三期（2×630MW機(jī)組）鍋爐電除塵器入口加裝煙氣調(diào)溫裝置

并優(yōu)化設(shè)計(jì)布置何凱吳瑞生江蘇鎮(zhèn)江發(fā)電有限公司2014年5月1概述江蘇鎮(zhèn)江發(fā)電有限公司三期（2×630MW機(jī)組）在2005年7月和11月相繼投運(yùn)。鍋爐電除塵設(shè)計(jì)除塵效率為≥99.5%，但運(yùn)行幾年后發(fā)現(xiàn)，電除塵入口煙氣溫度比原設(shè)計(jì)值偏高，導(dǎo)致電除塵除塵效率降低。根據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)及環(huán)境保護(hù)部公告2013年第14號(hào)《關(guān)于執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告》，江蘇鎮(zhèn)江發(fā)電有限公司發(fā)電機(jī)組煙氣中煙塵應(yīng)執(zhí)行20mg/Nm3的排放限值。而運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，電除塵器出口粉塵排放濃度為100mg/Nm3（干基，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，6%含氧量），脫硫吸收塔出口凈煙氣濃度為45mg/Nm3（干基，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，6%含氧量）。1概述為滿足國(guó)家對(duì)煙塵排放值日益嚴(yán)格的要求，江蘇鎮(zhèn)江發(fā)電有限公司決定在機(jī)組進(jìn)行大修期間對(duì)電除塵進(jìn)行綜合性改造（#5機(jī)組于2013年10月1日至2013年11月20日進(jìn)行了改造，#6機(jī)組于2013年12月17日至2014年2月7日進(jìn)行了改造）。通過(guò)在電除塵前煙道上加裝煙氣調(diào)溫裝置，降低電除塵進(jìn)口煙氣溫度，可降低煙氣流速，降低飛灰比電阻，提高除塵效率；其次，還可通過(guò)余熱利用，提高機(jī)組熱效率，節(jié)能降耗。但按照常規(guī)的布置方式，該二臺(tái)機(jī)組電除塵器前煙道結(jié)構(gòu)無(wú)法安裝煙氣調(diào)溫裝置，通過(guò)對(duì)煙氣調(diào)溫裝置布置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在解決煙氣調(diào)溫裝置布置難題的同時(shí)，還極大地改善煙氣流場(chǎng)，最大程度地降低了煙氣阻力（實(shí)際運(yùn)行顯示：比原設(shè)計(jì)降低近200Pa）。2煙氣調(diào)溫裝置煙氣調(diào)溫裝置又稱為煙氣余熱換熱器或低溫省煤器。通過(guò)在電除塵前煙道上安裝煙氣換熱器，煙氣在換熱器內(nèi)與冷凝結(jié)水進(jìn)行熱交換，使進(jìn)入電除塵器的煙氣溫度下降至一定范圍內(nèi)，以提高電除塵效率。煙氣溫度與電除塵效率有如下關(guān)系：（1）排煙溫度降低，使煙氣量減小，電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)速降低，煙塵經(jīng)電場(chǎng)處理時(shí)間變長(zhǎng)，同時(shí)減少二次揚(yáng)塵，除塵效率將呈指數(shù)關(guān)系上升。排煙溫度每降低10℃，煙氣量減少約3%。（2）排煙溫度降低，使電場(chǎng)擊穿電壓升高，除塵效率提高。煙溫每降低10℃，電場(chǎng)擊穿電壓上升3%。