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脱硫除尘工程进展

脱硫除尘工程进展

当今烟气脱硫市场占有率居第二位的是灰循环类半干法脱硫工艺,此类工艺主要有两个流派,其中之一是以增湿灰外循环为特征的半干法脱硫工艺。

1NID技术简介脱硫灰在一个外置式的混合器中进行均匀增湿,解决了其他半干法脱硫工艺中出现的结垢粘堵难题,这是NID技术的最大特点。其另外一个特点是采用与混合器一体化设计的干式生石灰消化器,消化器是按两级设计的,但由于与混合器之间没有中间存贮和输送环节,消石灰几乎没有活性损失,制得的消石灰活性很高。根据环评要求,脱硫后的除尘器可以选择电除尘器,也可以选择布袋除尘器。

NID系统装置布置紧凑,特别适合于老电厂的改造。

2经典工程简介2.1配置说明内蒙古包头第二热电厂(1号机)及玖龙纸业公司(6号机)200MW机组的脱硫、除尘方案经过专家多次论证比选,认为循环半干法脱硫工艺更适合电厂的实际情况,最后由浙江菲达环保公司对此两电厂新建的200MW机组配设烟气脱硫装置,实施总承包建设。

两工程炉后烟气流程为:空气预热器初级除尘器脱硫反应器末级除尘器引风机烟囱。

初级除尘器都采用1个电场的电除尘器,设计除尘效率为90%,粉煤灰可综合利用;脱硫系统采用4个反应器,脱硫核心设备如循环灰给料机、混合增湿器、消化器等由ALSTOM设计供货。

包头第二热电厂1号机组设计的最低运行负荷为30%BMCR,因而脱硫装置设计有净烟气向反应器入口回流的烟道系统,并设有回流净气的再分配设备,通过调节进入每个反应器回风烟道的回风阀开度,保证4个反应器之间烟气量的均匀性。末级除尘器采用4电场电除尘器,由业主配套设计并提供水力出灰设备。

玖龙纸业6号机组炉后的配置是:1个电场的电除尘器+NID反应器+布袋除尘器及干出灰系统,脱硫系统的部分关键设备也由ALSTOM供货,布袋除尘器本体则是用ALSTOM的引进技术制造,滤料为进口滤布,国内专业厂加工缝制,喷吹阀由ALSTOM供货。此装置没有设计净烟气回风系统,在低负荷运行时,考虑关闭部分反应器和布袋除尘器通道,保证运行反应器内的烟气流速。引风机前的烟道设计有集箱联通,机组关闭任何1条或2条脱硫除尘控制回路对机组的运行均没有影响,布袋除尘器也可以在线检修。

2.2基本设计参数上述两工程的基本设计参数详。

2.3工艺流程与其他半干法脱硫工艺相比,循环半干法的优点在于脱硫灰是在反应器外的专有混合器中增湿的,包括吸收剂在内的混合灰表面水分非常均匀,对反应器、脱硫后的收尘装置的运行没有任何影响。包头第二热电厂及玖龙纸业两工程的工艺流程。

2.4除尘器由于脱硫后的烟气温度通常为6585,脱硫灰的比电阻为10810m,适宜用电除尘器捕集,同时,脱硫后粉尘的中位径在40m左右,2.5m以下的超微细尘比例很小,有50%的颗粒会因烟气在电除尘器进口封头的失速而自然沉降,进入电场的粉尘在600g/m3(本文烟气量均为标准状态值)左右,因而不会造成电晕封闭;菲达环保在极线、振打、控制方式方面作了较多创新和改进,菲达环保在2001年的巨化热电厂脱硫工程中采用电除尘器收集高浓度脱硫灰成功后,随后在包头200MW、玖龙太仓135MW、东莞海龙70MW等10多个工程中应用,且已摸索出一套针对不同工况时的选型原则,从理论上修正并发展了道氏定律,且得到了实践的验证。电除尘器选型时要考虑粉尘比电阻、运行温度等因素;设计时还要考虑采用电晕强度大且均匀性好的阴级线、选择振打力大且稳定的机械振打方式、末电场输灰方式、振打间隔时间的优化设计,慎用振打力会随应用时间的延长而衰减的电磁振打方式,保证振打时阳极板上有一定厚度的尘饼以防止粉尘二次飞扬等;调试时则需考虑煤中含氯量以优化操作温度、火花频率设定等。包头第二热电厂设计粉尘排放指标是100mg/m3,所以采用了4个电场的电除尘器。

