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锅炉烟气除尘采用袋式除尘器运行分析

  内蒙古丰泰发电有限公司于1999年开始进行2×200MW机组的建设,其除尘设备经过审慎考虑最终采用了袋式除尘器。其中1号锅炉的除尘器于2001年12月投人运行,2号锅炉的除尘器于2002年8月投入运行。两台除尘器使用后,情况比较正常,取得了预期效果。
一、除尘器的选择
  在丰泰发电有限公司2×200MW机组建设工程的初步设计中原拟采用电除尘器,因其设计燃用煤种与呼和浩特发电厂用的相同,所以呼和浩特发电厂的除尘器应用情况就成了丰泰发电有限公司的重要参考。
  呼和浩特发电厂于1995年、1996年相继建成投产的2台(5号、6号)50MW机组采用了电除尘器。根据国家标准的要求,烟尘排放浓度应小于等于200mg/Nm3,在5号、6号锅炉烟气的具体情况下,要符合这一标准,除尘器需要达到99.4%的除尘率。但是,从5、6号机组电除尘器的实际使用效果来看.并不理想,除尘率仅稳定在90%左右。为了改变这一状况。从1998年9月开始先对6号炉电除尘器进行改造,主要是增加烟气通道、改变极线型式、增加辅助电极,结果短时间除尘率提高到99%左右,不足一个月即下降至96%左右。1999年10月又对5号炉电除尘器进行改造,措施是增加烟气通道、将原来的三电场增至四电场、改变电极型式、加大极距,但效果也不明显。此外,还试验了烟气调质措施,也无效果。为找出除尘效果不好的原因,测定了灰的比电阻,结果是高于1012Ω·cm,又分析了灰的成分,结果是灰中SiO2和AL2O3含量极高,两项之和达90.54%,而Na2O的含量则很低,仅为0.01%。这些情况表明,5号、6号锅炉的烟尘性质对使用电除尘器是很不利的。
  为了免蹈呼和浩特电厂之覆辙,丰泰公司与国内几家电除尘器制造厂几经磋商,要求他们提出除尘率能达到99.4%的静电除尘器方案。结果几家厂提出了基本一致的方案,即大大增加比收尘面积,从通常采用的50~80m2·S/m3提高到120m2·S/m3或更高一点,同时将电场数增加为5电场;如仍采用4电场,则比收尘面积要增加到140m2·S/m3以上或采取烟气增湿措施。与此同时,还向有关单位专家咨询,得到的意见也是认为这样的烟尘用电除尘器效果不会好,并提出,与其花很大精力和资金去提高电除尘器效果,不如使用袋式除尘器。
  根据上述情况,丰泰公司和内蒙古电力勘测设计院共同组织的技术专题小组对电除尘器和袋式除尘器从技术和经济两方面进行了较全面的比较,得出的结果是:
  (1)如果不用原设计燃用煤种,改用其他产地的煤,会造成运行成本大幅度增加,而且当时锅炉已按原设计煤种设计并安排生产,变更煤种已不可能。
  (2)如上所述,原设计煤种所产生的烟尘若用电除尘器捕集,要达到99.4%的除尘率,其体积必须比通常用的大得多。但受现场场地限制,电除尘器的长度和宽度不能增加太大,只能增加高度,但又受到最大震打高度和最佳高宽比的限制,只有做成两层结构才能满足要求。这样就只能选用截面积为2×345m2,比收尘面积134m2·S/m3的4电场双室双层电除尘器,其长宽高分别为2l.5、44.2、46.19m。倘若采用脉冲袋式除尘器则体积要小得多,陆宽高分别为19.5、37.7、23.8m即可。
  (3)因为煤灰性质特殊,用现有方法设计出来的上述4电场双室双层电除尘器并没有充分把握保证达到现行排放标准。而袋式除尘器净化锅炉烟气在国外已广泛应用,其除尘效果不受飞灰性质影响,不但能满足现行排放标准的要求,即使将来标准提高也可能满足。
  (4)从初投资及运行费用来看,以4电场双室双层电除尘器和回转脉冲袋式除尘器相比,电除尘器本体报价为两台共5824万元.袋式除尘器本体报价为两台共3858万元,后者比前者低1966万元,再将电除尘器的除灰系统、土建、电气和设备安装费用增加值以
及采用袋式除尘器后引风机的费用增加值计入,则电除尘器比袋式除尘器初投资费用增加2813万元。在年运行费用方面,袋式除尘器比电除尘器每年多耗电费6l万元,更换滤袋按每3年更换一次计算,平均每年多耗费250万元,其他维修费用二者基本持平。2×
