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最节能的除尘器加热方式---完全蒸汽加热技术

2016-10-28

低低温电除尘器完全蒸汽加热技术介绍

摘要:本文对除尘器的加热现状和存在的问题进行了全面分析,提出来系统性的蒸汽加热解决方案。该方案以电厂辅汽为热源,对除尘器灰斗、灰斗气化风、绝缘子吹扫风进行梯度加热,在保证各加热温度的同时,将凝结水温度降低到60-90℃,实现蒸汽热能的最大利用率,并使凝结水完全回收利用。该方案是低低温电除尘器最经济的加热方案,值得推广应用。

 

1.前言

随着电力行业节能减排工作的推进,越来越多的机组已经或正在将原来的常规除尘器改造成低低温除尘器。常规除尘器本身的灰斗、灰斗气化风、绝缘子箱都是需要加热的,加热功率在500KW以内,不算很大。但如果烟气温度降低到露点附近,烟气中的干灰会变潮,流动性会变差,造成灰斗下灰困难,并有一定的腐蚀性,所以灰斗的加热功率要大大提高。另一方面,低温烟气在温度较低的瓷套内壁或瓷轴表面也会粘灰和结露,即使将瓷套外壁加热到较高温度,由于瓷套壁很厚,加上积灰,导致内壁温度越来越低,最终会失去加热效果。这样都会降低绝缘子的绝缘性能,甚至会造成爬电。因此,保险的做法是灰斗加热高度达到锥部的2/3,绝缘子用一股热风对外表面进行加热,然后对瓷套内表面进行吹扫,防止爬电。

从目前低低温除尘器的加热现状来看,灰斗基本上都采用了蒸汽加热,主要是因为蒸汽加热节能,而且加热区域温度均匀。加热方式都是盘管加热,饱和疏水,蒸汽耗量很大,凝结水带大量闪蒸汽,回收困难。绝缘子大多数还是用电加热。由于节电需要,所设计的风量和电功率都偏小,所以加热温度偏低。运行人员出于绝缘室加热温度的需要,只能关闭进风,结果吹扫风形同虚设,长期运行存在较大的安全隐患。虽然有的机组的绝缘子采用了蒸汽加热的热风吹扫,但换热器功率偏小,只能保证较小的风量下的额定加热温度,而绝缘子数量众多,要做到每个吹扫点的风量均匀是不可能的。风量分配不均会造成部分吹扫点风量太小,不能满足加热要求。

解决上述问题的最好途径,就是采用全面优化的蒸汽加热方案,对灰斗、灰斗气化风、绝缘子吹扫风进行蒸汽加热,完全替代电加热。这样既保证低低温除尘器的加热需要,又大幅度减少蒸汽消耗,而且不需要耗电,经济性最佳。这就是本文介绍的低低温除尘器完全蒸汽加热方案。

 

2.低低温除尘器加热的基本要求

2.1 灰斗加热

低低温除尘器的烟气温度一般低于90℃,燃用含硫量0.5-1%的煤机组的露点温度在85-100℃,因此,低低温除尘器的烟气温度一般正处于露点温度附近。为防止灰的粘结和腐蚀,灰斗壁的加热温度应高于酸露点温度10℃以上。因此一般要求灰斗壁的加热温度在100-120℃。加热面一般是灰斗锥部以上2/3灰斗高度。

灰斗加热的功率与灰斗大小、烟气温度、环境温度、保温状况等有关,通常的设计功率为15-20KW/灰斗。

 

2.2 灰斗气化风加热

灰斗气化风的作用是使灰斗内的积灰流化,防止板结,排灰顺畅。电除尘器一般采用电加热器,配罗茨风机,将加热到120-150℃的热风输送到除尘器的气化风管道,然后从每个灰斗锥部两侧的气化板进入除尘器灰斗内。气化风的风量较小,每个灰斗约30-40Nm3/h,因此每台600MW机组除尘器的灰斗气化风加热功率在50-100KW不等,与灰斗数量有关。

2.3 绝缘子吹扫风加热

常规除尘器的每个绝缘子的加热功率在1-1.5KW,由于烟气温度在100-120℃,绝缘子通常只在环境温度较低的时候才需要加热。而低低温除尘器的烟气温度通常低于90℃,处于露点温度附近或以下,因此绝缘子室必须不间断地加热,而且要对表面进行吹扫,防止积灰和结露。热风吹扫通过三方面防止绝缘子爬电:首先热风对瓷套外壁加热,可防止外表面空气结露;其次热风对内表面吹扫,可清洁瓷套内壁面,防止积灰和酸雾粘附;再次热风进入瓷套内部,形成一股微弱的空气流向瓷套防尘筒,可阻止烟气进入瓷套内,大大降低瓷套内的烟气浓度,也就大大降低了内部气体的露点温度。因此,只要进入绝缘子内的热风达到100℃左右,即使除尘器内烟气酸露点温度很高,瓷套内的气体露点温度也不高,不会在内壁结露,可保证低低温除尘器的安全运行。湿式电除尘器的绝缘子吹扫能说明这个道理。湿式除尘器的烟气温度已经处于水露点以下了,其绝缘子采用温度只有60-70℃热风进行吹扫,由于风量比干式除尘器大很多,瓷套内没有湿烟气进入,就可以安全运行。

