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摘 要:低低温静电除尘技术主要是通过在干式电除尘器(DESP)之前投加烟冷器,使热烟气和汽机冷凝水实现熱交换,烟气得以冷却,减少排烟热损失,同时将DESP的运行温度由130 ℃~150 ℃降低到85 ℃~90 ℃(烟气酸露点以下),不仅可脱除SO3、提高除尘效率,而且起到余热回收利用的效果,实现了保护环境和降低能耗的双重目的。
关键词:低低温电除尘 余热回收利用 锅炉 烟冷器 煤耗
中图分类号:X773 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2016)08(c)-0027-02
早在“十一五”时期,国家把节约能源作为基本国策之一,要求发展循环经济,保护生态环境,加快建设资源节约型、环境友好型社会。现在到了“十三五”阶段的初期,我国节能减排形势依然严峻,且迫在眉睫。电力作为高耗能行业,将在降低能耗、提高经济效益中扮演着重要角色。
某火力发电厂基于目前生产状况以及“十三五节能规划”的要求,实施了低低温电除尘提效改造项目,实现余热回收利用,达到节能减排的效果。同时,大大减少了SO2气体排放、提高了除尘效率,在保护地区环境中发挥了重要作用。
1 改造前后的工艺对比及技术原理
改造前,原煤由煤斗送入锅炉的磨煤机,原煤被磨成煤粉以后进入锅炉进行燃烧,将水加热成过热蒸汽,从而推动汽轮机转子转动做功,整个过程经历了从化学能到热能,再转化成机械能的过程。汽轮机带动发电机发电,最终实现将机械能转变为电能。在发电过程中,汽轮机乏汽通过凝汽器冷却为冷凝水,经回热系统加热后经给水泵重新送入锅炉中;煤燃烧后产生的烟气经脱硝装置、空预器、电除尘、引风机、增压风机、脱硫装置后进入烟囱排至大气。
据实测数据表明,排烟所带走的热量是锅炉运行中热损失最大的部分,占锅炉总输入热量的5%~8%,占锅炉的总热损失的70%~80%。一般而言,排烟温度每增加15 ℃~20 ℃,排烟热损失将增加1%,锅炉效率相应降低1%,导致煤耗增加。
为保护尾部烟道、设备不受腐蚀,电厂必须将烟气温度控制在酸露点以上。按照国内常规设计,烟气温度需高于酸露点5 ℃~10 ℃,因此空预器出口烟气温度通常设定为120 ℃~130 ℃。而在湿法脱硫工艺中,吸收塔中的烟气为绝热饱和状态,温度(等焓过程)为50 ℃左右,即从120 ℃~150 ℃到50 ℃温差之间的热量全部损失了。
改造后的工艺流程图如图1所示。
改造后,低低温静电除尘技术则是通过在干式电除尘器(DESP)之前投加烟冷器,使热烟气和汽机冷凝水实现热交换,烟气冷却,将DESP的运行温度由130 ℃~150 ℃降低到85 ℃~90 ℃(烟气酸露点以下),实现余热回收利用,大大降低生产煤耗,实现经济效益和环境效益共赢。
2 节能效果及环境效益分析
2.1 节能效果分析
实施了低低温静电除尘技术后,节能效果主要体现在余热回收利用。在烟冷器中,汽机冷凝水与烟气发生热交换,烟气温度由120 ℃~130 ℃降低到85 ℃的同时,加热了冷凝水。这不仅减少排烟热损失,还可预热即将返回锅炉的冷凝水,从而降低煤耗,给机组带来节能效益,可谓一举两得。
2.1.1 项目节能量测算的依据和基础数据
(1)产品产量的依据。
机组发电利用小时为5 500 h,年发电量:1000MW×5500h=
550000万kW·h。
(2)能耗的依据。
能耗依据火电厂有关热经济性理论计算。
2.1.2 项目实施前后节能量计算
根据烟冷器性能试验结果,低低温电除尘节能效果明显,统计如下。
在1 000 MW负荷下分别投退烟冷器,测得锅炉修正后效率分别为94.445%、94.370%,汽机修正后热耗率分别为7 408.58 kJ/kW·h、7 463.14 kJ/kW·h,修正后供电煤耗分别为284.16 g/kW·h、285.97 g/kW·h,即烟冷器改造后降低机组供电煤耗1.81 g/kW·h。