200MW机组服役按20年计,贷款利率按6.3%计.电除尘器建设期利息182万元,综合起来,应用袋式除尘器所需费用比电除尘器的总计增加3155-(2813+182)=160万元,按20年平均,每年约增加8万元。
  综上所述,电除尘器虽然在运行费用上有优势,但除尘效果不如袋式除尘器,如使用电除尘器,有达不到国家排放标准,危害大气环境,遭受处罚的风险。因此,技术专题小组认为采用袋式除尘器更合理。
  但是,我国电厂锅炉此前并无应用袋式除尘器的成功经验。1980年代初期曾有5个燃煤电厂试用了反吹风袋式除尘器,但由于多方面的原因,使用不久即出现种种问题,至1980年代中期大多已经停运。1994年杨树浦发电厂也曾将一台锅炉的电除尘器改为固转式脉冲袋式除尘器,不久即因滤袋严重破损,影响机组正常运行,不得已而拆除。鉴于这些情况,丰泰公司对采用袋式除尘器不能不采取谨慎的态度,于是在2000年5月邀请有关单位专家开会研讨,又于2000年9月组团赴澳大利亚考察,在实地考察了澳大利亚6
个电厂使用袋式除尘器的情况后,认识到:
  (1)他们用袋式除尘器净化锅炉烟气在技术上是成熟的,已经在大容量机组上广泛使用。
  (2)除尘效果很好,几乎看不出有烟排放,而有个电厂尚在使用的电除尘器则明显冒烟。
  (3)袋式除尘器运行良好,滤袋寿命一般都超过3万h.比滤袋制造厂保证的时间长。
  (4)在初期有的厂使用了低气布比的机械振动袋式除尘器,后来则都使用高气布比的脉冲袋式除尘器。两者都是成功的,但后者体积更小,造价更低。
  考察期间还与澳大利亚太平洋国际电力公司的有关专家座谈讨论,他们也认为,从丰泰公司的煤灰特性来看,只有采用袋式除尘器才能取得良好的效果。
  经过上述各种工作后,丰泰公司决定使用脉冲袋式除尘器。
二、技术概况
  通过公开招投标,2001年初确定2×200MW机组采用我公司作为供货商的回转脉冲袋式除尘器。除尘器的结构、设计数据等概况如下:
  l、使用条件
  锅炉型式与蒸发量:超高压、一次再热自然循环锅炉,最大连续蒸发量670t/h。
  燃料:烟煤,硫含量0.62%(极端情况下为1%)。
  设计空气过剩系数(空气预热器出口):1.45。
  袋式除尘器的布置除尘器入口烟气量;1738000m3/h(按设计煤种和空气预热器漏风系数为12%、烟气温度为140℃的情况计算,并有10%左右裕量)。
  除尘器入口烟气温度:120~170℃(实际运行为120~140℃)。
  除尘器入口粉尘浓度:25~30m3
  要求除尘器排尘浓度:<50mg/m3(以标准状态为准来计算的)。
  2、除尘器结构
  如图7—4所示,一台除尘器由4个室组成,每室包含两个单元(袋束),每一单元有l000条滤袋,按一圈圈同心圆排列。滤袋为椭圆形,长8m,每条过滤面积3.2m2,除尘器总过滤面积25600m2。笼骨的纵筋为4mm碳钢,共10根,水平支撑环间距200mm。笼骨分为三段,用简单的内锁装置连接而成。每个室在入口和出口处各设一百叶窗式阀门。为均匀分布进入除尘器的气流和保护滤袋免受飞灰磨损,除尘器设有气流分布板和撞击缓冲板。
  除尘器外壳用5mm钢板制成。花板用6mm钢板,并适当加固,周围与外壳密封焊接。花板上除悬吊滤袋的孔外,还有备用孔(每室112个),平时用盖板覆盖。花板上部有宽敞的净气室,人可进入进行检修与换袋。
  每个单元设一套脉冲喷吹清灰装置,包括一个储气罐、一个300mm的电磁脉冲阀和旋转支管。由除尘器顶部的固定支架支撑。旋转支管和喷吹气管相连,由一个0.37kW的马达驱动,转速约为每分钟1转,在停止运转进行维修期间可以自由推动支管。支管上有喷嘴,对着一圈滤袋设一个。
  每个单元下面设一个灰斗,容积140m3,能满足10h运行的储存量。灰斗可承受附加负载1500kg。灰斗下口法兰距地面2.4m,排灰Ⅱ尺寸为300~x 300mm.在其附近设有捅
灰孔。斗壁与水平夹角为65℃,壁面有电加热。每个灰斗设一密封的600mm×800mm人孔。
  除尘器外壳有150mm岩棉保温层,外加0.7mm彩钢保护板。各单元之间的隔板上也敷设保温材料。
  3、清灰
  清灰空气由罗茨鼓风机提供。鼓风机先向集气罐内鼓入空气,再通过管道送至8个储气罐。主管道直径300mm,连接储气罐的管道直径200mm。罗茨鼓风机转速为2975r/min,在压力为85kP时,其风量为2200m3/h。