2煙氣調(diào)溫裝置（3）煙溫降低會(huì)使粉塵比電阻減小，不易形成反電暈，使除塵效率提高。當(dāng)排煙溫度在150℃左右時(shí)，粉塵的比電阻最高，電除塵器更易出現(xiàn)低電壓、大電流的反電暈現(xiàn)象，造成除塵效率下降。煙溫從130℃～150℃變成了100~120℃區(qū)間，從圖1中對(duì)應(yīng)的氣體溫度與粉塵比電阻的關(guān)系曲線中可看出，此時(shí)粉塵的比電阻將降低1個(gè)數(shù)量級(jí)以上。圖1氣體溫度與粉塵比電阻的關(guān)系曲線

2煙氣調(diào)溫裝置（4）煙溫降低使氣體的粘滯性變小，導(dǎo)致煙塵顆粒在煙氣中的驅(qū)進(jìn)速度加快，造成收塵效率提高。因此，煙溫下降可有效提高除塵效率。

其次，通過(guò)加裝煙氣調(diào)溫裝置，在機(jī)組高負(fù)荷時(shí)，除塵器的入口煙溫可從140～160℃降低到100～110℃，使煙氣量減少，相當(dāng)于除塵器的比集塵面積增大；同時(shí)，煙溫下降后，煙氣中的水分子、二氧化硫分子更容易和粉塵結(jié)合，飛灰荷電性能更好，從而可降低飛灰比電阻，使飛灰更適于電除塵器收塵，提高除塵效率。另外，加裝煙氣調(diào)溫裝置后，鍋爐煙氣余熱被回收，用于加熱機(jī)組凝結(jié)水，可提高機(jī)組熱效率。3現(xiàn)場(chǎng)安裝條件電除塵前煙道框架有兩跨，第一跨為跨度8.0m，柱頂標(biāo)高為9.8m，全鋼結(jié)構(gòu)；第二跨跨度10.5mm，柱頂高度17.21m，全鋼結(jié)構(gòu)；第二跨前煙道框架頂部17.21m上布置有進(jìn)入除塵器的水平煙氣分配煙道。新增脫硝鋼架布置在前煙道框架的上方，在對(duì)原框架進(jìn)行加固后從原框架頂部生根。脫硝第一層鋼架標(biāo)高為23.755m，煙氣調(diào)溫裝置安裝凈空間高度6.5m。在進(jìn)行煙氣調(diào)溫裝置調(diào)研時(shí)，脫硝鋼架設(shè)計(jì)已經(jīng)完成。電除塵前煙道布置如圖2所示。空預(yù)器出口煙道位于9.8m層，爬到17.21m層后，每個(gè)煙道分成2個(gè)分支經(jīng)過(guò)一個(gè)直角彎后進(jìn)入電除塵。4煙氣調(diào)溫裝置布置方案優(yōu)化4.1初步布置方案根據(jù)原有煙道布置，按照常規(guī)做法提出煙氣調(diào)溫裝置布置初步方案，如圖4所示。初步布置方案是在進(jìn)入電除塵前的煙道直段上安裝煙氣調(diào)溫裝置，這樣的布置方案主要問(wèn)題是煙氣阻力大，流場(chǎng)不均勻，更致命的問(wèn)題是煙氣調(diào)溫裝置擴(kuò)大部分已經(jīng)覆蓋了脫硝鋼結(jié)構(gòu)立柱（圖中紅圈位置），也就是說(shuō)，按照這樣的方案無(wú)法進(jìn)行煙氣調(diào)溫裝置的安裝。4煙氣調(diào)溫裝置布置方案優(yōu)化4.2優(yōu)化布置方案在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行綜合分析后，提出煙氣調(diào)溫裝置的優(yōu)化布置方案，如圖所示。優(yōu)化后的布置方案有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）讓出脫硝鋼架立柱位置，不影響脫硝鋼架的正常安裝，解決了煙氣調(diào)溫裝置的布置難題。（2）減少2個(gè)直角彎，縮短了空預(yù)器至電除塵之間的煙道，改善了電除塵前煙道的煙氣流場(chǎng)，使煙氣阻力減小，煙氣流場(chǎng)更加均勻。5煙氣調(diào)溫裝置優(yōu)化布置前后比較5.1煙氣流場(chǎng)對(duì)比原煙道煙氣流場(chǎng)模擬情況如下左圖所示。