1 000 MW机组低低温电除尘提效改造应用研究

伍日胜，张广才，杨飞龙

(广东惠州平海发电厂有限公司，广东 惠州 516363)

1 000 MW机组低低温电除尘提效改造应用研究

伍日胜，张广才，杨飞龙

(广东惠州平海发电厂有限公司，广东 惠州 516363)

某1 000 MW发电机组为了提高机组的经济性和电除尘系统的除尘能力，进行了低低温电除尘改造，将烟温从135℃降至85℃，为国内首台发电机组中将烟气温度降至85℃的改造机组，改造的经验和注意事项值得总结。改造不仅降低了机组的煤耗，还提高了电除尘效率，达到了节能、环保、安全最优化的目的。

国内首台;85℃;低低温;电除尘;改造;PM2.5

某电厂1号、2号机组为国产1 000 MW超超临界压力燃煤发电机组，锅炉采用上海锅炉厂引进ALSTOM技术制造的超超临界、一次中间再热、全钢结构、露天布置、双切圆八角喷燃、平衡通风、固态排渣螺旋管圈、Π型锅炉。设计煤种为内蒙古准格尔煤和印尼煤按1∶1配比的混煤，校核煤种为印尼煤。锅炉烟气除尘采用高效静电除尘器，型号为2BE666/3-4，燃用设计煤种或者单烧准格尔煤时，保证效率≥99.65%，燃用校核煤种时，除尘器出口烟气含尘量＜45 mg/Nm3。

随着国家环保政策的逐渐严格，目前烟尘排放不得超过20 mg/m3(该电厂位于重点控制区域)，未来肯定更严格，为了进一步降低粉尘排放浓度以满足环保要求，同时降低机组的发电煤耗，进行了低低温电除尘提效改造。本文针对该厂的技术特点，详细分析了低低温电除尘改造技术的原理、方案及效益。

1 技术原理及特点

低低温静电除尘技术是对传统静电除尘技术的革新，其实质是在干式电除尘器 (DESP)之前对烟气进行冷却处理，将DESP的运行温度由130～150℃降低到85～90℃。与传统的烟气治理技术相比，低低温静电除尘技术具有如下特点。

1.1 脱除SO3

烟气脱除SO3的核心就是布置在空预器和静电除尘器之间的烟冷器，它为SO3提供了理想的慢速冷凝场所。烟气降温到酸露点以下，由于飞灰具有的总表面积远大于换热器壳体和管表面，硫酸蒸汽将优先在飞灰颗粒表面上冷凝 (如图1所示)，并与飞灰中的碱性金属氧化物形成硫酸盐，随后与飞灰一起被电除尘设备收走，最终烟气中的硫酸蒸汽量将大为减少，SO3脱除率可达到95%以上，这就是低低温电除尘改造后SO3脱除原理［1］。

1.2 提高除尘效率

a. 烟尘灰比电阻决定了除尘效果。灰比电阻在104～1 011 Ω·cm之间，最适合电除尘器收尘，否则除尘效率将急剧下降［2］。比电阻过低，荷电烟尘达到集尘极很快释放电荷，容易从极板上返回气流;比电阻过大，荷电粒子在集尘极上缓慢释放电荷，烟尘积累容易产生反电晕现象［3］。飞灰比电阻取决于煤的含硫量、水分和飞灰碱性金属含量等因素，一般低硫煤比电阻高于高硫煤。

b. 低低温静电除尘器的优势。一方面，传统静电除尘器的操作温度在120～150℃，此时飞灰的比电阻最高，而低低温静电除尘器出口温度只有85℃左右，大幅度降低了飞灰比电阻，使静电除尘器依然能高效收尘。另一方面，飞灰表面吸收了SO3后，比电阻进一步降低，可以通过后续的干式静电除尘器脱除。另一方面，在烟尘入口浓度不变，静电除尘器总集尘面积相同条件下，出口烟尘浓度与趋近速度和体积流量呈指数关系。当烟气温度从150℃降低到85℃，烟气体积将减少16%左右，在相同条件下，意味着比集尘面积提高了16%，飞灰趋近速度可增加70%左右，ESP对细颗粒的捕集效率提高。

