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宝钢电厂 3 号火电机组电除尘系统改造 徐剑 1 倪建东 1 黄中子 2 1． 宝钢工程技术集团有限公司， 上海 201900;2. 上海工程技术大学化学化工学院，上海 201620 摘要 结合工程实例， 从除尘器入口烟气降温、 除尘器设备本体、 引风机三个方面提出了大型钢铁企业火电机组电除尘 系统的改造思路， 根据对改造后近两年多运行情况的调研， 以实际效果验证了改造的成功， 为大型钢铁企业类似自备 火电机组的电除尘系统改造提供了借鉴。 关键词 除尘器; 滤料; 喷雾冷却; 引风机 REBUILDING OF THE ELECTROSTATIC PRECIPITATION SYSTEM OF THE NO． 3 UNIT IN THERMAL POWER PLANT OF BAOSTEEL Xu Jian1Ni Jiandong1Huang Zhongzi2 1． Baosteel Engineering ＆ Technology Group Limited Corporation，Shanghai 201900，China; 2． School of Chemistry and Chemical Engineering，Shanghai University of Engineering Science，Shanghai 201620，China AbstractCombining with actual project，it is introuduced the of rebuilding of the electrostatic precipitation ESP system of the thermal power plant for large steel plant from three points，which includes cooling for the gas of the ESP inlet， ESP and induced draft fan. The success of the project is verified on the basis of surveying of the 2-year running process after re， which provides the reference for similar electrostatic precipitation ESPsystem of the thermal power plant for large steel plant． Keywordsdust-remover;filter media;mist spray water cooling;induced draft fan IDF 0引言 宝钢自备电厂 3 号机组电除尘器于 1999 年建成 投产， 随着国家环保要求的逐渐提高， 如 GB 13223 2003火电厂大气污染物排放标准 明确要求粉尘排 放小于 50 mg/m3 根据 2009 年 4 月份的测试参数， 电除尘器出口粉尘浓度达到了 313 mg/m3 ， 同时 2008 年考虑干法炉内喷钙脱硫项目的实施， 粉尘性 质发生较大变化， 特别是影响电除尘器除尘效率的关 键参数如粉尘比电阻等有较大变化， 原有的电除尘系 统无法满足上述要求， 迫切需要实施改造。 钢铁企业自备火电机组通常会有掺烧高炉或焦 炉煤气的工况， 宝钢电厂 3 号机组同样面临上述工 况， 在掺烧煤气时， 烟气量大幅增加， 与常规单一燃料 火电机组相比， 宝钢电厂 3 号机组烟气量相当于 400 MW 机组， 同时极端锅炉烟气温度接近 200 ℃ 。这给 除尘改造带来了极大难度， 因此本次改造所积累的技 术资料、 实施细节等都将给类似机组的除尘改造提供 一个独创性的普遍解决方案。 1改造前主要运行参数及确定的基本改造原则 1. 1系统的基本组成 系统组成如图 1 所示。与大多数火电机组的典 型流程一样， 宝钢电厂 3 号机组烟气排放从锅炉空气 预热器排出后， 分成两路烟道分别经 2 台电除尘器后 再合并成一路集合烟道最终分成三路并经 3 台离心 式引风机引出后再经另一路集合烟道接入 200 m 高 混凝土烟囱排放。 图 1系统流程示意 45 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 1. 