火电厂除尘改造工程方案的研究与设计

计划（2014-2020年）》的通知”明确提出要求“中部地区（黑龙江、吉林、山西、安徽、湖北、湖南、河南、江西等8省）鼓励现役燃煤发电机组实施大气污染物排放浓度达到或接近燃气轮机组排放限值的环保改造。山西省人民政府“关于推进全省燃煤发电机组超低排放的实施意见”中要求，常规燃煤发电机组达到天然气燃气轮机排放标准，氮氧化物50mg/Nm3、二氧化硫35mg/Nm3、烟尘5mg/Nm3。山西省人民政府“关于进一步加快推进全省燃煤发电机组超低排放改造工作的通知”中要求，现役单机30万千瓦及以上燃煤机组完成超低排放改造的时限为2017年底。根据上述通知精神，山西鲁能河曲发电有限公司一期1号、2号机组烟气污染物排放拟按氮氧化物浓度不大于50mg/m3（标态，干基，6%O2）、排放二氧化硫浓度不大于35mg/m3（标态，干基，6%O2）、排放粉尘浓度不大于5mg/m3（标态，干基，6%O2）控制开展可行性研究。原有脱硝、除尘、脱硫等不能满足要求，需要进行改造。

河曲电厂一期锅炉尾部原先配备由山西省电力公司电力环保设备总厂生产的静电除尘器，设计除尘效率为99.7%，每台除尘器型式为双室五电场，由于除尘器运行一段时间后效率不能达到设计值等原因，除尘器出口烟尘排放浓度不能达到排放标准，2006年电厂将2号机组除尘器改造为六电场。2012年由龙净环保分别改造为两电三袋和三电三袋除尘器，设计进口含尘浓度36g/m3，除尘器出口设计浓度≤30mg/m3。

（1）设备名称：电袋除尘器；（2）除尘器型式：静电除尘器为干式、卧式、板式，布袋除尘器为外滤式除尘、在线或离线脉冲清灰、在线更换滤袋，并有有效的防止烟气超温、氧化、腐蚀损坏滤袋的手段；（3）布置方式：布袋除尘器采用水平进风、水平出风方式；（4）出口烟尘浓度：≤30mg/Nm3；（5）清灰程序應采用定阻（定时）自动控制，除尘器本体运行阻力：第一次性能验收（运行一个月后）不得超过1000Pa；一年验收期不得超过1100Pa；除尘器平均运行阻力不得超过900Pa。（以上数值均指在机组满负荷状态下）；（6）滤袋最小间距70mm；（7）除灰方式：采用浓相正压气力输送系统；（8）清灰方式：脉冲清灰；（9）除尘器入口烟气温度：140～160℃；（10）每台机组除尘器入口设计烟气量：3971560m3/h；（11）除尘器入口含尘浓度：36g/Nm3；（12）除尘器出口浓度（标准状态干烟气，6%O2）≤30mg/Nm3；（13）本体漏风率≤2%；（14）过滤风速≤1.1m/min；（15）除尘器运行寿命：30年；（16）滤袋寿命≥4年；（17）电磁脉冲阀寿命：150万次；（18）年平均运行小时数：7800h；（19）安装条件：室外露天布置。

2 除尘器性能现状及改造必要性

2.1 除尘器现状及性能测试情况

河曲电厂一期机组电袋复合除尘器随着运行时间的增长，电区高压运行参数不稳且较低，振打效果差，阳极板、阴极线积灰严重，收尘效率降低；袋区环链反吹系统故障频发，反吹效果变差，差压升高，高于原设计阻力，导致引风机电耗增加，夜间低负荷隔离通道处理缺陷次数增加，因袋出现大面积破袋，很难保证长期稳定运行，运行维护费用升高。

2016年5月神华国能山东建设集团有限公司对河曲电厂1、2号机组除尘器及烟囱入口进行摸底测试，由测试结果可以看出：1号机组电袋除尘器出口烟尘浓度为40.13mg/m3（标态、干基、6%O2，以下相同），本体阻力为1450Pa，1号机组烟囱入口烟尘浓度为12.66mg/m3；2号机组电袋除尘器出口烟尘浓度为35.42mg/m3，本体阻力为1300Pa。这表明，河曲电厂2台机组电袋除尘器出口烟尘浓度及平均阻力均无法满足最初设计要求，且烟囱入口烟尘排放浓度>5mg/m3，无法满足烟尘超低排放的要求。

