孟俊亞，丁濤

(周口隆達(dá)發(fā)電有限公司 工程技術(shù)部，河南 周口 466100)

0 引言

河南某電廠2×660 MW超超臨界燃煤機(jī)組工程，2013年立項(xiàng)，2014年設(shè)計(jì)，2015年開(kāi)工建設(shè)，2017年12月和2018年2月2臺(tái)機(jī)組相繼投產(chǎn)。在這期間，該工程經(jīng)歷了國(guó)家對(duì)火電機(jī)組環(huán)保(包括大氣污染物排放)行政管理標(biāo)準(zhǔn)一再升級(jí)的過(guò)程。鍋爐煙氣除塵器選型也相應(yīng)發(fā)生變化，從工程設(shè)計(jì)伊始的電袋復(fù)合除塵器+預(yù)留濕式電除塵方案，到工程建設(shè)階段調(diào)整為純布袋除塵器，見(jiàn)證了除塵技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展。該工程選用純布袋除塵器(不加濕式電除塵器)，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)檢驗(yàn)和性能檢測(cè)，實(shí)際除塵效率為99.98%，除塵效果滿足國(guó)家和省級(jí)環(huán)境保護(hù)部門(mén)對(duì)燃煤電廠煙氣超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1 煤質(zhì)特性對(duì)除塵器選型的影響

1.1 該工程燃煤煤質(zhì)資料

該工程燃煤煤質(zhì)資料見(jiàn)表1[1]。

1.2 影響除塵器選型的主要燃料成分

(1)灰分。該工程設(shè)計(jì)煤種的總飛灰含量較高。

(2)硫分和Na2O。煤中硫分和飛灰中Na2O的含量越低，電除塵器越難吸收。該工程硫分0.39%～0.47%，灰中氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.38%～0.47%，根據(jù)《燃煤電廠除塵技術(shù)路線指導(dǎo)意見(jiàn)》[2]，除塵難易性為“較難或難”。

(3)灰中SiO2+Al2O3+Fe2O3的總含量。該工程校核煤種與設(shè)計(jì)煤種相似，煤種飛灰中SiO2，Al2O3和Fe2O3的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為91.04%。根據(jù)《燃煤電廠除塵技術(shù)路線指導(dǎo)意見(jiàn)》[2]，飛灰體積導(dǎo)電性能較弱，除塵難易性為“較難或難”。

表1 燃煤成分與特性

注：①室溫21 ℃，濕度33%，電壓500 V。

(4)煤灰電阻率。煤灰電阻率在10 kΩ·cm～50 GΩ·cm范圍內(nèi)最適合于電除塵。當(dāng)煤灰的電阻率大于50 GΩ·cm時(shí)就難以集塵，而電阻率過(guò)小時(shí)又容易重新被煙氣帶起，故通常選用電除塵器時(shí)，灰的最佳實(shí)際電阻率為10 kΩ·cm～50 GΩ·cm。當(dāng)粉塵電阻率超過(guò)臨界值100 GΩ·cm后，電除塵器的性能就隨著電阻率的增高而下降；當(dāng)電阻率超過(guò)1 TΩ·cm時(shí)，采用常規(guī)電除塵器難以達(dá)到理想效果。該工程燃煤飛灰的電阻率在1.05～2.00 TΩ·cm之間(煙氣溫度120 ℃)，屬于較難收塵范圍。

2 工程立項(xiàng)-設(shè)計(jì)階段除塵器的選型

該工程于2013年4月完成可研論證工作。在可研論證期間，根據(jù)GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[3]要求，考慮工程配套的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)具有不低于50.00%的除塵效率，該工程除塵設(shè)備出口煙氣含塵質(zhì)量濃度不高于60 mg/m3即可滿足國(guó)家環(huán)保要求。但展望環(huán)保

對(duì)燃煤發(fā)電機(jī)組鍋爐煙塵排放要求的升級(jí)預(yù)期，同時(shí)綜合考慮燃用設(shè)計(jì)煤種及校核煤種時(shí)除塵設(shè)備進(jìn)口煙氣含塵濃度，該工程除塵設(shè)備的除塵效率宜不低于99.93%，除塵設(shè)備出口煙氣含塵質(zhì)量濃度最低按30 mg/m3設(shè)計(jì)。

