【來訊】電袋復合除塵器提效改造的要點分析
2019-08-1316:49:43
近年來，霧霾頻發，超低出臺排放政策，部分地方政府和電力集團甚至要求煙塵排放達到5mg/m3以下，迫使現役除塵器提效改造。本文介紹了沙角C電廠660MW機組電除塵器采用超凈電袋復合除塵器技改后，實現煙氣排放濃度<5mg/Nm3，證明了采用超凈電袋復合除塵器提效改造是滿足超低排放的措施。
關鍵詞：超凈電袋復合除塵器;超低排放;工藝方案
Abstract: Recently, with the implementation of ultra-low emission policies and the flue gas emission below 5mg/Nm3 is required by some local governments and electric power groups, the process optimization is compelled to be done for dust removal technology. This paper introduces the Shajiao C 660MW Power unit realizing ultra-low emission below 5mg/m3 successfully after it adopted the Ultra-Clean Electrostatic-Fabric Integrated Precipitator (short for EFIP) technology, which improves that the ultra-clean EFIP technology is the effective measure in achieving the ultra-low emission .
Key Words: ultra-clean EFIP;utlra-low emission;process scheme
0 引言
近幾年來京津冀地區出現的嚴重霾重天氣，迫使政府加大對大氣污染治理力度，有些地方政府及電力企業提高了大氣污染治理的主動性。浙江能源、神華國華等電力企業在貫徹執行GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標準》的基礎上，主動加碼，提出燃煤機組大氣污染物排放水平達近零排放要求，并相繼投運浙能嘉華、浙江國華舟山等超清潔排放試點項目。發改委、環保部、能源局聯合下發的《煤電節能減排升級改造行動計劃(2014-2020)》的精神，珠江三角洲地區應控制煙塵的排放達到5mg/m3以下。2014年2月24日廣東省廣州市政府發布《廣州市燃煤電廠“超潔凈排放”改造工作方案》，提出燃煤電廠“50355”的改造目標(即NOx≤50mg/Nm3、SO2≤35mg/Nm3、煙塵≤5mg/Nm3)。一系列超低排放政策迫使現役除塵器進行提效改造。
我國煤種復雜多變，長期以來，燃煤電站“市場煤”問題嚴重影響了進入鍋爐煤的穩定性，大多數入爐煤種存在熱值偏低、灰分偏高、且波動大的現實，造成煙塵濃度變化幅度大，使得干式電除塵器效率波動，出口排放濃度無法長期穩定在設計值范圍內，尤其無法滿足超低排放的要求。電袋復合除塵器結合了電除塵和袋式除塵器的優勢，能長期穩定保持低排放，并且電袋復合的結構對滿足超低排放提供了良好的基礎條件。如果能對現有電袋復合除塵器進行工藝改進，實現超低排放，就能簡化工藝、減少占地、節約投資、降低運行費用，因此超凈電袋復合除塵技術成為沙角C廠滿足超低排放技術改造的方案。
1 電袋復合除塵器的原理
