高海拔地区大容量火电机组除尘器选型研究.pdf

高海拔地区大容量火电机组除尘器选型研究 徐海红1雷洋2谢永平2 1． 环境保护部 环境工程评估中心， 北京 100012; 2． 西北电力设计院， 西安 710075 摘要 对高海拔地区大容量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， 并以青海某高海拔地区 2 660 MW 火电机组为例， 对电除尘器、 布袋除尘器和电袋复合式除尘器进 行了技术和经济对比， 研究认为新技术的加入为电除尘器提供了进一步的保障。在煤质、 灰分适宜或通过新技术降低 烟尘比电阻后适宜的情况下， 高海拔地区火电机组可优先选择电除尘器。 关键词 高海拔地区; 大容量火电机组; 电除尘器; 袋式除尘器; 电袋复合式除尘器; 除尘器选型 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201410034 LECTOTYPE OF ELECTＲOSTATIC PＲECIPITATOＲ FOＲ LAＲGE CAPACITY THEＲMAL POWEＲ UNIT IN HIGH ALTITUDE AＲEA Xu Haihong1Lei Yang2Xie Yongping2 1． Appraisal Center for Environment ＆ Engineering，Ministry of Environmental Protection， Beijing 100012， China; 2． Northwest Electric Power Design Institute， Xian 710075， China AbstractBased on analysis on characteristics of a high elevation area and their requirements for dust collectors，it was compared feasibility of three types of dust collectors for high capacity thermal power generator in a high elevation area． Taking a high capacity thermal power generator 2 660 MWin Qinghai Province in China for example，it was also compared technological and economical feasibility among electrostatic precipitator ESP ，fabric filter and electrostatic- fabric integrated dust collector． The results showed that the new technology strengthened the ability of ESP． ESP should be preferred in high elevation areas，when coal quality and ash content met requirements unconditionally or met requirements by using new technology to reduce the dusts pecific resistance． Keywordshigh elevation area; high capacity thermal power generator; electrostatic precipitator;fabric filter;electrostatic- fabric integrated dust collector;selection of dust collectors 收稿日期 2014 －01 －09 近年来， 随着我国西部大开发战略的实施， 西北高 海拔地区经济得到飞跃发展， 同时电力需求也在逐年 上升， 因此在高海拔地区 海拔 1 500 ～3 500 m 建设 大容量火电机组对确保地区用电安全， 缓解地区用电 紧张局面是紧迫必要的。随着国家对烟尘的治理力度 加大、 污染物排放标准趋严， 火电厂烟尘排放浓度将逐 步向20 mg/m3进行过渡， 故在高海拔地区建设大容量 火电机组的除尘器选型成了一个新的研究课题。 1可用于火电机组的除尘器简介 目前普遍用于大型火电机组的除尘器有电除尘 器、 袋式除尘器和电袋复合除尘器。 电除尘器是利用直流高压电源产生的强电场使 气体电离， 产生电晕放电， 进而使悬浮尘粒荷电， 并在 电场力的作用下， 将悬浮尘粒从气体中分离出来， 并 加以捕集的除尘装置［1- 2 ］。