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湿式电除尘器运行存在问题分析及解决策略

发表时间:2018-06-06  浏览人数:

                                                 湿式电除尘器运行存在问题分析及解决策略

         2011年7月29日,国家环境保护部和国家质量监督检验检疫总局联合发布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011),要求现有火力发电厂从2014年7月1日必须执行。在新环保标准中,重点区燃煤锅炉烟囱粉尘排放限值20mg/m3[1]。


       
          三河电厂一期工程安装2台日本三菱重工350MW凝汽式汽轮发电机组。每台机组各配备2台干式电除尘器,每台电除尘均采用双室两通道五电场卧式布置,2012年6月份,性能试验测得脱硫出口粉尘排放浓度为27~29mg/Nm3,无法达到新标准的排放要求。
为实现机组粉尘排放浓度降低到≤5mg/Nm3以下“近零排放”目标,2014年4月,1#机组利用检修机会,在干式电除尘器前加装低温省煤器、干式电除尘器高频电源升级改造、脱硫吸收塔除雾器改造、加装湿式电除尘器,实现了燃煤电厂粉尘“近零排放”的目标。
1湿式电除尘器简介
1.1湿式电除尘器原理
湿式电除尘器是一种用来处理含微量粉尘和微颗粒的新除尘设备,与干式电除尘器的除尘基本原理相同,要经历荷电、收集和清灰3个阶段。湿式电除尘器靠高压电晕放电使得粉尘荷电,荷电后的粉尘在电场力的作用下到达到集尘板/管,沉集在极板上的粉尘可以通过水将其冲洗下来。湿式清灰可以避免已捕集粉尘的再飞扬,达到很高的除尘效率。湿式电除尘器可有效收集微细颗粒物(PM2.5粉尘、SO3酸雾、气溶胶)、重金属(Hg、As、Se、Pb、Cr)、有机污染物(多环芳烃、二恶英)等。使用湿式电除尘器后含湿烟气中的粉尘排放可达5mg/Nm3以下。
1.2柔性布湿式电除尘简介
三河电厂1#机组改造采用山东大学能源环境公司柔性布湿式电除尘技术,布置在脱硫吸收塔后,采用立式布置,烟气从下向上流经电场段,从顶部双出口汇入FRP烟道,排入烟囱或冷却水塔。柔性布低温耐酸腐蚀性能优异,完全适用于阳极收集液的酸性环境,无需连续冲洗的中性水施以保护;定期冲洗,采用“自冲刷”水力冲灰方式,正常运行时水耗近乎为0t/h,正常运行电压稳定在40~50kV。
采用柔性布湿式电除尘器后,机组出口粉尘浓度小于5mg/Nm3,湿式电除尘器效率达80%以上,达到了近零排放的标准。
1.3湿式电除尘器运行
1.3.1湿式电除尘器投运
湿式电除尘器投运要求装置入口烟气温度低于65℃,绝缘箱温度维持在90℃~120℃,提前4h启动阴极冲洗及阳极冲洗,使阳极表面充分湿润,满足投运条件后高压电源进行“自检”,合格后按下“高压”按钮,增加输出电流值,直到电场本体上的电压出现饱和或电场即将出现二次电源波动为止。
1.3.2湿式电除尘器停运
湿式电除尘器停运采用切断高压电源,停电加热器;开启阴阳极冲洗装置,检查集液槽水质合格后停止冲洗。当锅炉灭火后,如果进行自然通风冷却或强制通风冷却,湿式电除尘器要投入运行,降低粉尘排放,阴阳极必须进行连续冲洗,防止阴阳极结垢或阳极布温度高损坏。
2湿式电除尘器运行存在问题分析
2.1机组启动燃油影响阳极导电性尘排放浓度超标时间。
1#机组采用微油点火方式启动,由于柔性布湿式电除尘器加装在脱硫吸收塔后面,没有烟气旁路,机组启动投油过程,烟气必须经过柔性布湿式电除尘器,烟气中含有不完全燃烧的燃油雾滴对阳极柔性布造成污染,影响柔性布阳极导电性,对除尘效果不利。
