以疊加脈沖電源方法提高電除塵器效率的試驗(yàn)

匡國強(qiáng)

(湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410203)

1 概述

《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2011)要求，長(zhǎng)沙地區(qū)煙囪粉塵排放限值為≤20 mg/Nm3。湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司2×600 MW機(jī)組現(xiàn)有電除塵器設(shè)計(jì)排放濃度≤44 mg/Nm3，2013年大修后，測(cè)得實(shí)際出口粉塵排放濃度為46.616 mg/Nm3，詳見表1〔1〕，其指標(biāo)超出最新的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

表1 試驗(yàn)前測(cè)試結(jié)果

針對(duì)電廠的實(shí)際情況，可采用的提效改造方法主要有:增加電除塵器的收塵面積，改布袋或電袋除塵，電源改造等。增加收塵面積即增加電場(chǎng)，需要額外的場(chǎng)地;改布袋及電袋，會(huì)增加風(fēng)煙系統(tǒng)阻力，同時(shí)布袋的處理會(huì)產(chǎn)生新的問題。因此，電源改造是最可行和經(jīng)濟(jì)的方案。

由于電廠燃煤為低硫煤，粉塵的比電阻較高，電場(chǎng)容易發(fā)生反電暈，因此，原來的電除塵器的二次電壓和二次電流值均不高。原有的工頻整流電源和現(xiàn)今流行的高頻高壓電源都無法完全滿足≤20 mg/Nm3的排放要求，需要另一種形式的除塵電源來滿足提效要求。脈沖電源技術(shù)是當(dāng)前國際除塵應(yīng)用迅速發(fā)展的一項(xiàng)高新技術(shù)，其供電原理完全不同于普通的直流供電，其電壓波形圖如圖1。

圖1 脈沖電源電壓波形圖

電除塵用高壓脈沖電源，脈沖上升時(shí)間極短為微秒級(jí)，提高了電場(chǎng)擊穿電壓，使電場(chǎng)能獲得更高的峰值電壓。在這樣的條件下，對(duì)電除塵器收集細(xì)粉塵和高比電阻粉塵而言，能避免反電暈，使粉塵充分地荷電。同時(shí)脈沖擊穿后電壓恢復(fù)時(shí)間也極短為微秒級(jí)，從而保證電場(chǎng)能獲得較高平均電壓，減少了火花閃絡(luò)恢復(fù)期的灰塵逃逸。除此之外，高壓脈沖能夠在除塵器電場(chǎng)的整個(gè)空間產(chǎn)生電暈，對(duì)除塵器高比電阻粉塵有極高的荷電效率，可實(shí)現(xiàn)更高的除塵效率〔2〕。

2 工況特點(diǎn)

2.1 燃煤特點(diǎn)

1)揮發(fā)分較高

鍋爐的燃煤的干燥無灰基揮發(fā)分為40%左右。而根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕，燃煤的揮發(fā)分含量超過煙煤的上限值37%。這種高揮發(fā)分的煤，燃燒后產(chǎn)生的飛灰中的細(xì)顆粒比例較高，細(xì)顆粒較容易被氣流帶走，振打引起的二次揚(yáng)塵問題較嚴(yán)重。

2)含硫量低

煤中的硫含量，對(duì)于粉塵的導(dǎo)電能起促進(jìn)作用，硫含量越高，粉塵的導(dǎo)電性越好，對(duì)除塵效率的提高有利。試驗(yàn)期間，燃煤的收到基硫含量只有0.5%左右，煙氣中的二氧化硫濃度很低，對(duì)粉塵的導(dǎo)電起不到很大作用，粉塵的比電阻高，達(dá)到1011Ωcm數(shù)量級(jí)。

2.2 電除塵器運(yùn)行特點(diǎn)

1)粉塵比電阻高，振打困難

粉塵在電場(chǎng)內(nèi)的行為，符合電磁場(chǎng)的基本理論——高斯定理。根據(jù)高斯定理，在采用負(fù)電暈的電除塵器正常運(yùn)行時(shí)，粉塵層表面感應(yīng)出負(fù)電荷。負(fù)電荷所受的電場(chǎng)力將粉塵層黏附在極板上。當(dāng)粉塵電阻ρ 增加，黏附力變大，收集到極板上的粉塵在振打錘的振打作用下，難以從極板上脫落，振打效果不好。該廠電除塵器需要采用斷電振打，才能把極板上的粉塵振打干凈。

2)粉塵比電阻高，反電暈現(xiàn)象嚴(yán)重

當(dāng)電流經(jīng)過沉積在極板上的粉塵層時(shí)，將在粉塵層內(nèi)產(chǎn)生電場(chǎng)，其電場(chǎng)強(qiáng)度E=ρ·j(ρ 為飛灰比電阻;j 為極板的電流密度)。高比電阻粉塵會(huì)產(chǎn)生高場(chǎng)強(qiáng)，場(chǎng)強(qiáng)高到一定程度(8～20 kV/cm)以后，可以使粉塵層內(nèi)的空氣產(chǎn)生局部放電。這種局部放電就稱為反電暈。反電暈產(chǎn)生極性相反的電荷，從粉塵層發(fā)出的正電荷中和了煙氣中粉塵的負(fù)電荷，從而削弱了除塵過程。被中和的粉塵顆粒在氣流中運(yùn)動(dòng)時(shí)，不能被捕集。在反電暈條件下，除塵效率嚴(yán)重降低。

