余热利用低低温电除尘技术的应用研究

余热利用低低温电除尘技术的应用研究

1余热利用技术在25的任期内，国家和地方当局提出了更严格的废物排放标准（30mg，nm）。新排放标准的颁布成为电除尘器技术发展的巨大推动力,近几年来,电除尘行业为满足新排放标准迅速推出了几项可供大机组工程应用的新技术,低低温电除尘器就是其中一种。传统的电除尘器是火电厂大气污染治理的主流设备,但它对粉尘比电阻较敏感,在我国煤种多变的国情下,对于高比电阻粉尘工况时,易出现反电晕,使除尘效率下降,这是传统电除尘器的一大弊病。纵观电除尘器发展历史,被动的用多种技术来解决反电晕问题贯穿其中,只是近几年工程技术人员才从整个锅炉尾部工艺系统考虑把烟气温度降下来(从120~170℃降到90~110℃),这样所有粉尘的比电阻都降到电除尘器的最佳工作范围,从而从根本上解决了电除尘器在高比电阻粉尘工况时,易出现反电晕使除尘效率下降的问题当前,在我国电煤市场化及环保新标准下,火电运行成本及排放压力上升,进一步深化减排节能的双重课题已摆在我国绝大部分燃煤电厂管理者的面前。通过对已投运机组的调查摸排发现,我国许多燃煤电厂锅炉排烟温度普遍高于设计值,使得机组发电效率下降、烟气体积流量增大、烟尘比电阻升高、引风机电耗增大及湿法脱硫降温水耗增大,造成电除尘效率下降、发电成本上升。这种超温现象,与我国倡导的节能减排背道而驰,特别是在国家出台更加严格的环保政策下,解决上述问题已迫在眉睫。从调节电除尘入口烟气温度着手,采取余热利用工艺技术,一方面实现烟气调温,使之适应电除尘高效工作,同时也可实现一定的节能运行。另一方面,通过借助龙净公司现有电除尘器先进技术与研发平台,将烟气余热利用装置与电除尘器有机复合在一起,开发出集烟气降温、高效收尘与减排节能控制技术为一体,实现粉尘减排、节煤、节电、节水以及SO2余热利用设备现状在国外,日本及欧洲等较早实施了基于烟气余热利用的低低温电除尘器技术的应用。特别是日本,在2000年以来就已开始大规模应用烟气余热利用设备,配备低低温静电除尘器,实现高效除尘和节能。近年来,国内有些电厂也开始尝试在电除尘器后脱硫前应用回收余热装置。但是,基于烟气余热利用原理且能将余热利用和电除尘性能提效很好地结合在一起的低低温静电除尘器,在我国的开发应用仍处于空白阶段。2.1低低温电除尘烟温通常,大多数燃煤电厂空预器后所配套的电除尘器均属于低温型电除尘器范畴,其运行烟温一般多为120~170℃区间,而布置在空预器之前,以及在水泥窑头、冶炼行业所配套的电除尘以高温型居多,其烟温一般不低于250℃。本文所指低低温的温度区间按90~110℃考虑,在这个温度区间,既可降低烟尘比电阻,同时又有利于湿法脱硫高效可靠运行等。主要基于3个方面考虑。2.1.1SOSO从图1中可得出:220℃以上,SO2.1.2so配置分析表明,SO2.1.3温度值低低温烟温下限取90℃,主要是综合考虑了为适应湿法脱硫烟气入口温度的工艺要求。2.2电除尘电场与烟气体积流量、烟气体积流量、电除尘电场风速的关系在低低温工况下,可显著改善烟尘特性:降低比电阻,增强颗粒凝并。另外,烟温降低,烟气体积流量降低,电除尘电场风速相应降低,根据下列公式:计算可知,电场风速v与除尘效率η呈指数反比关系,即:v提高,η呈指数关系下降。一般来说,排烟温度每下降10℃,烟气量下降2.5%,电场风速下降2.5%,除尘效率相应提高。2.3低低温电除砂香烟特征(4)烟气中颗粒及气体分子热运动能力减弱,气体分子之间黏滞性变小,荷电粉尘驱进速度变快。(5)烟气击穿电压提高等。2.4加强烟气均布及加强灰斗辅助保温针对上述烟气条件变化,必须对低低温电除尘做针对性的配置与调整,包括:(1)前电场应用高频电源以解决烟尘质量浓度提高后可能出现的电晕封闭问题。(2)应用CFD计算分析气流分布与阻力变化,更换或采用更加合理的气流均布装置。(3)杜绝灰斗漏风,加强灰斗外壁保温及辅助加热恒温措施。(4)其他,如各电场收尘效率及粉尘捕集量发生变化后的振打清灰制度的调整以及输灰制度的调整,等等。