在750 MW负荷下分别投退烟冷器,测得锅炉修正后效率分别为94.397%、94.289%,汽机修正后热耗率分别为7 511.86 kJ/kW·h、7 571.31 kJ/kW·h,修正后供电煤耗分别为289.51 g/kW·h、291.81 g/kW·h,即烟冷器改造后降低机组供电煤耗2.30 g/kW·h。
在500 MW负荷下分别投退烟冷器,测得锅炉修正后效率分别为94.381%、94.494%,汽机修正后热耗率分别为7 691.92 kJ/kW·h、7 769.63 kJ/kW·h,修正后供电煤耗分别为300.67 g/kW·h、302.71 g/kW·h,即烟冷器改造后降低机组供电煤耗2.04 g/kW·h。
相关的机组运行负荷分布按表1计算。
2.1.3 节能量计算
改造前机组年综合能源消耗量=2000h×1000MW×
285.97g/kW·h+2250h×1000MW×291.81g/kW·h+1250h×
1000MW×302.71g/kW·h=1606900 tce。
改造后机组年综合能源消耗量=2000h×1000MW×
284.16g/kW·h+2250h×1000MW×289.51g/kW·h+1250h×
1000MW×300.67g/kW·h=1595555 tce。
由上述计算可知,项目实施前后每年节约标煤量=1606900tce-1595555tce=11345 t标煤。
2.2 环境效益分析 2.2.1 脱除SO3
脱除烟气中的SO3主要在于布置在空预器和静电除尘器之间的烟冷器。它是SO3慢速冷凝场所。当烟气温度降到酸露点以下,由于飞灰总表面积远大于换热器壳体和管表面面积,硫酸蒸汽将优先在飞灰颗粒表面上冷凝,并与飞灰中的碱性金属氧化物发生化学反应,生成硫酸盐,随后与飞灰一起被电除尘设备收走,致使烟气中的硫酸蒸汽量大大减少,SO3脱除率可达95%以上。
2.2.2 提高除尘效率
(1)烟尘灰比电阻决定了除尘效果。
当灰比电阻在104~1 011 Ω·cm区间时,电除尘器收尘效果最佳,比电阻过大或过小都会导致除尘效率急剧下降。若比电阻过小,荷电烟尘达到集尘极很快释放电荷,容易从极板上返回气流;若比电阻过大,荷电粒子在集尘极上缓慢释放电荷,烟尘积累容易产生反电晕现象。影响飞灰比电阻大小的因素很多,譬如飞灰碱性金属含量、煤的含硫量和水分等,一般高硫煤的比电阻低于低硫煤。
(2)低低温静电除尘器的优势。
其一,传统静电除尘器的操作温度在120 ℃~150 ℃之间,此时飞灰的比电阻最高,而低低温静电除尘器出口温度只有85 ℃左右,大幅度降低了飞灰比电阻,使静电除尘器依然能高效收尘。另外,飞灰表面吸收了SO3后,比电阻进一步降低,可通过后续的干式静电除尘器脱除。
其二,在烟尘入口浓度不变,静电除尘器总集尘面积相同条件下,出口烟尘浓度与趋近速度和体积流量呈指数关系。当烟气温度从150 ℃降低到85 ℃,烟气体积将减少16%左右,在相同条件下,意味着比集尘面积提高了16%,飞灰趋近速度可增加70%左右,可提高ESP对细颗粒的捕集效率。
3 结论
(1)与传统的烟气治理技术相比,低低温静电除尘技术具有脱除SO3、提高除尘效率、降低排烟温度从而减少热损失以及余热回收利用的特点。
(2)项目实施后,每年可节省11 345 t标准煤,降低生产煤耗,同时减少SO2排放量5 447.7 kg。不仅为企业节省生产成本、创造经济效益,且为环境大气保护做出巨大贡献。
(3)该项目的技术先进,运行稳定、可控,具有较好的经济效益和环境效益,符合国家“十三五节能规划”的要求和行业长远发展计划,促进地区和企业经济发展,使企业经济和地区环境保护事业齐头并进。
参考文献
[1] 节能项目节能量审核指南(发改环资〔2008〕704号)[Z].
[2] 中华人民共和國国家质量监督检验检疫总局.GB/T 28750-2012,节能量测量和验证技术通则[S].北京:中国标准出版社,2013.