目前火电厂普遍采用的四 电场或五电场电除尘器， 除尘效率可达到 99. 6 ～ 99. 7［3 ］。加装高频电源， 可将电除尘器出口浓度减 少 40 ～ 70［4 ］。根据收集到的第三方检测资料， 在不加装湿式电除尘的情况下， 静电除尘器的除尘效 率最高可达 99. 95。因电除尘在国内开发应用较 早， 技术成熟， 运行维护简单， 产业链完备， 而且能够 满足国家现行环保排放要求， 故我国目前火电厂采用 的除尘器以电除尘为主。截至 2010 年底， 电除尘器 约占 94。国内 1 000 MW 机组中， 除个别电厂采用 841 环境工程 Environmental Engineering 电袋复合式除尘器外， 基本全部采用电除尘。 布袋除尘器是利用尘粒在绕过滤布纤维时因惯 性力作用与纤维碰撞、 摩擦而被拦截， 细微的尘粒 粒径≤1 μm 则受气体分子冲击 布朗运动 不断改 变运动方向， 由于纤维间的空隙小于气体分子布朗运 动的自由路径， 尘粒便与纤维碰撞接触而被分离。其 工作过程与布袋材料、 编织方法、 纤维的密度及粉尘 的扩散、 惯性、 质量和静电特性等因素及清灰方式有 关， 布袋除尘器的除尘效率最高可达 99. 99［5- 6 ］。 近年来随着环保排放要求的提高及袋式除尘器技术 的发展， 选用袋式除尘器的火电厂也越来越多， 但主 要集中在 300 MW 级及以下容量的机组使用， 国内目 前尚无 1 000 MW 工程袋式除尘器运行业绩。 电袋复合除尘技术的工作原理是 含尘烟气经进 口喇叭内气流分布板的作用， 均匀进入收尘电场， 大 部分粉尘在电场中荷电， 并在电场力作用下向收尘极 沉积。含有少量粉尘的烟气少部分通过多孔板进入 袋收尘区， 而大部分烟气折向下部， 然后由下而上地 进入袋收尘区。当含尘烟气通过滤袋 外滤式 时， 粉尘被阻留在滤袋表面， 纯净烟气从滤袋内腔进入上 部的净气室， 再经提升阀进入烟道排出［7 ］。电袋复 合除尘器的除尘效率也可高达 99. 99。国内电袋 复合除尘器应用较晚， 于 2005 年在电力行业首次应 用。目前电袋复合除尘器多用于现有电厂除尘器的 改造， 以满足日益提高的环保排放要求。河南省某 1000 MW 机组采用了电袋复合式除尘器， 为目前国 际最大投运发电机组， 但在大容量火电机组中的市场 份额很小。 2高海拔地区的特性及其特殊要求 与平原地区相比， 高海拔地区大气压力下降明 显。在海拔 4 000 m 以下， 海拔每升高 1 000 m， 大气 压力下降约 10。不同海拔高度对应的大气环境参 数见表 1。 表 1大气环境参数随海拔高度的变化情况 Table 1Atmospheric environmental parameters in different altitudes 海拔高度/m大气压力/kPa 空气密度/ g m －3 空气含氧量/ g m －3 0101. 301 293272 100089. 861 147241 200079. 481 015213 300070. 10895188 400062. 40802179 从表 1 可见 随着海拔高度的升高， 大气压力降 低、 空气密度及空气氧含量逐渐减小， 相同质量的空 气体积在高海拔地区要增大很多。 以青海拟建的某 2 660 MW 火电厂为例， 该电 厂海拔 2 500 m 左右， 气压 73. 77 kPa， 当地空气密度 约为 0. 945 kg/m3， 在平原地区单台 660 MW 火电机 组除尘器入口的烟气量约为 330 万 m3， 而在该地区 的烟气量约达 435 万 m3， 其体积相当于 1 000 MW 机 组的烟气量， 是平原地区 660 MW 机组的 1. 32 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， 如果选用电除尘器则其比集尘面积需较平原地 区更大， 如选用电袋或布袋除尘器， 则滤袋数量较平 原地区也相应增加。 3除尘器比选 3. 1除尘器技术比较 电除尘器、 电袋除尘器和布袋除尘器技术综合比 较表见表 2。 由表 2 可见 静电除尘器相对于电袋除尘器和布 袋除尘器具有如下优势 对烟温的变化承受力最强; 除尘器阻力最小; 综合能耗最低; 核心部件寿命最长; 维护简便， 维护运行费用最低; 无二次污染。 静电除尘器的劣势有 占地面积最大; 除尘效率 受煤、 灰成分的影响; 在不加装湿式除尘器的情况下， 除尘效率较电袋和布袋除尘器低。 电袋和布袋除尘器相对于静电除尘器的优势有 占地面积小; 除尘效率受煤质、 灰分的影响小; 除尘效 率高。 另外， 电袋和布袋除尘器一旦发生滤袋破损可 能出现排放浓度急剧增加; 换下的破损滤袋暂时无 法综合利用， 只能进行卫生填埋处理， 同时易引发 职业病。