè)機(jī)械電場(chǎng)平均工作電壓升高,同時(shí)分小區(qū)供電,還可增強(qiáng)電場(chǎng)電凝集的作用,使細(xì)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(xì)化了電力分區(qū),可使發(fā)生故障時(shí)退出的工作區(qū)域少2 /3 (如當(dāng)小分區(qū)某側(cè)陰極線發(fā)生斷裂時(shí)) ,可靠性提高3倍,保證了電區(qū)的除塵效率。

(3) 電區(qū)的前兩個(gè)分區(qū)采用高頻開關(guān)電源,型號(hào)為CTH201,解決了常規(guī)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(shí)間長(zhǎng)、電場(chǎng)能量恢復(fù)慢、易發(fā)生反電暈現(xiàn)象等不足。此種電源采用三相電網(wǎng)電源輸入,經(jīng)斷路器、接觸器、三相整流橋,并經(jīng)平波電抗器對(duì)電解電容充電,形成直流電源, 直流電源經(jīng)全橋串聯(lián)諧振電路與局域并聯(lián)諧振電路高頻逆變,經(jīng)高頻變壓器升壓、高頻硅堆整流后輸出直流電源,經(jīng)阻尼電阻為除塵器供電。使用三相高頻電源,電源轉(zhuǎn)換效率高達(dá)92% ,三相供電平衡且功率因數(shù)大于019,電網(wǎng)均衡,對(duì)電網(wǎng)的輸出諧波小,有恒流特性,能有效提高設(shè)備效率和除塵效率,在重載和輕載下都可穩(wěn)定運(yùn)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(xiàn)象,運(yùn)行高效可靠。電區(qū)的第三分區(qū)采用工頻電源, 型號(hào)為GGAj02K2J110A /66 kV。高頻開關(guān)電源和工頻電源高位布置在除塵器頂部,其中高頻開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)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(qū)部分

(1) 后級(jí)布袋除塵器A、B兩側(cè)每側(cè)分左右兩列, 每列分4個(gè)大室,每個(gè)大室又分為2個(gè)或3個(gè)小室,小室為方形,內(nèi)部布袋沿氣流方向布置,每個(gè)小室配1個(gè)提升閥,以方便檢修;小室內(nèi)裝固定式吹灰器,每個(gè)布袋對(duì)應(yīng)1個(gè)噴嘴,每一行布袋的噴吹由一個(gè)脈沖電磁閥控制。

(2) 濾料采用日本進(jìn)口纖維材料,材質(zhì)為PPS + P84,袋身采用PTFE線縫制,濾料經(jīng)過了防油水、燒光處理,具有優(yōu)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(jié)的可能,有效地保證了除塵效果。

(3) 濾袋由袋籠支撐,規(guī)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(zhǎng)袋的壽命,便于卸袋,袋籠采用圓形結(jié)構(gòu);為了延長(zhǎng)袋籠的使用壽命,籠骨表面用有機(jī)硅高溫涂料進(jìn)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(qū)采用低壓脈沖噴吹方式清灰,每個(gè)小室配1個(gè)氣包,氣包采用無縫鋼管制造,每組氣包上應(yīng)安裝壓力信號(hào)遠(yuǎn)傳裝置,用于連續(xù)監(jiān)控噴吹氣源壓力和進(jìn)行脈沖閥故障的判斷。系統(tǒng)配2臺(tái)20 m3 /min的螺桿式空壓機(jī)(1運(yùn)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(qū)各分室、除塵器進(jìn)出口端均設(shè)有差壓變送器,進(jìn)出口差壓變送器采用原裝進(jìn)口產(chǎn)品。每個(gè)脈沖閥在就地有1個(gè)手動(dòng)控制開關(guān),手動(dòng)控制開關(guān)安裝在就地控制柜內(nèi),手動(dòng)控制開關(guān)按行列式布置,行選擇采用多位旋鈕開關(guān),列選擇采用按鈕開關(guān)。

2.4 　旁路系統(tǒng)及預(yù)涂灰裝置

(1) 旁路系統(tǒng)包括旁路提升閥和旁路煙道,A、B 兩側(cè)每側(cè)各分為左右2個(gè)旁路煙道,每個(gè)旁路煙道配 3個(gè)旁路提升閥,可以在系統(tǒng)煙氣出現(xiàn)異常情況時(shí)保護(hù)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(zhǎng)期使用) ,旁路提升閥連桿密封能防止灰塵進(jìn)入,并預(yù)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(guān)到全開的動(dòng)作時(shí)間≤10 s,并可進(jìn)行手動(dòng)、就地操作和DCS遠(yuǎn)方操作,擋板位置和開、關(guān)狀態(tài)信號(hào)反饋進(jìn)入DCS系統(tǒng)。

(2) 預(yù)涂灰裝置是指除塵器在投運(yùn)前給濾袋噴涂1層干燥粉煤灰,是防止系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的低溫油、濕煙氣粘污濾袋,導(dǎo)致初始阻力增大或糊袋的一種保護(hù)措施。涂灰粉料為干燥的Ⅰ級(jí)粉煤灰。系統(tǒng)布置在除塵器進(jìn)口煙道處,A、B兩側(cè)各設(shè)1套,管道進(jìn)口選用硬密封蝶閥,可與密封罐車實(shí)現(xiàn)很好的連接。