電袋復合除塵器是繼電除塵器、袋式除塵器之后創新的一種全新的除塵技術。是電除塵“荷電除塵”及袋除塵“過濾攔截”機理的結合，集合了兩者的優勢。首先充分利用前級電場收塵和對顆粒荷電的特點，利用1~2個電場除掉煙氣中80%以上的煙塵，可以大幅度的降低進入布袋除塵區煙氣的含塵濃度，剩余10~20%的細粒子由后級濾袋過濾捕集，降低了袋區負荷并避免粗顆粒對濾袋的沖刷磨損，并濾袋表面粉餅層結構。它具有除塵、阻力低、節能、運行成本低、占地面積小等優點【1】。
電袋復合除塵器對顆粒物的脫除不是簡單的靜電除塵加上袋式除塵，前級電場的作用使顆粒荷電，荷電后的顆粒會影響袋區的粉餅層結構、過濾特性和清灰特性。通過濾料過濾實驗發現，顆粒經電場作用發生荷電和化，有助于它在濾料表面形成結構為有序、為疏松的顆粒層【2】(圖1)，顯著降低了過濾壓降;單纖維捕集顆粒的實驗發現，對于難荷電的細顆粒，其經過電場時發生的化有助于提高纖維上形成的顆粒鏈對細顆粒的捕集并形成為有序的結構(圖2)。
2 常規電袋復合除塵技術
電袋復合除塵技術發展應用10余年來，可以長期穩定實現30 mg/Nm3、20mg/Nm3標準限值的達標排放。現已廣泛應用于電力、化工、建材等行業，成為主流的工業煙氣除塵裝備。目前已投運電袋復合除塵器超過600多臺套。據某公司不統計，其所承接和在投運的其中230臺套電袋復合除塵器中，出口排放小于10 mg/Nm3有36臺套，小于20 mg/Nm3有120臺套。眾多工程實踐及成功實例為實現穩定超低排放奠立了堅實的基礎，與超凈電袋復合除塵技術僅差一步之遙。
3 超凈電袋復合除塵技術要點
根據電袋復合除塵器的理論及大量工程實踐總結得知，影響其排放性能的重要因素有：電區與袋區的耦合匹配、氣流分布均勻性、濾料過濾精度、濾袋區入口煙塵濃度、過濾風速、電場區細顆粒荷電和電凝并程度、設備內部煙塵泄漏程度以及設備制造和安裝質量等。因此，超凈電袋復合除塵技術匯集各種成功經驗，采取的技術措施如下：
3.1 合理優化選型，實現電區與袋區佳匹配
從結構上來看，電袋復合除塵器是電除塵與布袋除塵的組合，袋區的入口濃度直接關系電場的選型及出口排放，因此，電區與袋區佳參數匹配是低排放下優經濟性的關鍵。電場區的除塵效率根據多依奇公式計算，從公式可得，、二電場除塵，但每個電場區的除塵效率呈指數遞減，從第三電場開始，電場經濟性差。
大量工程應用和試驗表明，粉塵濃度對濾袋區的排放存在的影響，排放濃度隨過濾濃度的增加而緩慢增加，當過濾濃度達到值時，過濾濃度增加而排放則趨于平穩。而濾袋區入口粉塵濃度的降低需要增加電場數，會造成設備投資加大，經濟性差。因此，考慮經濟性的前提下，超凈電袋復合除塵器應根據具體情況確定濾袋區佳的入口粉塵濃度值。
3.2 氣流分布均勻性
氣流分布均勻性是影響超凈電袋復合除塵器除塵效率的重要因素之一，不良的氣流分布可造成除塵效率的顯著降低。電復合袋除塵器氣流分布均勻性主要有物理模型試驗和數值模擬計算兩種，其中數值模擬計算方法(CFD)可獲得全流場的數值解，為優化電袋復合除塵器內部結構提供依據。
電袋復合除塵器中電區的煙氣流向為水平進、水平出，而袋區煙氣流向為水平進、垂直出，兩個區域的流速、流向及流動截面尺寸均差異很大，兩者直接銜接會引起流場的急劇變化，在大型化電袋中此問題為突出。沙角C電廠為660MW機組，煙氣量大，袋室內濾袋數量大、排列緊密，數值模擬計算難度大。針對沙角C廠大型電袋結構，建立煙氣湍流流動模型、顆粒過濾模型，提出計算域內區域分解與非結構化網格相結合的網格劃分方法，出耦合流動與過濾過程的電袋流場計算方法。劃分袋室網格時，首先劃分袋室頂部面網格，然后采用Cooper方法劃分袋室的網格，這種方面減少了網格數量，又滿足計算要求。整體的網格如圖3所示。計算網格總數約350萬，灰斗和出口煙道采用四面體網格，整體網格為四面體/六面體混合網格，后在Fluent軟件中將其轉換而成的多面體網格。
