660 MW燃煤机组锅炉袋式除尘器超低排放工程实例分析

2019-01-16孟俊亚丁涛

综合智慧能源 2018年12期

孟俊亚，丁涛

(周口隆达发电有限公司工程技术部，河南周口 466100)

0 引言

河南某电厂2×660 MW超超临界燃煤机组工程，2013年立项，2014年设计，2015年开工建设，2017年12月和2018年2月2台机组相继投产。在这期间，该工程经历了国家对火电机组环保(包括大气污染物排放)行政管理标准一再升级的过程。锅炉烟气除尘器选型也相应发生变化，从工程设计伊始的电袋复合除尘器+预留湿式电除尘方案，到工程建设阶段调整为纯布袋除尘器，见证了除尘技术和市场发展。该工程选用纯布袋除尘器(不加湿式电除尘器)，经过生产检验和性能检测，实际除尘效率为99.98%，除尘效果满足国家和省级环境保护部门对燃煤电厂烟气超低排放标准的要求。

1 煤质特性对除尘器选型的影响

1.1 该工程燃煤煤质资料

该工程燃煤煤质资料见表1[1]。

1.2 影响除尘器选型的主要燃料成分

(1)灰分。该工程设计煤种的总飞灰含量较高。

(2)硫分和Na2O。煤中硫分和飞灰中Na2O的含量越低，电除尘器越难吸收。该工程硫分0.39%～0.47%，灰中氧化钠质量分数0.38%～0.47%，根据《燃煤电厂除尘技术路线指导意见》[2]，除尘难易性为“较难或难”。

(3)灰中SiO2+Al2O3+Fe2O3的总含量。该工程校核煤种与设计煤种相似，煤种飞灰中SiO2，Al2O3和Fe2O3的总质量分数为91.04%。根据《燃煤电厂除尘技术路线指导意见》[2]，飞灰体积导电性能较弱，除尘难易性为“较难或难”。

表1 燃煤成分与特性

注：①室温21 ℃，湿度33%，电压500 V。

(4)煤灰电阻率。煤灰电阻率在10 kΩ·cm～50 GΩ·cm范围内最适合于电除尘。当煤灰的电阻率大于50 GΩ·cm时就难以集尘，而电阻率过小时又容易重新被烟气带起，故通常选用电除尘器时，灰的最佳实际电阻率为10 kΩ·cm～50 GΩ·cm。当粉尘电阻率超过临界值100 GΩ·cm后，电除尘器的性能就随着电阻率的增高而下降；当电阻率超过1 TΩ·cm时，采用常规电除尘器难以达到理想效果。该工程燃煤飞灰的电阻率在1.05～2.00 TΩ·cm之间(烟气温度120 ℃)，属于较难收尘范围。

2 工程立项-设计阶段除尘器的选型

该工程于2013年4月完成可研论证工作。在可研论证期间，根据GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》[3]要求，考虑工程配套的石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统具有不低于50.00%的除尘效率，该工程除尘设备出口烟气含尘质量浓度不高于60 mg/m3即可满足国家环保要求。但展望环保

对燃煤发电机组锅炉烟尘排放要求的升级预期，同时综合考虑燃用设计煤种及校核煤种时除尘设备进口烟气含尘浓度，该工程除尘设备的除尘效率宜不低于99.93%，除尘设备出口烟气含尘质量浓度最低按30 mg/m3设计。

2014年年初开展初步设计工作，除尘器选型沿袭了可研阶段成果。在此期间，国内除尘设备市场可考虑采用的锅炉烟气除尘器主要有以下3种。

(1)静电除尘器。静电除尘器受煤种、烟气工况、飞灰特性影响极大，当燃煤煤质波动较大时，出口排放质量浓度不稳定。该工程从煤质分析看，飞灰总体特性对于静电除尘器而言，较难达到30 mg/m3以下的低排放要求，故不是可选方案。

(2)纯布袋除尘器。布袋式除尘器是利用纤维编织物制作的袋式过滤元件来捕集含尘气体中固体颗粒物的除尘装置。从理论上讲，除尘效率不受煤种和粉尘特性的影响，适应性强，且对细微和超细微颗粒的捕集效果优于其他类型除尘装置，具有长期的高效性和稳定性，能满足不同工况条件下的运行要求。但布袋除尘器还没有600 MW机组的应用业绩，且滤袋材料需要进口，价格较高，早期投运布袋除尘器的机组在运行中均出现不同程度的破袋、漏袋、糊袋等问题，需要在机组大小修期间集中予以更换，运行成本和后续投入比较高。