由此可见,绝缘子的热风吹扫是十分必要的,在平均风量45Nm3/h左右的情况下,热风温度保持在100℃左右即可。

 

3. 完全蒸汽加热方案

完全蒸汽加热方案是指整个低低温电除尘器的低压加热全部采用蒸汽。具体方案为:


辅汽经过减压装置后,压力保持在0.7-0.9MPa,先加热除尘器灰斗,使灰斗加热区域的温度达到100-120℃。灰斗加热后的饱和水或汽水混合物,再进入灰斗气化风蒸汽加热器和绝缘子吹扫风蒸汽加热器,将气化风和吹扫风的温度加热到130-150℃,凝结水最后以70-90℃的过冷温度排出,进入锅炉启动扩容器水箱回收利用。如图1所示。
  
图1 典型的低低温电除尘器完全蒸汽加热系统示意图

本方案与普通蒸汽加热方案的不同之处,在于带压力的饱和水热能得到了进一步利用,最后以很大过冷度的低温水排出,蒸汽的热能利用率可达到90%,因此汽耗量显著降低。过冷排水不会产生闪蒸蒸汽,方便回收利用。           

 

        

3.1 灰斗蒸汽加热方案

灰斗蒸汽加热与普通的蒸汽盘管加热没有区别,只是布置方式稍有不同。所使用的盘管通常是光管盘管,布置高度为锥部以上2/3灰斗高度。但对于某些机构复杂的灰斗,也可以采用带翅片管的盘管,以便在较小的布置空间,安排较大的散热面积。

盘管与灰斗壁之间的换热,本质上是自然对流与低温辐射换热对的综合。作为散热器的圆盘管是不可能与平板灰斗壁进行导热传热的。杭州迪卡公司采用经过实践验证的专利技术,具体做法是采用小直径小节距盘管,盘管的外表面与灰斗壁保持一定的距离,在盘管外侧一定距离处,覆盖一层铝箔,最后才覆盖保温层。这种带夹层空间的布置方式,可以最大限度地发挥自然对流的作用,而高反射率的铝箔又可以强化盘管的低温辐射换热,因此,总的对流辐射换热系数可以达到15W/m2*℃。盘管为碳钢,不需要油漆,因为普通油漆在高温下开裂起壳,会严重影响传热。如果必须涂油漆,也只能采用高辐射率的耐温200℃以上的耐高温漆。

3.2灰斗气化风与绝缘子吹扫风加热方案

0.7-0.9MPa的蒸汽,其饱和水温度为170-180℃,如果通过疏水器饱和疏水,将产生15%以上的闪蒸蒸汽,既浪费能源又有视觉污染。灰斗气化风和绝缘子吹扫风需要加热到130℃以上,正好可以利用饱和水的显热。因此,杭州迪卡公司的完全蒸汽加热方案,就是将灰斗加热后的高温饱和水引入灰斗气化风与绝缘子吹扫风蒸汽加热器,最后成为70-90℃的过冷水排放出去。由于饱和水的热功率小于气化风和吹扫风的加热功率,因此还需要补充部分蒸汽,这样进入气化风与吹扫风蒸汽加热器的热源,实际上是汽水混合物。

杭州迪卡公司的灰斗气化风与绝缘子吹扫风蒸汽加热器是一种高效安全的汽水-空气加热装置,能同时满足饱和水、汽水混合物、蒸汽等介质的冷却,最后都是以过冷水的形式排放出去。加热器的换热元件为厚壁的不锈钢-铝翅片管,经久耐用。加热器自带调节装置和就地仪表。另外,该加热装置还配置保安控制系统,实时监测冷风与热风的温湿度,判断是否发生了汽水泄漏,从而采取措施。


吹扫风蒸汽加热器布置在除尘器下面,一般采用两台加热器,同时使用又互为备用。正常使用时是低温过冷排水,如果有一台故障检修,则另一台通过提高排水温度,可以大幅度的增大加热功率,从而能最低限度地满足吹扫风的加热需要。风机也是两用一备或一用一备。热风通过一根总风管送到除尘器顶部,再分配到绝缘室。对于1000MW机组,为减小吹扫风分配的不均匀性,最好采用4台加热器,两根总风管。

为确保吹扫风对绝缘子的有效加热,最好采用环形吹风管对瓷套外表面进行吹风加热,对瓷套顶盖进行进风口改造,确保必要的阻力损失和对内壁的均匀吹扫。绝缘室的热风吹扫,如图2所示。