[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 2589-2008,综合能耗计算通则[S].北京:中国标准出版社,2008.
[4] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.国家发改委、财政部关于印发《节能项目节能量审核指南》的通知[Z].
关键词:低低温电除尘 余热回收利用 锅炉 烟冷器 煤耗
中图分类号:X773 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2016)08(c)-0027-02
早在“十一五”时期,国家把节约能源作为基本国策之一,要求发展循环经济,保护生态环境,加快建设资源节约型、环境友好型社会。现在到了“十三五”阶段的初期,我国节能减排形势依然严峻,且迫在眉睫。电力作为高耗能行业,将在降低能耗、提高经济效益中扮演着重要角色。
某火力发电厂基于目前生产状况以及“十三五节能规划”的要求,实施了低低温电除尘提效改造项目,实现余热回收利用,达到节能减排的效果。同时,大大减少了SO2气体排放、提高了除尘效率,在保护地区环境中发挥了重要作用。
1 改造前后的工艺对比及技术原理
改造前,原煤由煤斗送入锅炉的磨煤机,原煤被磨成煤粉以后进入锅炉进行燃烧,将水加热成过热蒸汽,从而推动汽轮机转子转动做功,整个过程经历了从化学能到热能,再转化成机械能的过程。汽轮机带动发电机发电,最终实现将机械能转变为电能。在发电过程中,汽轮机乏汽通过凝汽器冷却为冷凝水,经回热系统加热后经给水泵重新送入锅炉中;煤燃烧后产生的烟气经脱硝装置、空预器、电除尘、引风机、增压风机、脱硫装置后进入烟囱排至大气。
据实测数据表明,排烟所带走的热量是锅炉运行中热损失最大的部分,占锅炉总输入热量的5%~8%,占锅炉的总热损失的70%~80%。一般而言,排烟温度每增加15 ℃~20 ℃,排烟热损失将增加1%,锅炉效率相应降低1%,导致煤耗增加。
为保护尾部烟道、设备不受腐蚀,电厂必须将烟气温度控制在酸露点以上。按照国内常规设计,烟气温度需高于酸露点5 ℃~10 ℃,因此空预器出口烟气温度通常设定为120 ℃~130 ℃。而在湿法脱硫工艺中,吸收塔中的烟气为绝热饱和状态,温度(等焓过程)为50 ℃左右,即从120 ℃~150 ℃到50 ℃温差之间的热量全部损失了。
改造后的工艺流程图如图1所示。
改造后,低低温静电除尘技术则是通过在干式电除尘器(DESP)之前投加烟冷器,使热烟气和汽机冷凝水实现热交换,烟气冷却,将DESP的运行温度由130 ℃~150 ℃降低到85 ℃~90 ℃(烟气酸露点以下),实现余热回收利用,大大降低生产煤耗,实现经济效益和环境效益共赢。
2 节能效果及环境效益分析
2.1 节能效果分析
实施了低低温静电除尘技术后,节能效果主要体现在余热回收利用。在烟冷器中,汽机冷凝水与烟气发生热交换,烟气温度由120 ℃~130 ℃降低到85 ℃的同时,加热了冷凝水。这不仅减少排烟热损失,还可预热即将返回锅炉的冷凝水,从而降低煤耗,给机组带来节能效益,可谓一举两得。
2.1.1 项目节能量测算的依据和基础数据
(1)产品产量的依据。
机组发电利用小时为5 500 h,年发电量:1000MW×5500h=
550000万kW·h。
(2)能耗的依据。
能耗依据火电厂有关热经济性理论计算。
2.1.2 项目实施前后节能量计算
根据烟冷器性能试验结果,低低温电除尘节能效果明显,统计如下。
在1 000 MW负荷下分别投退烟冷器,测得锅炉修正后效率分别为94.445%、94.370%,汽机修正后热耗率分别为7 408.58 kJ/kW·h、7 463.14 kJ/kW·h,修正后供电煤耗分别为284.16 g/kW·h、285.97 g/kW·h,即烟冷器改造后降低机组供电煤耗1.81 g/kW·h。
在750 MW负荷下分别投退烟冷器,测得锅炉修正后效率分别为94.397%、94.289%,汽机修正后热耗率分别为7 511.86 kJ/kW·h、7 571.31 kJ/kW·h,修正后供电煤耗分别为289.51 g/kW·h、291.81 g/kW·h,即烟冷器改造后降低机组供电煤耗2.30 g/kW·h。
