燃煤電廠電除塵器達標提效技術(shù)研究與應(yīng)用

路明

摘 要：文章通過對靜電除塵技術(shù)理論分析，結(jié)合永城煤電控股有限公司熱電廠電除塵具體情況，以同類型電除塵為研究對象，在只采用靜電除塵技術(shù)的前提下，適當增加電場數(shù)量和比集塵面積，綜合運用靜電除塵各項新技術(shù)，最大限度發(fā)揮各技術(shù)優(yōu)點，可最終實現(xiàn)煙塵達到國家環(huán)保排放標準，為同類型電除塵器達標提效研究和應(yīng)用提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：靜電除塵；微分高效電場；提效

中圖分類號：X701.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）24-0046-02

煤炭是我國的主要一次能源，據(jù)統(tǒng)計，2011年全國煤炭總消耗量約35億噸，其中約50%用于燃煤電廠。煤炭的直接燃燒將產(chǎn)生大量煙塵，煙塵污染及霧霾問題已十分嚴峻，為遏制和治理日益嚴重的環(huán)境污染問題，近年來，國家相繼修訂了新《環(huán)保法》、《火電廠大氣污染物排放標準（GB13223-2011）》（以下簡稱《標準》）等一系列法律和標準，新《環(huán)保法》對環(huán)境保護工作提出了更高的要求，新《標準》對煙塵等污染因子的排放提出更加嚴格的要求，新《標準》中明確規(guī)定，自2014年7月1日起，現(xiàn)有火力發(fā)電鍋爐及燃氣輪機組執(zhí)行：煙塵排放質(zhì)量濃度不大于30 mg/m3。若單純的采用常規(guī)電除塵器，已無法到達標排放。

1 國內(nèi)外燃煤鍋爐電除塵器應(yīng)用現(xiàn)狀

國外燃煤鍋爐電除塵器的基本現(xiàn)狀。美國應(yīng)用電除塵器比例約占80%，歐盟約占85%，在日本則絕大部分采用電除塵器。歐美等西方國家經(jīng)電除塵器處理后煙塵排放濃度普遍在30 mg/m3以下。歐洲暖通空調(diào)協(xié)會聯(lián)盟組織認為：“干式電除塵器的排放在（10～20） mg/m3是比較平常的事情，而且還可以保證降到 5 mg/m3的極限值”。

國內(nèi)燃煤鍋爐電除塵器的應(yīng)用現(xiàn)狀。到目前為止，我國已投產(chǎn)燃煤電廠絕大部分采用電除塵器，約占火電裝機容量的90%～95%（近似值）。

當前先進的電除塵器技術(shù)研究的方向，主要是圍繞提高后級電場除塵效率、捕集細微煙塵、克服反電暈、達到極低排放要求的本體創(chuàng)新和新型電源開發(fā)。

2 電除塵實現(xiàn)達標排放的可行性

靜電除塵技術(shù)基本原理：靜電除塵是在兩個曲率半徑相差較大的金屬陽極和陰極上，通過高壓直流電，維持一個足以使氣體電離的靜電場，氣體電離后所產(chǎn)生的電子：陰離子和陽離子，吸附在通過電場的粉塵上，使粉塵獲得電荷。荷電極性不同的粉塵在電場力的作用下，分別向不同極性的電極運動，沉積在電極上，而達到粉塵和氣體分離的目的。

多依奇效率公式：

η為電除塵器的效率（%）；A為電除塵器的比收塵面積（m2）；Q為電除塵器的處理煙氣量？ （m3/s）；ω為帶電粒子在電場中的驅(qū)進速度（m2/s）。

從式中可以看出，當電除塵器的處理煙氣量Q一定時，收塵效率η與塵粒驅(qū)進速度ω及比收塵面積A成正比。據(jù)有關(guān)資料顯示，燃煤性質(zhì)（成分、揮發(fā)分、發(fā)熱量、灰熔融性等）、飛灰性質(zhì)（成分、粒徑、密度、比電阻、粘附性等）、煙氣成分等工況條件都是電除塵器性能的重要影響因素，這些因素直接影響電除塵器表觀驅(qū)進速度ωk值的大小，ωk值是評價電除塵器對煙塵的收塵難易程度的重要數(shù)據(jù)，見表1。