1.3 余热利用

排烟热损失是锅炉运行中最重要的一项热损失，占锅炉总输入热量的5% ～8%，占锅炉总热损失的70% ～80%，一般排烟温度增加12～15℃，排烟热损失将增加1%，锅炉效率降低1%，煤耗也相应增加。

一般电厂为保护尾部烟道、设备不受腐蚀，必须将烟气温度控制在酸露点以上。按照国内常规设计，烟气温度需要在酸露点以上5～10℃左右，因此空预器出口烟气温度通常设定为120～130℃。但湿法脱硫工艺中吸收塔中的烟气为绝热饱和温度(等焓过程)，一般这个绝热饱和温度为50℃左右，即从120～150℃到50℃这个区间的热量全部损失了。

采用低低温静电除尘技术改造后，在烟冷器中凝结水吸收烟气热量，烟气温度由120～130℃降到85℃，给机组带来节能效益，低低温电除尘系统示意图见图1。

图1 低低温电除尘改造前后示意图

2 低低温电除尘改造内容

低低温电除尘主要改造部分是在静电除尘设备入口增加烟冷器，回收热量加热凝结水，内容要点如下。

2.1 烟冷器构造

烟冷器采用气液管式换热器，与后部静电除尘器匹配，采用1炉2台设计。每台烟冷器内部换热管采用螺旋翅片管，分高温、中温、低温段3层，每层管束内换热管首尾通过弯管连接，整个管束通过管板连接固定。烟冷器含外壳长15.43 m，宽13.58 m，高7.65 m，将布置在钢结构支架上。在设计中已经考虑了不同工况，即便在夏季烟气温度比较高的情况下，换热面积依然能满足换热要求。

根据分析，燃用设计煤种、校核煤种和测试煤种时，灰硫比均能保证烟冷器内部处于无腐蚀的干态环境，因此换热管采用碳钢，鳍片采用耐腐蚀ND钢 (09CrCuSb)。如果考虑后期进行 MGGH(烟气余热回收-再热装置系统)改造，在烟囱入口前增设再加热器，将余热用来加热净烟气，则再加热器换热管要考虑使用不锈钢或锅炉换热器专用碳钢。

单台烟冷器烟气侧压力损失约850 Pa，为保证换热管外表面清洁干燥，在每台烟冷器内设置四层蒸汽吹灰器。

2.2 烟冷器烟气侧改造

根据现场条件，可以在尽量利用原有烟道前提下，将空预器后静电除尘器之前的3条烟道进行部分改造，具体如下:烟冷器之前，自空预器至竖向烟道将利用原烟道，增加两个弯头使烟道合并后抬升，最后进入烟冷器;烟冷器之后，烟道分成3条，每条烟道经过各自收缩口后下降转折进入后续静电除尘器，水平向烟道可利用原有烟道，只需进行部分移位。

图2 低低温电除尘改造系统图

2.3 烟冷器凝结水侧改造

低低温静电除尘器改造，将保留原有静电除尘器，在每台静电除尘器入口烟道上加装1台烟冷器，使烟气温度由设计值128℃降低到85℃。回收余热用于加热机组凝结水，余热利用系统接入方式定为3点取水，不设计再循环泵或增压泵，接入点分别为7号低加出口 (主水路)、低加疏水泵出口 (加热水)和凝泵出口 (减温水)，3路水混合后进入烟冷器系统，调节进入烟冷器的水温始终＞70℃，流量约1 500 t/h，凝结水在换热管内与烟气呈垂直逆流，温度由75℃加热到108℃，加热后凝结水返回6号低压加热器入口，从而减少5号低加和6号低加的抽汽量，降低机组的发电煤耗。烟冷器和静电除尘器的系统布置见图2。

3 效益分析

本方案在设计中考虑了静电除尘器性能测试煤质，同时所设计的烟冷器能够适应锅炉各种设计工况下的烟气参数，并能够根据实际运行情况进行适时调整。

3.1 环保效益

a. 减排烟尘

由于烟气温度从128℃降低到85℃，烟气体积流量降低了11%，在保留原有静电除尘器入口截面积和总收尘面积不变情况下，比集尘面积增加11%，同时烟尘比电阻降低，趋近速度得到加快，关键是灰比电阻降低，静电除尘器出口烟尘浓度将由33 mg/Nm3减少到20 mg/Nm3，出口烟尘浓度下降了39%，除尘效率由性能测试期间的99.68%提高至99.80%，提高了0.12%，取4种工况，比较电除尘改造前后除尘效果，详见表1。

