印度Anuppur2x600MW火力發電廠除塵器的選擇分析
引言
目前，我國電力需求逐漸趨于飽和，電力建設市場逐步縮小，越來越多的電力工程公司及設計單位將目光投向了海外市場。印度是世界上第三大煤炭生產國，半數以上的能源需求由煤炭來滿足。隨著印度經濟的快速發展，電力危機也日益嚴重，電力需求缺口增大，其電力建設的市場也逐步擴大。近幾年我國已將電力建設的經驗逐步輸出到印度，開拓國際市場。本文針對印度MB項目中除塵器的選擇，通過技術經濟的比較，提出了合理的除塵器型式，降低投資風險，為從事印度電力市場開發的設計人員提供參考。
1工程概況
由印度MBPIL公司投資建設的Anuppur電廠位于MadhyaPradesh市，機組一期規劃容量為1200MW，擬新建2臺600MW燃煤發電機組。鍋爐選用亞臨界、一次中間再熱、強制循環、懸吊結構、平衡通風、全鋼結構、露天布置的汽包鍋爐，鍋爐最大連續蒸發量為2060t/h。鍋爐以印度當地產煤為主要燃料，點火及穩燃采用輕柴油及重油。制粉系統采用中速磨正壓直吹式制粉系統，除塵器的排放要求為出口最大含塵濃度小于等于50mg/Nm3。
2基礎數據
2.1燃煤特性
電廠燃煤為印度當地典型高灰分低熱值煙煤，與國內準格爾煤相似。
2.1飛灰特性
飛灰的組成對除塵器的選擇有著重要的影響。
從飛灰中各種物質的含量可以得出其特點：
1）燃煤中硫含量較低，燃燒后生成的SO3量較少，微量的SO3吸附在飛灰的比電阻作用效果小，即S的調制作用很小；
2）飛灰的比電阻較高，一般處于大于1013Ω-cm的高比電阻區內，極易發生嚴重的反電暈現象，除塵效率大幅降低；
3）飛灰中堿性氧化物Na2O和K2O含量偏低，金屬離子漂移過程中無法增加飛灰的體積導電性，因此煙氣粉塵中離子的導電性較差；
4）SiO2含量偏高，不僅提高了飛灰的比電阻，而且灰的硬度很大，會加劇對電場內部振打等機構的磨損；
5）灰分中對電除塵不利的Al2O3所占的比例較大，導致飄塵多，且粉塵粘性強，加大收塵和清灰的難度。
2.3設計數據
根據煤質資料和鍋爐參數，經熱力計算得到除塵器的設計數據。
3.除塵器方案的比較
3.1常規靜電除塵器
從煤質分析中看出，煤質比較差，灰分高，硫分低，飛灰成分中SiO2、A12O3的含量已超過了90%，使粉塵的荷電性能大大減低，飛灰的比電阻很大，極易產生反電暈現象，所有這些將對電除塵很不利，根據計算和工程經驗，飛灰的有效驅進速度在3-3.5cm/s之間。所以本項目的電除塵器的方案選雙室十電場，斷面面積為504m2，每臺鍋爐配置2臺靜電除塵器。采用雙室十電場電除塵器，由于除塵器效率不穩定，受所燃煤質和系統工況影響較大，即使這樣也不能確保排放小于等于50mg/Nm3。本項目中業主要求采用常規靜電除塵器。
常規靜電除塵器的技術特點：
1）考慮本項目的煙氣含塵濃度高，煤質差，硫分低，飛灰難收集，排放要求高的特點，采用雙室十電場電除塵器；
2）本方案陽極板采用大"C480"，采用"400"寬間距，陰極線全部采用放電氣性能和機械性能最佳的芒刺線；
3）陽極改為側部搖臂錘機械振打，陰極采用采用頂部電磁振打；
4）電除塵的核心部件如陽極板、電暈線、振打器及電源均采用國內知名專業廠家的名牌產品；
5）長期運行不能確保小于等于50mg/Nm3的排放要求；
6）維護費用較低。
3.2靜電除塵器＋調制
煙氣調制是向煙氣流中噴入微小劑量的調制劑，減小飛灰的比電阻，使其能被電除塵器補集，解決電除塵器由于粉塵比電阻高而引起的效率下降問題。
