余热利用高效节能电除尘技术及工程应用

钟志良

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

余热利用高效节能电除尘技术及工程应用

钟志良

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

论述了余热利用高效节能电除尘技术的定义、工作原理，介绍了燃煤电站采用烟气余热利用高效节能电除尘技术的几种典型布置方式。重点介绍了该技术在宁德电厂600MW燃煤锅炉上的工程应用情况，通过烟气余热利用高效节能电除尘技术达到了“提效”和“节能”的双重目的。

电除尘器;燃煤锅炉;余热利用;节能;高效

1 余热利用高效节能电除尘技术的工作原理

烟气余热利用高效节能电除尘技术，是将烟气余热利用技术与电除尘技术及其自动控制技术有机融合后形成的一种集电除尘减排、节煤、节水和节电于一体的实用型技术，是当前电除尘技术应用领域的一项重大创新技术，符合国家提倡的节能减排政策要求，具有显著的推广应用价值。

该技术的工作原理为：在电除尘器进口端前区设置一套烟气换热系统，通过该系统，采用热媒体（如汽机冷凝水等）与热烟气发生热交换，将进入电除尘器的烟气温度由通常的低温状态（120℃～160℃）降到低低温状态（90℃～110℃），使得烟尘比电阻及体积流量均得到有效降低，同时热媒体（如汽机冷凝水等）又可得到额外的热量，从而达到既可提高电除尘器对工况变化的适应性、提高电除尘效率、满足低排放要求，同时又可实现余热利用、节省燃料消耗的双重目的。

对于配套湿法脱硫的发电机组，尤其是未配套GGH项目，应用烟气余热利用高效节能电除尘技术，还有利于稳定和提高脱硫效率，节省脱硫用水量，减少脱硫用水的蒸发和烟囱水汽的排放。特别是，当电除尘器的入口烟温降至低低温状态时，由于SO3的冷凝，产生粉尘对SO3的物理吸附和化学吸附，被电除尘器捕捉并随飞灰排出，不仅保证了更高的除尘效率，同时使下游烟气露点温度大幅度提高，从而可大大减轻电除尘器后续设备的低温腐蚀。

2 烟气余热回收装置的总体布置设计

对于国内的燃煤机组而言，为实现达到“电除尘提效”和“节约煤耗”的双重目的，烟气余热回收装置主要有以下设计布置方式：

方式一：烟气余热回收装置布置在锅炉空预器后至除尘器前的烟道内（前置式）（如图1）。这种设计布置方式可实现：

（1）回收烟气余热，提高机组经济性；

（2）对于电除尘器，烟气经余热回收装置降温后，飞灰比电阻升高，烟气体积减小，可大大提高除尘器的收尘性，实现更高的除尘效率，降低排放烟气中的含尘量；

（3）烟温降低，烟气体积减小，引风机风机容量相应减小，可降低风机能耗；

（4）对于湿法脱硫系统，由于脱硫装置入口烟温降低，蒸发水分减少，可节约脱硫用水和提高脱硫效率；

（5）由于烟温降低，SO3冷凝，被电除尘器大量捕捉，可大大减轻电除尘器后续设备的低温腐蚀。

另外，由于烟气余热回收装置在含尘浓度较高的环境下工作，对换热管道的磨损较大，在结构设计上应充分考虑防磨损措施以及流量分布的均匀性，避免局部流速过高。

图1 前置式布置

方式二：烟气余热回收装置按两级布置，第一级布置在锅炉空预器后至除尘器前的烟道内，第二级布置在除尘器后脱硫塔前的烟道内（二级串联布置）（如图2）。

图2 二级串联方式布置

这种设计布置方式相较于方式一，除了具有方式一提到的优点外，由于在除尘器后再次进行了深度的降温，还可实现：

（1）烟气余热的深度回收，机组经济性得到进一步提高；

（2）对于湿法脱硫系统，由于脱硫装置入口烟温降低到70℃～80℃，可进一步节约脱硫用水量并提高脱硫效率；

（3）经过除尘器收尘，烟气余热回收装置工作环境含尘少，对第二级换热管束的磨损较小，运行风险大为降低。

方式三：烟气余热回收装置按“换热器+再热器”方式布置。换热器布置在锅炉空预器后至除尘器前的烟道内，利用空预器出口高温烟气经换热器换热后加热热媒介质；再热器布置在脱硫塔后烟囱前的烟道内，通过热媒介质利用空预器出口高温烟气的热量去加热脱硫吸收塔出口低温烟气，并形成一个闭式循环（循环布置）（如图3）。

图3 “换热器+再热器”循环方式布置

这种设计布置方式可实现：

（1）对于电除尘器，烟气经余热回收装置降温后，飞灰比电阻升高，烟气体积减小，可大大提高除尘器的收尘性，实现更高的除尘效率，降低排放烟气中的含尘量；

（2）由于烟温降低，SO3冷凝，被电除尘器大量捕捉，可大大减轻电除尘器后续设备的低温腐蚀；

（3）烟温降低，烟气体积减小，引风机风机容量相应减小，可降低风机能耗；

（4）对于湿法脱硫系统，由于脱硫装置入口烟温降低，蒸发水分少，可节约脱硫用水并提高脱硫效率；

（5）再热器布置在烟囱入口，通过热媒介质利用空预器出口高温烟气的热量去加热脱硫吸收塔出口低温烟气，升到80℃左右，有效解决了湿烟囱等问题，也解决了烟囱在无GGH下冒白色长龙（水雾）导致的环保视觉污染等问题。同时，由于脱硫过程中水蒸发量的减少，还大大减轻了石膏雨的排放问题。

