新型轉(zhuǎn)動(dòng)極板電除塵器改造分析及應(yīng)用

董云先

（華電國(guó)際電力股份有限公司萊城發(fā)電廠，山東 萊蕪 271100）

0 引言

國(guó)家近期出臺(tái)的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223—2011），已將煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)降低到30mg/m3以下，重點(diǎn)地區(qū)要求低于20 mg/m3。國(guó)內(nèi)前期常規(guī)設(shè)計(jì)的電除塵器一般運(yùn)行一段時(shí)間后出口濃度達(dá)到70～100 mg/m3已是較為理想的水平。為達(dá)到更低的粉塵排放值，必須在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高除塵效率，繼續(xù)采用原有技術(shù)進(jìn)行改造，意味著增加更多的電場(chǎng)數(shù)量、設(shè)計(jì)更大的比集塵面積，投資較大且可能受到場(chǎng)地限制；若將電除塵器改造為袋式除塵器或電袋復(fù)合除塵器，雖然可以保證達(dá)標(biāo)排放，但一般需要更換引風(fēng)機(jī)及相關(guān)設(shè)備，改造成本較大，并且運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用明顯增加，同時(shí)處理廢袋帶來新的環(huán)保問題。萊城發(fā)電廠2012年采用了一種新型轉(zhuǎn)動(dòng)極板電除塵技術(shù)對(duì)3號(hào)機(jī)組電除塵器進(jìn)行了技術(shù)改造，較好的規(guī)避了以上兩種除塵器的固有缺陷，顯著提高了除塵效率，將煙塵濃度降低到了較為理想的水平。

1 原電除塵器的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行情況

電除塵器由機(jī)械本體系統(tǒng)和供電系統(tǒng)兩大部分組成。萊城電廠3號(hào)機(jī)組容量300 MW，電除塵器的本體結(jié)構(gòu)主要包括收塵極系統(tǒng)、電暈極系統(tǒng)、殼體系統(tǒng)、煙箱系統(tǒng)和儲(chǔ)卸灰系統(tǒng)等五部分，設(shè)置雙室三電場(chǎng)；供電控制系統(tǒng)是由中央控制器、高壓供電設(shè)備、低壓控制設(shè)備和各種檢測(cè)設(shè)備組成的集散型智能控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電除塵器運(yùn)行過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和閉環(huán)控制。 本電除塵器原設(shè)計(jì)除塵效率為 99.15%，2002年投產(chǎn)運(yùn)行，2012年改造前試驗(yàn)測(cè)量滿負(fù)荷工況下出口煙塵濃度達(dá)400 mg/m3。

該電除塵器的工作過程。含塵氣體從進(jìn)氣煙箱分兩側(cè)進(jìn)入電場(chǎng)，煙箱與電除塵器本體采用“喇叭口”方式連接，煙氣經(jīng)過喇叭口內(nèi)氣流分布板的3次梳理，均勻地進(jìn)入電場(chǎng)。喇叭口橫斷面急劇擴(kuò)大，使氣流速度迅速降低，一些較重的塵粒便因失速沉降落入灰斗。進(jìn)入電場(chǎng)的含塵氣體在高壓靜電作用下使塵粒電離帶電荷后，在電場(chǎng)力的作用下向極板方向運(yùn)動(dòng)，達(dá)到極板后，黏附在除塵器極板的板面上，形成灰塵積聚物，然后由振打裝置敲擊極板，對(duì)灰塵積聚物產(chǎn)生沖擊力，使其脫落進(jìn)入底部灰斗被排除，凈化后的氣體從除塵器后部煙道排出，達(dá)到凈化煙氣的目的。

2 影響電除塵器性能的因素

影響電除塵器性能的因素很多，可以大致歸納為粉塵特性、煙氣性質(zhì)、本體結(jié)構(gòu)及參數(shù)、供電控制質(zhì)量。

2.1 粉塵特性

粉塵導(dǎo)電性能使用粉塵比電阻來衡量，它對(duì)電除塵器性能的影響最為突出。 若粉塵比電阻小于104Ω·cm時(shí)，則粉塵在收塵極板上會(huì)產(chǎn)生跳躍現(xiàn)象。若粉塵的比電阻超過臨界值5×1010Ω·cm時(shí)，則電暈電流通過粉塵層就會(huì)受到限制，這將影響到粉塵粒子的荷電量、荷電率和電場(chǎng)強(qiáng)度等，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象，最終將導(dǎo)致除塵效率大幅度下降。

2.2 煙氣性質(zhì)

煙氣的溫度和壓力對(duì)電除塵器的起始電暈電壓、起始電場(chǎng)強(qiáng)度、空間電荷密度和離子的遷移率等都有影響。溫度和壓力對(duì)電除塵器性能的影響可以通過煙氣密度的變化來進(jìn)行分析，影響電暈始發(fā)電壓、起暈時(shí)電暈極表面的電場(chǎng)強(qiáng)度、電暈極附近的空間電荷密度和分子離子的有效遷移率等。溫度和壓力對(duì)電除塵器性能的某些影響可以通過氣密度的變化來進(jìn)行分析。