2.5余热利用换热器及电除尘烟气余热利用与水处理系统动态调节要点余热利用与电除尘各自独立布置,由于气流分布要求高,各自阻力大,其中余热利用换热器350~450Pa,电除尘约245Pa,当工况发生波动时,如燃煤煤质变化、烟温变化、负荷变化等,余热利用换热器需要动态调节换热总量,以适应系统稳定安全运行要求,还要适应电除尘高效除尘要求。3龙净公司lsc余热利用新产品龙净公司在2006年开始介入低低温烟气治理技术领域的应用调查和研究,2010年取得样机突破。该新产品(以下简称“LSC低低温电除尘器”)由龙净公司自主研发,主要由烟气调温系统、气流分布系统、阴阳极系统、低低温电除尘控制系统等组成。它将烟气余热利用、电除尘及其自动控制技术进行了有机融合,具有高效除尘、除SO3.1电除尘提效技术(1)调温原理。通过特制的换热器,采用热媒体回收烟气余热(如用于加热汽机冷凝水,节约煤耗),并使得电除尘烟温由通常的120~170℃下降到90~110℃低低温状态。(2)电除尘提效原理。烟温降低,使得烟尘比电阻降低至103.2低低温电除尘器技术(1)对于新建项目,在满足同样排放标准下,采用低低温电除尘器技术,可节省约1个电场的占地及设备投资(图4)。(2)对于除尘提效技改项目,采用低低温电除尘器技术,在满足同样排放标准下,结合实际场地条件,可将换热装置布置在电除尘前置竖井烟道或水平烟道及进口烟箱结合位置(图5)。该技术具有除尘提效节能,工期短、改动工作量小等优点。3.3回收余热回收串联布置烟气换热余热回收,主要用于加热汽机冷凝水,典型换热工艺布置分为两种模式。其中图6为并联布置模式,采取双路取水双路回水工艺,配合增压泵及管路系统,实现在线调温,对低加系统主回路不产生冲击。由于为并联布置,该系统可单独解列,不影响发电系统正常运行。图7为烟气换热余热回收串联布置模式,在低加回路上适当位置的2级低加之间加设截止阀,并在截止阀前后取水与回水,设置热水再循环系统。与并联模式相比较,该系统简单造价低,但节能差些。3.4低低温电除尘烟气自动适应方案设计(1)采取余热利用烟温调节与低低温电除尘相结合的方法,主动改善烟气条件,降低比电阻、提高运行电压,实现除尘高效、节能双重效果。(2)前电场应用高频电源,有效解决低低温粉尘烟尘质量较高可能导致电晕封闭问题。(3)采取加强型灰斗外壁保温及辅助加热恒温设计,确保过灰顺畅。(4)阴阳极配置强度、频率均可调的程序控制顶部电磁锤振打清灰系统,满足低低温下精细化调整要求。(5)余热循环利用,降低发电煤耗1.0~3.0g/kW·h(具体与降温幅度大小相关)。(6)SO(7)开发配套烟温调节与低低温电除尘自适应控制系统,适应性好,运行稳定,见图8。该系统可对锅炉负荷、烟温、电除尘电场运行参数等进行实时监控,自动跟踪并寻找电除尘最佳运行参数和动态调节换热总量,改变换热后的烟气温度,使电除尘器工作在最佳状态,实现高效除尘和节能目的。(8)可综合应用高频、双区、振打控制优化等黄金组合技术(图9),满足国家最新排放标准要求。(9)采用(膜式)复合翅片/销钉管排专利技术,可成排或模块化设计出厂,换热效果好。(10)针对粉尘浓度较高等工况,特别采取相应措施,确保换热器防磨防腐等长寿命设计要求。防磨方面。换热管在迎风面采取不低于t5中厚壁20号无缝钢管结构;换热管迎风面一侧按膜式复合管组排设计或导流叶片式设计,大幅减小烟气紊流,减轻烟尘对换热管的磨损;并特别设计2mm厚的卡片式不锈钢耐磨罩瓦,加装在换热管迎风面的前排换热管上;另外,采用CFD计算机气流分布分析+物模试验,确保受热面烟气流场均匀,避免出现局部高风速高浓度磨损区。防腐方面。配置多路取水或热水再循环设计工艺,在机组负荷、燃煤波动及季节变化时可实时在线调整换热管冷端进水温度,确保换热管的进水温度达到水露点(~45℃)+20℃以上,可有效避免换热管发生低温腐蚀;按照有限腐蚀法设计选型、合理选取腐蚀余量;针对不同工况,区别换热管选材,对于处于低温区段的换热管可选择ND钢(09CrCuSb)等抗腐蚀能力强的材料,确保防腐性能要求。450.50m低低温电除垢器大型样品的应用研究在试验和样机试用基础上,龙净公司课题组首先在大唐国际宁德发电有限责任公司600MW机组44.1级深度降温改造(1)针对电厂几种煤种情况,结合德国经验公式,可得出相应的比电阻与烟温关系经验曲线(图10)。