從圖中可看出原煙道結(jié)構(gòu)導(dǎo)致煙氣流場(chǎng)中產(chǎn)生多個(gè)漩渦（圖中紅色圈出部分），漩渦的存在造成較大的壓降。改造后煙氣流場(chǎng)模擬情況如下右圖所示。模擬結(jié)果顯示，改造后由于煙道結(jié)構(gòu)優(yōu)化，且加入煙氣調(diào)溫裝置起到整流作用，漩渦結(jié)構(gòu)幾乎消失。圖7原煙道煙氣流場(chǎng)模擬圖8改造后煙氣流場(chǎng)模擬5煙氣調(diào)溫裝置優(yōu)化布置前后比較5.2煙氣阻力對(duì)比改造前壓力云線分布如圖9所示。模擬結(jié)果顯示由于煙氣漩渦的存在，導(dǎo)致較大的壓力降產(chǎn)生，煙氣阻力較大。圖10為原煙道各截面壓力平均值分布情況。從圖中可看出，空預(yù)器出口至電除塵進(jìn)口煙氣壓降為260.9Pa。圖9原煙道壓力云圖分布圖10原煙道各截面壓力平均值5煙氣調(diào)溫裝置優(yōu)化布置前后比較改造后壓力云線分布如圖11所示。從圖中可看出，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)漩渦只有一個(gè)，且強(qiáng)度很弱，由于漩渦導(dǎo)致的壓降明顯得到改善，加入煙氣調(diào)溫裝置后，煙氣調(diào)溫裝置有整流作用，壓縮了原來(lái)的漩渦結(jié)構(gòu)，使得壓降減小。但另一方面，煙氣調(diào)溫裝置本身因管束阻力作用會(huì)帶來(lái)一部分壓降。圖12為改造后煙道各截面壓力平均值分布情況，與圖10對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，改造后雖然增加了煙氣調(diào)溫裝置，但是煙道整體煙氣阻力增加不多，僅增加14Pa的煙氣阻力。6運(yùn)行實(shí)際情況2013年11月21日，#5機(jī)組大修結(jié)束，煙氣調(diào)溫裝置改造完成。2013年11月24日，機(jī)組帶負(fù)荷至510MW，調(diào)溫裝置進(jìn)口溫度為130℃左右，進(jìn)出口壓差均值250Pa左右，電除塵前整體煙道阻力較改造前幾乎沒有增加（圖13），較常規(guī)的布置方式低近120Pa。圖13運(yùn)行后煙氣調(diào)溫裝置阻力7經(jīng)濟(jì)效益分析1、5#、6#機(jī)組電除塵前加裝煙氣調(diào)溫裝置節(jié)能量2012年5#、6#機(jī)組發(fā)電量為773892.05萬(wàn)kW.h，因此通過(guò)5#、6#機(jī)組鍋爐加裝調(diào)溫裝置預(yù)計(jì)可節(jié)約標(biāo)煤量為：773892.05×10?kW.h×2.5g/(kW·h)×10??=19347.30tce2、煙氣調(diào)溫裝置優(yōu)化改造節(jié)能量?jī)膳_(tái)機(jī)組煙氣阻力減少的電耗折算成標(biāo)準(zhǔn)煤量為：120×2×0.33×6000×10?3×2=950.4tce合計(jì)：三期電除塵前加裝調(diào)溫裝置及優(yōu)化布置的節(jié)能量為20297.7tce。8結(jié)論1、在電除塵前通過(guò)加裝煙氣調(diào)溫裝置，在機(jī)組高負(fù)荷時(shí)，除塵器的入口煙溫可從140～160℃降低到100～110℃，使煙氣量減少（排煙溫度每降低10℃，煙氣量減少約3%），相當(dāng)于除塵器的比集塵面積增大；其二，煙溫下降后，煙氣中的水分子、二氧化硫分子更容易和粉塵結(jié)合，飛灰荷電性能更好，從而可降低飛灰比電阻，使飛灰更適于電除塵器收塵，提高除塵效率。其次