2改造思路 本次改造的核心是电除尘器本体改造。针对电 除尘器改造的方案有很多种， 目前改造方案上基本分 为 1 电除尘器局部改造 如增加电场; 改造集丝、 集 板等 ; 2 改为电袋复合除尘器等; 3 电除尘器改布 袋除尘器等。 结合本项目实际情况， 考虑总图等因素， 特别是 上海地区出台的日益严格的粉尘排放标准， 如近期 GB 132232011火电厂大气污染物排放标准 的修 改升级标准二次征求意见稿已经发布， 明确要求排放 浓度达到 30 mg/m3的要求。一方面， 布袋除尘技术 已经成为业内技术发展趋势， 经过一次改造就能够实 现至少十年的排放考核要求; 另一方面， 考虑到除尘 系统改造往往要消耗整整一个大修期， 而宝钢的 3 号 机组要 6 年才能遇到一次大修期， 在有限的时间内很 难有两次以上的改造机会， 这就要求必须一次改造成 功实现粉尘的高标准排放。综合这两方面考虑将现 有电除尘器改成布袋除尘器， 脉冲喷吹与反冲喷吹相 比， 由于清灰效果较好， 已经成为业界技术发展趋势 之一， 而考虑到由于清灰效果差导致的布袋除尘系统 事故并不少见 ［1］， 确定本次改造采用的布袋除尘器 采用脉冲喷吹形式的布袋除尘器。 布袋除尘器滤料的选择是本次改造的关键， 而滤 料的选择取决于烟气参数 见表 1 。在我国， 适用于 燃煤机组烟气特性的几种常用滤料纤维为 PPS、 P84、 PTFE 及无碱玻纤等。PPS 最适用的条件是含氧量小 于 8 且温度在 160 ℃ 以下。P84 纤维价格稍高于 PPS， 能耐 240 ℃ ， 不过耐水解性能差是 P84 纤维的显 著缺点， 不能在高湿状态下使用， 考虑到干法脱硫项 目实施时， 越接近烟气露点温度， 脱硫效率越高， 本次 改造通过喷雾冷却使烟气温度降低， 但同时烟气相对 湿度达到 10 以上， 直接导致 P84 不可选。PTFE 纤 维能在 260 ℃ 温度下长期工作， 具有高度的化学稳定 性和卓越的耐化学腐蚀能力， 如耐强酸、 强碱、 强氧化 剂等， 有突出的耐热、 耐寒及耐磨性， 具有不沾着、 不 吸水、 不燃烧等特点， 但价格数倍于其他纤维， 而本项 目的实际能达到 200 ℃ 以上极端工况极少， 完全选用 PTFE 没有必要， 但 PTFE 成分又确实能够起到支撑 滤袋结构牢固的作用。玻纤在曲挠磨损上的抗性较 差， 如果有脉冲或清灰剧烈， 寿命不长， 玻纤的这种脆 性使它只能用在反吹风清灰系统的除尘器上， 适用于 本次改造所采用的脉冲喷吹式布袋除尘器风险极大。 基于上述因素并结合国内一些电改袋机组的运行情 况， 考虑到 200 ℃ 以上的极端恶劣工况极少出现， 即 使出现 200 ℃ 以上极端工况也可通过喷雾冷却而采 用远远低于纯 PTFE 价格的滤料， 而考虑到脉冲喷吹 及喷雾冷却喷水后烟气相对含湿量大于 10 的实际 情况， 同时 PTFE 成分又确实能够起到支撑滤袋结构 牢固的作用， 确定本次布袋滤料采用表层 PPS 超细 纤维层、 PPS 细纤维层、 加强型 PTFE 基布、 PPS 粗纤 维层 4 层构成并采用 PTFE 浸渍处理达到防水防油 的目的 ［2］。 表 1除尘器入口烟气及粉尘参数 项目工况一工况二工况三 机组出力 /MW350350 350 烟气温度 /℃142 160197 热态烟气量 / 104 m3h － 1 188216270 烟气成分CO2体积分数 /10. 510. 914. 7 SO2浓度 / mg m － 3 1 3571 274840 O2体积分数 /6. 66. 56. 3 N2体积分数 /72. 771. 669. 9 H2O 体积分数 /10. 21110 粉尘浓度 / mg m － 3 19 70016 6009 900 粉尘成分灰分质量分数 / CaCO3质量分数 / CaSO4质量分数 / CaO 质量分数 / 6766. 365. 6 9. 69. 610. 1 10. 611. 411. 1 12. 712. 713. 1 1. 3设计参数的确定 1. 3. 1系统烟气量 机组主要烟气量参数见表 1， 其中全烧煤 工况 一 全年运行 11 个月， 高炉煤气最大混烧 工况三 全年最多运行 1 个月， 在工况三运行期间， 原烟气温度 将达到 197 ℃， 喷雾冷却使烟温降至 160 ℃以下， 由此 确定排烟系统的设计处理风量为 270 104m3/h。 