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    最節能的除塵器加熱方式---完全蒸汽加熱技術

    2016-10-28

    低低溫電除塵器完全蒸汽加熱技術介紹

    摘要:本文對除塵器的加熱現狀和存在的問題進行了全面分析,提出來系統性的蒸汽加熱解決方案。該方案以電廠輔汽為熱源,對除塵器灰斗、灰斗氣化風、絕緣子吹掃風進行梯度加熱,在保證各加熱溫度的同時,將凝結水溫度降低到60-90℃,實現蒸汽熱能的最大利用率,并使凝結水完全回收利用。該方案是低低溫電除塵器最經濟的加熱方案,值得推廣應用。

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    1.前言

    隨著電力行業節能減排工作的推進,越來越多的機組已經或正在將原來的常規除塵器改造成低低溫除塵器。常規除塵器本身的灰斗、灰斗氣化風、絕緣子箱都是需要加熱的,加熱功率在500KW以內,不算很大。但如果煙氣溫度降低到露點附近,煙氣中的干灰會變潮,流動性會變差,造成灰斗下灰困難,并有一定的腐蝕性,所以灰斗的加熱功率要大大提高。另一方面,低溫煙氣在溫度較低的瓷套內壁或瓷軸表面也會粘灰和結露,即使將瓷套外壁加熱到較高溫度,由于瓷套壁很厚,加上積灰,導致內壁溫度越來越低,最終會失去加熱效果。這樣都會降低絕緣子的絕緣性能,甚至會造成爬電。因此,保險的做法是灰斗加熱高度達到錐部的2/3,絕緣子用一股熱風對外表面進行加熱,然后對瓷套內表面進行吹掃,防止爬電。

    從目前低低溫除塵器的加熱現狀來看,灰斗基本上都采用了蒸汽加熱,主要是因為蒸汽加熱節能,而且加熱區域溫度均勻。加熱方式都是盤管加熱,飽和疏水,蒸汽耗量很大,凝結水帶大量閃蒸汽,回收困難。絕緣子大多數還是用電加熱。由于節電需要,所設計的風量和電功率都偏小,所以加熱溫度偏低。運行人員出于絕緣室加熱溫度的需要,只能關閉進風,結果吹掃風形同虛設,長期運行存在較大的安全隱患。雖然有的機組的絕緣子采用了蒸汽加熱的熱風吹掃,但換熱器功率偏小,只能保證較小的風量下的額定加熱溫度,而絕緣子數量眾多,要做到每個吹掃點的風量均勻是不可能的。風量分配不均會造成部分吹掃點風量太小,不能滿足加熱要求。

    解決上述問題的最好途徑,就是采用全面優化的蒸汽加熱方案,對灰斗、灰斗氣化風、絕緣子吹掃風進行蒸汽加熱,完全替代電加熱。這樣既保證低低溫除塵器的加熱需要,又大幅度減少蒸汽消耗,而且不需要耗電,經濟性最佳。這就是本文介紹的低低溫除塵器完全蒸汽加熱方案。

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    2.低低溫除塵器加熱的基本要求

    2.1 灰斗加熱

    低低溫除塵器的煙氣溫度一般低于90℃,燃用含硫量0.5-1%的煤機組的露點溫度在85-100℃,因此,低低溫除塵器的煙氣溫度一般正處于露點溫度附近。為防止灰的粘結和腐蝕,灰斗壁的加熱溫度應高于酸露點溫度10℃以上。因此一般要求灰斗壁的加熱溫度在100-120℃。加熱面一般是灰斗錐部以上2/3灰斗高度。

    灰斗加熱的功率與灰斗大小、煙氣溫度、環境溫度、保溫狀況等有關,通常的設計功率為15-20KW/灰斗。

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    2.2 灰斗氣化風加熱

    灰斗氣化風的作用是使灰斗內的積灰流化,防止板結,排灰順暢。電除塵器一般采用電加熱器,配羅茨風機,將加熱到120-150℃的熱風輸送到除塵器的氣化風管道,然后從每個灰斗錐部兩側的氣化板進入除塵器灰斗內。氣化風的風量較小,每個灰斗約30-40Nm3/h,因此每臺600MW機組除塵器的灰斗氣化風加熱功率在50-100KW不等,與灰斗數量有關。

