國內首臺關斷振打電除塵器在華潤焦作電廠的研究應用

摘要：以國內首臺關斷振打電除塵器成功在華潤焦作電廠應用為案例，應用結果表明關斷振打電除塵器可以保持長期穩(wěn)定低排放要求，在此基礎上介紹關斷振打電除塵器的方案選型、總體布置、重要結構件設計、關斷振打控制邏輯、氣流均布實驗等方面的研究內容，為今后推廣應用關斷振打電除塵器提供設計參考。

關鍵詞：關斷振打；控制邏輯；氣流均布；長期穩(wěn)定低排放

中圖分類號：X701.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）03-0250-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.151

Abstract： The successful application of the first off-vibration electric precipitator in China was successfully applied in China Resources Jiaozuo Power Plant. The application results show that the off-vibrating electrostatic precipitator can maintain long-term， stable and low-emission requirements. On the basis of this， The selection of dust collector， the overall arrangement， the design of the important structural parts， the control logic of shut-off rapping and the uniform airflow test， etc. to provide the design reference for popularizing and applying the shut-off rapping electrostatic precipitator in the future.

Keywords： Shut-off rapping； Control logic； Airflow uniformity； Long-term，stable，low-emission

電除塵器的振打清灰易導致已被捕集的粉塵重新返回氣流而排出，對除塵效率產生負面影響。為研究振打清灰對除塵效率的影響程度，除塵行業(yè)對其進行了大量的試驗，研究表明，排放濃度的20%是由振打清灰造成的，試驗結果如圖1所示，排放濃度越低，振打清灰產生的影響越大。[1]國內外環(huán)保公司已在積極探索解決二次揚塵問題，國外日本最早研究應用的關斷氣流斷電振打電除塵器（簡稱：關斷振打電除塵器）是解決此問題的有效方式之一，當電除塵器某個室需要振打時，將該室氣流關斷進行斷電振打，防止二次揚塵逃逸，可保證長期有效低排放。為適應國內GB 13223-2011《火電廠大氣污染物排放標準》更低排放的要求，國內龍凈環(huán)保股份有限公司率先開展關斷振打電除塵器的研究，并取得良好應用。

1 關斷振打電除塵器的研究應用

華潤電力焦作有限公司2×600MW超超臨界機組工程，屬于新建項目，在2012年項目開展之初，為滿足國家日益嚴格的粉塵排放要求，電廠經過技術調研，對關斷振打電除塵器已有了解。通過技術交流，得知龍凈環(huán)保已在開展關斷振打電除塵器方面的研究，經雙方多次深入的方案論證，最終確定該項目除塵設備采用龍凈環(huán)保創(chuàng)新型關斷振打電除塵器，一同開拓電除塵器創(chuàng)新應用領域。

2 關斷振打技術原理

關斷振打電除塵器在各室進口喇叭前設置獨立的進口風門、出口喇叭后設置獨立的出口風門，并在進、出口喇叭和殼體內設置隔墻，把除塵器分隔成多個獨立的隔離室。當某個隔離室需要振打清灰時，通過控制系統(tǒng)關閉相對應的進、出口風門，阻斷該隔離室的氣流，實現(xiàn)離線清灰，讓振打系統(tǒng)對該室放電極和收塵板斷電連續(xù)振打清灰，保證放電極和收塵板徹底清理干凈，同時避免二次揚塵，振打清灰完畢，打開相對應的進、出口風門，該隔離室單元歸位繼續(xù)投入運行。關斷振打電除塵器的關鍵在于氣流分布、關斷與振打聯(lián)動控制的設置。[2]

3 項目煤灰參數分析及對策

從本項目實際工況及煤質、灰成分參數特點，分析其對電除塵性能影響較大的有以下幾個因素：

3.1 灰份含量

煤中的灰份含量直接影響到除塵器的入口含塵濃度的高低，對除塵器而言，一般含塵濃度>30g/Nm3，前電場容易發(fā)生電暈封閉，降低除塵器效率。本項目煤種灰分含量30.46%，除塵器入口含塵濃度也達到42.383g/Nm3，應注意前電場電暈封閉的發(fā)生。采用龍凈高頻電源及特有的兩線一板的極配型式等技術可有效防止電暈封閉的發(fā)生。