2014年年初開(kāi)展初步設(shè)計(jì)工作，除塵器選型沿襲了可研階段成果。在此期間，國(guó)內(nèi)除塵設(shè)備市場(chǎng)可考慮采用的鍋爐煙氣除塵器主要有以下3種。

(1)靜電除塵器。靜電除塵器受煤種、煙氣工況、飛灰特性影響極大，當(dāng)燃煤煤質(zhì)波動(dòng)較大時(shí)，出口排放質(zhì)量濃度不穩(wěn)定。該工程從煤質(zhì)分析看，飛灰總體特性對(duì)于靜電除塵器而言，較難達(dá)到30 mg/m3以下的低排放要求，故不是可選方案。

(2)純布袋除塵器。布袋式除塵器是利用纖維編織物制作的袋式過(guò)濾元件來(lái)捕集含塵氣體中固體顆粒物的除塵裝置。從理論上講，除塵效率不受煤種和粉塵特性的影響，適應(yīng)性強(qiáng)，且對(duì)細(xì)微和超細(xì)微顆粒的捕集效果優(yōu)于其他類型除塵裝置，具有長(zhǎng)期的高效性和穩(wěn)定性，能滿足不同工況條件下的運(yùn)行要求。但布袋除塵器還沒(méi)有600 MW機(jī)組的應(yīng)用業(yè)績(jī)，且濾袋材料需要進(jìn)口，價(jià)格較高，早期投運(yùn)布袋除塵器的機(jī)組在運(yùn)行中均出現(xiàn)不同程度的破袋、漏袋、糊袋等問(wèn)題，需要在機(jī)組大小修期間集中予以更換，運(yùn)行成本和后續(xù)投入比較高。

(3)電-袋復(fù)合除塵器。電-袋復(fù)合式除塵器是靜電除塵器與袋式除塵器的有機(jī)結(jié)合，前面為靜電除塵區(qū) ，后面為布袋除塵區(qū)。電-袋復(fù)合除塵器除塵效率不受煤種和粉塵特性影響，適應(yīng)性較強(qiáng)，能滿足不同工況運(yùn)行要求。電-袋復(fù)合除塵器有1 000 MW機(jī)組投運(yùn)業(yè)績(jī)，除塵效果滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。

通過(guò)技術(shù)分析比較，采用純布袋除塵器和電-袋復(fù)合除塵器都是可行的，且電袋復(fù)合除塵器方案有大機(jī)組成功運(yùn)行業(yè)績(jī)，比較可靠。該工程初步設(shè)計(jì)中，鍋爐除塵器推薦為電-袋復(fù)合除塵器形式。同時(shí)，考慮到社會(huì)及公眾對(duì)霧霾尤其是PM2.5指標(biāo)關(guān)注度提高，該工程在脫硫塔出口與煙囪之間預(yù)留濕式電除塵器安裝空間(加裝濕式電除塵器后，其出口含塵質(zhì)量濃度可達(dá)到≤10 mg/m3)。

3 工程實(shí)施階段除塵器的選型

2015年年初，該工程開(kāi)始設(shè)備招標(biāo)工作。但是在2014年年底，國(guó)家和河南省相繼出臺(tái)了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)》。其中，河南省《2014—2020年煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃》明確要求“新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放質(zhì)量濃度達(dá)到燃機(jī)標(biāo)準(zhǔn)”[2]。 在新標(biāo)準(zhǔn)下，應(yīng)該選擇電袋復(fù)合除塵+濕式電除塵方案。