圖3 網格劃分圖
圖4 Z方向速度云圖
由FLUENT分析計算可得，前袋室、中袋室、后袋室的流量偏差分別為-2.3 %、-1.6 %、3.9 %，三個袋室的氣流均布性較好，滿足超凈電袋袋區各室流量均勻性相對偏差小于5%的要求。整個模型中的速度云如圖4。
3.3 采用高精過濾材料，提高過濾精度
濾袋是電袋復合除塵器的終端控制環節，是決定其出口排放濃度的關鍵的部件，濾袋的過濾精度直接關系到煙塵排放值。超凈電袋復合除塵器是指除塵器出口煙塵排放小于5g/m3，為了達到此要求，在提高電區的除塵效率的同時，提高濾袋的過濾精度。
在工業生產中，常用的濾料材質為PPS、PI、PTFE及不同材質的混紡濾料、覆膜濾料等。在相同條件下，濾料的過濾低依次為PTFE覆膜濾料、纖維梯度濾料、普通濾料。不同材質的濾袋，對煙氣工況及出口排放的適應性不同。綜合考慮沙角C廠的煙氣含氧量、煙氣溫度、出口排放要求等參數，本項目濾料選用PPS+PTFE / PTFE(基布)材質，并在濾袋表面進行PTFE熱熔覆膜處理，提高了濾料的過濾精度。
同時，濾袋在縫制過程中留下的針孔，也是粉塵逃逸的一個關鍵點，在超低排放要求下，泄露。因此，每條濾袋在完成縫制后，在針孔處增加封堵工藝，煙塵的滲透、逃逸，排放除塵器長期穩定超低排放。
3.4 嚴把生產加工、安裝質量監控
要實現超低排放，超凈電袋的關鍵技術是不夠的，其生產加工及安裝質量不容忽視。首先，嚴格把關原材料質量，制訂對原材料供應商的質量監督制度，對供應商進行定期質量審核;其次，嚴格控制生產加工質量，落實好“三檢”制度：自檢、互檢、專職檢。根據各自工序質量控制標準，嚴格自檢，不合格的零部件不進入下道工序。工序之間進行互檢， 側重對電場區陰、陽系統、振打系統、花板、清灰系統、袋籠等核心部件，加工全程質檢監控。再者，要嚴格安裝質量，泄露。除塵器是現場拼接組裝的大型鋼構設備，要實現超低排放，焊接組裝的氣密性。在超凈電袋復合除塵器的安裝中，對于有氣密性要求的組件要焊全、焊牢、焊透，并對每條焊縫采用煤油滲透檢驗。濾袋安裝氣密性檢查采用熒光粉檢漏法。
4 超凈電袋復合除塵器改造效果
沙角C廠660MW機組原配套靜電除塵器配置四個電場，隨著除塵設備年限的增加，除塵效率逐步下降，在煤種灰分波動的情況下，除塵器出口煙塵濃度在60~80 mg/m3，煙囪出口煙塵排放濃度也大幅超過新標準的排放限值。本次采用超凈電袋復合除塵技術方案改造，且后端脫硫系統未改造，于2015年2月成功投運。2015年4月，經第三方檢測，除塵器出口煙塵質量濃度為3.70mg/m3(標態、干基、6%O2)，煙囪入口煙塵質量濃度為2.66mg/m3(標態、干基、6%O2)，提效顯著，實現了小于5mg/m3的超低排放。
5 結論
本項目是采用超凈電袋復合除塵器提效改造實現超低排放的典范，證明了采用超凈電袋復合除塵器工藝路線，可以簡化設備，節省設備投資、減少占地、降低運行維護費等。因此，采用超凈電袋復合除塵技術是滿足當前超低排放政策的技術之一。
參考文獻：
[1] 陳奎續. 大型燃煤機組配套除塵設備的技術經濟性分析[J]. 中國環保產業，2011(11):53-57.
[2] 修海明. 電袋復合除塵器脫除PM2.5效率的探討[J]. 中國環保產業，2013(10):46-49.
作者簡介： 朱志飛(1964-04-10 )，男，電力工程，工程師，廣東省粵電集團有限公司沙角 C 電廠，主要從事電力行業管理工作。
