燃煤电站超低排放综合除尘设计
张伏叶
（西北电力设计院，西安710075）
技术指标.文中以煤质分析为基础，设计了燃煤电站烟尘排放的三级综合除尘方案.即干式除 摘要：针对某2×660MW机组燃煤电站超低排放要求，常规的除尘方案无法满足工程的空器除尘、湿法脱硫装置协同除尘和湿式除尘器除空的综合除尘方案.比较了三种干式除尘器的特性，介绍了湿法脱硫装置协同除尘和湿式除尘器的除尘机理，合理分配了各级除尘器的进出口参数及除尘效率.通过综合设计，使得烟尘排放不大于2.5mg/m”.
关键词：燃煤锅炉：超低排放：综合除尘：除尘器
中图分类号：TK229.4文献标志码：B文章编号：1009-3230（2016）08-0024-05
Design on Comprehensive DustRemoval ofUltra LowEmissionforThermalPowerPlants
ZHANG Fu -ye(Northwest Eleetric Power Design Institute Xian 710075 China)
Abstract: In view of the ultra low gas pollutants emission requirements of the 2 ×660 MW themalpower plants the conventional dust removal schemes can not met the technical specifications of the project. Inthis paper bsed n the analsis f coal quality the paper designs crehensive dstremoval schemes that is，dry dust precipitator，wet desulfurization equipment cooperative dustremoval and wet dust precipitator . The dust removal mechanism of cooperative dust removal in wetFGD system and wet dust precipitator is introduced. The characteristics of three kinds of dry dust precipitators are pared. The inlet and outlet parameters and dust removal eficiency of the dustcollectors are reasonable distributed. As the results of prehensive schemes the dust emission isnot more than 2. 5 mg/m'.
Key words: Coal fired boiler; Ultra low emission; Comprehensive dust removal; Dust collctor
放浓度基本达到燃气轮机组排放限值，中部地区新建机组原则上接近或达到燃气轮机组排放限烟尘的排放限值为30mg/Nm²，在重点地区的烟组排放限值.在上述标准中，要求以气体为燃料 值，鼓励西部地区新建机组接近或达到燃气轮机尘排放限值为20mg/Nm.按照国家发改委、的锅炉或燃气轮机机组烟尘的排放限值为5mgNm²，而在我们所设计的某2×660MW机组发电工程中，更是提出了烟尘排放浓度不超过2.5mg/Nm的超低性设计指标，它比现行国家标准高出一倍.按照以往工程采用的除尘器加湿法脱硫装置协同除尘的除尘方案，不能满足本工程的烟尘排放要求.通过分析该发电工程的煤质资
0引言
按照现行国家标准《火电厂大气污染物排放标准）（CB13223-2011），燃煤锅炉在非重点地区环境保护部、国家能源局于2014年9月联合发布 “煤电节能减排升级改造行动计划（2014-2020年）”，东部地区新建燃煤发电机组大气污染物排
料，结合烟尘除尘器的除尘机理与技术发展趋势，文中提出一种脱硫前的干式除尘器除尘湿法脱硫装置协同除尘湿式除尘器除尘的综合除尘设计方案，满足烟尘排放浓度不超过2.5mg/Nm²的超低排放指标.
