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低低温电除尘器颗粒物脱除特性的工程应用试验研究

北极星环保网来源:中国电机工程学报 寿春晖2018/12/13 11:17:05我要投稿

北极星环保网讯:对某1000MW燃煤机组低低温电除尘器的颗粒物脱除特性进行试验研究:对设备前后烟道中的烟气颗粒物进行采样、分析,对设备各级电场的捕集飞灰进行检测;初步探寻了低低温状态下烟温与除尘效果的关系,研究了低低温电除尘器对各级粒径颗粒物的脱除效果、对主要成灰元素的捕集情况。

试验结果表明:降低电除尘器进口烟温至低低温状态(87~100℃),可有效提升设备对烟尘的总体脱除能力,除尘效率可达99.9%以上,逃逸烟尘浓度可控制在20mg/m3以内;调整进口烟温至90℃,PM1脱除效率可达99.44%;元素Si、Al主要分布于较大颗粒(粒径>10μm)被电场捕集,元素Ca、Fe、Mg、S主要富集于可吸入颗粒物(PM10)被电场捕集。

长期以来,煤炭都在我国能源结构中居主导地位。作为主要电力来源的燃煤电站,在发电的同时,也向大气排放着颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等污染物。这些燃煤电厂排放的污染物迁徙、反应,与其他燃煤燃油固定源、移动源排放的污染物一起相互作用,成为当前频发的雾霾天气的重要成因。

可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)由于比表面积大、吸附性强,易于富集有毒元素,在大气中的滞留时间长、迁移范围广,能够直接进入人体的呼吸道甚至肺部,危害身体健康。随着我国社会经济的发展,能源的需求量将持续保持,随之而来的污染形势愈加严峻;在当前的能源供应格局下,燃煤电站颗粒物污染控制问题将一直是研究的热点。

目前,我国针对大型燃煤电站的颗粒物处理技术主要为干式静电除尘,以浓度为标准时,其对烟气中颗粒物脱除效率可达99%,具有效率高、可靠性强、适用范围广等特点。国内外对于燃煤过程中颗粒物的生成与排放特性、物质元素迁徙分布规律,以及飞灰比电阻等因素影响电除尘器效率的机理等方面均开展了大量研究。

研究表明,干式静电除尘器(dryelectrostaticprecipitator,DESP)虽然总体除尘效率高,但是对于PM2.5的脱除效果较差,在0.1~1μm区间更存在明显的穿透窗口。随着《环境空气质量标准》(GB3095—2012)增设PM2.5排放浓度限值,以及《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011)、环保部2013(14)号文件等的出台,燃煤电站颗粒物排放浓度标准日益严格,常规DESP的性能将越来越难以满足排放要求。

为实现更好的环保效果,浙能等国内发电集团进行了“燃煤机组烟气超低排放改造”,烟尘排放限值降至10mg/m3,使得传统DESP技术遇到了新挑战。使用新型高效技术,通过调整影响性能的主要因素对DESP做优化,将是未来阶段DESP升级改造,进一步降低颗粒物排放的同时提高PM2.5脱除效果的主要技术途径。

低低温电除尘器(coldersideESP或low-lowtemperatureESP,本文中简称LLT-ESP)是在传统DESP前布置热交换装置,使除尘器入口烟气温度由常规的120~160℃降低到酸露点以下的低低温状态(100℃内,一般在85~95℃左右),从而实现更高效的颗粒物脱除性能的设备。

LLT-ESP在实现余热利用的同时,通过降低烟气温度,减小了烟尘比电阻和烟气粘滞性,减少了烟气处理量,有利于更高效地捕集烟尘;另外,烟温降至酸露点以下时,烟气中的气态硫酸与水蒸气结合冷凝成硫酸雾滴,可以起到烟气调质作用,进一步提升了设备性能。

低低温电除尘技术最早于20世纪70年代,在澳洲(liddell电厂)、丹麦(Ensted电厂)有过实验性利用;20世纪90年代开始,日本多家设备厂家(MHI、IHI、Hitachi等)对这项技术进行了推广;随着“超低排放改造”的进行,国内也有了成功的应用案例。

对于低低温状态下除尘设备的相关特性,目前有通过数值模拟手段与基于实验室台架测试的相关研究,论证了通过降低烟温实现除尘增效的可行性。另外,在较早使用LLT-ESP的实际投运机组上,已有部分通过开展基于现场采样的试验研究,在相对改造前除尘设备进口烟气温度下降达40~50℃不等的情况下,验证了烟气温度降至低低温状态后,LLT-ESP除尘效率提升的效果。

但是,对于LLT-ESP入口烟温改变对其除尘效率和分级除尘特性的具体影响等问题,仍缺少系统性的现场试验研究。基于此,本文在浙江某1000MW燃煤机组LLT-ESP上开展了试验研究:对不同进口烟气温度下设备前后烟道中的烟气颗粒物进行了采样、分析,对设备各级电场的捕集飞灰进行了成分与粒径检测;初步探寻了低低温状态下烟温与除尘效果的关系,研究了LLT-ESP对不同粒径颗粒物的脱除效果、对主要成灰元素的捕集情况等。

1试验方法

1.1基本条件

本文研究的百万千瓦燃煤机组锅炉型号为HG-3101/27.46-YM3,是超超临界参数变压运行直流炉,采用单炉膛、一次中间再热、改进型低NOxPM主燃烧器和MACT型低NOx分级送风燃烧系统、反向双切圆燃烧方式、平衡通风、П型露天布置燃煤锅炉。

该机组通过在原有DESP前设置烟气冷却器,实现了低低温除尘改造,单个机组配置两台LLT-ESP(三室四电场,比集尘面积为93.9m2/(m3/s))。试验期间,机组维持满负荷运行,通过烟气冷却器调整和控制进入除尘器的烟气温度(87~100℃);各主要生产设备正常投运、稳定运行;燃烧工况不变,燃用煤种为混煤(原煤属烟煤),其煤质分析情况见表1。

QQ截图20181213105817.jpg

1.2样品采集

试验期间,在LLT-ESP前后烟道(见图1)布置采样点,分别用烟尘平行采样仪(TH-880F)、颗粒物撞击采样器(DekatiPM10)采集烟气中的飞灰样品。

QQ截图20181213105828.jpg

延伸阅读:

低低温系统中粉尘颗粒团聚特性研究

电除尘专栏第17期 以低低温电除尘技术为核心的烟气协同治理技术路线

8个方面告诉你低低温电除尘技术为何“技高一筹”?

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