1. 3. 2旁路烟气量 为应对最大混烧时恰逢 IDH 喷雾系统故障而无 法使烟温降至设定值及锅炉爆管等事故工况， 除尘器 设置可靠的旁路系统， 以避免滤袋遭受高温烟气烧 损、 含湿粉尘粘袋、 低温烟气的酸腐蚀等破坏。旁通 烟道按能通过最大烟气量的 50 设计。 1. 3. 3系统阻力 改造后， 脉冲袋式除尘器本体阻力比原电除尘器 增加 800 ～ 1 000 Pa， 排烟系统总阻力约为 4 200 Pa。 2改造内容 改造从三个方面入手 1 电除尘器本体改造; 2 除尘器入口烟道改造; 3 引风机改造。 55 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 2. 1电除尘器本体改造 拆除防雨棚和顶盖， 重新安装新的顶盖和检修 门; 拆除壳体内部的阴阳极线、 阴阳极振打等电除尘 器部件， 保留内部支撑并进行适当的改造， 对壳体上 部进行改造， 在内部增加花板、 布袋、 笼骨、 增设喷吹 系统等; 拆除出口喇叭并封补， 增加新的出风口、 出口 档板门、 膨胀节和至风机入口部分的烟道; 在入口档 板门前和出口档板门后， 增加旁路烟道、 阀门和膨胀 节; 改造原控制系统， 使其适合袋式除尘器的运行要 求; 改造扶梯平台， 使其适合袋式除尘器检修的要求; 增加压缩空气系统和其他辅助设备。同时， 适当改造 原有输灰系统， 保留原有电除尘器的壳体 侧板 ， 安 装布袋除尘器内部的结构花板、 脉冲喷吹管、 袋笼及 布袋等， 布袋除尘器选型参数见表 2。从表 2 中数据可 以发现 在最大烟气量为 270 104m3/h 时， 布袋除尘 器内的过滤风速也小于 1 m/min， 在全年 11 个月的大 多数时间内， 烟气量为 216 104m3/h， 这时过滤风速 小于 0. 8 m/min， 全烧煤工况烟气量为 188 104m3/h 时， 过滤风速甚至低于 0. 7 m/min， 这为布袋除尘器 维持较低的阻力、 布袋维持较长的寿命提供了保证 尚未考虑烟气冷却后体积压缩的影响， 若考虑这部 分影响， 则过滤风速更低， 除尘器阻力也就更低 。 表 2布袋除尘器选型参数 项目技术参数 出口排放浓度 / mgm － 3 ≤20 总阻力 /Pa ≤1 200 最大烟气量 / m3h － 1 2 700 000 本体漏风率 / 2 噪声 /dB 75 壳体设计压力 /kPa8 总过滤面积 /m245 240 过滤速度 / mmin － 1 ＜ 1. 0 滤袋规格 /mm 165 8 550 滤袋数量 /条10 208 电磁脉冲阀规格3“ 电磁脉冲阀数量 /个1 056 清灰压力 /MPa 0. 2 ～ 0. 3 清灰方式在线， 脉冲喷吹 2. 2除尘器入口烟道改造 由于实施干法脱硫， 接近露点的烟气中 SO2更易 被吸收， 而考虑到接近露点温度的烟气通过除尘器布 袋时存在极大的安全隐患， 必须适当降温但又必须维 持高于露点的烟气温度， 对除尘器布袋寿命的提高有 极大的好处， 综合上述考虑， 对除尘器入口烟道进行 改造， 将原除尘器入口烟道改造为增湿箱， 在增湿箱 内布置喷嘴， 通过喷雾冷却的方式对烟气降温处理， 针对机组不同的运行工况， 保证烟气温度始终处于 110 ～ 160 ℃ 范围内。 喷雾冷却的基本原理 高温烟气进入增湿箱后， 经喷雾冷却， 温度降低， 放出的热量与增湿箱中喷出 的水完全蒸发所吸收的热量相等， 为促进雾滴完全蒸 发， 采用气固两相流喷嘴， 使用压缩空气促进雾化， 使 雾滴粒径变小 雾化后颗粒平均直径能够达到 60 μm 以下 ， 从而在相对较小的空间与相对较短的时间内 完全蒸发， 缩小增湿箱的容积。对喷雾冷却的设计， 应依据详细的计算及计算机数值模拟 ［3］。本次喷雾 冷却的工艺流程见图 2。 注 工艺水耗量为 44 m3/h， 压缩空气为 3 060 m3/h， 0. 7 MPa， 由泵进入增湿箱的水量和水压分别为 21. 9 m3/h 和 1 080 kPa。 图 2喷雾冷却流程示意 基于上述原理， 对各工况数据进行模拟， 如全年 运行时间达到 11 个月的工况 2 喷水量为 8 m3/h 模 拟效果见图 3， 从模拟效果看可以发现， 当喷水量为 8 m3/h时， 冷却后增湿箱出口烟气温度就能控制在 126 ℃ 左右， 完全能够达到冷却效果。 图 3典型工况冷却模拟效果 2. 