試驗(yàn)期間，從工頻電源的運(yùn)行參數(shù)看，單電場(chǎng)的電暈電流只要超過200 mA(配備高壓電源的額定電流為2 A)，除塵效率反而下降，證明反電暈問題嚴(yán)重。

3 試驗(yàn)方案

3.1 脈沖電源的疊加

對(duì)第3，4，5 號(hào)電場(chǎng)共6 臺(tái)工頻高低控制柜的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，制作相應(yīng)的低壓控制箱(共6臺(tái))，對(duì)低壓振打、加熱進(jìn)行控制。并對(duì)6 臺(tái)整流變?nèi)与妷?、電流信?hào)進(jìn)行修正。

從電除塵一段放100 kW 的三相電源進(jìn)電除塵頂部電源轉(zhuǎn)接箱，為脈沖電源提供電源。4 臺(tái)脈沖電源從頂部電源轉(zhuǎn)接箱接電源。

在1 號(hào)爐A 側(cè)的本體第3，4，5 號(hào)電場(chǎng)安裝6臺(tái)TM－HPP 型60 kV/600 mA 脈沖電源，通過高壓電纜引入原隔離開關(guān)柜。電場(chǎng)運(yùn)行時(shí)，原來的工頻電源和新安裝的脈沖電源同時(shí)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)在原來工頻電源的基礎(chǔ)上，疊加脈沖電源。

3.2 結(jié)果的評(píng)判

為檢驗(yàn)電除塵器在疊加脈沖電源后對(duì)除塵效率的改變作用，需要在工頻和工頻+脈沖的2 種供電方式下，將除塵器出口粉塵濃度進(jìn)行對(duì)比。

由于負(fù)荷變化會(huì)使煙氣量和煙氣溫度同時(shí)提高，特別是溫度的提高對(duì)粉塵比電阻的提高比較明顯，因此，為了得到同工況下2 種供電方式的不同效果，在試驗(yàn)過程中，需同時(shí)記錄機(jī)組負(fù)荷、煙氣量和煙氣溫度。

試驗(yàn)結(jié)論基于相同煤種，相同負(fù)荷下的除塵器出口粉塵對(duì)比結(jié)果得出。如果相同煤種，相同負(fù)荷下，工頻+脈沖供電方式下的除塵器出口粉塵濃度小于工頻供電方式下的除塵器出口粉塵濃度，證明有提效作用，反之，則無提效作用。

4 試驗(yàn)結(jié)果

2013年12月，在脈沖電源安裝完成后，由電源廠家自帶儀器進(jìn)行摸底測(cè)試，除塵器出口粉塵濃度多在20 mg/Nm3甚至10 mg/Nm3以內(nèi)。由國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院對(duì)1 號(hào)爐進(jìn)行粉塵測(cè)試，同時(shí)在負(fù)荷630 MW 穩(wěn)定運(yùn)行，煙氣溫度約130 ℃，分別投退該除塵器6 臺(tái)脈沖電源，形成工頻和工頻+脈沖2 種供電工況，進(jìn)行粉塵測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見表2，燃煤數(shù)據(jù)見表3〔1〕。

從表中數(shù)據(jù)可以看出:12A 側(cè)疊加脈沖電源后粉塵濃度下降50%，12B 側(cè)疊加脈沖電源后粉塵濃度下降43%，12 側(cè)疊加脈沖電源后平均下降46.5%。經(jīng)計(jì)算，12 側(cè)疊加脈沖后收塵效率為99.92%，12側(cè)工頻收塵效率為99.86%。

表2 煙跡上粉塵測(cè)試結(jié)果 mg/Nm3

表3 入爐煤化驗(yàn)報(bào)告

5 試驗(yàn)結(jié)論

1)測(cè)試結(jié)果表明，靜電除塵器在疊加脈沖電源后，出口粉塵濃度明顯降低，采用脈沖電源使電除塵器取得了比使用工頻電源時(shí)更高的除塵效率。

2)由于該廠粉塵為典型的高比電阻粉塵，因此，在本次試驗(yàn)中，體現(xiàn)了采用脈沖電源對(duì)高比電阻粉塵有更高的收集效率。

3)從電除塵器逃逸的粉塵以細(xì)粉塵為主。當(dāng)電除塵器出口粉塵濃度小于50 mg/Nm3的時(shí)，出口粉塵的平均粒徑小于1 μm。本次試驗(yàn)中，同時(shí)也體現(xiàn)出了采用脈沖電源使得電除塵器提高了對(duì)細(xì)粉塵的收集效率。

〔1〕湖南省湘電試驗(yàn)研究院有限公司． 華電長(zhǎng)沙電廠1 號(hào)機(jī)組電除塵器測(cè)試報(bào)告〔R〕． 2014．

〔2〕Parker K． R． Applied electrostatic precipitation〔M〕． New York:Blackie Academic ＆ Professional，1997．

〔3〕GB5751—2009 中國煤炭分類〔S〕． 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009．

〔4〕依成武，曲文明，馬帥，等． 提高靜電除塵器粉塵驅(qū)進(jìn)速度方法研究〔J〕． 環(huán)境工程，2010(4):49-52．