3.2 含硫量、氫、水分含量

煤中的硫在燃燒時高溫下大部分被氧化成二氧化硫（SO2），其產生的數量取決于煤中硫的含量、鍋爐爐型、燃燒工藝和工況，大約有0.5%～1%的SO2氧化成SO3，在低溫狀態(tài)下SO3能與H2O結合產生H2SO4并吸附在飛灰上，就能大大地降低飛灰的比電阻[3]。我國燃煤含硫量的變化范圍在0.11%～5.13%之間，平均值在0.87%左右，本項目煤種含硫量為1.89%，屬于高硫煤的范圍，只要合理控制煙氣溫度，可有效降低飛灰比電阻，提高電除塵效率。

煤中的氫和水分含量愈高，則煙氣的水蒸氣體積含量愈高。煙氣中水分高可以抓住電子形成重離子，使電子的遷移速度下降，從而提高間隙的擊穿電壓，降低表面比電阻，提高除塵效率。經計算本項目燃煤的煙氣中水蒸氣體積比在7%左右，能結合煙氣中的三氧化硫適當降低飛灰比電阻，并提高粉塵的荷電除塵效率。綜合上述幾項分析，合理控制煙氣溫度，充分發(fā)揮燃煤中的含硫量及氫、水分含量對粉塵的比電阻的調節(jié)作用，能有效提高電除塵器荷電收塵的效率。

3.3 飛灰成分中的SiO2、Al2O3含量

SiO2和Al2O3都是高熔點、導電性差的物質，其含量高低直接影響飛灰比電阻，從而影響電除塵器收塵效率。一般當灰成分中SiO2和Al2O3的含量超過85%的時候，飛灰比電阻較高。本項目燃煤SiO2+ Al2O3的含量約為81%，說明其飛灰工況比電阻略高，應注意振打清灰不利及后級電場反電暈帶來的不利影響。采用關斷振打技術，能實現(xiàn)電場內部陰陽極的徹底清灰，杜絕反電暈的發(fā)生，同時抑制二次揚塵，進一步提高除塵效率[4]。

4 電除塵技術方案

通過對煤灰參數的分析，該項目采用龍凈特有的LSC調溫節(jié)能裝置結合四電場關斷振打電除塵器方案，能夠確保煙囪出口煙塵的低排放。具體方案如下：

（1）電除塵器總體采用雙列四室四電場關斷振打結構。頂部電磁錘振打技術能夠每個振打點相互獨立、控制靈活，結合關斷振打技術，能最大限度實現(xiàn)陰陽極清灰和降低二次揚塵確保除塵器出口的低排放。

（2）在電除塵器進口喇叭前煙道設置LSC調溫節(jié)能裝置，將煙氣溫度降到低低溫狀態(tài)，使粉塵比電阻下降，提高除塵效率。

（3）針對本項目除塵器入口濃度高的特點，在第一電場采用高頻電源供電方式，不但能夠提高除塵效率，還能達到節(jié)能降耗的目的；

（4）全電場均采用兩線配一板的極配形式，能夠獲得更加均勻的電場，保證不出現(xiàn)電暈死區(qū)。針對粉塵在電場內部的分布特性，在前三個電場采用放電性較強的針刺線，強化前級電場的荷電收塵，減輕后電場的收塵壓力。由于后級電場粉塵較細，容易發(fā)生返電暈，采用放電能力比較溫和的波形線，保證對細微粉塵的收集效率。

（5）電氣控制采用“工況自動分析”、“反電暈自動檢測控制”和“節(jié)能控制”等軟件包，確保達到除塵效果最優(yōu)、節(jié)能最佳的目的。

5 電除塵器整體布置

該項目煙氣經空預器、前置的煙氣降溫裝置，進入到水平段煙道，水平煙道前設聯(lián)通煙箱，分2路進入關斷振打電除塵器。關斷振打除塵器的進口喇叭小口為12m×2.8m；大口為35.35m×14.79m，為有史以來最大的喇叭口，內設隔板將其分割成與電場內隔離室相對應的4個完全獨立的空間。進入電場區(qū)間，每列電除塵器沿氣流方向共設4個電場，垂直氣流方向共設4個獨立隔離室。出口喇叭與進口喇叭一致，內部同樣設置隔板將其分割成與電場內隔離室相對應的4個完全獨立的空間。（見圖2電除塵立面圖布置）。

前煙道采用單軸單擋板門，后煙道采用單軸雙擋板門+單軸單擋板門。前煙道擋板門主要起阻流作用；后煙道第一道擋板通密封風，主要起密封作用，確保零泄漏；后煙道第二道擋板主要起調節(jié)風量作用。

