鄭州新力電力有限公司 郭啟云

火力發(fā)電廠袋式除塵器供氣系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性分析

鄭州新力電力有限公司 郭啟云

隨著國家對大氣環(huán)保要求的提高，對火力發(fā)電廠的煙氣排放要求也越來越高。近年來，袋式除塵器在火電廠煙氣除塵處理方面的應(yīng)用越來越廣泛。袋式除塵器是治理大氣污染的高效除塵設(shè)備。它的最大優(yōu)點(diǎn)是除塵效率高，在實(shí)驗(yàn)室高達(dá)99.999 9%，在實(shí)際應(yīng)用中也達(dá)到99.99%。粉塵排放濃度可達(dá)到l0 mg/m3以下，甚至達(dá)到2 mg/m3，這是由袋式除塵器的過濾機(jī)理所決定的。該機(jī)理就是使粉塵附著在濾袋上，用粉塵來過濾粉塵。為了保證袋式除塵器的除塵效果，需要外部氣源對濾袋進(jìn)行噴吹，以保證濾袋的過濾粉塵效果?？傊?，袋式除塵器在實(shí)行污染物控制、控雙達(dá)標(biāo)的情況下，對粉塵、煙塵的治理頗有效果。

鄭州新力電力有限公司4#，5#爐分別于2004年11月和2003年11月改造為袋式除塵方式。由于4#，5#爐袋式除塵器的控制設(shè)計(jì)和運(yùn)行方式均按照各自獨(dú)立的方式來進(jìn)行考慮的，如果加以優(yōu)化則可以更好地提高其可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

一、4#，5#爐袋式除塵的控制原理

1. 清灰原理及過程。煙氣通過除塵器進(jìn)氣喇叭口進(jìn)入袋式除塵器，除塵器的氣流分布借助喇叭口中的氣流分布板進(jìn)行氣流均布。煙氣通過每一條濾袋的過程中，粉塵顆粒被過濾在濾袋表面，干凈煙氣通過濾袋到達(dá)凈氣室，之后經(jīng)過出口煙箱、煙道和引風(fēng)機(jī)排入煙囪，至此完成對煙氣的除塵。隨著過濾的不斷進(jìn)行，濾袋表面的粉塵越來越厚，除塵器壓差也不斷增加，當(dāng)壓差達(dá)到程序設(shè)定值時(shí)，除塵器發(fā)出清灰指令，清灰氣壓系統(tǒng)的電磁脈沖閥動(dòng)作，將儲氣罐中的壓縮空氣噴入濾袋旋轉(zhuǎn)風(fēng)管，向?yàn)V袋上端開口瞬時(shí)噴進(jìn)低壓脈沖空氣，對濾袋進(jìn)行清灰。脈沖空氣與煙氣反向，使濾袋向煙氣方向膨脹，噴入脈沖空氣后濾袋又貼到袋籠上。抖落的灰塵掉進(jìn)下方的灰斗，由除灰系統(tǒng)清除，這被稱為低壓脈沖旋轉(zhuǎn)反吹清灰方式。袋式除塵器用于脈沖清灰的壓縮空氣由羅茨風(fēng)機(jī)供應(yīng)。

2. 清灰壓縮空氣的提供。

（1）4#爐除塵器有2臺相同規(guī)格的羅茨風(fēng)機(jī)，工頻50 Hz運(yùn)行，一用一備，氣壓靠過?？諝馀欧砰y調(diào)節(jié)。

設(shè)備的設(shè)計(jì)脈沖噴吹濾袋的空氣壓強(qiáng)為80～85 kPa，這一壓強(qiáng)由頂部脈沖儲氣罐的壓強(qiáng)計(jì)測得。風(fēng)機(jī)出口的壓強(qiáng)計(jì)定值是125 kPa。過剩空氣排放閥設(shè)置在110 kPa時(shí)排放，按要求將多余空氣不斷排入大氣。

為安全起見，每臺羅茨風(fēng)機(jī)設(shè)有卸壓閥，設(shè)置在120 kPa時(shí)排放；還有一個(gè)壓強(qiáng)傳感器，設(shè)置在壓強(qiáng)超過110 kPa時(shí)關(guān)停羅茨風(fēng)機(jī)。

（2）5#爐除塵器有2臺相同規(guī)格的羅茨風(fēng)機(jī)，變頻運(yùn)行，一用一備，氣壓靠風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行調(diào)節(jié)。

設(shè)備配有2臺，即1#和 2#100%負(fù)荷的脈沖風(fēng)機(jī)。正常運(yùn)行條件只需要運(yùn)行1臺風(fēng)機(jī)（1#或2#），另一臺風(fēng)機(jī)由集氣管壓強(qiáng)信號控制。當(dāng)壓強(qiáng)低于75 kPa并達(dá)到30 s時(shí)，則啟動(dòng)另一臺風(fēng)機(jī)；當(dāng)壓強(qiáng)超過88 kPa并達(dá)到5 s時(shí)，壓強(qiáng)傳送信號就要求2#風(fēng)機(jī)停止。1#，2#風(fēng)機(jī)的優(yōu)先啟動(dòng)按要求由操作人員操作。