在高海拔地区由于烟气量明显高于平原 地区机组， 换下的滤袋数量较平原地区要多， 二次 污染更为严重。 综上所述， 当电除尘器的除尘效率满足电厂排放 要求且煤质适宜时， 从技术上较电袋和布袋除尘器有 一定优势， 但在占地指标方面稍差。 3. 2除尘器经济比选 以青海某 2 660 MW 火电机组为例， 该电厂采 用五电场电除尘器并加装高频电源， 设前置低温省煤 器等新技术设备与采用袋式除尘器和电袋除尘器时 的电耗费用及年运行费用比较结果见表 3 和表 4。 从表 3表 4 的经济性比较可见 青海某 2 660 MW火电机组采用电除尘器时的电耗相对要小的 941 清洁生产与节能减排 Cleaner Production，Energy- Saving ＆ Emission Ｒeduction 表 2除尘器间技术参数综合比较 Table 2Technical comparisons among different types of dust collectors 项目电除尘器电袋除尘器布袋除尘器 除尘机理粉尘荷电、 捕集粉尘荷电吸附 过滤拦截过滤拦截 煤质、 灰分对除尘效率的影响除尘效率受煤质、 灰分影响， 但 选型合理时， 除尘效率高。同 时， 烟气中的硫分、 氮氧化物含 量高有利于提高除尘效率 除尘效率受煤质、 灰分影响小， 但煤质中硫或氮氧化物高则对滤袋寿命 有影响。煤种变化导致的烟气量与灰分变化将直接影响滤袋使用寿命 烟温对设备的影响对外界影响不敏感， 设备整体对 高温烟气承受能力强， 同时对除 尘器使用寿命没有影响 敏感， 烟温高于160℃时会显著降低滤袋寿命， 如持续高温则滤袋将短时 间内烧毁并破损。当锅炉出现爆管时由于前级有电除尘器， 滤袋影响较 小。尤其是不允许除尘器采用旁路， 将对滤袋寿命带来较大考验 排放稳定性， 设备可靠性效率稳定， 设备长期可靠排放稳定， 但布袋寿命短， 出现破袋时， 排放浓度急剧增加 除尘器阻力 平均值阻力最低， 小于 250 Pa， 且长期 稳定 阻力较高， 刚投运时 ＜1 000 Pa， 后期大于 1 200 Pa 阻力最高， 刚投运时约1 200 Pa， 后期 大于 1 500 Pa 综合能耗能耗最低， 新式电除尘器一台 600 MW 机组能耗小于 600 KW 能耗一般， 一台 600 MW 机组能 耗约 1 500 ～ 2 000 kW 风机能 耗较大 能耗最大， 1 台 600 MW 机组能耗约 2 000 ～2 500 kW 风机能耗最大 核心部件使用寿命寿命最长， 极板、 极线寿命达 20 年以上 滤袋寿命一般 2 ～ 4 年， 个别煤 种时间较短 滤袋寿命一般 2 ～ 3 年， 个别煤种时 间更短 维护工作维护简便， 工作量较小， 运行寿 命长， 维护费用极低 维护工作量较大， 滤袋出现破损时， 维护难度大， 特别在高海拔地区空气 较稀薄维护难度更大。综合维护费较高 运行费用运行费用、 日常维护和检修费用 极低 设备运行费用主要为滤袋和阀 的更换费用， 每次大修更换滤袋 费用达设备总造价 1/3 设备运行费用主要为滤袋和阀的更 换费用， 每次大修更换滤袋费用达设 备总造价 2/5 二次污染处理无换下的破损滤袋暂无法处理， 二次污染严重， 存在二次环保风险 最高除尘效率不加装湿式除尘器时的最高除 尘效率可达 99. 95 99. 99 占地面积2 788 m2 五电场 如增加湿式 电除尘器， 则面积为 3 128 m2 2 686 m22 550 m2 注 占地面积比较以青海某电厂的具体方案比较为例。 表 3青海某 2 660 MW 火电机组电耗费用比较 单台炉 Table 3The cost comparisons of electricity consumptions for a 2 660 MW thermal power generator 电除尘器 袋式除尘器 电袋除尘器 阻力导致引风机的功率消耗/kW30014401200 空压机功率消耗/kW018060 冷冻干燥机功率消耗/kW0208 电除尘器运行功率消耗/kW6500260 功率消耗合计/kW9501640 1528 电耗费用合计/ 万元 a －1 233402374 表4青海某2 660 MW 火电机组年运行费用比较 单台炉 Table 4The comparisons of annual operation cost for a 2 660 MW thermal power generator万元 电除尘器 袋式除尘器 电袋除尘器 易损件的更换费用47018 滤袋、 笼骨的更换费用01 050850 电耗费用233402372 年运行费用合计2801 4521 225 相差 单台炉01 172 945 相差 两台炉02 344 1 890 注 电除尘器设计寿命按 30 年计， 其易损件寿命按 10 年计。