2.2 改造必要性

根据国家发改委发改能源[2014]2093号文件及山西省《推进全省燃煤发电机组燃气超低排放的实施意见》，要求2017年前燃煤发电机组实施超低排放改造，达到粉尘排放浓度低于5mg/m3。

目前，河曲電厂一期机组烟囱入口烟尘排放浓度无法满足超低排放要求，故对河曲电厂一期1、2号机组进行除尘系统的提效改造是非常必要的。

3 方案设计边界条件

本次除尘器改造相关边界条件按原设计值，如表1所示。

4 烟尘超低排放改造技术路线

根据目前河曲电厂一期机组除尘器现状，可供选择的烟尘超低排放改造方案有：a）电袋复合除尘器提效+脱硫系统高效协同除尘；b）电袋除尘器检修+脱硫系统+新增湿式电除尘器。

4.1 电袋复合除尘器提效+脱硫系统高效协同除尘

根据脱硫系统可研的改造方案，考虑吸收塔协同除尘作用，新建的脱硫塔每塔设置一座三级屋脊式高性能除雾器，六级除雾器冲洗水。改造后在吸收塔入口烟尘浓度≤20mg/m3时，吸收塔出口烟尘浓度≤5mg/m3。故要求除尘器改造后保证出口烟尘浓度≤20mg/m3。电袋复合除尘器当前存在的问题有：

（1）电区运行参数低；（2）振打力度不够，清灰不好；（3）内部极板、极线运行年久没有更换过，腐蚀严重；（4）除尘器入口烟道挡板门磨损严重；（5）内部挡板漏风严重；（6）袋区差压升高，吸风机电耗增加。

针对目前1、2号机组电袋除尘器入口烟尘浓度过高等问题，根据河曲电厂的提议及调研情况，建议在电袋除尘器入口烟箱中，加装气流均布及颗粒预捕集装置。其结构及原理如图1所示。

当烟气进入到烟箱后，通过弯曲通道的格栅波形板，烟气中的烟尘与其格栅波形板发生碰撞，固体颗粒的运动速度及运动轨迹发生改变后，在离心力和惯性的作用下，固体颗粒就从波形板表面上被分离下来，因重力的作用，颗粒沿着格栅板流入到烟箱底部，再流入到第一电场的灰斗中。由于格栅的作用，烟气进入波形板后，起到了均流的作用，有利于除尘器后面的电场及布袋的收尘效果。颗粒预捕集装置的预捕集效率随气流速度的增加而增加，这是由于流速高，作用于固体颗粒上的惯性力大，有利于气固的分离。但是，流速的增加将造成系统阻力增加，也使能耗增加。而且流速的增加有一定的限度，流速过高会造成二次扬尘，从而降低固体颗粒的捕集效果。

针对目前电区的工频电源运行参数较低的问题，建议更换原电区工频电源为三相高效电源，且进行小分区供电改造，提高电场区的收尘效率，以减轻袋区的收尘压力，降低电袋除尘器运行阻力。由于电场区灰量增加，建议对电场区输灰系统进行改造。

针对电区振打效果不佳，极板极线腐蚀严重的问题，建议将原顶部电磁振打更改为侧部机械振打，并更换电区损坏或腐蚀的极板极线。

针对目前电袋除尘器破袋较多，出口烟尘浓度较高的问题，建议将原袋区普通滤袋全部更换为超细纤维滤袋，并更换相应的袋笼，以降低除尘器出口烟尘浓度至≤20mg/m3，同时，更换滤袋后，整体阻力得以降低。具体的改造方案如下：

