高海拔地区火电机组除尘器选型研究

温以千，于洪涛，李洪超

(山东电力工程咨询院有限公司，山东济南250013)

高海拔地区火电机组除尘器选型研究

温以千，于洪涛，李洪超

(山东电力工程咨询院有限公司，山东济南250013)

除尘器是火力发电厂的重要设备之一，合理选择除尘器对电厂的环保达标有着重要的作用。华能西宁电厂海拔高度2360m，对高海拔地区火电机组除尘器选型进行了探索性研究，针对高海拔地区的特性及其对除尘器的特殊要求进行了简要分析，通过对旋转电极式电除尘器和电袋复合除尘器进行了技术和经济比较，对火电厂的除尘器选型给出了建议。

高海拔地区;旋转电极式除尘器;电袋复合除尘器;选型

1 工程概况和依据

1.1 工程概况

华能西宁热电厂“上大压小”新建工程位于青海省西宁市境内，厂址位于西宁市湟中县西堡乡堡子村南侧，海拔高度约2360m。一期工程建设2台350MW超临界、一次中间再热、间接空冷抽汽凝气式机组，同步建设烟气脱硫、脱硝装置，锅炉采用低氮燃烧技术。每台炉配1台四分仓回转式空气预热器。三大风机采用单列配置，每台炉配1台100%容量的除尘器。除尘器出口粉尘浓度≤20mg/m3。

1.2 燃料特性

华能西宁热电厂煤质分析结果如表1所示。

表1 煤质分析结果

2 高海拔地区的特性及其特殊要求

(1)随着海拔高度的升高，大气压力降低，空气密度及空气含氧量逐渐减小，相同质量的空气体积在高海拔地区要增大很多。西宁电厂海拔2360m，气压为77.19kPa，当地空气密度约为0.978kg/m3，除尘器入口烟气量为695.13m3/s，入口烟尘浓度为25662mg/m3，入口烟温为137℃。烟气体积相当于平原地区350MW机组的1.31倍。

因此在除尘器选型时需特别关注烟气量大所造成的影响，如选用电除尘器则其比集尘面积需较平原地区更大;如选用电袋复合除尘器，则滤袋数量较平原地区也相应增加［1］。高海拔地区的除尘器为保证除尘效率，应增加比集尘面积，烟气流量按照低气压修正后，当时除尘器出口烟尘浓度限值为30mg/m3时，比集尘面积不小于110m2/(m3/s)，当电除尘器出口烟尘浓度限值为20mg/m3时，比集尘面积不小于130m2/(m3/s)［2］。

西宁电厂除尘器采用单列配置，每台炉配1台100%容量的除尘器，相当于单台1000MW等级机组的除尘器。

(2)高海拔地区由于空气稀薄，气压低，使得空气间隙的放电电压下降，导致除尘电场的起晕电压和击穿电压都随着降低，极易产生强烈的火花放电［3］。强烈的火花发电对极板、极线具有一定的清灰作用，可使被捕集的粉尘重返气流，引起二次飞扬［4］。高海拔地区的电除尘器应通过合理配置极距和阴极线的形式、齿形、齿距等，达到减小电晕电流，削弱火花发电的强度，提高电场场强的目的。

(3)合理配置除尘器高压电源的控制，实现较高的工作电压及合理的火花率，从而提高除尘器效率。同时为节能环保，高压电源可优先选用高频电源。海拔高度高于1000m时，按GB/3859.2的规定做相应修正［5］。在海拔超过1000m的地点运行，应降额使用设备容量。

(4)电气设备的外绝缘应按不同海拔高度予以补偿，增加绝缘，确保安全运行。高频电源变压器为油浸式，外部绝缘按海拔1000m以上时，以每上升100m为一级，每级加大空气间隙1%进行设计，加大沿面泄露距离与对地放电距离，加大套管间与套管对地部件的空气间隙尺寸，以克服空气稀薄、气压低对变压器外绝缘的稳定性所造成的影响。同时考虑海拔高度对变压器散热的影响。海拔高于1000m时，空气冷却(自然对流或强迫)效率降低，温升增加［6］，对变压器散热有一定的影响。

(5)火电厂电除尘器及其附属设备的运行、维护和管理应满足《燃煤电厂电除尘器运行维护导则》(DL/T 461－2004)的要求。高海拔地区的电除尘器进行冷态空载升压试验时，需进行大气压力修正。修正方法:当海拔高于1000m时，海拔高度高升高100m时，输出二次电压值允许降低1%［7］。

3 除尘器方案

3.1 旋转电极式电除尘器

方案一为每台炉配1台3室5电场静电除尘器，第五(末)电场采用旋转电极，全部电场采用高频电源。旋转电极式电除尘器收尘机理与常规电除尘器相同，由前级固定电极电场(常规电场)和后级旋转电极电场组成。旋转电极电场中阳极部分采用回转的阳极板和旋转的清灰刷。附着于回转阳极板上的粉尘在尚未达到形成反电晕的厚度时，就被布置在非电场区的旋转清灰刷彻底清除，因而不会产生反电晕现象且无二次扬尘，显著提高电除尘器的除尘效率，降低粉尘排放浓度［8］。旋转电极式电除尘器主要技术参数见表2。

