布袋除塵+濕式電除塵器改造應用
2019-08-1018:16:00
本文是針對350MW燃煤機組煙塵超凈排放改造應用實踐進行的論述，介紹了原有布袋除塵器的情況以及存在的問題，并圍繞布袋除塵器開展改造方案的論證，提出了布袋除塵器加設濕式電除塵器與脫硫系統協同除塵的方案，介紹了濕式靜電除塵器原理以及應用于本工程的技術優勢。工程改造后通過性能測試滿足性能值出口粉塵不大于5mg/m3，同時SO3的脫除效率為70.5%，滿足不小于70%性能要求。布袋除塵器加設濕式電除塵器與脫硫系統協同除塵實現超凈排放，取得了顯著的環保效益，也為其他機組的改造提供了應用經驗。
引言
及地方政府連續出臺多項環保政策及環境治理措施，(發改能源[2014]506號)提出燃煤發電推廣應用達到燃氣機組排放標準的大氣污染物超低排放技術。(津發改價管[2014]272號)實行排污費階梯式差別收費。鼓勵低排放、懲罰超標排放，增強企業治污減排的積性。(發改價格[2014]536號)燃煤發電機組排放污染物應符合《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)規定的限值要求。
地方有嚴格排放標準要求的，執行地方排放標準。污染物排放濃度小時均值超過限值要求的沒收環保電價款，并處5倍以下罰款。分析上述環保政策，燃煤電廠實施主要污染物超低或近零排放已成趨勢。燃煤機組針對原有的環保設施如何合理地實施改造是集中面臨的問題，不同地區的環保標準、不同的煤種、設備的型式、工程現場條件、設備運行現狀等都可能會對方案產生影響，近年來環保改造的工程實踐也在積累了大量的經驗。
1機組原有除塵系統介紹
軍電350MW機組鍋爐除塵方式采用全布袋式除塵器，每臺機組配備兩臺布袋除塵器。外濾型式、自動清灰型，每臺鍋爐配備2臺布袋除塵器，設備進氣方式采用水平進氣、水平出氣，每臺除塵器設4個灰斗，每臺爐布袋除塵器設8個倉室。
處理煙氣量1936800m3/h，除塵器出口含塵濃度<30mg/m3，效率≥99.，設計過濾面積32386m2，過濾風速正常運行時<1.0m/min，本體阻力袋式除塵器投入運行初期≤800Pa，布袋壽命終期≤1500Pa。
布袋除塵器運行時，鍋爐尾部排煙經各氣室擋板進入布袋除塵器，煙氣中的煙塵被吸附在外濾式布袋的外表面，潔凈煙氣經各氣室出口擋板進入凈氣室，再經吸風機送入煙氣脫硫系統。
布袋清灰采用脈沖清灰方式。
布袋除塵器設計有旁路，當鍋爐點火初期投油助燃，采取布袋除塵器旁路運行方式。
2機組除塵系統存在的問題
(1)布袋除塵器阻力大，布袋除塵器投入運行后不久，就出現系統壓差較大的問題，后采取縮短噴吹時間等多種運行方式，依然無法解決問題，嚴重時夏季影響機組負荷。
針對這種情況，為降低布袋除塵器運行的壓差，根據現場允許的條件，對布袋除塵器進行了小范圍的擴容改造，在原有除塵器的兩側各增加兩個布袋除塵室，采用行噴吹方式；另外在原除塵器#1、#2、#7、#8氣室外各擴充一個氣室，增加圓筒形濾袋1160條，增加過濾面積約4080m2，降低了濾袋的過濾風速，又將原除塵器倉室入口風門的通流面積加大，改造后正常運行工況布袋除塵器運行的壓差依然比較高，在2000Pa左右。
(2)不能滿足新的環保標準的要求，對布袋除塵器的除塵效率進行了測試。
100%負荷率工況下，A側除塵器除塵效率為99.89%，出口粉塵濃度均值為35mg/m3(標態、干基、6%O2)，B側除塵器除塵效率為99.，出口粉塵濃度為23mg/m3(標態、干基、6%O2)。脫硫系統除塵效率為55.2%，煙囪入口粉塵濃度為13mg/m3(標態、干基、6%O2)。
2014年9月《煤電節能升級與改造行動計劃(2014-2020年)》，文件明確要求燃煤發電廠大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機排放限值，即超低排放，在基準氧含量6%條件下，煙塵排放濃度不高于10(5)mg/m3，即煙囪入口粉塵排放濃度控制在5mg/m3(標態、干基、6%O2)以下，因此仍需對除塵器進行改造才能達到超低排放的要求。
3改造方案的確定