    2.3 絕緣子吹掃風加熱

    常規除塵器的每個絕緣子的加熱功率在1-1.5KW,由于煙氣溫度在100-120℃,絕緣子通常只在環境溫度較低的時候才需要加熱。而低低溫除塵器的煙氣溫度通常低于90℃,處于露點溫度附近或以下,因此絕緣子室必須不間斷地加熱,而且要對表面進行吹掃,防止積灰和結露。熱風吹掃通過三方面防止絕緣子爬電:首先熱風對瓷套外壁加熱,可防止外表面空氣結露;其次熱風對內表面吹掃,可清潔瓷套內壁面,防止積灰和酸霧粘附;再次熱風進入瓷套內部,形成一股微弱的空氣流向瓷套防塵筒,可阻止煙氣進入瓷套內,大大降低瓷套內的煙氣濃度,也就大大降低了內部氣體的露點溫度。因此,只要進入絕緣子內的熱風達到100℃左右,即使除塵器內煙氣酸露點溫度很高,瓷套內的氣體露點溫度也不高,不會在內壁結露,可保證低低溫除塵器的安全運行。濕式電除塵器的絕緣子吹掃能說明這個道理。濕式除塵器的煙氣溫度已經處于水露點以下了,其絕緣子采用溫度只有60-70℃熱風進行吹掃,由于風量比干式除塵器大很多,瓷套內沒有濕煙氣進入,就可以安全運行。

    由此可見,絕緣子的熱風吹掃是十分必要的,在平均風量45Nm3/h左右的情況下,熱風溫度保持在100℃左右即可。

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    3. 完全蒸汽加熱方案

    完全蒸汽加熱方案是指整個低低溫電除塵器的低壓加熱全部采用蒸汽。具體方案為:


    輔汽經過減壓裝置后,壓力保持在0.7-0.9MPa,先加熱除塵器灰斗,使灰斗加熱區域的溫度達到100-120℃。灰斗加熱后的飽和水或汽水混合物,再進入灰斗氣化風蒸汽加熱器和絕緣子吹掃風蒸汽加熱器,將氣化風和吹掃風的溫度加熱到130-150℃,凝結水最后以70-90℃的過冷溫度排出,進入鍋爐啟動擴容器水箱回收利用。如圖1所示。
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    圖1 典型的低低溫電除塵器完全蒸汽加熱系統示意圖

    本方案與普通蒸汽加熱方案的不同之處,在于帶壓力的飽和水熱能得到了進一步利用,最后以很大過冷度的低溫水排出,蒸汽的熱能利用率可達到90%,因此汽耗量顯著降低。過冷排水不會產生閃蒸蒸汽,方便回收利用。 ??????????

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    3.1 灰斗蒸汽加熱方案

    灰斗蒸汽加熱與普通的蒸汽盤管加熱沒有區別,只是布置方式稍有不同。所使用的盤管通常是光管盤管,布置高度為錐部以上2/3灰斗高度。但對于某些機構復雜的灰斗,也可以采用帶翅片管的盤管,以便在較小的布置空間,安排較大的散熱面積。

    盤管與灰斗壁之間的換熱,本質上是自然對流與低溫輻射換熱對的綜合。作為散熱器的圓盤管是不可能與平板灰斗壁進行導熱傳熱的。杭州迪卡公司采用經過實踐驗證的專利技術,具體做法是采用小直徑小節距盤管,盤管的外表面與灰斗壁保持一定的距離,在盤管外側一定距離處,覆蓋一層鋁箔,最后才覆蓋保溫層。這種帶夾層空間的布置方式,可以最大限度地發揮自然對流的作用,而高反射率的鋁箔又可以強化盤管的低溫輻射換熱,因此,總的對流輻射換熱系數可以達到15W/m2*℃。盤管為碳鋼,不需要油漆,因為普通油漆在高溫下開裂起殼,會嚴重影響傳熱。如果必須涂油漆,也只能采用高輻射率的耐溫200℃以上的耐高溫漆。