柔性布湿式电除尘器阳极采用非金属材料柔性布,厂家要求柔性布运行时不能与油接触,会影响其导电性,当柔性布上附着有油时,柔性布不容易被水浸湿,由于油的导电性比水弱,尤其在启动初期投油,油层阻碍柔性布润湿,烟气流过柔性布时会使柔性布变干变脆,影响柔性布寿命和导电性。启动初期,柔性布通过阳极冲洗装置使柔性布表面充分湿润,使其具有良好的导电性,运行中主要由烟气携带脱硫吸收塔中的水汽凝结来润湿柔性布,满足其导电性。
如果启动初期,电场电压电流按照正常标准投入,启动时间长,会造成柔性布上集聚的油层较厚,影响柔性布的导电性,当机组正常运行时柔性布上油清洗不彻底,电场阳极无法建立正常电压电流,严重影响湿式除尘器的除尘效率。
2.2电场投运逻辑条件不合理
柔性布湿式电除尘器投运条件之一,“启动阴阳极冲洗程序满足4h”要求。这种投运逻辑条件适用机组启动初期投入湿式电除尘器时,充分润湿阳极柔性布表面,使柔性布表面形成稳定的水膜,令其具有良好的导电性,并防止柔性布湿润度不良被高温烟气损坏。
虽然此条件能够满足保护柔性布的要求,但没有考虑到现在更高的环保排放时间控制要求,湿式电除尘器在装置正常运行一段时间后,再次启动需要启动阴阳极冲洗程序4h,必须先降低电场电压,防止冲洗时水流量大导致电场火花率高引起二次电压低保护动作,电场跳闸,结果延长4h跳闸电场启动时间和其他运行电场的正常运行时间,造成粉尘排放浓度超标时间长4h。
因此,湿式电除尘器电场投运,必须满足冲洗程序启动4h的逻辑条件不合理,不适合正常运行时因故短时停运湿式电除尘器或电场跳闸后再次启动。湿式电除尘器投入运行后,进入湿式电除尘器的烟气为脱硫塔出来的湿烟气,正常运行中湿烟气凝结的水雾能够维持柔性布的湿度,在柔性布表面形成稳定的水膜。
因此,在湿式电除尘器运行后需要短时停运后再次启动时不需要进行水冲洗4h,可以直接启动,不影响柔性布的安全运行,同时减少电场的停运时间,保证湿式电除尘器的除尘效率,降低粉尘排放浓度超标时间。
2.3湿式电除尘器不能进行在线冲洗
厂家要求湿式电除尘器运行中不进行在线水冲洗,运行中水膜自流能够满足将柔性布上的灰尘冲洗干净的要求,电场电压不受影响,当运行中进行在线水冲洗时,水量大易造成电场火花率高,电场跳闸,影响粉尘排放指标。柔性布湿式电除尘器中阳极柔性布清灰方式是靠极板的全表面均匀水膜自流,携带有细灰颗粒的酸液靠重力作用进入收集沉淀箱后进入脱硫浆液系统。
湿式电除尘器投入运行90d后,电场二次电压降低了5kV,分析认为阳极柔性布不进行高压水冲洗,只依靠水膜自流冲洗柔性布上的灰尘,粉尘冲洗动力不足,运行时间长会造成阳极柔性布表面聚集灰尘较多,形成恶性循环,最终导致阳极导电性大幅降低,同时也会造成本体内部冲洗喷嘴堵塞。因此,运行中必须进行在线水冲洗,增加冲洗水压力和冲洗流量,及时去除柔性布表面灰尘,增强柔性布导电性,提高除尘效率。
2.4电场接线柱螺母松
2015年2月4日,湿式电除尘器3#电场接线柱过热,发现接线柱螺母松,采取提高除尘器其他电场二次电压和二次电流,停运3#电场紧固螺母,期间出口粉尘排放浓度5.2mg/Nm3超标。由于1#机组湿式电除尘器电场投运逻辑进行了修改,紧固接线柱螺母后,立即投入3#电场,恢复出口粉尘浓度至2.7mg/Nm3,与逻辑修改前处理电场跳闸相比粉尘超标时间减少5h,并且排放浓度大幅降低。
2.5下雨导致绝缘箱温度低
雨天发现1#电场绝缘箱温度2点,2#电场绝缘箱温度1点和2点低于80℃,电场绝缘箱温度低易造成绝缘箱内结露,发生设备短路跳闸事故。
通过就地检查发现绝缘箱外层保温密封不严,部分雨水进入保温层后通过绝缘子检修孔进入绝缘箱内,造成电场部分绝缘箱温度低,影响湿式电除尘器安全运行。通过对保温密封不严处进行处理,增加绝缘子检修孔外部高度,防止雨水进入绝缘箱内,加装保温罩密封,保温罩内加伴热电缆,当温度低时投入加热装置,保证湿式电除尘器正常运行,解决绝缘箱温度低问题。
3湿式电除尘器问题解决策略
3.1降低柔性布上燃油附着量