與風(fēng)管相連的羅茨風(fēng)機(jī)排出的空氣沿管道進(jìn)入袋式除塵器上部的12個(gè)儲氣罐。這些儲氣罐裝在旋轉(zhuǎn)風(fēng)管上方，為裝在每間除塵室內(nèi)的袋束提供清灰脈沖空氣。

儲氣罐用于儲存脈沖清灰空氣，通過脈沖閥，空氣被送進(jìn)旋轉(zhuǎn)清灰風(fēng)管進(jìn)行高能脈沖。每次脈沖后，羅茨風(fēng)機(jī)向儲氣罐重新充入空氣。每個(gè)儲氣罐的進(jìn)口管裝有一個(gè)止回閥，防止其中一個(gè)儲氣罐內(nèi)的空氣排出后另一個(gè)儲氣罐的空氣被抽出。

儲氣罐通過脈沖閥釋放脈沖清灰空氣，脈沖頻率可以在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，以延長濾袋壽命，或提高清灰效果。

3. 從清灰原理及過程來看，清灰壓縮空氣的壓強(qiáng)穩(wěn)定對清灰效果有很大的影響。清灰氣源壓強(qiáng)的穩(wěn)定依靠除塵管路的物理性能來調(diào)節(jié)，主要通過調(diào)節(jié)安裝在除塵器頂部的儲氣罐內(nèi)的儲氣及清灰氣體輸送管路中緩存的儲氣來控制總清灰氣的壓強(qiáng)。

二、4#，5#爐袋式除塵清灰壓縮空氣系統(tǒng)的可靠性分析

1. 4#，5#爐袋式除塵清灰氣壓系統(tǒng)分裂運(yùn)行，分別對其可靠性進(jìn)行分析。

（1）4#爐袋式除塵系統(tǒng)可靠性分析。4#爐除塵器有2臺相同規(guī)格的羅茨風(fēng)機(jī)，工頻50 Hz運(yùn)行，一用一備，過剩空氣靠排放閥將多余空氣排入大氣。當(dāng)系統(tǒng)中2臺羅茨風(fēng)機(jī)均故障時(shí)，由于清灰氣壓系統(tǒng)沒有氣源，4#爐袋式除塵器的袋式壓差會(huì)愈來愈大，鍋爐就只能不斷降負(fù)荷，直到停爐。若過?？諝馀欧砰y故障，則儲氣系統(tǒng)的清灰氣壓只能靠運(yùn)行人員手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這時(shí)的運(yùn)行可靠性便下降了50%。假設(shè)每個(gè)羅茨風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行的可靠性為99%，過剩空氣排放閥運(yùn)行的可靠性為99%，那么4#爐儲氣系統(tǒng)的清灰氣壓系統(tǒng)的可靠性為

（2）5#爐袋式除塵系統(tǒng)可靠性分析。5#爐除塵器有2臺相同規(guī)格的羅茨風(fēng)機(jī)，變頻運(yùn)行，一用一備。正常運(yùn)行條件只需要運(yùn)行1臺風(fēng)機(jī)，另一臺風(fēng)機(jī)由集氣管壓強(qiáng)信號控制，當(dāng)壓強(qiáng)低于75 kPa并達(dá) 到30 s時(shí)，啟動(dòng)另一臺風(fēng)機(jī)，但當(dāng)壓強(qiáng)超過88 kPa并達(dá)到5 秒時(shí)，壓強(qiáng)傳送信號就要求2#風(fēng)機(jī)停止。風(fēng)機(jī)的優(yōu)先啟動(dòng)按要求由操作人員操作。假設(shè)每個(gè)羅茨風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行的可靠性為99%，變頻器運(yùn)行的可靠性也為99%，那么5#爐儲氣系統(tǒng)的清灰氣壓系統(tǒng)的可靠性為

2. 4#，5#爐袋式除塵清灰壓縮空氣系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行的可靠性分析。為了提高4#，5#爐袋式除塵清灰壓縮空氣系統(tǒng)（圖1）的可靠性，將4#爐袋式除塵清灰壓縮空氣系統(tǒng)和5#爐袋式除塵清灰壓縮空氣系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，通過連通管道加2個(gè)手動(dòng)蝶閥進(jìn)行連通。這樣在4#，5#爐袋式除塵清灰氣壓系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行時(shí)的可靠性為