表1 低低温电除尘改造减排烟尘计算表

工况1:2014年10月17日，1号机组负荷750 MW稳定2 h，无烟冷器;工况2:2015年1月28日，1号机组负荷750 MW稳定2 h，烟冷器投入;工况3:2014年10月20日，1号机组负荷900 MW稳定2 h，无烟冷器;工况4:2015年1月25日，1号机组负荷900 MW稳定2 h，烟冷器投入。

b. 减排 SO3和 PM2.5

本工程设计煤种取自静电除尘器性能测试煤质，SO3浓度 (以H2SO4计)约为34 mg/Nm3，由于硫酸具有非常强的吸湿性，能吸收比自身重量多1倍的水，因此脱硫之后硫酸雾滴排放将达到57 mg/Nm3，如果不采取有效的控制措施，每年将排放591 t SO3、1 449 t可冷凝的硫酸雾滴。

本方案所采用的低低温静电除尘技术，在烟冷器和静电除尘器中将SO3浓度降低到3.6 mg/Nm3以下，脱硫塔中硫酸雾滴排放将减少到6 mg/Nm3，每年可减少1 295 t可冷凝PM2.5的排放。

3.2 经济效益

a. 节水

由于低低温静电除尘技术将烟气温度降低至85℃，湿法脱硫塔蒸发水耗将大幅度降低。根据热平衡原理，烟气的放热量等于脱硫塔内被蒸发水量的吸热量，即:

蒸发水量=烟气流量×烟气焓降/(蒸发水加热至饱和焓+蒸发水汽化潜热焓)。

取4种工况进行分析，详见表2。

表2 低低温电除尘改造后节能计算表

工况5:2014年1月3日，1号机组负荷750 MW稳定2 h，无烟冷器;工况6:2015年1月16日，1号机组负荷750 MW稳定2 h，烟冷器投入;工况7:2014年1月7日，1号机组负荷900 MW稳定2 h，无烟冷器;工况8:2015年1月22日，1号机组负荷900 MW稳定2 h，烟冷器投入。

根据以上计算结果可知，在75%THA和90%THA工况下脱硫水耗将分别降低44.25 t/h和54.61 t/h，每年节水约 43.8 × 105t，按照水价3.97 元/t，年节水费 173.89 万元。

b. 节煤

第一步，改造后，厂用电率的变化主要体现在以下设备的负荷变化情况:送引风机、增压风机、凝结水泵、电除尘变、低加疏水泵、烟冷器吹灰密封风机。

仍取以上4种工况，其具体变化见表3。

表3 低低温电除尘改造后各设备电流变化统计表

将设备相应负荷下功率因数，代入功率计算公式［4］:

得到结果见表4。

表4 改造后厂用电率计算表

由此可知，烟冷器投入后厂用电率增加0.07% ～0.092%。

第二步，烟冷器投入后，影响煤耗的3个因素为低加抽汽量、烟冷器密封风加热蒸汽量和增加的厂用电率。上面经过计算得到了具体数值，现将其分别代入等效焓降计算公式和反平衡煤耗计算公式进行耗差分析，得到结果分别见表5、表6。

表5 750 MW工况节煤量计算表

表6 负荷900 MW工况节煤量计算表

从以上计算结果分析，可得出如下结论:增加烟冷器后烟气热量回收，汽机抽汽量减少，主蒸汽量减少，汽轮机效率提高;烟冷器投入后，厂用电率增加。

烟冷器改造后负荷750 MW时可降低煤耗1.46 g/kWh，负荷900 MW时可降低煤耗2 g/kWh。即年节煤约1 332 t，节煤收益1 252万元。

4 改进建议

a. 吹灰器选型

吹灰器设计时尽量不用蒸汽吹灰，而用声波吹灰器可以减少蒸汽的用量，系统布置也简单，但吹灰效果较差，不能保证长期运行的吹灰效果。目前最优的吹灰设计方案为同时安装蒸汽吹灰器+声波吹灰，平时用声波吹灰器连续吹灰，当烟冷器差压增大时，可以采用蒸汽吹灰器吹灰，从而减少蒸汽耗量和换热管的吹损量。