续表1
符号 单位 设计煤种校税媒种莲庆熔融半球温度 项 H HT x10° >1.50 >1.45星灰熔融流动温度 FT x10² >1.50 >1.46煤灰中二氧化建 Si0 % 58.07 49.03媒灰中三氧化二绍 AlO 28.76 20.84灰中三氧化二铁 FeO % 9.78 3.16煤庆中氧化钙 Ca0 1.16 5.46煤灰中氧化销 煤灰中氧化版 MgO % 0.10 3.19煤庆中氧化弹 Na O 0° % 0.03 00煤灰中二氧化软 TO % 0.39 E'0煤庆中三氧化成 s0 0.70 0.75煤灰中二氧化罐 MnO 0.014 0.012灰比电阻测试湿度常温 L.cm1.35 ×10 0.52×x10测试湿度80℃ 0.0 2.50 × 10l 0.65 x 1012测试温度100℃ 0L.cm0.36×10°0.33 ×101测试温度120℃ 0L.cm0.52 ×10° 0.35 ×10 0L.cm0.75 ×10° 0.71 ×10测试湿度150℃ 测试疆度180°℃ L.cm0.96 ×10 0.92 ×10
1煤质资料分析及除尘流程设计
1.1煤质资料分析
表1为工程煤质及灰成分分析，从中可以看出，设计煤种、校核煤种灰份含量分别为26.04%和33.73%，煤中含灰相对较高使得除尘器的人口烟尘浓度较高.设计煤质、校核煤质的灰比电阻都很高，在120℃时设计煤质、校核煤质的飞灰 比电阻分别为0.52x1013cm、0.35x1013Qcm，已接近高高比电阻，属静电除尘器难收尘的粉尘.静电除尘器必须进行优化，即与低温省煤器高频电源旋转电极的相组合，才能达到较高的除尘效果.
表1 煤质及族成分分析表
项 B 符号 单位 设计煤种 校核煤种全水分 M 11.4 8.5空气干燥基水分 收到基庆分 M A 36.04 5.22 33.73 5.24干燥无灰基挥发分 vx 38.34 40.85收到基碳 c 48.63 44.27收到基氢 H 学 3.27 3.08收到基氮 牧到基氧 N 0.84 0.77全碗 S.e 9.07 9.24 0.54收到基高位发热量 Qgxx M/kg 19.45 18.56收到基低位发热量 Q. M/kg 18.52 16.59煤的冲刷容损指数 哈氏可磨指数 HCI 6 6煤中离二氧化硅SO （F）. Ke % 5.48 4.4 6.47 3.2煤中氟 F. H/s 21煤中氯 a % 0.005 000煤中神 H/s 3 4煤中铅 煤中汞 Ph H e/s /8 0.06 22 0.07媒灰熔融变形温度 DT x10² >1.50 >1.45谋灰熔融软化疆度 ST x10°℃ >1.50 >1.45
1.2综合除尘流程及除尘效率分配
为了达到电厂烟尘超低排放要求，文中提出一种综合除尘方案，其除尘流程如图1所示，分为干式除尘器除尘、湿法脱硫装置协助除尘、湿式除尘器除尘三个流程；其中干式除尘器可以采用优化后的静电除尘器、电袋除尘器、布袋除尘器中的任一种.根据表1中的煤质资料分析、锅炉热力计算结果中锅炉排放烟尘浓度及机组烟尘排放浓度要求，三级除尘器的效率及进出口烟尘浓度分49g/Nm，干式除尘器效率不小于99.97%，其出 配为：干式除尘器人口（锅炉排放）的烟尘浓度为口烟尘浓度不大于14.7mgN/m²；湿法脱硫装置协助除尘效率不小于50%，其出口烟尘浓度不大于7.35mg/Nm²；脱硫吸收塔后设置湿式电除尘器，其除尘效率不小于70%，则出口烟尘浓度将达到2.2mg/Nm²，从而能够满足机组烟尘排放浓度不大于2.5mg/m²的目标要求.
图1综合脉尘流程图
放值控制在不大于14.7mg/Nm、除尘效率不小于99.97%.下面对三种干式除尘器从性能及 适应性进行比较，见表2-3，其中电布袋除尘器按照一电三袋配置，优化的静电除尘器为静电除尘器低温省煤器高频电源旅转电极的组合配置.