通過(guò)深入調(diào)研發(fā)現(xiàn)，隨著市場(chǎng)變化和除塵技術(shù)的發(fā)展，純布袋除塵器濾料材料新技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)成熟，濾袋壽命可有效保證3.5萬(wàn)h以上或4年以上。聚苯硫醚(PPS)、芳綸、聚四氯乙烯(PTFE)等3種高性能纖維國(guó)產(chǎn)化后，價(jià)位有較大下降，高溫濾料價(jià)格隨之下降且具有回收價(jià)值，成本明顯下降。同時(shí)，由于該工程脫硫條件較優(yōu)，在此情況下選擇煙氣除塵綜合治理、分級(jí)控制的技術(shù)路線，即純布袋除塵(出口粉塵質(zhì)量濃度<10 mg/m3)+高效濕法脫硫(出口粉塵濃度≤5 mg/m3)，不加濕式電除塵器，同樣可以實(shí)現(xiàn)超低排放；再則，對(duì)于燃料來(lái)源不穩(wěn)定或煤質(zhì)變化較大的項(xiàng)目，或者熱值偏低、灰分高、電阻率很高的項(xiàng)目，采取純布袋除塵技術(shù)，也有利于煙塵的長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。隨著初投資優(yōu)勢(shì)及濾袋使用壽命延長(zhǎng)，加之占地空間小，系統(tǒng)較之簡(jiǎn)化，運(yùn)行維護(hù)量少，純布袋除塵器的優(yōu)勢(shì)非常明顯。電袋復(fù)合除塵+濕式電除塵雖然也能夠達(dá)到超低排放的目標(biāo)，但僅濕式電除塵器就需要增加設(shè)備投資6 000萬(wàn)元左右，且占地面積也要增加。綜合比較后，該工程選用了純布袋除塵器。相關(guān)費(fèi)用比較見(jiàn)表2。

4 除塵器設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試

該工程通過(guò)公開(kāi)招標(biāo),選定某環(huán)保公司為除塵器中標(biāo)單位。該公司根據(jù)該工程鍋爐、煤質(zhì)、地址等條件及環(huán)保要求等，完成了除塵器的設(shè)計(jì)和制造。2017年6月除塵器開(kāi)始安裝，2017年12月和2018年2月相繼完成168 h試運(yùn)行，試運(yùn)行期間各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 性能考核試驗(yàn)結(jié)果

機(jī)組投運(yùn)后，由河南省電科院進(jìn)行了除塵器性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：除塵效率分別為99.983%和99.981%；實(shí)際阻力分別為856，1 005 Pa；煙塵排放質(zhì)量濃度分別為7.06，7.63 mg/m3，小于布袋除塵器出口最高允許煙塵排放質(zhì)量濃度10 mg/m3；2臺(tái)布袋除塵器除塵效率、漏風(fēng)率、阻力、煙塵排放質(zhì)量濃度等指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

6 超低排放監(jiān)測(cè)結(jié)果

2臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)后，環(huán)保驗(yàn)收部門(mén)組織對(duì)2臺(tái)機(jī)組分別進(jìn)行煙氣超低排放評(píng)估監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)2臺(tái)機(jī)組不同工況負(fù)荷、不同煤質(zhì)條件下的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)#1，#2機(jī)組鍋爐煙囪出口煙氣污染物排放質(zhì)量濃度均低于《關(guān)于做好煤電機(jī)組達(dá)到燃機(jī)排放水平環(huán)保改造示范項(xiàng)目評(píng)估監(jiān)測(cè)工作的通知》(環(huán)辦〔2015〕60號(hào))和DB 41/1424—2017《河南省燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》限值要求。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3和表4。

表2 除塵器技術(shù)性能綜合比較(2臺(tái)機(jī)組)

注：工程使用年限按20 a計(jì)，工程建設(shè)年限按2 a計(jì)。

表3 #1機(jī)組煙塵排放質(zhì)量濃度(2017-12-12—16)

表4 #2機(jī)組煙塵排放質(zhì)量濃度(2018-03-18—22)

7 結(jié)論

(1)該工程660 MW燃煤機(jī)組采用純袋式除塵器，達(dá)到了國(guó)家超低排放環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。

(2)采用純袋式除塵器，不需要加裝濕式電除塵器，就能達(dá)到環(huán)保要求，既簡(jiǎn)化了系統(tǒng)、節(jié)約了占地和投資，又節(jié)省了運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

(3)為新建600 MW以上大型機(jī)組實(shí)現(xiàn)超低排放和老機(jī)組的超低排放改造提供了工程實(shí)例。