6 關鍵技術的研究應用

6.1 CFD氣流分布數值模擬研究+物模驗證

本項目采用關斷振打電除塵器結構，合理的導流布置是保證排放效果的重要因素之一，該項目一臺爐配置兩列除塵器，共八個獨立隔離室，要確保隔離室全開，以及每個隔離室關斷后，共計九種工況下，都能達到既定的流量分配及第一電場斷面氣流分布相對均方根差值≤0.2，按常規(guī)的固定導流方式是無法實現(xiàn)的，龍凈環(huán)保通過創(chuàng)新設計，采用在出口喇叭位置設置兩層擋板門的方式來解決此問題，其一，在隔離室關閉時，第一層擋板門起主要密封作用，第二層擋板門起輔助密封作用，雙管齊下，確保密封；其二，在隔離室打開時，第一層擋板門全開，輔助起到導流作用，關鍵在于第二層擋板門，通過合理控制其開度，調整煙氣流量，結合前端進口喇叭設置的均流孔板，就可達到在九種工況下，各隔離室的流量分配及氣流均布。

通過CFD氣流分布數值模擬技術，龍凈環(huán)保對隔離室全開，以及每個隔離室關斷后的九種工況，做了大量的模擬調整工作，確定出各工況下，各隔離室出口喇叭第二層孔板的最佳開度，同時確定進口煙道內的導流板布置、以及進口喇叭內三層孔板的開孔率。最后搭建按比例縮小的實物模型加以實驗驗證，在項目實際應用中起得了良好效果。

6.2 關斷與振打聯(lián)動控制研究

隔離室的開合與振打機制的配合是關斷振打電除塵器又一重要因素，只有關斷與振打合理聯(lián)動，才能保證極板清灰干凈、有效抑制二次揚塵。

對此，龍凈環(huán)保組織專業(yè)人員開展了詳細研究分析，從常規(guī)隔離室打開時各電場的振打策略、各隔離室關閉振打的周期、各隔離室關閉時末電場的振打次數、振打啟停與高壓啟停、隔離室開合的時間間隔等方面都制定了方案，特別設置了常規(guī)振打模式和關斷振打模式，在隔離室全開的正常運行狀態(tài)下，執(zhí)行常規(guī)振打模式，此時末電場不加入振打，杜絕二次揚塵，當進入關斷振打狀態(tài)時，執(zhí)行關斷振打模式，此時重點對被關斷的隔離室進行末電場連續(xù)振打，確保陰陽極清潔。

在項目運行調試階段，與電廠人員一同對制定的關斷與振打聯(lián)動方案進行了現(xiàn)場測試和完善，將聯(lián)動機制調整到適應現(xiàn)場工況的最佳狀態(tài)。同時，在電氣控制上，將關斷振打次數、關斷振打時間、隔離室的開合時間均設置為可調參數，以此更好的適應現(xiàn)場工況變化的需求。

7 測試及運行效果

從項目投運后測試結果看，在機組負荷660 MW下，A、B列關斷振打電除塵器出口煙塵排放濃度分別為28.58 mg/Nm3和27.43mg/Nm3，遠小于合同要求的煙塵排放濃度不大于40 mg/Nm3的排放值，從后期長期運行情況來看，截止2014年開始投運止至今，排放持續(xù)穩(wěn)定在30mg/Nm3，符合國家標準要求的低排放限定值，運行效果良好。

8 小結

關斷振打電除塵器通過實踐應用，可有效滿足國家新污染物排放標準的要求，特別是關斷振打電除塵器采用獨有的技術措施杜絕了二次揚塵，避免常規(guī)干式電除塵器在末電場振打時出現(xiàn)的粉塵排放峰值，為電廠時時穩(wěn)定確保粉塵低排的需求帶來了技術革新。

參考文獻

[1]Nichols， G. B.， Current Status of Rapping Technology， MEGA Symposium， August 20-23， 2001， Chicago， IL.

[2]藤島英勝，土屋喜重，西田定二等.低低溫EP適用による石炭火力用排煙処理システムの合理化設計[J].三菱重工技報，1994，1（4）：4.

[3]羅如生.關斷氣流斷電振打電除塵器流場模擬及優(yōu)化[J].機電技術 ，2016， （3） ：68-70.

[4]王涌.電除塵器頂部振打控制系統(tǒng)研究[D]. 杭州：浙江工業(yè)大學， 2009.

收稿日期：2017-12-26

作者簡介：程小峰（1984-），男，本科，中級工程師，研究方向為大氣治理。