2各级除尘器除尘设计
2.1干式除尘器除尘
在燃煤发电中，常用的干式除尘装置主要有式.针对工程的煤质资料，根据干式除尘器的 静电除尘器、布袋除尘器和电袋除尘器三种形工作原理和图1的除尘流程，干式除尘器排
三种干式除尘器性能比较表
序号 名 称 单位 优化的静电除尘器 电布袋除尘器 布袋除尘器除生器进口总烟气量（标态） VNa? Nm²/b 2 199771.583 48.0 .583 48.0 2 199771.583 48.02 3 除尘器进口含尘量 电场数 个 5 14 5 设计效率 烟气流速 m/min % >99.97 1.11 ≥99.97 1.23 ≥99.97 0.956 出口烟气含尘量 my/Na? ≤15 <15 5 PPS P84 >311 清灰方式 顶部或则面振行 顶邮扳打脉冲吹灰 脉冲吹灰喷吹12 13 除尘器阻力（平均值） 耗气量 Nn2/mia Ps 800 0 1000 15 1500 7014 除全器阻力 Ps 800 逐渐增大， 逐渐增大，190℃（每次不超过10190℃（每次不超过10 5年内≤1200 3年内≤180015 允许使用最高温度 300 分钟，年累计不超过50分钟，年累计不超过50小时） 小时）表3 三种干式除尘器适应性对比表比较的内容名称 烟气的逛度 优化的静电除尘器 不敏感 敏感，不允许超退 电袋除尘器 敏感，不允许超温 布袋除尘器压力 影响小 影响小 不利，不能超过视限 影响小气特性 的影响 氧、氧化物（S0x） 湿度 硬含量高有利于收尘 不敏感 电际全区与布袋区的影响相反 不利，不能植过极限 影响滤料的选择含尘浓度对效率的影响 气流均布 对效率有影响 对效率有影响 对前级电除尘区效率有一定影响 对前级电除尘区效率有一定影响 不敏感，效率稳定 效率稳定粉全 粉尘的电荷分布 粉全经过前级电场电高荷电 粉尘无电荷特性 松附性 对效率有较大影响 不敏感 财前级电除尘区效率有影响 不利 无影响，效率稳定 不利影响 粉尘硬度 不敏感 电除尘区影响不大，影响布袋区袋寿命 相对于电除尘，阻力 影响建袋寿命引风机选 型影响 引风机的全压 阻力较小 相对于电除尘，阻力增加较大，相对于 布袋除尘器，阻力有所降低 增加较大
由上表可以看出，三种干式除尘器在满足99.97%效率的前提下各有特点，静电除尘器对烟加较小，但对粉尘的适应性较布袋除尘器差；布袋 气的温度、湿度及腐蚀性不敏感，对引风机阻力增除尘器的运行性能对烟气、粉尘特性的适应较好，但烟气的腐蚀性及烟气温度影响布袋寿命，对引风机阻力增加较多；电袋除尘器对烟气的温度、湿度及腐蚀性不敏感，除尘效率高，兼具布袋除尘器和静电除尘器的优点.
2.2湿法脱硫装置协同除尘
2.2.1湿法脱硫协同除尘机理
湿法脱硫装置及系统，主要是除去烟气中的SO及SO，同时也可协同除去烟气中的一部分烟尘，它通过吸收塔内部液滴捕集的机理来进行除尘的.干式除尘器主要完成了对粒径大于10μm烟尘的除尘，因此进人湿法脱硫吸收塔的烟尘粒径一般小于10μm，由于尘粒非常细微，又没有外界电场的作用，所以可以忽略凝聚、重力和静电沉降，仅考虑惯性碰撞、截留和布朗扩散3种机理的作用，如图2所示.
图2湿法脱硫协同除尘机理图
(1）惯性碰撞
当含有较大尘粒的气流在运动的过程中遇到液滴时，其自身的惯性作用使得它们不能沿流线绕过液滴，仍保持其原来的方向运行而碰撞到液滴，从而被液滴捕集，如图2所示尘粒1.对惯性捕集起决定作用的是尘粒的质量，主要考虑大于1μm的粉尘.
（2）截留
当尘粒沿气体流线随着气流直接向液滴运动
时，由于气流流线离液滴表面的距离在尘粒半径 范围以内，则该尘粒与液滴接触并被捕集.对截留捕尘起作用的是尘粒大小，而不是尘粒的惯性，截留作用主要取决于液滴粒径的大小，粒径越小截留作用越强.
