移動電極技術在改造項目中的運用

文 _ 黃城富 福建龍凈環(huán)保股份有限公司

電除塵器的工作機理即利用強電場產生電暈放電，使氣體電離產生大量自由電子和離子并吸附在煙氣中的粉塵顆粒上（荷電），荷電后的粉塵顆粒在電場力的作用下被推向收塵極（陽極和陰極）并聚集，當粉塵聚集到一定厚度以后，通過機械振打或其它清灰方式清除并最終進入灰斗，最終通過排灰系統(tǒng)轉移到灰?guī)欤瑥亩_到除塵的目的。簡言之，電除塵器的基本過程可以概括為創(chuàng)造電場電暈，使粉塵顆粒帶電；帶電粉塵顆粒在場強的作用下，向極板移動并聚集；清灰和排灰。

電除塵器運行過程中“清灰”是非常重要的步驟，如果聚攏在收塵極上的粉塵過厚，會造成陰極與陽極間的導電性能降低，電暈電流減弱，進而降低粉塵的驅進速度，影響電除塵器效率，若高比電阻的粉塵聚攏到一定厚度后還會造成反電暈，導致電除塵器整體收塵能力不斷下滑。因此，在電除塵器運行過程中，應及時對陰陽極進行清灰，保持陰陽極的清潔。通常，電除塵器是通過機械振打來清除極板上的積灰的，這種清灰方式會造成大量的二次揚塵，從而提高除塵器出口粉塵排放量，降低電除塵器效率。實驗研究顯示，常規(guī)振打結構的電除塵器排放的粉塵中，有20%是清灰的原因產生的，當除塵器出口要求排放濃度進一步降低時，振打清灰產生的影響也進一步加大。

為解決二次揚塵問題，國內外專家進行不同的實驗和工程應用研究，先后開發(fā)出了欠斷電振打技術、導電濾槽技術、關斷隔離振打技術等一系列技術，在一定程度上緩解了二次揚塵的影響，提高了除塵器收塵效率，但是都沒有能夠徹底消除二次揚塵問題。

移動電極技術繼承了常規(guī)靜電除塵器的優(yōu)勢，采用“固定電極電場+移動電極電場”的配置形式。前級3～4個常規(guī)結構的電場處理收集絕大多數的粉塵，末級旋轉移動電極電場具有獨特的清灰方式，能有效保持極板的清潔，徹底解決了二次揚塵問題，從而為電除塵器實現較低粉塵排放提供了一條新的工藝路線。

1 移動電極電除塵器的工作原理

移動電極電除塵器是常規(guī)電除塵器的一種改進技術，其前面幾個電場采用的是與常規(guī)電除塵器結構一樣的結構，主要區(qū)別在于最后一個電場的移動電極（陽極）結構。移動電極電除塵器末電場的陽極板排采用環(huán)形設計，每一個環(huán)形板排稱為一品，單品陽極板板排通過上部主動軸系和下部從動軸系張緊固定，高度方式布置了一定數量的防擺件，以防止其擺動。旋轉清灰裝置設置在從動軸的上部的非收塵區(qū)，在陽極板正反對陽極板進行清灰。主動軸和清灰裝置由設置在電場外面的驅動電機提供動力。工作時，陽極板排通過上部的主動軸驅動緩慢的循環(huán)上下運動，這期間帶電粉塵不斷的被捕集，當陽極板上的粉塵聚集到一定厚度后進入灰斗上部非收塵區(qū)，這時，安裝在電場下部的清灰刷從正面和反面對極板進行清灰，刷下的灰直接進去灰斗，整個清灰過程不會產生二次揚塵。移動電極電場結構及工作原理如圖1所示。

移動電極作為一種針對清灰二次揚塵的改進型技術，相對常規(guī)結構的電除塵器具有可有效消除二次揚塵、消除反電暈發(fā)生、避免極板掛灰引起的效率波動等優(yōu)勢，為電除塵器實現低排放開辟了新的技術路線。

圖1 移動電極電場結構及工作原理圖

2 國內外移動電極電除塵器研究現狀

國外從20世紀70年代就開始加大投入研發(fā)具有高效清灰技術的電除塵器技術，1979年日本日立公司(HITACHI)研發(fā)出了首臺移動電極電除塵器(MEEP)。此后日立公司一直致力于移動電極電除塵器技術的完善和創(chuàng)新，對移動電極、旋轉清灰刷、極板鏈條等關鍵結構進行了改良，大大提高了設備運行的可靠性。為了提升除塵器在高濃度工作環(huán)境的適應能力，降低設備外形規(guī)格，Hiroki Ando等人研發(fā)出了抗磨損的極板連接鏈條，并改進了清灰刷系統(tǒng)，改進后的移動電極電除塵器在某燒結機組中投入使用時，其整體外形結構縮小了一半，大大降低了設備的整體成本。經過三十多年的推廣，移動電極技術在各工業(yè)領域已經有超過60臺投入使用（主要在日本）。

我國對移動電極技術探討和研究起步比較晚，2005年，國內學者在電除塵技術發(fā)展討論會上一致認為，移動電極技術在國內將會有很大的市場需求。但是由于早期環(huán)保要求不高，一般電廠采用常規(guī)電除塵器既能滿足要求，加之移動電極電除塵器初步投資相對較高，也直接影響了該技術在國內大面積推廣。