3引风机的改造 由于电除尘器改成布袋除尘器后， 系统阻力将增 加， 原有引风机 设备参数见表 3 无法克服系统阻 力， 引风机必须改造。同时， 还需核算原有电机功率 是否与改造后的引风机匹配， 以确定马达是否需要改 造。由于系统中 3 台引风机为并联形式， 需对 3 台引 风 机 同 时 按 相 同 方 式 改 造， 实 现 系 统 运 行 的 最 优化 ［4］。 65 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 表 3改造前引风机参数 项目选型参数 型式 风量 / m3min － 1 风压 /Pa 转速 / rmin － 1 功率 /kW 转速 / rmin － 1 电压 /V 电流 /A 起动时间 /s 数量 /台 翼型双吸离心式 19 900 入口－ 2 842; 出口 490 735 1 560 750 6 000 196 27 3 2. 3. 1引风机改造设计参数的确定 通过对引风机实际运行过程中出现的各种工况条 件进行了测试， 同时考虑到 40 104m3/h 煤气的工况 极少出现， 以及引风机入口挡板门实际开度的调节功 能， 结合电除尘器改布袋除尘器后阻力将增加 800 Pa 的实际情况， 确定改造后的设计计算参数见表 4。 表 4改造后引风机参数 序号 掺烧高炉煤气 量 / m3h － 1 进口温 度 /℃ 进口密度 / kgm － 3 静压 /Pa 流量 / m3min － 1 1400 0001820. 74774 22513 190 2100 000137. 20. 83943 28915 825 3300 0001700. 77163 7348 965 401160. 88753 02410 795 原设计参数100 000137. 20. 83943 28915 825 改造后参数1 000 0001601. 2934 08915 825 2. 3. 2原有引风机提高压头的改造方法 对于离心式风机， 增加叶轮出口直径， 出口圆周 速度就能增大， 相应的气体压力就能增大， 从而风机 压头得以提高。根据叶轮切割后的性能曲线 见图 4 可以看出 叶轮在一定的切割范围内， 其高效区的效 率变化不大， 同样， 叶轮直径增大在一定范围内， 其高 效率区的效率变化不大。 图 4离心风机叶轮切割性能曲线 结合离心风机性能曲线 图 5 ， 在流量不变的情 况下， 一定范围的压力增加， 其运行效率变化不大。 当离心风机叶片的切割或接长的量控制在 7 ～ 15 的范围内， 可以假设叶轮切割或接长前后的叶片 出口安装角和风机效率均不变， 且切割或接长前后的 出口速度三角形相似， 结合本项目中引风机叶轮前盘 为锥形， 叶轮接长前后的出口过流面积不变， 考虑掺 烧高炉煤气时的余量要求， 得出将原风机叶轮的直径 由 2 800 mm 接长至 2 979 mm。 图 5离心风机性能曲线 2. 3. 3改造后对配套电机的影响 根据原风机设计参数可计算得出设计工况效率 为 79 ， 风机在最大工况的运行效率为 76. 4 ， 这说 明风机的运行点处在高效区， 根据叶轮直径变化不大 效率基本不变的原理， 通过计算可得出风机改造后实 际轴 功 率 为 1 436 kW， 而 原 配 套 电 机 的 功 率 为 1 560 kW， 电机功率余量系数为 1. 063， 满足使用要 求。故原配套电机容量满足改造后的要求， 无需进行 扩容等改造。 3改造效果 经过前期周密策划， 并对各个系统详细计算论 证， 利用 55 天紧张大修期， 电厂 3 号机组电除尘系统 完成了引风机、 电除尘器、 除尘入口段的改造， 该项目 于 2009 年 6 月建成投产近两年以来， 烟气冷却系统、 布袋除尘系统、 引风机系统经历了多次恶劣工况的考 验。2011 年 4 月， 对电厂 3 号机组的布袋除尘器再 次进行了调研， 经过增湿箱喷雾冷却后的烟气最高温 度常年稳定在 150 ℃ 以下， 目前两个电除尘器， 每个 除尘通道阻力均维持在 600 Pa 左右， 除尘器出口粉 尘浓度一直维持在 15 mg/m3以下。特别值得一提的 是 2010 年 5 月曾经发生锅炉内水冷壁爆管的烟气 含湿量升高， 给布袋除尘器的核心元件滤袋带来影 响， 通过提高布袋喷吹频率并经 48 h 紧急处理， 没有 发生布袋损坏的事故， 布袋除尘器经历了严峻的考 验。