玖龙纸业210MW除尘脱硫工程的设计粉尘排放指标是50mg/m3,经国家环保总局的多次技术论证,最终选择使用布袋除尘器。

长型圆袋中压喷吹布袋除尘器技术(LKP),通常滤袋直径130mm,滤袋长8000mm,笼骨分二级插接式。

此布袋技术的特点是:(1)采用独有的侧进风与两次导流设计,气流分布均匀且有较好预除尘效果,可有效减轻粉尘的?二次吸附#现象,提高清灰效率,降低设备阻力。

(2)选用经特殊表面处理的PPS滤布,单位面积质量大于550g/m2,滤袋袋底用双层滤布加固,防止袋底过早损坏,滤袋袋口采用特制的不锈钢弹簧涨圈,使用方便,固定牢固。

(3)清灰阀门选用ALSTOM的第二代专利产品?OPTIPOW#活塞式脉冲阀,喷吹次数大于100万次;笼骨采用的有机硅高温涂料进行表面粉末喷涂即喷塑处理,可有效防止笼骨锈蚀,延长使用寿命。

(4)内旁通烟道设计。

(5)采用特殊的预喷涂助剂,透气性好,运行阻力低且稳定。

3工程进展及问题3.1包头第二热电厂脱硫工程包头第二热电厂1号机组于2003年8月签订脱硫设备、电除尘器总包合同,2004年2月动工建设,8月底完成安装,11月底冷态调试结束进入热态调试,2005年3月中旬完成热态调试,6月底经包头市环保局组织完成性能测试,通过竣工验收并移交电厂。

机组的实际运行工况与设计有较大的偏离,最低烟气量为1445871m3/h,最高烟气量为1645000m3/h,实际平均烟气量为1530258m3/h,超过设计烟气量24%.

煤中硫分设计值为0.73%,实际硫分为0.54%左右(以燃煤量与烟气中含硫量计算),实际脱硫系统进口SO2质量浓度为1034mg/m3。锅炉出口烟气平均温度为140,设计温度为130.

在超设计负荷工况下运行时,经对参数进行调优,脱硫、除尘系统仍达到了较好的运行效果,脱硫效率和粉尘排放值分别为92.91%和79.73mg/m3,系统总水耗30.7t/h,总电耗1834kW,石灰耗量经纯度及活性折算为2.0t/h,全部性能指标达到设计要求及国家相关标准。

由于入口烟气流量和温度都高于设计值,对系统运行稳定性有好处,但通过参数调优,脱硫系统累计平均脱硫效率仍达到92.91%,满足设计保证脱硫效率大于90%的要求;进入烟囱前烟尘质量浓度为79.73mg/m3,小于设计保证值100mg/m3,其他指标也全部达到设计要求。电除尘器出口烟气平均温度7175,满足烟气温度必须高于酸露点20的要求。

存在的问题是实际烟温、烟气量都超过设计值,产生的灰量大,而电厂自己配套的出灰设计是水力冲灰器,因天气冷,除尘器下部又没有封闭,导致水力冲灰设备根本无法使用,一度严重影响机组发电并可能危及电除尘器的安全。

2005年4月以后已改造增设干出灰设施,对除尘器裙体也进行了封闭。

3.2玖龙纸业200MW机组脱硫工程玖龙纸业200MW机组的脱硫设备、布袋除尘器总包合同于2004年12月签订,2005年3月动工建设,7月底完成安装,8月底布袋除尘器、输灰系统、一级电除尘器完成调试投入运行,脱硫系统因进口设备到港时间的制约,于2005年9月开始调试,整套除尘、脱硫环保装置于2005年12月通过国家环保总局参加的测试验收,全部指标达到设计要求,也满足国家环保要求。