2.3 本體結(jié)構(gòu)參數(shù)

從降低電除塵器的造價(jià)和減少占地面積的觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)該盡量提高電場(chǎng)風(fēng)速，以縮小電除塵器的體積。但電場(chǎng)風(fēng)速過高，也容易使已經(jīng)沉積在收塵極的粉塵層產(chǎn)生二次飛揚(yáng)，特別是在電極進(jìn)行振打清灰時(shí)更容易產(chǎn)生二次揚(yáng)塵。 隨著電場(chǎng)風(fēng)速增大，除塵效率會(huì)相應(yīng)降低。

2.4 供電控制質(zhì)量

粉塵驅(qū)進(jìn)速度與電場(chǎng)強(qiáng)度的平方成正比，它是把電除塵器性能與電能聯(lián)系起來的基本參數(shù)。粉塵驅(qū)進(jìn)速度對(duì)于電氣操作條件的反應(yīng)很敏感，對(duì)于有用的電暈功率輸入的反應(yīng)也很敏感。

3 轉(zhuǎn)動(dòng)極板電除塵器結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

3.1 轉(zhuǎn)動(dòng)極板電除塵器結(jié)構(gòu)

為了提高靜電除塵器的收塵性能，通常采用一些技術(shù)手段，如提高或降低煙氣溫度來改變粉塵的比電阻值、對(duì)煙氣進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理、對(duì)燃料進(jìn)行必要的混合處理、改變除塵器供電方式等手段，所有這些方法起到一些改善作用，不能根本地解決問題，而轉(zhuǎn)動(dòng)極板靜電除塵器相比較而言是當(dāng)前解決該問題更為有效的途徑。

圖1是一臺(tái)三電場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)極板電除塵器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是轉(zhuǎn)動(dòng)極板和旋轉(zhuǎn)刷的傳動(dòng)示意圖。如圖1所示，轉(zhuǎn)動(dòng)極板一般設(shè)在電除塵器末級(jí)電場(chǎng)，極板平行煙氣布置。 在轉(zhuǎn)動(dòng)極板靜電除塵器中，由于收塵極板是上下轉(zhuǎn)動(dòng)的，而極板清灰是靠灰斗內(nèi)的旋轉(zhuǎn)電刷進(jìn)行刷除，并且灰斗區(qū)域?yàn)椴粠щ妳^(qū)域，極板的清灰徹底而干凈，極板上沒有粉塵的堆積，可有效避免反電暈現(xiàn)象的發(fā)生，所以轉(zhuǎn)動(dòng)極板靜電除塵器能夠高效收集高比電阻粉塵。同時(shí)由于極板的清灰刷位于灰斗內(nèi)部，在煙氣流經(jīng)的范圍之外，所以清灰刷清除下來的粉塵直接落入灰斗內(nèi)部，不會(huì)再被氣流帶出電場(chǎng)形成二次飛揚(yáng)。

轉(zhuǎn)動(dòng)極板電除塵器的工作原理與傳統(tǒng)電除塵器一樣，仍然是依靠靜電力來收集粉塵。 來自高壓直流電源的高電壓施加到電暈線上，電暈線產(chǎn)生電暈放電，流經(jīng)電場(chǎng)的煙氣中的粉塵荷電后，在電場(chǎng)力作用下，被收集到極板上。 當(dāng)極板轉(zhuǎn)動(dòng)到電場(chǎng)下端的灰斗時(shí)，清灰刷在遠(yuǎn)離氣流的位置把板面的粉塵刷除。

圖1 轉(zhuǎn)動(dòng)電極式電除塵器結(jié)構(gòu)

圖2 轉(zhuǎn)動(dòng)極板和旋轉(zhuǎn)刷傳動(dòng)示意圖

3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)極板電除塵器特點(diǎn)

轉(zhuǎn)動(dòng)極板電除塵技術(shù)，是將傳統(tǒng)電除塵器末電場(chǎng)的陽極板改造成可以轉(zhuǎn)動(dòng)的形式，并把傳統(tǒng)的振打清灰方式改造成旋轉(zhuǎn)刷清灰。

可有效消除二次楊塵的發(fā)生。常規(guī)靜電除塵器采用的撞擊振打清灰方式，不可避免會(huì)產(chǎn)生二次楊塵，這是限制除塵器效率提升的重要因素，二次揚(yáng)塵量約占排放總量的70%左右。