（1）在除尘器入口烟箱中加装气流均布及颗粒预捕集装置；（2）将原电区全部单相工频电源更换为三相高效电源，并对本体进行小分区供电改造；（3）更换原电区损坏或腐蚀的阳极板、阴极线；（4）将原有的顶部电磁振打更改侧部机械振打，根据侧部振打和人孔门位置，在除尘器两侧增加楼梯及检修操作平台；（5）将袋区滤袋全部更换为超细纤维滤袋，并更换袋笼；（6）更换除尘器入口烟道破损的膨胀节，更换除尘器气流均布板；（7）除尘器本体内部挡板补漏，入口烟道、喇叭及灰斗保温全部拆除更换查找漏点，更换排堵管；（8）输灰系统控制箱移位，气源管道及控制电缆进行相应改造；（9）一、二电场输灰管道改型更换为陶瓷或双金属耐磨管道4000米，气源管道阀门更换；（10）输灰系统控制箱改造更换、仓泵料位计改造，仓泵入口加装进料阀隔离门；（11）电场区、袋区内部加装检修平台；（12）安装上位机IPC控制系统，实现高低压一体化的智能控制。

4.2 电袋除尘器检修+湿法脱硫+新增湿式电除尘器

若仅对电袋除尘器做必要的检修，并对破损滤袋进行更换，则电袋除尘器出口烟尘浓度可控制到30mg/m3。然后在新建脱硫塔的顶部增设湿式电除尘器，可以稳定地实现烟尘排放浓度≤5mg/m3。

4.2.1 湿式电除尘器设计方案

针对现有的场地情况，结合脱硫系统和风机系统的改造方案，本次一期机组新增湿式电除尘器的具体方案如下：湿式电除尘器直接布置在新建脱硫吸收塔顶，与新建脱硫吸收塔为一体式结构，选用立式湿式电除尘器。脱硫吸收塔出口即为湿式除尘器入口，为了降低烟气流速，烟气竖直向上经过渐扩段后进入湿式电除尘器，采用下进气、上出气方式，经过湿式电除尘器后，经净烟气烟道连接至烟囱。收尘极板和放电极均采用定期间断冲洗方式。湿式电除尘器收集下来的粉尘颗粒、水雾和清洗水直接排至脱硫塔，由脱硫水处理系统进行统一处理。

4.2.2 设计参数

湿式除尘器入口烟尘浓度按<20mg/m3设计，控制出口烟尘排放浓度≤5mg/m3。分6个电场，烟气流速为2.62m/s。其他设计参数见表2。

4.2.3 电气部分

湿式电除尘器：采用6个供电区，每台炉设计配套6台高压电源（高压控制柜8台）、低压柜3台（低压控制柜、配电柜、进线柜）及相应端子箱和高压隔离开关柜；高压供电电源采用恒流电源（HLP规格，2套72kV/2.2A，4套72kV/1.4A），该电源能有效拟制电场放电，避免电场闪络拉弧。控制柜布置在脱硫电气控制室内，控制柜与脱硫改造统一考虑布置。

4.2.4 控制部分

湿式电除尘器：采用PLC控制，控制柜布置脱硫控制室内。控制柜尺寸为800×800×2200mm和1000×800×2200mm。

4.2.5 土建部分

新增湿式电除尘器本体结构及出口烟道钢支架；由于新增湿式电除尘器需布置在脱硫吸收塔顶部，因此需要对脱硫吸收塔筒体结构、基础及桩基进行强度复核。新增湿式电除尘器水泵基础。湿式电除尘器控制室布置于脱硫控制室内。

4.2.6 给水排水系统

湿式电除尘器清洗用水均采用脱硫工艺水，配套清洗给水泵，一运一备。湿式电除尘器设备运行时采用定期间断喷水冲洗收尘极和阴极放电线，分8个区进行间断冲洗，每次冲洗一个区，每天将湿式电除尘器8个区冲洗一遍即可。每次每个区冲洗3min，耗水量7.2m3/次/区，冲洗水压力不小于0.35Mpa。清洗水和收集到的雾滴直接排放到脱硫地坑。

4.2.7 系统阻力

湿式电除尘器改造后系统增加阻力小于550Pa（濕除入口至烟囱入口）。

5 建议及结论

河曲电厂一期1、2号机组通过除尘系统的超低排放改造，可保证烟囱入口烟尘排放浓度≤5mg/m3，改造后两台机组每年可减少粉尘排放量约97t（机组利用小时数5500h），同时对SO3，微细颗粒物PM10、PM2.5等多种污染物都具有较好的去除效果，并可控制汞等重金属污染物排放，适应国家和地方政府环保政策，起到很好的节能减排示范效应。综合考虑初始投资、检修方便、节能以及运行可靠性，由于方案二投资及运行维护费用较高，本次改造推荐方案一作为首选方案。

参考文献

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