目前應用最廣泛的SO3調制劑，系統通過在粉塵顆粒的表面施加稀釋的酸溶液（SO3＋H2O＝H2SO4）來降低粉塵的比電阻。一般煙氣調制系統可降低煙氣粉塵的比電阻10倍以上，從而提高電除塵器在捕集高比電阻粉塵時的效率。
煙氣調制系統主要包括：硫磺儲罐、硫磺輸送設備、系統集成箱和噴射裝置。煙氣調制系統安裝在電除塵器前，在煙氣進入電除塵器前，將SO3和空氣的混合物通過噴槍噴射到煙氣流中。SO3的劑量根據鍋爐負荷、煙氣溫度、電除塵器功率水平、出口煙氣排放等工況自動調整，劑量嚴格控制。
采用電除塵器＋調制的方式，調制設備和年運行費用都比較高，并且針對本工程灰分特性，調制效果有待檢驗，存在風險，所以不建議采用。
3.3布袋除塵器
布袋除塵器的效率高于靜電除塵器。濾袋性能是決定除塵效率的主要因素，其費用占布袋除塵器總費用的1/3左右，濾袋的壽命又直接影響到電除塵器的綜合運行費用。由于本工程中，除塵器的入口的含塵濃度大，水分高，造成濾袋的負荷大，清灰難，清灰的周期要大大縮短，濾袋的使用壽命要從通常的26000小時縮短為16000小時，縮短近40％，大大提供了運行的費用。并且，用于凈化有腐蝕性氣體時，應選用適宜耐腐蝕的濾料，用于處理高溫煙氣應采取降溫措施，將煙溫降到濾袋長期運行所能承受的溫度以下，并盡可能采用耐高溫的濾料。
布袋除塵器的阻力較大，一般壓力損失為1500～2400Pa，導致除塵器后的引風機功率大為增加，廠用電大大增加。
鑒于以上原因，不建議采用單一布袋除塵器，并且印度業主一般都拒絕采用單一布袋除塵器。
3.4電袋除塵器
電袋除塵器是靜電除塵器和布袋除塵器相結合的除塵方式，充分利用了兩者各自的優點以及兩者相結合產生的新功能，同時克服了單一電除塵器和布袋除塵器的缺點，并且在國內300MW以上的大型機組中已有成功運行的經驗，證明了電袋除塵是一種科學、可靠的技術。
電袋除塵器可分為串聯式與嵌入式兩種模式，串聯式是將電、布除塵器布置在不同殼體里，用煙道把它們連接起來；嵌入式是電、布除塵器布置在同一個殼體中。它們具有各自的特點：
1）串聯式電袋除塵器采用頂棚結構，可以全天候進行維修，而嵌入式采用高凈氣室，必須在除塵器內部進行換袋維修；
2）串聯式電袋除塵器流通阻力較大，而嵌入式流通阻力較小；
3）串聯式電袋除塵器占地面積較大，設備重量增加，而嵌入式占地面積較小。
4）串聯式電袋除塵器的旁路煙道在除塵器內部，外觀簡潔美觀，而嵌入式旁通煙道較復雜。
5）當點爐、出現高溫或爆管時，串聯式電袋除塵器可正常工作，煙囪的排放濃度低，對風機的磨損小，而嵌入式不能正常投入工作，煙囪排放濃度高，對風機磨損大。
為了提高運行的可靠性，本工程采用串聯式電袋除塵器作為比較方案：前面設置一電場電除塵作為預除塵，后面利用布袋除塵效率高的優點設置布袋除塵控制最終排放。每臺爐配2臺電袋除塵器，平進平出式、4通道（室），確保達到排放達標。
電袋除塵器的技術特點：
1）本方案前區電除塵采用"400"寬間距，陽極采用側部振打，陰極采用頂部電磁振打，袋區采用低壓脈沖行噴吹袋式除塵技術，在整個結構上形成煙氣平進平出的技術特色，與電除塵器的進氣方式基本一致，從結構上決定了該技術袋式除塵器的阻力低。
2）電區的斷面面積為504m2，電場風速為0.89m/s，作為預除塵減輕后面布袋的負荷，初步估算其除塵效率在70%左右，這樣可減少脈沖閥的噴吹頻次，減少對濾袋的沖刷，相對延長濾袋和脈沖閥的使用壽命。
3）除塵器出口含塵濃度可保證達標≤50mg/Nm3，基本不受鍋爐所燃煤質以及系統工況變化的影響。
4）布袋除塵部分采用高凈氣室結構，這樣檢修維護方便，不受惡劣天氣的影響，同時可降低除塵器本體的漏風率。