(3)电-袋复合除尘器。电-袋复合式除尘器是静电除尘器与袋式除尘器的有机结合，前面为静电除尘区，后面为布袋除尘区。电-袋复合除尘器除尘效率不受煤种和粉尘特性影响，适应性较强，能满足不同工况运行要求。电-袋复合除尘器有1 000 MW机组投运业绩，除尘效果满足环保标准的要求。

通过技术分析比较，采用纯布袋除尘器和电-袋复合除尘器都是可行的，且电袋复合除尘器方案有大机组成功运行业绩，比较可靠。该工程初步设计中，锅炉除尘器推荐为电-袋复合除尘器形式。同时，考虑到社会及公众对雾霾尤其是PM2.5指标关注度提高，该工程在脱硫塔出口与烟囱之间预留湿式电除尘器安装空间(加装湿式电除尘器后，其出口含尘质量浓度可达到≤10 mg/m3)。

3 工程实施阶段除尘器的选型

2015年年初，该工程开始设备招标工作。但是在2014年年底，国家和河南省相继出台了《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》。其中，河南省《2014—2020年煤电节能减排升级与改造行动计划》明确要求“新建燃煤发电机组大气污染物排放质量浓度达到燃机标准”[2]。在新标准下，应该选择电袋复合除尘+湿式电除尘方案。

通过深入调研发现，随着市场变化和除尘技术的发展，纯布袋除尘器滤料材料新技术的应用相对成熟，滤袋寿命可有效保证3.5万h以上或4年以上。聚苯硫醚(PPS)、芳纶、聚四氯乙烯(PTFE)等3种高性能纤维国产化后，价位有较大下降，高温滤料价格随之下降且具有回收价值，成本明显下降。同时，由于该工程脱硫条件较优，在此情况下选择烟气除尘综合治理、分级控制的技术路线，即纯布袋除尘(出口粉尘质量浓度<10 mg/m3)+高效湿法脱硫(出口粉尘浓度≤5 mg/m3)，不加湿式电除尘器，同样可以实现超低排放；再则，对于燃料来源不稳定或煤质变化较大的项目，或者热值偏低、灰分高、电阻率很高的项目，采取纯布袋除尘技术，也有利于烟尘的长期稳定达标。随着初投资优势及滤袋使用寿命延长，加之占地空间小，系统较之简化，运行维护量少，纯布袋除尘器的优势非常明显。电袋复合除尘+湿式电除尘虽然也能够达到超低排放的目标，但仅湿式电除尘器就需要增加设备投资6 000万元左右，且占地面积也要增加。综合比较后，该工程选用了纯布袋除尘器。相关费用比较见表2。

4 除尘器设计、施工、调试

该工程通过公开招标,选定某环保公司为除尘器中标单位。该公司根据该工程锅炉、煤质、地址等条件及环保要求等，完成了除尘器的设计和制造。2017年6月除尘器开始安装，2017年12月和2018年2月相继完成168 h试运行，试运行期间各项指标达到设计要求。

5 性能考核试验结果

机组投运后，由河南省电科院进行了除尘器性能试验。试验结果表明：除尘效率分别为99.983%和99.981%；实际阻力分别为856，1 005 Pa；烟尘排放质量浓度分别为7.06，7.63 mg/m3，小于布袋除尘器出口最高允许烟尘排放质量浓度10 mg/m3；2台布袋除尘器除尘效率、漏风率、阻力、烟尘排放质量浓度等指标均达到设计要求。

6 超低排放监测结果

2台机组投产后，环保验收部门组织对2台机组分别进行烟气超低排放评估监测。通过对2台机组不同工况负荷、不同煤质条件下的监测，发现#1，#2机组锅炉烟囱出口烟气污染物排放质量浓度均低于《关于做好煤电机组达到燃机排放水平环保改造示范项目评估监测工作的通知》(环办〔2015〕60号)和DB 41/1424—2017《河南省燃煤电厂大气污染物排放标准》限值要求。监测数据见表3和表4。