  清灰的控制由PLC执行,有压差自动控制,时间继电器控制和手动控制三种方式。压差控制是利用测得的滤袋内外压差控制电磁脉冲阀,当压差达到或超过设定值时,阀的膜片自动打开,进行喷吹清灰。时间控制是作为压差控制的备用,当压差控制因故失效
时,即按照根据过去运行经验而设定的时间进行定时自动喷吹清灰。手动控制是在进行试验或检修期间临时使用。
  为适应不同的烟尘负荷,保持合理的除尘器阻力,对清灰过程中两次脉冲喷吹之间的间隔时间设定了三种。如表7—5所示,由PLC自动选择启动。如在线快速清灰不能把压差降低到恢复中速清灰,PLC会报警。

       
不同的脉冲间隔
压差设定点(kPa)
脉冲宽度(ms)
脉冲间隔时间(s)
停止清灰
<0.7
缓慢清灰
>0.7~<1.0
200
50
中速清灰
>1.0~<1.5
200
5
快速清灰
>1.5
500
3
注:1、参数的设定可以调整,以实现最佳清灰效果。2、燃油期间除尘器不清灰
  
       除尘器是在线清灰,但PLC也容许一次隔离一个单元进行离线清灰。
  4、滤料和气布比
  采用580g/m2的PPS针刺毡,经烧毛、热定型、防水防油处理。烟气温度为140℃时,气布比为1.13m/min,165℃时为1.19m/min。
  5、紧急降温
  为了保护滤袋免受意外的高温烟气伤害,采取了以下措施:
  (1)在空气预热器后的主烟道和除尘器入口分烟道内设置测温装置(热电偶和水银温度计)。
  (2)在空气预热器后的两条烟道内各设6个水冷却喷嘴,分成两组,一组2个,一组4个。根据设计烟气量计算,每个喷嘴喷水0.038m3/min,可将烟气温度降低40℃,达到≤170℃,冷却水为1.5MPa、30~40℃的电厂冷凝水。水雾在进入除尘器前全部变为蒸汽。启动降温的温度设定点为:当空气预热器后的温度t1>165℃时报警;当t1>170℃除尘器前温度t2<165℃时,1/3喷嘴启动;当t1>170℃,t2>165℃时,喷嘴全启动;如果t2仍保持在165℃和170℃之间持续1h,就要考虑停炉;如果170℃<t2<180℃持续lh或t2>180℃持续30s,锅炉应立即跳闸停炉。
  三、使用效果和出现的问题
  丰泰公司l号炉袋式除尘器于2001年6月15日开始安装,11月13日冷态调试结束,20日锅炉点火,通入热烟气(滤袋经过预敷粉料),12月28日开始满负荷运行。2号炉袋式除尘器也于2002年8月投入运行。这两台除尘器运行后情况比较正常,排尘浓度一般在14~25mg/Nm3之间,除尘滤袋内外压差保持在600~900Pa,投入运行三年过程中滤袋破损率为0.3%。
  但在l号机组投入运行之初曾出现过两次烟气温度异常情况:一次是因为锅炉A侧三分仓容克式空气预热器卡涩,造成A侧烟道内烟气温度迅速上升,5min内升至220℃。在温度大于180℃时除尘器自动关闭,但由于PLC的缺陷,1min后又自动启动,后虽强
制停止除尘器运行,但也加长了滤袋遭受热冲击的时间。另一次是A侧烟道烟温急降,B侧烟道烟温上升,于是迅速关用除尘器的l号和2号分室,停止清灰,强制打开旁通,又强制关闭3号、4号分室,除尘器退出运行。这次烟温异常的原因是锅炉A侧省煤器大漏,造成A侧烟道烟温迅速下降,又因大漏后对烟气的阻力升高,以致B侧的烟气量增加,使B侧温度升高。经抢修省煤器后,锅炉重新点火,袋式除尘器经检查后重新启动,恢复正常运行。
  此外,在运行中还发现以下问题,均及时予以解决:
  (1)旁通烟道的电动阀门开启不及时。原设计开启时间为1min,但有一次开启却用了2min38s。检查后发现原因是:①烟气所携带的飞灰大量堆积在阀门前;②闷门前后受热不均而变形;③烟道锈蚀。阀门还有泄漏的问题。
  (2)由于水压长期偏低(<1.MPa)、喷水电磁阀泄漏等原因,喷水降温系统运行不正常。
  (3)喷吹清灰系统的部件故障较多。
  (4)花板上预留备用孔的密封盖板由于受热、震动而松动漏灰,后来采用硅胶海绵密封,使问题得到解决。
  为了避免在锅炉出现故障(如空气预热器卡涩、燃烧、省煤器爆管等)或发生其他事故时措手不及,以致危害除尘器。应事先做好各种应急预案。
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