另外， 引风机经历两年的运行， 没有出现无法满 下转第 123 页 75 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 行费用， 还能减少城市的环境污染， 减缓资源能源的 危机。 图 7沼气利用规划流程 3. 4. 2污泥及煤泥利用 低热值煤泥若处理和使用不当， 不但浪费能源， 还会污染环境。为此， 企业开发出了煤泥烘干和掺烧 技术， 建成了煤泥滚筒烘干生产线， 并对锅炉的输配 煤、 燃烧系统、 除尘出灰系统进行了改造， 使煤泥的掺 烧量逐年提高， 2007 年达 83 万 t， 不仅充分利用了劣 质煤泥， 减轻了环境污染负荷， 使其热值得到了利用， 而且降低了公司 生产成 本， 增 强 了 企 业 的 市 场 竞 争力。 在煤泥掺烧成功的基础上， 企业开展了再掺烧污 泥试验， 并摸索出可行的煤泥和污泥混合掺烧工艺， 即把污泥运至煤泥烘干车间， 按 25 左右的掺入比 例与煤泥混合后烘干， 再按一定比例掺入燃煤中入炉 燃烧。目前掺烧了本企业柠檬酸污水处理站好氧剩 余污泥 3 400 t/a 干基高位热值 6 528 kJ/kg ， 还处 置了邻近一家纺织企业污水处理剩余污泥 6 000 t/a 干基高位热值 10 311 kJ/kg ， 为污泥的安全处置提 供了可借鉴的经验。 4小结 该企业以资源综合利用为基本出发点， 在多层面 上进行循环经济实践， 成功地构建了企业集团内部不 同产业链间的耦合， 极大地减少了污染物排放量， 使 资源能源得到了充分利用。据估算， 该企业通过连续 色谱法柠檬酸清洁生产， 柠檬酸生产废水生物脱硫， 以及中水回用为电厂循环冷却水等措施， 可节约用水 4 564 m3/d， 减少消耗硫酸 23. 8 t/d、 碳酸钙24. 7 t/d， 减少排放废水 4 474 m3/d、 二氧化碳废气 10. 8 m3/d、 硫酸钙废渣 54. 8 t/d; 通过生物脱硫污泥提纯， 沼气 回收利用， 污泥掺烧等技术， 可回收单质硫 7 420 t/a， 回收 车 用 燃 气 16 363 m3/d，有 效 利 用 剩 余 污 泥9 400 t/a。 该企业的不同产业链耦合循环经济实践是一个 宝贵的经验， 为传统行业减少污染物排放、 提高资源 利用效率， 最终实现可持续发展探索了新的道路。 参考文献 ［1］周洁， 王远， 陆根法， 等． 企业实施循环经济的战略探讨［J］． 四 川环境，2005， 24 2 94- 96． ［2］翁连海， 刘天明， 李琢伟， 等． 低盐固态发酵法酱油生产企业内 部循环经济发展模型构建的探索［J］． 中国酿造， 2011 1 155- 156． ［3］于静梅， 张辉， 刘东明． 燃煤电厂烟气脱硫技术发展概况［J］． 锅炉制造， 2008 1 40- 43． ［4］瞿露， 汪诚文， 王玉珏． 两种柠檬酸生产工艺的清洁生产评价 ［J］． 环境工程， 2011， 29 3 111- 115． ［5］汪诚文， 金小达， 贾捍卫， 等． 烟气生物脱硫污泥中单质硫的回 收工艺中试研究［J］． 环境科技， 2010 1 1- 4． 作者通信处瞿露100084北京市海淀区清华大学环境学院 712 E- mailqu-lu 163． com 2011 － 09 － 05 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 57 页 足系统阻力提高的非正常状态。冷却系统也经历了 各种恶劣工况的考验， 增湿箱出口温度一直稳定在 110 ～ 150 ℃ 的工况范围内， 给布袋除尘的正常运行 提供了保证。 参考文献 ［1］雷新维， 唐勇． 电厂袋式除尘器滤袋故障分析及处理［J］． 中国 环保产业， 2010 8 38- 40． ［2］倪建东． 宝钢电厂 3 号机组电除尘器改布袋除尘器滤料选用探 析［J］． 宝钢技术， 2010 3 34- 37． ［3］中井志郎． 喷雾式烟气排放冷却塔的设计方法［J］． 世界钢铁， 2011 3 59- 62． ［4］倪建东， 徐剑． 某钢铁企业自备火电机组引风系统节能改造方 案探讨［J］． 节能， 2008 3 30- 32． 作者通信处黄中子201620上海市龙腾路 333 号上海工程技术 大学化学化工学院 E- mailwazzlp 163． com 2011 － 08 － 08 收稿 321 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期