机组启动采用微油点火方式,烟气中含有不完全燃烧的燃油雾滴,会对阳极柔性布造成污染,影响其导电性。为了降低粉尘的排放,减少燃油对湿式电除尘器造成污染,机组启动初期投入微油点火之前,先投入湿式电除尘器阴阳极连续水冲洗,使阳极表面充分湿润,将3个电场二次电压调至27kV,减少聚集到阳极柔性布上粉尘和燃油附着量,最大限度降低燃油对柔性布的影响,同时控制机组启动燃油量,维持燃油母管压力在0.55~0.6MPa,微油燃油量维持0.6~0.7t/h,当油流量高时,检查调整油枪喷头锁孔,杜绝大油枪阀门不严漏油对湿式电除尘器的影响。随着锅炉负荷增加,及时退出微油点火方式,停运湿式电除尘器连续冲洗,逐渐提高二次电压至正常值,控制电场火花率,完成机组启动要求,实现湿式除尘器随机组同步启动,解决了机组启动用油影响柔性布导电性问题。
3.2修改电场投入逻辑
湿式电除尘器运行中,发生出口粉尘排放浓度缓慢上升超过5mg/Nm3,检查发现湿式电除尘器1#电场跳闸,跳闸报警首出为二次电压低,跳闸原因为二次电流显示波动较大,电场中存在放电现象,由于二次电流偏差值设定偏小,造成接触器反复吸合释放,PLC检测到异常,触发急停指令,从而引起跳闸。
1#电场异常处理好进行电场投运,根据电场投运逻辑要求,降低2#、3#电场二次电压到30kV以下,启动冲洗程序冲洗4h后,启动湿式电除尘器1#电场,提高1#、2#、3#电场二次电压至正常值,设置二次电流为1450mA、1400mA、1400mA后,湿式除尘器投运正常,期间粉尘排放浓度达到13mg/Nm3超标。
处理过程造成粉尘排放浓度高、时间长的主要原因是:跳闸电场投运时,需要降低正常运行电场电压,启动冲洗程序进行4h冲洗后,再投入跳闸电场,期间造成粉尘排放浓度高,持续时间长。分析电场投运逻辑发现,电场必须启动冲洗程序4h后投入条件不合理,对湿式电除尘器启动控制逻辑进行优化,取消1#机组湿式电除尘器电场投运前满足冲洗程序4h条件,电场已经在阳极布表面形成了稳定的水膜,具有良好的导电性,再次投入电场,不会影响柔性布的安全性。修改电场投入逻辑后避免了运行中电场再次启动,必须降低其他运行电场电压,启动冲洗程序4h,使粉尘排放浓度超标时间减少4h。
3.3实现在线水冲洗
湿式电除尘器投运90d,电场二次电压降低5kV,为了提高湿式除尘器除尘效率,避免湿式电除尘器长期运行造成内部冲洗喷嘴堵塞,于2014年12月18日和2015年3月10日进行1#机组湿式电除尘器阴阳极全面水冲洗试验。
湿式电除尘器在线冲洗分为阴极冲洗和阳极冲洗,机组运行中在线冲洗时如果锅炉负荷高,会造成烟气量大,烟气中粉尘含量多,如果保持湿式电除尘器电场二次电压,虽然对控制粉尘排放浓度有利,但由于冲洗水增加会增加电场火法率,电场跳闸风险增加。
冲洗水流量大对烟气中的粉尘收集有利,对电场冲洗效果好,但冲洗水量过多,又容易引起电场火花率增多,容易造成电场阴阳极短路跳闸。经过分析研究,确定试验方案,机组在低负荷情况下进行,负荷低于250MW,先降低3个电场二次电压至25~30kV,控制冲洗水流量,观察电场二次电压,当冲洗过程电压升高至29kV时,适当降低二次电流,保持电场运行稳定。
在线冲洗过程中,当二次电压5s之内波动幅度超过20kV时,延时2s,自动切断在线冲洗,防止电场跳闸。对两次电场冲洗过程进行分析,发现在低负荷稳定情况下,二次电压和冲洗水流量采用低电压高流量比高电压低流量冲洗效果好,阴阳极表面冲洗干净,冲洗过程粉尘排放浓度低,设备安全稳定,实现在线冲洗的目的。
2015年3月,机组停机期间对湿式电除尘器阴阳极进行检查,未发现表面结垢现象。因此,定期在线冲洗采用低负荷稳定运行,低二次电压,高冲洗水流量的方法,按照阳极冲洗两周一次,阴极冲洗每月一次进行。1#机组湿式电除尘器阴阳极两次冲洗水流量和二次电压变化对粉尘排放浓度的影响,见表1。