    3.2灰斗氣化風與絕緣子吹掃風加熱方案

    0.7-0.9MPa的蒸汽,其飽和水溫度為170-180℃,如果通過疏水器飽和疏水,將產生15%以上的閃蒸蒸汽,既浪費能源又有視覺污染。灰斗氣化風和絕緣子吹掃風需要加熱到130℃以上,正好可以利用飽和水的顯熱。因此,杭州迪卡公司的完全蒸汽加熱方案,就是將灰斗加熱后的高溫飽和水引入灰斗氣化風與絕緣子吹掃風蒸汽加熱器,最后成為70-90℃的過冷水排放出去。由于飽和水的熱功率小于氣化風和吹掃風的加熱功率,因此還需要補充部分蒸汽,這樣進入氣化風與吹掃風蒸汽加熱器的熱源,實際上是汽水混合物。

    杭州迪卡公司的灰斗氣化風與絕緣子吹掃風蒸汽加熱器是一種高效安全的汽水-空氣加熱裝置,能同時滿足飽和水、汽水混合物、蒸汽等介質的冷卻,最后都是以過冷水的形式排放出去。加熱器的換熱元件為厚壁的不銹鋼-鋁翅片管,經久耐用。加熱器自帶調節裝置和就地儀表。另外,該加熱裝置還配置保安控制系統,實時監測冷風與熱風的溫濕度,判斷是否發生了汽水泄漏,從而采取措施。


    吹掃風蒸汽加熱器布置在除塵器下面,一般采用兩臺加熱器,同時使用又互為備用。正常使用時是低溫過冷排水,如果有一臺故障檢修,則另一臺通過提高排水溫度,可以大幅度的增大加熱功率,從而能最低限度地滿足吹掃風的加熱需要。風機也是兩用一備或一用一備。熱風通過一根總風管送到除塵器頂部,再分配到絕緣室。對于1000MW機組,為減小吹掃風分配的不均勻性,最好采用4臺加熱器,兩根總風管。

    為確保吹掃風對絕緣子的有效加熱,最好采用環形吹風管對瓷套外表面進行吹風加熱,對瓷套頂蓋進行進風口改造,確保必要的阻力損失和對內壁的均勻吹掃。絕緣室的熱風吹掃,如圖2所示。

    ???圖2 瓷套室布風示意圖

    4. 完全蒸汽加熱的效果

    杭州迪卡公司在北侖、泰州等電廠等做過常規除塵器的完全蒸汽加熱,在玉環、河源等電廠做過低低溫除塵器的完全蒸汽加熱。電除塵的電加熱系統雖然簡單,投資很少,但加熱效果和可靠性并不好。電加熱器的使用壽命一般只有5000-10000小時,灰斗上的板式加熱器數量多,壞了也無從發現,維修及其困難。而且板式加熱器的加熱不均勻,沒有加熱器的地方溫度很低,而焊接良好的蒸汽盤管不容易泄漏,可靠性很高,加熱非常均勻。

    以河源電廠的低低溫除塵器完全蒸汽加熱為例,其基本參數如表1. 河源電廠除塵器有32個灰斗,頂部為大絕緣室結構,136個絕緣瓷套集中在頂部AB兩側對的大絕緣室里,吹掃風通過一根總風管送入絕緣室的布風管,最終通過瓷套的環形吹掃管吹出。

    表1 ?600MW機組低低溫電除塵器完全蒸汽加熱參數表

    序號

    名稱

    灰斗蒸汽加熱

    氣化風蒸汽加熱

    吹掃風蒸汽加熱

    1

    加熱功率(KW)

    640

    40

    280

    2

    加熱溫度(℃)

    110-125

    135

    135

    3

    各裝置排水溫度(℃)

    170

    80

    80

    4

    綜合排水溫度(℃)

    80-85

    5

    蒸汽耗量(kg/h)

    1160

    0

    240

    6

    蒸汽耗量合計(kg/h)

    1400

    7

    蒸汽折算功率(KW)

    190

    8

    節能率

    1-190/960=80%

    由表1可見,完全加熱系統的加熱效果還是很好的。根據檢測和計算,環形出風管吹向絕緣子的風溫高于110℃.