（3）布朗扩散
当微细尘粒气流的夹带作用围绕液滴运动时，由于布朗扩散作用，尘粒的运动轨迹与气流流线不一致而沉积在液滴上.尘粒越小，布朗扩散越强烈，在分析小于2um的尘粒沉积时，通常要考虑这种机理.
2.2.2提高湿法脱硫协同除尘效果的措施
在工程实践上，为了提高吸收塔除尘效果，通常采用以下措施：
（1)CFD模拟
通过CFD模拟并采取有效措施，使得吸收塔入口烟气速度离散偏差小于15%，以保证烟气能均匀的进人吸收塔；除雾器入口截面速度离散偏差小于25%，以保证除雾器的性能.吸收塔出口流场速度离散偏差小于25%，以保证吸收塔出口段无回流发生.
(2）双头喷嘴
双头喷嘴是在同一方向上有2个喷嘴，2个喷嘴喷出来的喷雾方向是相反的，其喷雾效果如图3所示.使用双头喷嘴可以产生更小的雾滴， 气液接触面积增大；双头喷嘴喷出的浆液是相反的方向旋转的，在旋转的过程中会发生碰撞产生二次雾化，增加了液滴与烟气接触的表面积，使不能接触烟气的液滴内部转化为表面与烟气接触并反应；双喷喷嘴相反的旋转方向使烟气不致在塔壁过度集中，减少了烟气在塔壁侧泄漏.
（3）增加吸收塔周边喷嘴流量和设置增效环
为了避免在吸收塔周边区域阻力较小面导致大部分烟气从靠近塔壁附近通过喷淋层，造成整个吸收塔截面上液气比分布不均匀，引起脱硫、除尘效率下降，采用增加周边喷嘴流量和设置增效环的方式将靠近塔壁的烟气驱赶到吸收塔中间区
图3双头喷嘴及喷雾效果图
域，使各个区域的液气比尽可能接近平均液气比，从而增加烟气与液滴的接触，提高脱硫和除尘效率.
以达到50%以上，脱硫人口烟尘含量 采取以上措施后，吸收塔的综合除尘效果可按14.7mg/m²，吸收塔除尘效率50%计，即吸收塔出口烟尘含量要求达到7.35mg/m².
2.3湿式除尘器除尘设计
湿式除尘器（简称WESP）对粉尘的捕集机理与静电除尘器（简称ESP）相似，仅在清灰方式上有所不同3.WESP用一套喷淋清灰系统取代了ESP的振打清灰系统.如图4所示，主要由放电极、吸收极和喷淋装置等组成.喷淋装置直接将水雾喷向电极和电晕区，水雾在芒刺电极形成的强大的电晕场内荷电后分裂进一步雾化，电场力、荷电水雾的碰撞拦截、吸附凝并，共同对粉尘粒子起捕集作用，最终粉尘粒子在电场力的驱动下到达收尘极面被捕集；然后通过水喷淋系统在阳极板上形成连续而均匀的水膜进行清灰.由于取消振打，避免了二次扬尘的出现，同时电场中有大量饱和水汽，可以大幅降低粉尘比电阻，提高运行电压，以达到单级WESP的除尘效率不小于70%，从而使得总的烟尘排放浓度不大于 2.5 mg/Nm.
3结束语
烟尘排放要达到5mg/Nm²甚至2.5mg/Nm²的排 随着国家对火电厂污染物排放标准的提高，放限值，以往的除尘方式已经不能满足这样严苛
图4湿式除空器除尘机理图
的排放指标要求.论文提出一种干式除尘器湿法脱硫装置协同除尘湿式除尘器除尘的综合除尘方案，计算分配了各级除尘器入口、出口参数和除尘效率.干式除尘器可以直接采用电袋除尘器或布袋除尘器：而本工程煤质接近高高灰比电阻，静电除尘器需与低温省煤器高频电源旋转电极相组合.在湿法脱硫装置协同除尘阶段，采用CFD模拟、双头喷嘴、增加吸收塔周边喷嘴流量和设置增效环等措施，提高除尘效果；湿式除尘器作为一种新型的除尘设备，进一步除去烟气中的细微烟尘，使得排放烟气更加洁净、环保.
参考文献
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