原除塵器采用的是純布袋除塵器，從測試情況看目前的布袋除塵器具有較高的除塵效率，本工程應圍繞布袋除塵器開展改造方案的論證。
(1)對布袋除塵器進行改造，增加過濾面積，與脫硫系統協同除塵。現有的除塵器除塵效率已經達到了99.，對布袋除塵器本體進一步改造來提果不明顯，脫硫系統按照常規的除塵效率基本在50%，本工程通過了測試，除塵效率在55%左右，即使采用布袋增容改造+脫硫也無法達到5mg/m3的標準。
(2)布袋除塵器+增加二級除塵器與脫硫系統協同除塵，這種方案應該能夠實現達標排放，目前國內相對比較成熟的除塵技術應用情況分析，只有在脫硫塔后面布置一個濕式電除塵器方可將煙囪入口的粉塵濃度控制在5mg/m3(標態、干基、6%O2)以下。本工程確定改造方案為對原布袋除塵器進行維護、檢修、換布袋，布袋除塵器除塵效率，在脫硫系統后面加設濕式電除塵器的形式。
a.濕式靜電除塵器簡介：濕式靜電除塵器是目前國內、為的除塵器。濕式電除塵器也是電除塵器的一種，是直接將水霧噴向電和電暈區，水霧在芒刺電形成的電暈場內荷電后分裂進一步霧化，在這里，電場力、荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并，共同對粉塵粒子起捕集作用，終粉塵粒子在電場力的驅動下到達集塵而被捕集；與干式電除塵器通過振打將板上的灰振落至灰斗不同的是：濕式電除塵器則是將水噴至集塵上形成連續的水膜，采用水清灰，無振打裝置，流動水膜將捕獲的粉塵沖刷到灰斗中隨水排出。
濕式靜電除塵脫除的對象是粉塵和霧滴。能克服傳統干式電除塵技術的反電暈、二次揚塵等瓶頸，具有高的除塵效率，根據經驗以及國內相關單位的試驗結果：濕式電除塵器對酸霧、有毒重金屬以及PM10，尤其是PM2.5的細微粉塵有良好的脫除效果，所以，可以使用濕式電除塵器來控制電廠的SO3酸霧、PM2.5，并且還具有聯合脫除多污染物，如“汞”的效果。
b.濕式靜電除塵系統的性能指標：在鍋爐為BMCR工況，燃煤為設計煤種，入口含塵濃度(石膏+粉塵)20mg/m3，入口霧滴濃度35mg/m3條件下：
濕式電除塵器出口煙塵(塵+石膏)排放濃度：≤5mg/m3；
出口液滴排放濃度：<5mg/m3；
液滴脫除效率不低于75%；
除塵效率：≥75%；
PM2.5脫除效率：≥70%；
SO3脫除效率：≥70%；
濕式電除塵器本體(不包括煙道)阻力：<300Pa；
漏風率：≤1%；使用壽命30年。
c.濕式除塵器的布置方式：濕式除塵器有垂直獨立布置、水平煙氣流獨立布置、垂直煙氣流與脫硫塔整體式布置等布置方式。本機組同期進行脫硫增容改造，脫硫改造方案確定新增二級吸收塔，由于新建塔作為二級吸收塔，濕式除塵器采用塔頂式布置，直接布置在新建二級吸收塔上部，從改造工程量、施工工期、投資運行成本等方面都是佳的。
4改造后的監測與試驗：
工程改造完成后從運行實時監測數據看，達到了預期的效果，為了進一步驗證工程的實際效果，分別委托有關單位進行了性能考核試驗和環境監測試驗，具體試驗情況如下：
1.性能檢測試驗結果：
經過連續3天的性能測試，濕式電除塵器在100%運行工況下，入口煙塵濃度平均為21.4mg/m3，出口煙塵濃度為2.0mg/m3，實測除塵效率為90.78%，滿足性能值出口粉塵不大于5mg/m3，除塵效率不小于75%的性能要求；
除塵器本體阻力平均為175Pa，滿足性能值不大于300Pa的要求；
濕式除塵器入口SO3濃度為24.7mg/m3，出口SO3濃度為7.29mg/m3，SO3脫除效率為70.5%，滿足不小于70%性能要求；
只有霧滴脫除效率56%，未能達到不低于75%的性能要求。
2.環境監測試驗結果：中國環境監測總站針對本項目進行了連續5天的現場監測，煤質選取的近兩年環保指標差煤質、設計煤質、近期常用煤質三種分別進行了測試，測試結果顯示濕式除塵器后凈煙氣煙塵排放小時平均濃度均低于1mg/m3，對于布袋除塵器后，煙氣脫硫前的煙塵濃度進行了兩組測試，結果分別是12.3mg/m3，10.5mg/m3，測試結果表明，該機組煙氣經布袋除塵器后煙塵濃度較低，再經過脫硫和濕式電除塵后，監測期間煙塵濃度達到了相當低的排放水平。