    以1400kg/h的蒸汽耗量,就替代了960KW的電加熱功率,考慮到這些蒸汽最多可以發出190KW的電,折算成電加熱后,節能率可達到80%。如果采用普通的蒸汽加熱方案,完全飽和排水,需要的蒸汽量為1750kg/h,比高效加熱系統增加350kg/h的蒸汽耗量,增加率為25%。

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    5. 已有蒸汽加熱系統的節能思路

    目前很多發電機組的低低溫電除塵器灰斗已經是蒸汽加熱了,但灰斗氣化風和絕緣子吹掃風還是電加熱,蒸汽與電的消耗量都很大,很不經濟。如果用完全蒸汽加熱方案進行改造,則可以利用現有的灰斗蒸汽加熱系統,只需要引出灰斗加熱后的高溫凝結水,通入氣化風與吹掃風蒸汽加熱器,再用總風管將熱風送入原來的吹掃口即可,改造工程量小。為獲得滿意的加熱效果,需要對絕緣室的吹掃口做適當改造,在瓷套外安裝環形吹風管。這樣就可以完全替代電加熱,還使灰斗加熱的高溫排水顯熱得到充分利用,經濟性顯著提高。

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    6. 完全蒸汽加熱的經濟性

    完全蒸汽加熱無論對常規電除塵器還是低低溫電除塵器,都是最節能最經濟的加熱方式。假設某600MW機組有32個灰斗,有1臺40KW的氣化風加熱器,136個絕緣子電加熱器,如果要成為低低溫除塵器,每個灰斗的加熱功率約20KW,每個絕緣子的吹掃風加熱功率約2KW。表2是三種情況的經濟性對照表。

    1). 全部采用電加熱。此時電加熱的功率達到960KW。

    2). 部分電加熱部分蒸汽加熱。通常是灰斗蒸汽加熱,其余電加熱。此時蒸汽加熱功率640KW,電加熱功率320KW。

    3). 完全蒸汽加熱。此時電加熱功率為0,蒸汽加熱功率960KW

    表2 ?不同加熱方式的經濟性對比

    序號

    名稱

    全部電加熱

    部分電部分蒸汽加熱

    完全蒸汽加熱

    1

    總加熱功率(KW)

    960

    960

    960

    2

    電加熱功率(KW)

    960

    640

    0

    3

    蒸汽加熱功率(KW)

    0

    320

    960

    4

    年運行時間(h)

    7000

    7000

    7000

    5

    年電加熱能耗(萬kwh/a)

    672

    224

    0

    6

    年蒸汽加熱消耗(t/a)

    0

    8120

    9800

    7

    年折算電耗(萬kwh/a))

    672

    224+45

    133

    8

    電價成本(元/kwh)

    0.4

    0.4

    0.4

    9

    年加熱成本(萬元))

    269.6

    107.6

    53.2

    由表2可見,完全蒸汽加熱的年加熱成本,大約只有完全電加熱成本的1/5,只有部分電加熱成本的1/2.

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    7. 總結

    從上述分析可知,低低溫除塵器完全蒸汽加熱方案充分體現了蒸汽加熱高效安全的特點,能很好滿足加熱要求,性能可靠。方案對蒸汽熱能進行梯度利用,大幅度降低了能源消耗,經濟性最佳。在提倡節能環保的今天,如果能全面推廣完全蒸汽加熱技術,每年的經濟效益和環境效益是非常可觀的。

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