袋 式除尘器及电袋复合除尘器中的滤袋材质为 PPS/PPS， 设计 寿命取 3 年 未考虑 SCＲ 脱硝系统氨逃逸及 ABS 等因素影 响 ， 笼骨、 脉冲阀寿命按 8 年计。 多， 实现了节能减排。电除尘器年运行费用较袋式除 尘器和电袋除尘器可分别节约 2 344 万元和1 890 万 元， 运行经济性最优。 4新技术加入对电除尘器提供进一步保障 由于电除尘器的不断发展， 近年来涌现出一批以 高频电源、 移动电极、 辅助电极和双区电除尘、 电凝 并、 低温电除尘以及干湿混合电除尘器 脱硫装置后 加装湿式电除尘器 为代表的新技术［8- 9 ］。 这些新技术的出现不但可以进一步增加电除尘 器比集尘面积、 降低烟尘比电阻、 降低烟气流速， 将 HJ- BAT- 001燃煤电厂污染物防治最佳可行技术指 南 中认为不适宜使用电除尘器的煤质转化为适宜， 而且干湿混合电除尘器技术可将燃煤烟尘排放浓度 稳定将至 10 mg/m3以下［10 ］， 对 PM2. 5的去除率达到 95， 对氧化汞去除率达到 50［11 ］， 甚至可以胜任未 来排放标准进一步提高后的要求。根据上海长兴岛 二厂加装湿式除尘器后的排放监测结果， 该厂烟尘的 排放浓度已低至 4 mg/m3以下。 上述新技术的市场化推广无疑对电除尘器的适 用性和除尘性能的高效、 稳定提供了进一步的保障。 051 环境工程 Environmental Engineering 5电除尘器运行案例对比 目前我国海拔超过2 000 m 地区的最大容量机组 仅为 300 MW。因此， 只能选择海拔较高区域的 660 MW火电机组的运行案例进行对比。课题组收集 到海拔1 300 m 的宁夏某电厂2 660 MW 机组电除尘 器的运行测试资料。将宁夏某电厂电除尘器的主要运 行参数与青海某电厂的设计参数进行对比， 详见表5。 表 5两电厂电除尘器主要参数对比表 Table 5Parameter comparison between two dust collectors for two power plants 项目 宁夏某电厂 660 MW 机组 青海某电厂 660 MW 机组 有效断面积/m22 5462 618 室数/电场数2/42/5 电场总长度/m19. 55 27. 08 阳极板型式及总有效面积/m2BE/108847BE/163230 阴极线型式针刺线针刺线 波形线 同极距/mm400 410 比集尘面积/ m2 m －3 s－1 88. 1140 烟气流速/ m s －1 1. 130. 97 除尘效率/实测值 99. 88 设计值 99. 88 是否采用高频电源技术是是 是否采用低低温除尘技术否是 由表 5 可见 青海某电厂电除尘器的主要技术参 数全部优于宁夏某电厂， 尤其是比集尘面积较宁夏某 电厂高出近 60， 为高海拔地区的大烟气量预留了 足够的处理空间， 可以确保电除尘器长期稳定达到设 计效率的 99. 88。 另外， 西北高海拔地区一般环境温度低于 40 ℃， 属大陆高原半干旱气候区， 湿度相对较小， 能够满足 电除尘器高压高频电源的使用环境与安全要求［3 ］。 6结论 高海拔地区热电厂烟气排放量较平原地区大得 多， 对除尘器的要求也相应提高。 电除尘器、 袋式除尘器及电袋复合式除尘器均可 满足高海拔地区大容量火电机组的除尘效率要求。 电除尘器较布袋除尘器和电袋复合除尘器有对 烟温的变化承受力最强， 阻力最小， 综合能耗最低， 核 心部件寿命最长且无二次污染， 尤其是其电耗最低， 年运行费用最低， 具有良好的经济性。因此在煤质、 灰分适宜或可降低烟尘比电阻至适宜的情况下， 电除 尘器应作为高海拔地区除尘器选型的优选。 新技术的加入可对电除尘器提供进一步保障， 但 为满足未来排放标准的要求， 高海拔地区大容量火电 机组应为湿式除尘器的安装预留充足空间。 袋式除尘器和电袋复合式除尘器相对于电除尘 器占地面积小， 如建设场地受限制， 则可优先考虑袋 式除尘器或电袋复合式除尘器。 参考文献 ［1］曹辰雨， 李贞， 任建兴， 等 燃煤电厂除尘设备除尘性能的分析 与比较［J］． 上海电力学院学报， 2013， 29 4 351- 354。 ［2］傅兴元． 燃煤电厂除尘技术探讨［ J］ ． 北方环境， 2012， 24 3 15. ［3］火电厂除尘工程技术规范 征求意见稿 及其编制说明［S］． ［4］朱法华， 王盛， 赵国华， 等．GB 132232011 火电厂大气污染物排放 标准 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com 151 清洁生产与节能减排 Cleaner Production，Energy- Saving ＆ Emission Ｒeduction