b. 吹灰密封风系统

如采用蒸汽吹灰器，需单独设计安装蒸汽吹灰器的密封风及加热系统，保证进入吹灰器枪管的密封风温度＞70℃，防止低温空气进入吹灰器枪管后引起枪管腐蚀。该厂最初设计采用辅助蒸汽加热吹灰器密封风，蒸汽耗量0.45 t/h，但加热温度偏低，无法满足密封风温度＞70℃的要求。后期进行改造，采用热二次风作为密封风源，解决了密封风温度偏低的问题，还减少了蒸汽消耗。

c. 电除尘厂用电

低低温电除尘改造后，原静电除尘器厂用电增加约0.08%，运行中根据电除尘效率，在确保环保指标合格的前提下，通过优化电场整流变运行电流极限设定值，降低了二次电流、电压［5］，可进一步降低电除尘厂用电率0.03%左右。

5 运行操作注意事项

a. 烟冷器凝结水减温水调节阀自动值设定为83℃，尽量减少减温水投入，提高经济性。

b. 烟冷器系统刚投运时，为防止出口烟温降低过调，待系统投入30 min稳定后，1A/1B烟冷器凝结水进口调节阀再投自动。

c. 吹灰规定:①当烟冷器烟气差压大于750 Pa时，烟冷器系统执行全面吹灰顺控;②当烟冷器烟气差压小于750 Pa时，烟冷器系统执行单双数吹灰方式;③烟冷器吹灰蒸汽压力设定为1.6 MPa。

d. 烟冷器系统允许投入条件:①1A或1B烟冷器入口烟气温度大于95℃;②7号低加至烟冷器凝结水进口温度大于70℃。

e. 烟冷器系统保护退出条件:①锅炉MFT保护动作;②机组RB保护动作;③烟冷器出口烟气温度小于80℃;④烟冷器凝结水进口温度小于69℃。

6 结束语

本文探讨了1 000 MW超超临界机组低低温静电除尘技术改造工艺，分析了低低温静电除尘技术改造的经济效益和环保效益，是一项既有环保效益又能为企业带来经济效益的项目，并针对具体问题给出了进一步的改进建议和运行注意事项。

［1］ 廖增安.燃煤电厂余热利用低低温电除尘技术研究与开发［J］.环境保护与循环经济，2013，17(10):39-44.

［2］ 祁君田，党小庆，张滨渭.现代烟气除尘技术［M］.北京:化学工业出版社，2008.

［3］ 桂大林.电除尘技术中几个问题的探讨 ［J］.东北电力技术，2005，26(7):41-43.

［4］ 吴铁山.300 MW机组锅炉电除尘器的改造［J］.东北电力技术，2001，22(3):5-8.

［5］ 许振东，齐 冰，吴 炬.华能大连电厂1号机组静电除尘器改造 ［J］.东北电力技术，2006，27(6):1-4.

Application Research on Increasing Efficiency by Transformation of Low-low Temperature ESP in 1 000 MW Unit

WU Ri-sheng，ZHANG Guang-cai，YANG Fei-long
(Guangdong Huizhou Pinghai Power Station Co.，Ltd.，Huizhou，Guangdong 516363，China)

In order to improve economy and dust removal ability of electrostatic precipitation in given 1000 MW unit，the transformation of low-low temperature ESP is done，gas temperature of boiler reduces from 135℃ to 85℃，this is the first generator unit of gas temperature which reduces to 85℃ in China，the experience and the matters needing attention deserve summary.The transformation of low-low temperature ESP not only reduces coal consumption of the unit，but also improves efficiency of electric precipitator.It achieves the aim of optimization in energy saving，environmental protection and safety.

The first unit in China;85 ℃;Low-low temperature;Electrostatic precipitator;Transformation;PM2.5

X773

A

1004-7913(2015)08-0032-05

伍日胜 (1970—)，男，学士，工程师，主要从事发电厂集控技术管理工作。

2015-06-05)