轉(zhuǎn)動(dòng)極板系統(tǒng)一般設(shè)在電除塵器末級(jí)電場(chǎng)，極板平行煙氣布置，鏈條傳動(dòng)。極板清灰不是依靠振打，而是憑借設(shè)置在極板下端的清灰刷在遠(yuǎn)離氣流的位置對(duì)板面的粘灰實(shí)行刷除，被刷除的粉塵直接落入灰斗，可以有效地避免發(fā)生二次揚(yáng)塵。

可有效消除反電暈發(fā)生。常規(guī)電除塵器難以有效克服由于反電暈所造成的功能損失，高比電阻粉塵被吸附到極板上以后釋放電荷比較困難。當(dāng)積塵達(dá)到了一定厚度，就會(huì)形成電位差建立粉塵層電場(chǎng)，當(dāng)粉塵層電場(chǎng)足以將塵層氣隙擊穿時(shí)，發(fā)生反電暈。反電暈現(xiàn)象導(dǎo)致電場(chǎng)空間負(fù)電荷極大減少，運(yùn)行電壓降低，除塵效率急劇下降。采用轉(zhuǎn)動(dòng)極板技術(shù)后，由于清灰徹底，極板表面潔凈，加上末級(jí)電場(chǎng)的灰量較少，在同一極板兩次刷灰的時(shí)間間隔里，極板表面不會(huì)形成連續(xù)的粉塵層，便徹底消除了由于氣隙擊穿所引發(fā)的反電暈，有效改善收塵環(huán)境，這對(duì)提高除塵效率同樣起到了決定性作用。

可有效消除極板沾灰造成的效率下降。作為常規(guī)靜電除塵器，新建和經(jīng)過大修后的除塵器在開始投運(yùn)時(shí)收塵效果都非常好，但經(jīng)過一段時(shí)間后，收塵效率會(huì)大幅下降，其主要原因是由常規(guī)電除塵器難以有效克服由極板粘灰所造成的功能損失。荷電粉塵到達(dá)極板后，由于靜電吸附力，粉塵成分化學(xué)粘合力，和粉塵表面范德華力等多重作用，使粉塵顆粒發(fā)生凝聚并粘附在極板上，當(dāng)清灰不力時(shí)，將造成極板粘灰，嚴(yán)重的粘灰會(huì)極大地妨害電場(chǎng)正常收塵。而轉(zhuǎn)動(dòng)極板系統(tǒng)將可以始終保持極板清潔，改善收塵環(huán)境，提高收塵效率。

可有效消除電場(chǎng)中氣流紊流現(xiàn)象發(fā)生。常規(guī)靜電除塵器陽極為垂直懸掛，為增加強(qiáng)度，一般設(shè)計(jì)成C型板結(jié)構(gòu)，當(dāng)氣流通過時(shí)在靠近極板側(cè)會(huì)產(chǎn)生局部較強(qiáng)的紊流現(xiàn)象，在一定程度上影響粉塵顆?？焖仝厴O。 轉(zhuǎn)動(dòng)極板除塵器的陽極為雙面平滑設(shè)計(jì)，水平布置，在極板側(cè)不會(huì)發(fā)生擾動(dòng)性紊流，保證荷電粉塵快速趨極。

4 改造方案及應(yīng)用

2012年采用轉(zhuǎn)動(dòng)極板電除塵技術(shù)對(duì)3號(hào)機(jī)組電除塵器進(jìn)行優(yōu)化改造。

1）在原三電場(chǎng)之后新增一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)電極電場(chǎng)，形成四個(gè)電場(chǎng)的電除塵器。

2）對(duì)原一、二、三電場(chǎng)的陰陽極系統(tǒng)進(jìn)行檢修改造，更換全部陰極線，對(duì)陽極板進(jìn)行整形、除銹，更新所有振打裝置，更換氣流分布板。

3）對(duì)第一電場(chǎng)電源進(jìn)行改造，更換為4臺(tái)高頻電源，提升電源質(zhì)量。

4）原一、二、三電場(chǎng)的高壓控制柜現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)改造成先進(jìn)的ARM+DSP雙32位中央處理器的除塵器智能高低壓一體控制器，具備各種條件下的先進(jìn)控制方式。

改造優(yōu)化后的3號(hào)機(jī)組電除塵器經(jīng)檢測(cè)除塵效果達(dá)到99.88%，提高顯著，改造前后機(jī)組滿負(fù)荷下電除塵性能提升顯著。改造前后機(jī)組滿負(fù)荷下電除塵器性能對(duì)比見表1。

表1 改造前后機(jī)組滿負(fù)荷下電除塵器性能對(duì)比

5 結(jié)語

實(shí)施效果證明，轉(zhuǎn)動(dòng)極板電除塵器具有理想的除塵效果，同時(shí)在相同除塵效率的條件下具有投資低、施工工程量小等優(yōu)勢(shì)，特別是配備石灰石-石膏濕法脫硫的燃煤機(jī)組，煙塵排放濃度能夠滿足國(guó)家最新環(huán)保要求，具有較高推廣價(jià)值。

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