3 工程应用

福建大唐宁德电厂3#、4#两台600MW燃煤发电机组，配套静电除尘器，由于现燃用煤种与设计煤种偏差较大，排烟温度比原设计值提高较多，夏季最高时可达到160℃，造成机组烟囱粉尘排放浓度不符合国家的最新排放标准（GB 13223-2011）。针对该项目的特点及实际场地等情况，按照节能减排及确保30mg/Nm3粉尘排放控制要求，经综合论证，决定采用烟气余热利用技术对原电除尘器进行提效改造，以实现“提效”与“节能”的双重目的。

3.1 总体改造方案

3.1.1 加装烟气余热利用节能装置

在除尘器的进口喇叭处和前置的垂直烟道处分别设置烟气余热利用节能装置（采用上述三种设计布置方式中的第一种，如图4），两段换热装置串联连接，采用汽机凝结水与热烟气通过烟气余热利用节能装置进行热交换（如图5），将进入电除尘器的烟气温度由原来的150℃下降到95℃左右。由于烟温降低使得烟尘比电阻降低至电除尘器适宜的工作范围；同时，烟气的体积流量也得以降低，相应地降低了电场烟气通道内的烟气流速，这些因素均可提高电除尘效率，降低电除尘出口粉尘排放浓度。

图4 烟气余热利用节能装置布置方式

图5 烟气余热利用节能装置换热工艺回路布置

烟气余热利用节能装置换热系统说明：烟气余热利用节能装置换热系统与汽机6#低加并联布置，其进水口分别取自7#、8#低加进、出口，配置调节阀调节烟气余热利用节能装置的进水温度，通过改变升压泵频率来调节烟气余热利用节能装置进水流量；通过烟气余热利用节能装置加热后的凝结水在汽机5#低加出、入口与主凝结水汇合。

3.1.2 配置烟温调节与电除尘自适应控制系统

在原电除尘器IPC集成控制系统基础上，开发配置一套烟温调节与电除尘自适应控制系统。该控制系统可将锅炉负荷、烟温、电除尘电场运行参数、伏安特性曲线族、反电晕指数、烟尘浊度等数据引入，根据预先设定的控制模式，跟踪并寻找电除尘最佳运行参数工作点和实时监控除尘器粉尘出口排放，通过动态调节换热总量，改变进入电除器的烟气温度，使除尘器工作在最佳状态。

3.1.3 检修及机电一体化升级改造

对原电除尘机电设备进行全面的检修与升级，包括通过CFD分析计算更换原气流均布装置、电场阴阳极修复与调校、电除尘高低压电控设备升级改造等等，以全面提升节能减排效果。

3.2 改造后各项性能测试结果

（1）除尘器性能测试。在增设换热装置后，粉尘排放值下降幅度明显，从改造前的60mg/Nm3下降到约20mg/Nm3，除尘效率得到提高。

（2）SO3脱除测试。在增设换热装置后，SO3脱除率达到73.78%，电除尘器出口烟气中SO3含量下降幅度明显。

（3）热力系统试验。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。

（4）脱硫系统耗水量测试。在增设换热装置后，排烟温度每下降10℃，脱硫塔出口温度下降0.58℃，脱硫塔平均节水8.5t/h。该项目烟温降低55℃，节水量为46t/h左右，节水效益明显。

4 结语

通过宁德电厂600MW机组工程应用案例可知，对现有的燃煤火电厂发电机组采用烟气余热利用高效节能电除尘改造技术，在“提效”和“节能”方面均能取得了非常明显的减排效果和经济效益。目前该项技术已在潮州三百门电厂、江西新昌电厂、宁夏水洞沟电厂、内蒙古通辽电厂等多个大型机组的除尘改造项目上采用和应用。可以预见，这种集烟尘减排、节煤以及节水一举多得的节能提效的实用新技术，将具有显著的推广和应用价值。

[1] 刘后启，林宏.电除尘器[M].北京：中国建筑工业出版社，1987.

[2] 林万超.火电厂热系统节能理论[M].西安：西安交通大学出版社，1994，11.

[3] 岑可法.锅炉和热交换器的积灰、结渣、磨损和腐蚀的防止原理与计算[M].北京：科学出版社，1994，6.

[4] 福建省中试所，等.宁德电厂4#炉电除尘性能试验报告[R].2012，10～2013，4.

Electric Precipitation Technology and Engineering Application of Surplus Heat Utilization and Energy Saving with High Efficiency

ZHONG Zhi-liang
(Fujian Longking Environmental Protection Co., Ltd, Longyan Fujian 364000, China)

The paper explicates the definition and working principle of electric precipitation technology of surplus heat utilization and energy saving with high efficiency, presents the coal-fired power station which adopts the several typical collocation modes in using electric precipitation technology of flue gas surplus heat and energy saving with high efficiency. The paper introduces the engineering application of the technology used in 600MW coal-fired boiler of Ningde Power Plant. By adopting the electric precipitation technology of flue gas surplus heat utilization and energy saving with high efficiency, the double aims of the “efficiency-raising” and the “energy saving” are gained.

electric precipitator; coal-fired boiler; surplus heat utilization; energy saving; high efficiency

X701

A

1006-5377（2014）01-0007-04