2.5 　控制系統(tǒng)

電2袋除塵器控制系統(tǒng)分為三個(gè)部分:前級(jí)電除塵器控制系統(tǒng)、后級(jí)布袋除塵器控制系統(tǒng)、旁路煙道報(bào)警保護(hù)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)配置及主要功能介紹如下:

2.5.1　前級(jí)電除塵器控制系統(tǒng)

(1) 工頻電源部分用以80C196KB 型16位單片機(jī)為核心的MVC196微機(jī)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng),具有成熟的高精度火花檢測(cè)和控制技術(shù)及臨界反電暈控制技術(shù),可自動(dòng)選擇全波供電、雙半波間歇供電、單半波間歇供電等運(yùn)行方式,能自動(dòng)快速實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)伏安曲線測(cè)試、雙重火花檢測(cè)、瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)波形自動(dòng)檢測(cè)。

(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(xù)振打和周期振打兩種方式;加熱控制提供連續(xù)加熱和恒溫加熱兩種方式;工作方式、控制溫限和時(shí)間參數(shù)等均可隨時(shí)在線修改。

2.5.2　后級(jí)布袋除塵器控制系統(tǒng)

(1) 系統(tǒng)配置。后級(jí)布袋除塵器控制系統(tǒng)和旁路煙道報(bào)警保護(hù)控制系統(tǒng)共用1套Siemens S72314的 PLC,配用人機(jī)界面TP170B 517″液晶觸模顯示屏,安裝于一個(gè)控制柜內(nèi),同時(shí)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(shè)有自動(dòng)、就地轉(zhuǎn)換開關(guān)。當(dāng)開關(guān)置于自動(dòng)時(shí),由PLC按設(shè)定的運(yùn)行方式和參數(shù)自動(dòng)控制;當(dāng)置于就地時(shí),可在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制每個(gè)電磁脈沖閥。

(2) 主要控制功能。后級(jí)布袋除塵器控制系統(tǒng)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(shí)清灰、定壓清灰�？刂乒衩姘迳显O(shè)手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān),設(shè)在自動(dòng)時(shí)人機(jī)界面操作終端上每個(gè)分室可單獨(dú)設(shè)投入/退出。壓差信號(hào)上下限設(shè)定值可調(diào),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(shí)候,不允許2個(gè)及2個(gè)以上的脈沖電磁閥工作。

2.5.3　旁路煙道報(bào)警保護(hù)控制系統(tǒng)

(1) 系統(tǒng)配置。旁路煙道報(bào)警保護(hù)控制系統(tǒng)主要是旁路閥控制信號(hào)測(cè)量設(shè)備,測(cè)量?jī)x器包括壓力表 (清灰氣包壓力測(cè)點(diǎn)和煙道進(jìn)口壓力測(cè)點(diǎn)) 、測(cè)溫探頭 (空預(yù)器出口煙溫測(cè)點(diǎn)) 。

(2) 主要控制功能。報(bào)警保護(hù)控制主要為煙溫報(bào)警,默認(rèn)狀態(tài)下高/低溫都是報(bào)警狀態(tài)。當(dāng)高溫保護(hù)允許時(shí),空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度大于180 ℃時(shí)開旁路閥,關(guān)提升閥;當(dāng)?shù)蜏乇Ｗo(hù)允許時(shí),空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度小于80℃時(shí)開旁路閥,關(guān)提升閥。旁路閥操作在低壓柜上設(shè)有旁路操作禁止、允許轉(zhuǎn)換開關(guān)和旁路強(qiáng)制開按鈕,當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于允許位置時(shí),按下旁路強(qiáng)制開按鈕時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入旁路狀態(tài),如果轉(zhuǎn)換開關(guān)置于禁止位置時(shí),操作旁路強(qiáng)制開按鈕不起作用。

3 　應(yīng)用效果

系統(tǒng)改造于2008年5月10日竣工并投入運(yùn)行, 為了確認(rèn)改造效果,洛河發(fā)電廠請(qǐng)權(quán)威部門在工況基本相似的前提下對(duì)改造前后除塵器進(jìn)出口煙氣的主要參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試,除塵器改造前后性能參數(shù)對(duì)比具體數(shù)據(jù)見表2 (以一側(cè)為例) 。

4 　結(jié)束語

從應(yīng)用效果我們可以看出,電2袋組合式除塵技術(shù)首次在國(guó)內(nèi)300MW機(jī)組上應(yīng)用是成功的,它使除塵器出口含塵濃度滿足了環(huán)保要求(小于50 mg/m3 ) ; 同時(shí)經(jīng)核算相對(duì)“電改電”的方案可節(jié)省投資約200萬元,且每年還可節(jié)省用電375萬kW·h (年利用小時(shí)按 5 500 h 計(jì)算) , 節(jié)省電費(fèi)約187155 萬元[按 015元/ ( kW·h)計(jì)算]。系統(tǒng)投運(yùn)后運(yùn)行穩(wěn)定,經(jīng)驗(yàn)值得借鑒。

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