表2 旋转电极式电除尘器选型参数

3.2 电袋复合除尘器

方案二为每台炉配1台3室电袋复合除尘器，前面设置2个电场区，后设置3个布袋除尘区。电袋复合除尘器将电除尘与布袋除尘有机结合，在原有电除尘器的下游加一台袋式除尘器，来捕集电除尘器未能捕集的微细烟尘，使排放浓度能满足国家环保排放标准的要求［9］。其主要技术参数见表3。

4 方案对比

4.1 技术比较

根据煤质分析及灰成分分析对粉尘的收尘特性进行定性判断的方法—除尘指数判别法，其判别分析结构如表4。

表3 电袋复合除尘器主要设计参数

表4 除尘指数判别

从表4可知，设计煤种和校核煤种的飞灰化学成分适合使用静电除尘器除尘。比电阻处于“能用静电除尘器具有最佳的运行范围，适合静电除尘器运行的粉尘［10］”。

上述两种不同的除尘器方案进行技术比较，比较结果见表5。方案一电除尘器主要技术特点:具有常规电除尘器的优点同时，保持阳极板永久清洁，避免反电晕，最大限度减少二次扬尘，显著降低出口排放;减少煤、灰成分对除尘性能影响的敏感性，增加ESP对不同煤种的适应性。方案二电袋复合除尘器主要技术特点:除尘效率不受煤种、飞灰成分变化的影响，出口粉尘浓度低且稳定。

方案一电除尘器缺点:煤种、飞灰成分变化对除尘效率有一定影响，占地面积较大。方案二电袋复合除尘器缺点:阻力大;对烟气温度、烟气成分较敏感;旧滤袋无法达到资源化利用，造成二次污染。

表5 技术特点比较

从表5可知，两种方案都能达到除尘器出口含尘浓度≤20mg/m3的要求。旋转电极电除尘器运行阻力小，运行管理简单，对烟温的变化承受能力强，维护简便，无二次污染，但占地面积大，一旦煤质变化大，可能无法满足排放标准。电袋复合除尘器占地面积小，适应变化煤种，但运行阻力大，引风机的压头升高，轴功率增大，运行管理复杂，若袋子一旦破损，则运行效率急剧下降，满足不了排放要求。在高海拔地区由于烟气量明显高于平原地区机组，换下的滤袋较平原地区要多，二次污染更严重。

4.2 经济性比较

除尘设备的费用包括设备费用、年平均运行费用(含电耗费用、维护费用)。通常以除尘器设备的设备费用和寿命期内的年平均运行费用作经济性比较。旋转极板式电除尘器的电力消耗主要为引风机、高压整流设备等的功耗，电袋复合除尘器的电力消耗主要为引风机、高压整流设备、空压机及冷冻干燥机等的功耗。电费按0.4元/(kW·h)，运行时间按7500h/a计。

除尘器设计寿命按30a计，电除尘器其易损件寿命按1～2个大修周期(平均约6～10a)计，易损件每10a的更换费用按电除尘器设备费用20%计。电袋复合除尘器中的滤袋寿命按4a，笼骨、脉冲阀寿命按10a计。两种方案的经济性比较见表6。

表6 设备费用及年运行费用

从表6可见，方案一的设备费用低、电耗小，年平均检修、维护费用低，实现了节能减排。旋转电极电除尘器年平均运行费用较电袋复合除尘器可节约224万元，运行经济性较好。

5 结语

(1)西宁电厂地处高海拔地区，对除尘器的选型有特殊要求。高海拔地区烟气量大，除尘器应增加比集尘面积。高海拔地区极易产生强烈的火花放电，引起二次扬尘，应合理配置极距和阴极线的形式、齿形、齿距。高海拔地区的电气设备选型及运行维护应按照相关规范要求进行大气压力的修正。

(2)两种方案都能满足除尘器出口含尘浓度≤20mg/m3的要求。旋转电极电除尘器运行阻力小，运行管理简单，对烟温的变化承受能力强，维护简便，无二次污染，但占地面积大，一旦煤质变化大，则无法保证排放标准。电袋复合除尘器占地面积小，适应变化煤种，但运行阻力大，引风机的压头升高，轴功率增大，运行管理复杂，二次污染较严重，若袋子一旦破损，则运行效率急剧下降。

(3)经济比较可知，旋转电极电除尘器年平均运行费用较电袋复合除尘器可节约224万元，运行经济性较好，实现了节能减排。

(4)西宁电厂为新建工程，建设场地不受限制，煤质较稳定，推荐选用旋转电极(最末级电场)电除尘器配高频电源方案。

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Study on selection of dust collector for thermal power unit in high altitude area

Dust collector is an important equipment in the power plant，reasonable selection of dust collector is important for environmental protection in the power plant.Huaneng Xining Power Plant is located at high elevation of 2360m.Based on analysis on characteristics of a high elevation area and their requirements for dust collectors，it was compared feasibility of two types of dust collectors for thermal power generator in a high elevation area.It was also compared technological and economical feasibility among rotary electrode type electrostatic precipitator(ESP)and electrical bag and compound precipitator.Then the proposals of the selection of precipitators are given.

high elevation area;rotary electrode type ESP;electrical bag and compound precipitator;selection

X701.2

B

1674－8069(2016)06－020－04

2016-07-27;

2016-08-15

温以千(1985-)，男，工学硕士，工程师，主要从事火力发电厂热机专业设计及研究。E－mail:wenyiqian@sdepci.com