冲洗的直观感觉非常明显,冲洗过程中,冲洗水非常脏,1#机组湿式电除尘器正常运行中的集液水清澈,1#机组湿式电除尘器冲洗过程中的冲洗水浑浊。湿式电除尘器冲洗之后,在相同的二次电流设置情况下,二次电压提高了。1#机组湿式电除尘器冲洗前后二次电压和二次电流进行对比,见表2。

从表2中可以看出,1#机组湿式电除尘器运行以来,二次电压下降明显;冲洗后,二次电压升高了。
粉尘排放未见明显变化,1#机组湿式电除尘器冲洗前后粉尘对比,见表3。

1#机组湿式电除尘器冲洗后提高二次电压,除尘效率应该提高,出口粉尘排放浓度应该降低,但是实际的粉尘浓度变化数据并不明显,分析原因为1#湿式电除尘器二次电压在一个范围内柔性布导电性对粉尘排放效果影响大,根据这一现象,在实际运行中采用降低二次电压的方法,二次电压从原来44kV调整到38kV,满足环保排放要求,实现了节能目的。
4结束语
(1)通过对燃油影响湿式电除尘器阳极柔性布导电性的分析和现场实践,得出机组启动前降低电场二次电压至27kV,投入湿式电除尘器连续水冲洗,减少聚集到阳极柔性布上粉尘和燃油雾滴附着量,能够解决了机组启动时燃油影响阳极柔性布导电性问题。
(2)在处理运行电场跳闸过程中,发现电场投运逻辑不合理,采用去除“启动冲洗程序4h”逻辑后,解决了电场再次投运时间长,粉尘排放超标问题。
(3)通过对比试验,确定在机组负荷低于250MW稳定工况下,采用低二次电压、高冲洗水流量的方法进行在线水冲洗,成功解决湿式除尘器投运90d不能在线水冲洗,造成二次电压降低问题,并且火花率低,冲洗效果好,环保排放不超标。
(4)三河电厂350MW机组加装柔性布湿式电除尘器,实现了燃煤机组粉尘排放浓度不大于5mg/Nm3近零排放目标。

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