5）電除塵的核心部件如陽極板、電暈線、針打器及電源均采用國內知名專業廠家的名牌產品，布袋除塵器的關鍵部件如濾袋和脈沖閥等全部采用進口產品，確保質量，使用可靠。
6）除塵器設置了噴水降溫系統和預噴涂系統，為布袋除塵器的可靠運行和維護提供了必要條件。除塵器每個通道的進出口分設擋板閥，可實現關閉1/4通道不停機檢修。
7）操作維護費用較低，使用可靠。
3.5轉動極板式電除塵器
轉動極板式電除塵器就是將傳統的電除塵器的最后一級或兩級電場的陽極板改造成可以轉動的形式，并把傳統的振打清灰方式改造成旋轉刷清灰，具有如下優點：
1）轉動極板式電除塵器能夠消除二次揚塵，避免反電暈，實現電極優化匹配，因此可以取得更高的除塵效率，更容易達到低于50mg/Nm3的排放要求；
2）轉動極板式電除塵器一個電場能發揮2個以上電場的作用，既減小了建設占地又節約了除塵功耗，再加之它消除了反電暈，因此可顯著的減小用電量，實現節能；
3）轉動極板式電除塵器耐高溫、耐高濕、抗腐蝕、免拆換、少維修、易安裝及安全可靠性好；
4）轉動極板式電除塵器檢修周期能夠滿足發電主機安全需要，能保證與發電主機同步投運，使用壽命長。
針對本項目，轉動極板式電除塵器采用4常規電場和2個轉動極板電場，2個轉動極板電場布置在除塵器的最后，確保滿足排放要求。
4技術經濟比較
基于上面的分析，本文著重對常規靜電除塵器、電袋除塵器及轉動極板式電除塵器做技術經濟比較。
通過上面幾個方面的比較，可以看出：
1）靜電除塵器占地面積及投資都比較大，并且長期運行不能確保達到排放標準，所以存在著一定的風險。
2）電袋除塵器和轉動極板式電除塵器都能滿足排放要求，且占地面積及投資都比較小。
3）轉動極板式電除塵器比電袋除塵器的維護費用稍低，但目前國內沒有大型電廠運行業績，特別是針對印度典型高灰分煤質，還有待實際運行的檢驗。
所以，從技術經濟及降低風險的角度，推薦采用電袋除塵器。
5電袋除塵器設計中的幾個重要問題
1）氣流均勻分布問題。對任何型式的除塵器，氣流均勻分布都是非常重要的，基于空氣動力學模擬試驗做到每一煙道的氣流基本均衡，以最大限度地提高除塵器的除塵效率。對于布袋除塵而言，除塵器內含塵氣流分布是否均勻，對除塵效率及濾袋壽命都有很大的影響。
2）電袋之間的連接過渡問題。由于電袋采取串聯結構，采用何種型式的過渡連接是非常重要的，最簡單的辦法是煙氣從電除塵器一出來就直接進入布袋除塵器，無需任何過渡，但是由于煙氣在電除塵器和布袋除塵器中的流向不同，在電除塵器中煙氣是呈水平流動的，而在布袋除塵器中，煙氣是從下往上流動的。而且，煙氣在電除塵器和布袋除塵器中的流速也是不一樣的。所以從流體力學的角度來考慮，二者之間必須要有一個相對光滑的過渡段。這不但可以避免煙氣在從電除塵器過渡到布袋除塵器時，由于流動不暢而造成氣流紊亂，進一步會產生氣流漩渦、氣流死角等惡劣狀況，更可以避免由于氣流紊亂而造成靜電除塵器和布袋除塵器的氣流分布性能被破壞的嚴重后果。所以在電袋之間應有一個光滑的過渡段，通過增設導流與折流方式可以保證氣流的均勻性。
3）對于電袋除塵器而言，設備的安全性主要體現在如何確保濾料的安全上，設計有旁路管道等措施以保護濾袋。在鍋爐投油、溫度異常、四管爆裂等狀態下使煙氣經旁路管道排放而不經過布袋除塵器的濾袋，從而有效的保護除塵器。同時應考慮印度當地的實際運行特點，即額定出力時的投油燃燒工況對濾袋的要求。
4）考慮布袋除塵器在印度的復雜運行及使用條件，對于電袋除塵器的阻力推薦采用1600Pa，引風機的壓力計算時應予以考慮。
參考文獻
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