4总结

4.1NID技术对超负荷运行的适应性包头第二热电厂的实际运行烟气流量超过设计值24%,入口SO2总量也大大高于设计值,但由于脱硫装置核心设备的设计留有较大的裕量,系统加水、吸收剂给料、循环灰给料能力、除尘高压变容量都能响应工况的变化,通过参数的调优,脱硫效率、粉尘排放仍可达到设计值,说明该脱硫技术对锅炉负荷波动及入口SO2总量波动具有较强的适应能力。电除尘器对于烟气量超标及煤质变化都较为敏感,在电除尘器安装完成且操作参数调优后,对超设计负荷工况运行的适应能力相对较弱,所以,在半干法脱硫反应器后选用电除尘器时,影响粉尘排放的因子较多,风险也大些,选型时应多留点余量,对于比电阻高的情形,最好对末电场的设计进行改进,或选用布袋除尘器。

4.2慎选输灰方式选择合理的输灰方式是保障电厂安全运行的因素之一。在寒冷的北方地区最好采用干出灰方式,若选用水力出灰设备,必须对除尘器下部进行封闭,否则会因水管的冻堵、热灰遇水产生的水蒸汽上窜使灰斗下料口结块堵塞而导致出灰设备无法运作,从而导致电除尘器内积灰排不出去,电场短路而无法正常运行。若电厂不计后果地在电除尘器停运状态下继续生产,一方面将导致引风机叶轮快速磨损,另一方面由于灰的自然沉降将导致除尘器内堆积大量的灰,可能超过除尘器的设计承载,增加除尘设备的倒塌风险。

4.3除尘设备的安全使用除尘器的主要功能是捕获烟气中的粉尘,灰斗的作用仅是灰的暂时存贮,钢支架强度是以满灰斗为基准结合国家有关规范设计的。

由于目前市场上供应的煤炭质量不稳定,实际使用煤种的灰分比设计煤种高许多,燃烧后产生的灰量远大于设计值,致使除尘器实际收集的灰量大于出灰设备的设计能力,造成电厂不能满负荷运行。

若违章运行,将可能造成除尘器或引风机等设备的局部损坏甚至发生事故。该电厂运行时除尘器内积累的灰量已达设计值的218%.据了解,电厂在电除尘器断电状态下已违章运行十多天,每只灰斗容积为14.0m3,灰斗中积灰8?140=1120m3;灰斗以上积灰约1325m3;每台电除尘总积灰约2445m3,按0.75t/m3计,每台除尘器堆灰约1833.75t.

目前,国内普遍的除尘器支架强度是按灰斗满料位设计的,电除尘器的主要功能是捕集而非存贮,当灰斗料位高报警时,应检查并使出灰设施恢复设计的出灰能力,如8h内不能解决出灰设备的故障,则应紧急排灰;如采取上述措施后,灰位继续上升导致除尘器短路,则应停炉处理,防止出现意外。

4.4电除尘器的选用原则根据经验,半干法脱硫系统后配置4个电场的电除尘器,达到50100mg/m3粉尘排放是比较合适的,但若要求低于50mg/m3,作者认为存在一定的风险。尽管巨化热电厂、包头电厂等十多套脱硫除尘一体化工程证明在脱硫除尘系统刚投运的一段时间内粉尘排放可以低于50mg/m3,但主要原因是系统刚投运时,极板、极线表面都是干净的,电场发挥了最佳效能,进入末电场的微细尘量极少,且末电场此时不需振打,除尘器呈理想工作状态。是脱硫系统刚投运时的粉尘排放曲线。

随着脱硫装置运行时间的延长(2个星期后),出口粉尘排放值会慢慢升高,最后会收敛稳定于一定的区间内。分析认为是脱硫生成物中含有一定量的吸湿性极强的CaCl22H2O,它们粘结在收尘阳极板或阴极线上,影响了除尘器功能的发挥,浪费了电能,影响了荷电和收尘效果。