5小結
本工程對于350MW燃煤機組實施了對原布袋除塵器進行維護、檢修、換布袋，布袋除塵器除塵效率，在脫硫系統后面加設濕式電除塵器的改造后，使煙囪入口粉塵排放濃度達到了5mg/m3以下，同時控制了SO3酸霧的排放，濕除布置在二級塔頂部，結構緊湊，占地面積小，且廢水返回脫硫漿液池，無需設獨立的堿水系統和廢水回收處理系統，工藝系統簡單，節省投資和運行成本。工程改造后煙塵排放濃度小于5mg/m3，SO3的脫除效率為70.5%，布袋除塵器加設濕式電除塵器與脫硫系統協同除塵實現超凈排放，取得了顯著的環保效益，也為其他機組的改造提供了應用經驗。
圖1冷卻水低品位余熱綜合利用系統原理圖
冷卻水低品位余熱綜合利用運行方案:
(1)擠出機螺筒冷卻水余熱綜合利用
①冬季，70℃擠出機螺筒冷卻水余熱優先制備生活熱水，多余熱水進入采暖熱水換熱器，與空調水系統熱交換(空調水系統供回水設計溫度50/40℃)后的冷卻水溫度為45℃，再進入冷卻塔，將富裕熱量散發至大氣中，水溫降至40℃，滿足設備工藝運行要求;
②夏季、過渡季，70℃擠出機螺筒冷卻水進入生活熱水交換器，將自來水加熱至60℃生活熱水，滿足企業員工生活熱水需求，富裕余熱經冷卻塔散發至大氣中，水溫應滿足設備工藝運行要求;
(2)擠出機齒輪箱冷卻水余熱綜合利用
①冬季，70℃擠出機齒輪箱冷卻水進入采暖熱水換熱器，與空調水系統熱交換(空調水系統供回水設計溫度50/40℃)后的冷卻水溫度為45℃，再進入冷卻塔，將富裕熱量散發至大氣中，水溫降至40℃，滿足設備工藝運行要求;
②夏季、過渡季，擠出機齒輪箱冷卻水直接經冷卻塔將余熱散發至大氣中，水溫降至40℃，滿足設備工藝運行要求;
(3)料條水槽冷卻水余熱綜合利用
①冬季，料條水槽冷卻水與空調水系統熱交換(空調水系統供回水設計溫度50/40℃)后的冷卻水溫度為45℃，再進入冷卻塔，將富裕熱量散發至大氣中，水溫降至35℃，滿足設備工藝運行要求;
②過渡季，料條水槽冷卻水經埋地管換熱器，加熱埋地管水系統，將余熱散發到土壤中，地源熱泵系統的熱不平衡，富裕余熱經冷卻塔散發至大氣中，水溫降至35℃，滿足設備工藝運行要求。
冬季，企業工業設備停止運行(無工業余熱)時段，由地源熱泵系統滿足企業供暖需求。
冷卻水工業余熱綜合利用節能量
企業年用生活熱水量15000噸。項目所在地室外年平均溫度15℃，由于自來水溫度接近室外溫度，自來水年平均溫度取值15℃。加熱生活熱水使用的年用工業余熱量=水比熱x水溫差x年用水量x水密度。結合上文中的數據，企業利用工業余熱加熱生活熱水的年余熱回收量2821.50GJ。
企業所在地采暖季為121天，供熱回收的工業余熱量=Σ(水比熱x冷卻水溫差x小時冷卻水流量x每天運行小時數x采暖季運行天數x水密度x需要系數x平均負荷系勤一加熱生活熱水使用的年用工業余熱量x121/365。
結合上文中的數據，企業利用工業余熱采暖的年余熱回收量73414.31GJ。散發到土壤中的余熱無法量化，只能根據上一年度的地源熱泵系統運行情況以及實時土壤溫度，自動控制散發到土壤中的余熱。地源熱泵系統的熱不平衡，降低冬季地源熱泵運行能耗。但是又不能補熱過多，導致夏季制冷能耗增加。
企業采用的冷卻塔為閉式，余熱利用改造后，進入冷卻塔的冷卻水溫度較改造前大幅度降低，利用冷卻塔自身的換熱器可以直接將冷卻水溫度降至工藝需求溫度，而不用開啟風扇和噴淋泵，顯著降低冷卻塔耗電量。但是，冷卻塔的散熱效果與室外空氣的溫度、濕度、日照、風速密切相關，無法量化此部分節電量。綜上，冷卻水工業余熱綜合利用后，可量化工業余熱回收量76235.81GJ，占企業工業余熱總量的29.54%。此外，還可以降低企業地源熱泵系統、冷卻塔的年用電量。
6結語
本文分析了我國工業余熱利用現狀，分析了工業余熱可回收潛力，特別是低溫工業余熱的回收潛力。結合某企業采用的溫度低于70℃的冷卻水低溫余熱回收、利用技術案例，分析了低溫余熱利用的可行性及節能效果，計算了其可量化回收量。案例結果表明，結合具體工程情況，采取合理的方案，可以回收低溫余熱，并降低電力等其它能源的消費，使企業的整體能耗降低，減少企業邊界的溫室氣體排放量。