隨著環(huán)保要求的提升，特別是當標準要求粉塵排放小于30mg/Nm3時，由于常規(guī)電除塵器難以克服二次揚塵，而袋式除塵器的運行成本又居高不下，移動電極技術在控制二次揚塵，實現低排放中的優(yōu)勢逐漸被國內廠家重視，并開始大力推廣。

3 移動電極電除塵器在電廠改造中的應用

3.1 工程概況

河南某電廠3號爐135MW機組，于2003年7月投產發(fā)電，機組原配套的是一臺257m2雙室四電場靜電除塵器，設計除塵效率≥99.6%。電除塵器技術參數表如表1所示。

由于實際燃煤與原設計燃煤差距較大，且電除塵器設備運行時間較長，設備故障率增加，除塵效率下降，電除塵器實際出口排放超過120mg/Nm3，脫硫后粉塵排放超過60mg/Nm3，大大超出環(huán)保要求，迫切需要對除塵設備進行提效升級來滿足新的環(huán)保要求。

3.2 改造方案

由于電除塵器設計容量較小，投運后期由于設計煤種采購困難，機組實燒煤種灰分高、熱值低，燃煤粉塵的比電阻高，導致除塵器運行電流電壓低，除塵效率極低。根據機組實際燃煤及粉塵性質分析，結合實際測試結果修正，若采用常規(guī)電除塵器改造，最終需要在原電除塵器后端增加一個6m的電場，并將原除塵器整體抬高2m左右才能滿足除塵器出口排放小于40mg/Nm3的要求。此方案整體工作量大、成本高、施工工期長，無法滿足電廠要求，可行性低。

專家小組多次到現場踏勘，經過幾番論證及對比分析，最終確定了在原除塵器出口端新增一個移動電極電場的改造方案。將原煙道支架第一排立柱往后平移，相應對煙道等設備進行同步改造。移動電極和常規(guī)電除塵器改造方案對比如表2所示。

綜合上述對比，移動電極改造方案無論在改造工期還是整體費用上，都具有明顯的優(yōu)勢，具體改造內容如下：

表2 常規(guī)電場改造方案和移動電極改造方案對比表

（1）在原除塵器第四電場出口端新增一個移動電極結構的電場，將原4電場常規(guī)結構的除塵器改造成4+1移動電極電除塵器。首先，移動電極高效的清灰方式能夠徹底消除末電場清灰產生的二次揚塵問題；其次，清刷后的陽極板能夠保持干凈、清潔，從而解決反電暈問題。

（2）增加移動電極電場后，相應新增第五電場下部灰斗、鋼支架及氣力輸送系統(tǒng)，并對原混凝土煙道支架進行改造，滿足布置移動電極電場的要求。

（3）對原四電場電除塵器內部結構進行恢復性檢修，調整極距，更換已損壞部件。

（4）對供電電源及電氣控制系統(tǒng)設計，滿足改造后控制要求。

改造后電除塵器出口粉塵濃度滿足小于40mg/Nm3，經過濕法脫硫進一步除塵后滿足煙囪排放小于20mg/Nm3的要求。改造方案圖如圖2所示。

圖2 改造后移動電極電除塵器外形圖

3.3 改造效果

經過為期2個月的安全施工，2014年1月初移動電極電除塵器改造工程順利完成，機組穩(wěn)定運行4個多月后，電廠于2014年5月組織了性能驗收測試實驗。測試期間，當機組負荷約為123MW，電除塵器電氣按正常節(jié)能運行，實測電除塵器A、B兩室的出口標況含塵濃度分別為23.4mg/Nm3、28.8mg/Nm3，平均為26.1mg/Nm3，遠低于原設計改造要求的40mg/Nm3。經過濕法脫硫后粉塵濃度進一步降低，根據脫硫后CEMS監(jiān)控數據顯示，實際煙囪入口粉塵濃度僅為15.6mg/Nm3，整體工程實現了超低排放目標。具體測試結果見表3、表4。

從表3測試期間煙氣及粉塵統(tǒng)計數據可見，當機組負荷為123MW時，除塵器入口煙量為總859375m3/h，已經超過原設計的818900m3/h，但除塵器出口粉塵濃度依然遠低于原設計要求的40mg/Nm3。

從表4測試期間電氣運行參數同樣可以看出，測試期間移動電極第五電場二次電流和二次電壓都要明顯高于固定電極的第四電場。這主要是因為移動電極電場采用的旋轉清灰方式，能夠徹底清除陽極板上的積灰，使陽極板保持干凈清潔，抑制了反電暈的發(fā)生。

4 展望

移動電極電除塵器能夠有效解決二次揚塵、消除反電暈發(fā)生，從而大大提高了電除塵器的整體效率。河南某電廠3號爐移動電極改造的成功投運，驗證了該技術電廠超低排放改造中的技術優(yōu)勢，特別是在場地比較局限的老機組項目中，移動電極技術能夠最大限度地利用原有設備，降低改造投資成本。隨著移動電極電除塵器技術研究的不斷完善，將進一步鞏固電除塵器在大氣粉塵污染物控制中的主導地位，并在未來電廠提效改造項目中發(fā)揮重要作用。

表3 改造后測試結果

表4 測試期間電氣運行參數

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