雖然除塵清灰氣壓系統(tǒng)在火力發(fā)電廠的設(shè)備中屬于輔助設(shè)備，對于除塵清灰氣壓系統(tǒng)的可靠性來講，它在應(yīng)用袋式除塵器的發(fā)電機(jī)組中成為了影響機(jī)組運(yùn)行的重要因素。對于機(jī)組來說，其可靠性要疊加到其他重要設(shè)備的可靠性上，因此其可靠性越高對機(jī)組運(yùn)行的可靠性貢獻(xiàn)也就越大。通過對K1，K2和K3這3組可靠性數(shù)據(jù)的比較，4#，5#爐袋式除塵清灰氣壓系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行的可靠性，比4#爐單獨(dú)運(yùn)行可靠性增加了2 525倍，比5#爐單獨(dú)運(yùn)行可靠性增加了19 802倍，均有明顯的提高。

3. 4#，5#爐袋式除塵清灰氣壓系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性分析。通過以上分析，研究人員認(rèn)為4#，5#爐袋式除塵清灰氣壓系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行可以大大提高鄭新公司發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行可靠性，因此在2005年8月進(jìn)行了實(shí)施。

4#，5#爐除塵器各有2臺相同規(guī)格的羅茨風(fēng)機(jī)，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)均為90 kW。在實(shí)施過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)由于袋式除塵器廠家在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)比較保守，羅茨風(fēng)機(jī)的供氣量偏大。4#爐靠過?？諝馀欧砰y將多余氣體排入大氣，5#爐靠羅茨風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)清灰氣壓系統(tǒng)壓強(qiáng)。在4#，5#爐袋式除塵清灰氣壓系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行后的運(yùn)行數(shù)據(jù)試驗(yàn)得知，由于清灰氣體輸送管路的加長，大大提高了清灰壓強(qiáng)系統(tǒng)的壓強(qiáng)穩(wěn)定性，并且4臺羅茨風(fēng)機(jī)中任意一臺工頻運(yùn)行均可滿足4#，5#爐在絕大多數(shù)工況下的運(yùn)行。如在2臺爐均帶180 MW負(fù)荷，并在煤質(zhì)一般的情況下，1臺羅茨風(fēng)機(jī)便可滿足2臺爐清灰的氣源要求。當(dāng)2臺爐灰塵均較多的情況下，可以啟動(dòng)2臺羅茨風(fēng)機(jī)，這樣的電耗也僅僅同原運(yùn)行方式相同。

假設(shè)因單臺鍋爐停爐檢修造成的4#，5#爐袋式除塵清灰氣壓系統(tǒng)分裂運(yùn)行，或由于高負(fù)荷或煤質(zhì)太差，而造成的同時(shí)啟動(dòng)2臺羅茨風(fēng)機(jī)，合計(jì)約100 d；4#，5#爐袋式除塵清灰氣壓系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，并且只啟動(dòng)一臺羅茨風(fēng)機(jī)可以滿足260 d的兩臺爐正常運(yùn)行。由此計(jì)算，僅此一項(xiàng)便可節(jié)電約561 600 kW?h，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

三、結(jié)論

鄭州新力電力有限公司原4#，5#爐除塵采用的是電除塵器，當(dāng)電除塵器出現(xiàn)故障時(shí)，只會(huì)影響除塵效果，而不會(huì)影響機(jī)組運(yùn)行的安全可靠，其對機(jī)組的可靠性貢獻(xiàn)為1，即對機(jī)組運(yùn)行無任何影響。

為了提高鍋爐排煙的除塵效率，改造為袋式除塵器，袋式除塵器相應(yīng)的運(yùn)行費(fèi)用較高，增加了機(jī)組發(fā)電的成本。又由于增加了清灰壓強(qiáng)系統(tǒng)，清灰系統(tǒng)的可靠性就疊加到了機(jī)組的可靠性上，清灰系統(tǒng)的長時(shí)間停止運(yùn)行可以導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)。在原2臺爐分裂運(yùn)行的情況下，清灰系統(tǒng)可靠性分別為99.994 95%和99.960 399%，而經(jīng)過簡單改造后，清灰系統(tǒng)可靠性有了顯著提高，達(dá)99.999 999 98%，可將其看做是低概率事件，約等于1，基本不影響機(jī)組的安全運(yùn)行。在提高了機(jī)組的可靠性的同時(shí)，通過運(yùn)行實(shí)踐，筆者又發(fā)現(xiàn)可以帶來系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用降低，每年至少節(jié)約561 600 kW?h的電力。

目前，火力發(fā)電廠的環(huán)保要求越來越高，而只有降低生產(chǎn)成本，才能使鄭州新力電力有限公司在激烈的電力市場競爭中處于有利地位，因此提高電廠設(shè)備的可靠性和經(jīng)濟(jì)性迫在眉睫。只有各個(gè)專業(yè)技術(shù)人員從多渠道、多角度多想辦法，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，提高機(jī)組的運(yùn)行可靠性，該公司的發(fā)電機(jī)組才能真正成為環(huán)保機(jī)組、經(jīng)濟(jì)性機(jī)組。