據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，對國內(nèi)100套300 MW以上機組配套電除塵器進行測試，對于我國多數(shù)的煤種，在適當增加電場數(shù)量和比集塵面積的情況下，達到30 mg/Nm3的低排放是完全可以實現(xiàn)的。

3 永煤熱電廠電除塵器現(xiàn)狀分析

針對目前形勢，對提高電除塵器工作效率技術(shù)進行研究和應(yīng)用，大力發(fā)展高效電除塵器已勢在必行， 現(xiàn)以永城煤電控股有限公司熱電廠3#電除塵器提效工作和成效為實例進行探討。

永城煤電控股有限公司熱電廠3#電除塵器型號：IFAA3×40M-1×88-120，系浙江菲達環(huán)保科技股份有限公司生產(chǎn)，2001年5月投運，至提效技改前，電除塵本體及電源存在著不同程度的磨損和老化，除塵效果已無法達到新《標準》排放要求。3#電除塵器存在的主要問題有以下幾方面。

3.1 本體機械方面

進出口煙道及膨脹節(jié)：因磨損和腐蝕，孔洞較多，嚴重漏風(fēng)；

均流板：第一層均流板磨損嚴重，造成1#電場內(nèi)煙氣分布不均；

陽極板：部分陽極板存在不同程度的變形，同極間距未達到標準要求，陽極板下部磨損和銹蝕嚴重；

d陰極線：低溫腐蝕造成陰極線斷線和芒刺脫落，3#電場尤甚，1#2#電場次之；

振打系統(tǒng)：陰陽極振打系統(tǒng)磨損嚴重，振打錘脫落，振打軸斷等問題時有發(fā)生；

灰斗：磨損嚴重，附屬部件氣化板、加熱器均損壞，下灰不暢，經(jīng)常出現(xiàn)灰斗滿灰。

3.2 電源方面

采用單相可控硅電源，工作原理上的缺陷已越來越滿足不了當今環(huán)保排放標準要求，存在著：波形脈動大，輸出平均電壓低，除塵效率低；功率因數(shù)低，電能轉(zhuǎn)換效率低；不平衡供電等缺陷。

3.3 其他方面

電除塵入口煙氣溫度較高，約160 ℃；由于鍋爐摻燒煤泥，煙氣濕度大；鍋爐磨損嚴重，受熱面經(jīng)常泄漏。

4 為達標提效采取的主要措施

根據(jù)上述理論分析，結(jié)合永城煤電控股有限公司熱電廠3#電除塵具體情況，以同類型電除塵器為研究對象，通過可行性研究和分析，采用電改電除塵的方案，在適當增加電場數(shù)量和比集塵面積的情況下，綜合利用電除塵新技術(shù)，將三相高壓硅整流電源、高頻開關(guān)電源、三電極管極式電場與微分高效電場新技術(shù)等相結(jié)合，靈活運用，揚長避短，最大限度發(fā)揮各技術(shù)優(yōu)點，最終實現(xiàn)煙塵30 mg/m3達標排放，對提高電改電除塵的可行性研究和應(yīng)用方面有著重要意義。

經(jīng)過分析可知，要想提高電場除塵效率，應(yīng)從以下幾個方面改善原來電除塵器的結(jié)構(gòu)。

4.1 增加收塵極面積

末級電場后部空間允許的情況下，增加電場個數(shù)或電場高度，提高電場收塵極面積，確保比收塵極面積達到標準要求。

采用的方案：在3#電場后部新增加2個電場，其中4#電場采用管狀收塵極，長度和寬度尺寸相同的收塵極，管極式的收塵面積比板極式收塵面積大30%以上，同時采用的第三輔助電極，相應(yīng)的增加了總收塵面積；5#電場采用的是微分除塵器，長度和寬度尺寸相同的收塵極，微分除塵器的收塵面積是板極式收塵面積大2.6倍。

4.2 更換高壓供電裝置

常規(guī)單相可控硅整流電源存在著：波形脈動大，輸出平均電壓低，除塵效率低；功率因數(shù)低，電能轉(zhuǎn)換效率低；不平衡供電等缺陷，可更換為輸出的平均電壓高；三相平衡供電；電能轉(zhuǎn)換效率高（大于等于87%），功率因數(shù)高的三相高壓電源或高頻電源。