在500 MW负荷下分别投退烟冷器,测得锅炉修正后效率分别为94.381%、94.494%,汽机修正后热耗率分别为7 691.92 kJ/kW·h、7 769.63 kJ/kW·h,修正后供电煤耗分别为300.67 g/kW·h、302.71 g/kW·h,即烟冷器改造后降低机组供电煤耗2.04 g/kW·h。
相关的机组运行负荷分布按表1计算。
2.1.3 节能量计算
改造前机组年综合能源消耗量=2000h×1000MW×
285.97g/kW·h+2250h×1000MW×291.81g/kW·h+1250h×
1000MW×302.71g/kW·h=1606900 tce。
改造后机组年综合能源消耗量=2000h×1000MW×
284.16g/kW·h+2250h×1000MW×289.51g/kW·h+1250h×
1000MW×300.67g/kW·h=1595555 tce。
由上述计算可知,项目实施前后每年节约标煤量=1606900tce-1595555tce=11345 t标煤。
2.2 环境效益分析 2.2.1 脱除SO3
脱除烟气中的SO3主要在于布置在空预器和静电除尘器之间的烟冷器。它是SO3慢速冷凝场所。当烟气温度降到酸露点以下,由于飞灰总表面积远大于换热器壳体和管表面面积,硫酸蒸汽将优先在飞灰颗粒表面上冷凝,并与飞灰中的碱性金属氧化物发生化学反应,生成硫酸盐,随后与飞灰一起被电除尘设备收走,致使烟气中的硫酸蒸汽量大大减少,SO3脱除率可达95%以上。
2.2.2 提高除尘效率
(1)烟尘灰比电阻决定了除尘效果。
当灰比电阻在104~1 011 Ω·cm区间时,电除尘器收尘效果最佳,比电阻过大或过小都会导致除尘效率急剧下降。若比电阻过小,荷电烟尘达到集尘极很快释放电荷,容易从极板上返回气流;若比电阻过大,荷电粒子在集尘极上缓慢释放电荷,烟尘积累容易产生反电晕现象。影响飞灰比电阻大小的因素很多,譬如飞灰碱性金属含量、煤的含硫量和水分等,一般高硫煤的比电阻低于低硫煤。
(2)低低温静电除尘器的优势。
其一,传统静电除尘器的操作温度在120 ℃~150 ℃之间,此时飞灰的比电阻最高,而低低温静电除尘器出口温度只有85 ℃左右,大幅度降低了飞灰比电阻,使静电除尘器依然能高效收尘。另外,飞灰表面吸收了SO3后,比电阻进一步降低,可通过后续的干式静电除尘器脱除。
其二,在烟尘入口浓度不变,静电除尘器总集尘面积相同条件下,出口烟尘浓度与趋近速度和体积流量呈指数关系。当烟气温度从150 ℃降低到85 ℃,烟气体积将减少16%左右,在相同条件下,意味着比集尘面积提高了16%,飞灰趋近速度可增加70%左右,可提高ESP对细颗粒的捕集效率。
3 结论
(1)与传统的烟气治理技术相比,低低温静电除尘技术具有脱除SO3、提高除尘效率、降低排烟温度从而减少热损失以及余热回收利用的特点。
(2)项目实施后,每年可节省11 345 t标准煤,降低生产煤耗,同时减少SO2排放量5 447.7 kg。不仅为企业节省生产成本、创造经济效益,且为环境大气保护做出巨大贡献。
(3)该项目的技术先进,运行稳定、可控,具有较好的经济效益和环境效益,符合国家“十三五节能规划”的要求和行业长远发展计划,促进地区和企业经济发展,使企业经济和地区环境保护事业齐头并进。
参考文献
[1] 节能项目节能量审核指南(发改环资〔2008〕704号)[Z].
[2] 中华人民共和國国家质量监督检验检疫总局.GB/T 28750-2012,节能量测量和验证技术通则[S].北京:中国标准出版社,2013.
[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 2589-2008,综合能耗计算通则[S].北京:中国标准出版社,2008.
[4] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.国家发改委、财政部关于印发《节能项目节能量审核指南》的通知[Z].