根据前苏联锅炉机组热力计算的酸露点公式计算得知,该项目燃煤烟气平均酸露点为92℃,在148℃烟温下比电阻较高(10(2)因地制宜,采取2级深度降温换热装置。结合实际场地条件,在除尘器进口喇叭处和前置垂直烟道处分别各设置一套烟气余热利用节能装置。2级换热装置的换热介质通过换热管路串联连接,采用汽机冷凝水与热烟气通过烟气余热利用节能装置进行热交换,使得除尘器的运行温度由150℃下降到95℃左右。(3)采取烟气换热余热回收并联布置模式(图6)。在7(8)号低加前后采取双路取水,在5号低加前后采取双路回水设计方案,实现在线调温的功能要求。4.2当前技术的现代化和改造4.2.1分布装置的更换、配置对原电除尘电场气流分布进行CFD分析与改进设计,根据CFD分析计算的结果更换全新设计制造的分布装置,以全面改善电除尘各室流量分配及气流分布均匀。4.2.2降低1.21.2电除尘器1、二电场2电除尘器1、2电除尘6个月内的1.2.2细电池2,2考虑到烟温降低后,由于烟气体积流量降低,烟速减小,进入电除尘器的粉尘浓度提高,尤其在第一电场内部单位时间内粉尘颗粒停留时间延长及烟尘密度上升,特别对原电除尘第一、二电场换用高频电源(34.2.3余热利用烟温调节与电除尘减排节能自适应控制系统对电除尘器高低压电控设备进行数控技术改造,并结合电除尘控制经验,特别开发配套先进的余热利用烟温调节与电除尘减排节能自适应控制系统。4.2.4全面检查阴阳环境质量，调整对原电除尘各电场阴阳极变形情况及异极距进行全面检查,采取专业调整措施,并全面检查处理壳体气密性等。4.2.5全面更新连接装置、灰斗加热和加热控制系统全面升级相关各项系统,以确保设备可靠稳定运行。4.3经过电分离器改造后的综合能测试结果和清洁效率的改进分析4.3.1材料腐蚀和热力系统试验(1)除尘器性能测试表明:在增设换热装置后,粉尘排放值下降幅度明显,从原约60mg/Nm(2)在空预器出口烟温为150℃工况下,经烟热换热器换热降温幅度平均可达到50℃以上,降温后比电阻降低幅度平均达到5.57×10(3)SO(4)材料低温腐蚀测试表明:Q235和SPCC两种材料的耐腐蚀性能都较强,腐蚀级别都达到5级以下;SPCC平均腐蚀率为0.0412mm/a,Q235平均腐蚀率为0.0537mm/a。(5)热力系统试验表明:在600MW负荷时,汽机的热耗下降52kJ/kW·h以上;在450MW负荷时,汽机的热耗下降69kJ/kW·h以上。(6)本体实测阻力≤350Pa(含第2级换热器)。4.3.2实烧煤种比集尘改造方案比选除尘器改造前后的部分统计对比分析数据见表1。从表1中可知,按当前实烧煤种,实际改造采用增加余热利用降温装置、电除尘电控升级及本体维护综合方案,比集尘面积为117.8m4.3.3交付后的腐蚀和磨损在低低温电除尘投运半年后,利用电厂的停炉机会,对设备进行了全面检查,结果表明,电除尘及下游设备未见任何腐蚀及磨损异常情况。5年发电利用小时数以1台660MW机组电除尘器余热利用烟温降幅45℃计算,年发电利用小时数5800h(100%THA,75%THA,50%THA这3种工况的运行比率分别为20%,60%,20%)。5.1每年可实现削减污染满负荷下,工况烟气量为290万m(20000-20)/105.2风机电耗对比在运营期内,节约煤耗按1.9g/kW·h,标煤价按900元/t进行计算,每年可降低电煤费用:66×5800×1.9/10由于烟温下降,引风机处理风量下降,克服新增换热器增加的烟气流阻后,每年还可节省约40万元的风机电耗。由于电除尘效率提高,若按保效节能运行模式,还可节省约30%电除尘电场运行功耗,每年可节省约40万元。脱硫吸收塔入口烟温降至95℃,可节约脱硫系统的用水量损耗,按每小时节约36t水(每降10kW·h可节约8t水),水价按0.8元/t计算,全年可节省水耗:36×5800×0.8/10000≈17万元/a以上合计,每年平均可节省运行成本约752(655+40+40+17)万元。综上,1台600MW机组,配套低低