   图2 瓷套室布风示意图

4. 完全蒸汽加热的效果

杭州迪卡公司在北仑、泰州等电厂等做过常规除尘器的完全蒸汽加热,在玉环、河源等电厂做过低低温除尘器的完全蒸汽加热。电除尘的电加热系统虽然简单,投资很少,但加热效果和可靠性并不好。电加热器的使用寿命一般只有5000-10000小时,灰斗上的板式加热器数量多,坏了也无从发现,维修及其困难。而且板式加热器的加热不均匀,没有加热器的地方温度很低,而焊接良好的蒸汽盘管不容易泄漏,可靠性很高,加热非常均匀。

以河源电厂的低低温除尘器完全蒸汽加热为例,其基本参数如表1. 河源电厂除尘器有32个灰斗,顶部为大绝缘室结构,136个绝缘瓷套集中在顶部AB两侧对的大绝缘室里,吹扫风通过一根总风管送入绝缘室的布风管,最终通过瓷套的环形吹扫管吹出。

表1  600MW机组低低温电除尘器完全蒸汽加热参数表

序号

名称

灰斗蒸汽加热

气化风蒸汽加热

吹扫风蒸汽加热

1

加热功率(KW)

640

40

280

2

加热温度(℃)

110-125

135

135

3

各装置排水温度(℃)

170

80

80

4

综合排水温度(℃)

80-85

5

蒸汽耗量(kg/h)

1160

0

240

6

蒸汽耗量合计(kg/h)

1400

7

蒸汽折算功率(KW)

190

8

节能率

1-190/960=80%

由表1可见,完全加热系统的加热效果还是很好的。根据检测和计算,环形出风管吹向绝缘子的风温高于110℃.

以1400kg/h的蒸汽耗量,就替代了960KW的电加热功率,考虑到这些蒸汽最多可以发出190KW的电,折算成电加热后,节能率可达到80%。如果采用普通的蒸汽加热方案,完全饱和排水,需要的蒸汽量为1750kg/h,比高效加热系统增加350kg/h的蒸汽耗量,增加率为25%。

 

5. 已有蒸汽加热系统的节能思路

目前很多发电机组的低低温电除尘器灰斗已经是蒸汽加热了,但灰斗气化风和绝缘子吹扫风还是电加热,蒸汽与电的消耗量都很大,很不经济。如果用完全蒸汽加热方案进行改造,则可以利用现有的灰斗蒸汽加热系统,只需要引出灰斗加热后的高温凝结水,通入气化风与吹扫风蒸汽加热器,再用总风管将热风送入原来的吹扫口即可,改造工程量小。为获得满意的加热效果,需要对绝缘室的吹扫口做适当改造,在瓷套外安装环形吹风管。这样就可以完全替代电加热,还使灰斗加热的高温排水显热得到充分利用,经济性显著提高。

 

6. 完全蒸汽加热的经济性

完全蒸汽加热无论对常规电除尘器还是低低温电除尘器,都是最节能最经济的加热方式。假设某600MW机组有32个灰斗,有1台40KW的气化风加热器,136个绝缘子电加热器,如果要成为低低温除尘器,每个灰斗的加热功率约20KW,每个绝缘子的吹扫风加热功率约2KW。表2是三种情况的经济性对照表。

1). 全部采用电加热。此时电加热的功率达到960KW。

2). 部分电加热部分蒸汽加热。通常是灰斗蒸汽加热,其余电加热。此时蒸汽加热功率640KW,电加热功率320KW。

3). 完全蒸汽加热。此时电加热功率为0,蒸汽加热功率960KW

表2  不同加热方式的经济性对比

序号

名称

全部电加热

部分电部分蒸汽加热

完全蒸汽加热

1

总加热功率(KW)

960

960

960

2

电加热功率(KW)

960

640

0

3

蒸汽加热功率(KW)

0

320

960

4

年运行时间(h)

7000

7000

7000

5

年电加热能耗(万kwh/a)

672

224

0

6

年蒸汽加热消耗(t/a)

0

8120

9800

7

年折算电耗(万kwh/a))

672

224+45

133

8

电价成本(元/kwh)

0.4

0.4

0.4

9

年加热成本(万元))

269.6

107.6

53.2

由表2可见,完全蒸汽加热的年加热成本,大约只有完全电加热成本的1/5,只有部分电加热成本的1/2.

 

7. 总结

从上述分析可知,低低温除尘器完全蒸汽加热方案充分体现了蒸汽加热高效安全的特点,能很好满足加热要求,性能可靠。方案对蒸汽热能进行梯度利用,大幅度降低了能源消耗,经济性最佳。在提倡节能环保的今天,如果能全面推广完全蒸汽加热技术,每年的经济效益和环境效益是非常可观的。

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