循环半干法脱硫装置后配设5个电场的电除尘器,菲达环保公司及ALSTOM尚没有进行过工程实践,从修正后的道氏定律计算,电除尘器可以达到50mg/m3以下的烟尘排放浓度,因为末级需要捕集的是粒径小于2.5m的超微细粉尘,对细尘的捕集效果与末电场及出口封头烟气流场的相关性比较大,因而我们认为烟尘排放浓度是欠稳定的,且受设计、安装等因素的影响很大,况且经过核算,此时的一次性投资和5年为期的总运行维护成本与采用布袋除尘器方案相比已很接近,因而建议采用特殊设计适用于收集高浓度粉尘的布袋除尘器方案。

4.5布袋除尘器的选型及维护脱硫后的烟气环境较差,粉尘浓度高且有一定的粘性、温度低、湿度大,因此,布袋除尘器的选型、设计、安装、调试、维护等每一个环节都同样重要,直接影响滤料的寿命,这要求采用的布袋除尘器必须具有以下特点:有灰预沉降装置;有避免气流直接冲刷滤袋的结构设计;有保证进入各室气体等压的设计;保证所有的滤袋有同样适度清灰力的喷吹系统设计。在进行除尘器选型时应考虑如下几点:(1)合理的滤速。建议全烟气计算的过滤速度为0.71.0m/min,在与循环类半干法脱硫配套时的全烟气计算不可超过1.0m/min.因为尽管进行了特殊的两级导流设计,进入滤袋室的粉尘仍可达到200g/m3以上,清灰过频及高阻力下运行都会对滤料寿命有影响。对于常规燃煤锅炉出口配置的布袋除尘器或电袋组合型配置,经济的过滤速度可选择在0.851.25m/min.

(2)最佳的清灰强度设计。清灰强度适度是保证布袋除尘器长周期高效运行的关键技术之一。清灰强度不足,会使滤袋上的残留粉尘过多,导致除尘器阻力损失上升快;清灰强度太大又会缩短滤袋寿命,增加压缩空气的无效消耗;过度清灰还会破坏滤布赖以除尘的?一次粉尘层#,使除尘效率下降。此外在清灰阀的选用及喷吹管参数的确定上,应保证所有滤袋受到的清灰压力相同,且使长达数米的滤袋在长度方向上尽可能受力均匀,获得最佳的清灰效果,因而要求优化设计喷吹管的喷射管管径及离袋口高度。

(3)安全性极高的内置式旁通烟道。布袋除尘器的旁通烟道设置在设备内部,不另占场地,结构紧凑,日常运行管理方便。旁通阀门采用净空气密封方式,保证原烟气向净气侧的泄漏量为零。旁通烟道内无积灰,不会发生积灰卡住旁通阀门的现象。并且即使由于突发事故使整个除尘系统都断电断气,旁通阀将按失电开启#指令紧急快速开启,保证烟气通道的畅通以保护锅炉与滤袋的安全。

(4)性能优异的预涂层材料。新滤布的阻力较小,粉尘容易进入滤布内部造成滤布阻力的永久性升高。在新滤布使用前喷一层TH型特殊反应助剂,可使烟气中的烟尘被捕获在粉饼层的表面而不至于侵入滤布内部,可使滤布的压力损失长期维持在一个较低的数值,延长滤布使用寿命。因为TH型特殊反应助剂具有良好的化学与物理稳定性,不会与酸性气体发生反应,又有非常大的比表面积,可以吸收数倍于本身重量的水分仍可保持良好的透气性,用作燃煤锅炉烟气除尘中的粉体预涂层非常有效。我国目前尚无用于预覆层的专用材料,一般都用石灰作为替代品。但石灰易与烟气中的酸性气体发生反应,生成CaSO31/2H2O,CaSO4或CaCl2等产物。CaSO3!1/2H2O与CaSO4会在滤袋表面上形成硬壳,影响滤袋的透气性,而CaCl2是强吸湿剂,一旦烟气温度下降,非常容易导致糊袋,对滤袋的透气性影响更大。菲达公司专门开发了性能上等同于国外同类专用材料的预喷涂助剂,在玖龙纸业等工程应用后效果很好,布袋除尘器的阻力降低且稳定。

 

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