采用的方案：綜合分析三相高壓電源與高頻電源，最終采用1#、2#、3#、4#電場采用三相高壓電源，5#電場采用高頻電源。

4.3 降低收塵時的氣流速度，減少氣流對煙塵顆粒的作用

采用的方案：5#電場采用微分電除塵器，該除塵器能有效降低氣流風(fēng)速，改善收塵條件，增大陽極收塵面積，抑制振打二次揚塵等優(yōu)點。

4.4 解決陰極線斷線問題，避免因短路造成電場停運

采用的方案：陰極線全部采用不銹鋼材質(zhì)（1Cr18Ni9Ti），并采用陰極線防斷線技術(shù)，有效的降低了因振打磨損、低溫腐蝕造成陰極線斷線，電場停運的幾率。

4.5 尾級電場采用電除塵新技術(shù)，提高細顆粒收塵效率

5#電場（即尾級電場）采用不同于現(xiàn)有常規(guī)電除塵器的新技術(shù)——微分高效電除塵技術(shù)。

4.5.1 微分高效電場

一方面將原來的收塵板改為與收塵極排主平面相垂直的格柵板式結(jié)構(gòu)；另一方面在相鄰收塵極間，分別在進氣口和出氣口兩端交錯用鋼板封閉，為得到更好的氣流分布，將安置成與除塵器中心軸線呈一定角度，在通道口部形成喇叭口，有利于電場高電壓運行從而獲得盡可能大的電暈區(qū)，保證放電量使煙塵顆粒充分荷電，同時又防止電場被擊穿產(chǎn)生閃絡(luò)，電暈極（陰極排）也相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)一定的角度，保證與陽排平行分布，從而把陽極排設(shè)計成三角形框架結(jié)構(gòu)。

4.5.2 技術(shù)關(guān)鍵點和創(chuàng)新點

①超低風(fēng)速收塵技術(shù)。該電場氣流速度僅0.139 m/s，遠低于常規(guī)電場1 m/s氣流速度。

②改善收塵條件。該電場具有極強靜電力（為普通電場的64倍）和較小的格柵板（收塵極）間距，并且氣流方向與電場作用方向一致，可最大限度的提高收塵效率。

③增大收塵極收塵面積。由于采用了與陽極排主平面相垂直的格柵板式結(jié)構(gòu)，截面積及電場長度一定的情況下，該電場收塵極面積是板極式電場的2.6倍。

④有效抑制振打二次揚塵。通過降低風(fēng)速，有效減小氣流對被吸附煙塵顆粒的作用力，避免被吸附煙塵顆粒的二次逃逸。

5 應(yīng)用效果和效益

永城煤電控股有限公司熱電廠3#電除塵經(jīng)提效技改，調(diào)試后運行穩(wěn)定，各項指標和參數(shù)均達到設(shè)計要求，經(jīng)永城市環(huán)保局監(jiān)測站現(xiàn)場監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果分別為29.2 mg/Nm3和25.4 mg/Nm3（折算到氧量為6%的折算值），達到設(shè)計要求和排放標準。

5.1 減排效益

永城煤電控股有限公司熱電廠3#電除塵器達標提效成功實施，大幅降低了鍋爐煙塵排放量，減排效益明顯，經(jīng)估算：每年減排煙塵量：（130-27）×10-9×150 000×7 000=136.815 t。

5.2 環(huán)保效益

電除塵器提效達標后，降低了煙塵排放，減小了企業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的不利影響，有效改善了熱電廠職工的工作、生活環(huán)境及永城市北郊周邊居民的環(huán)境質(zhì)量，增進了企業(yè)與周邊群眾的和諧相處關(guān)系，產(chǎn)生了巨大的社會效益。

6 結(jié) 語

通過大量理論分析、技術(shù)論證及參考國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展水平的基礎(chǔ)上，對永城煤電控股有限公司熱電廠3#電除塵器進行達標提效研究和應(yīng)用，徹底解決了其運行效率低，無法達標排放等問題，同時也為同類型電除塵達標提效研究和應(yīng)用提供借鑒和參考。

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