超低排放燃煤電廠電除塵器運(yùn)行性能分析

趙海寶，周 冰，章永瑋，杜宇江，李曉宇，趙金達(dá)，黃 俊

（1．浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆憬?諸暨 311800；2．中國電力工程顧問集團(tuán)有限公司，北京 100120；3．諸暨更興環(huán)保設(shè)備有限公司，浙江 諸暨 311800；4．杭州華電半山發(fā)電有限公司，杭州 310015）

0 引言

自2013 年我國超低排放戰(zhàn)略開始實施以來[1]，燃煤電廠超低排放已全面開展并初步完成，全國超低排放燃煤發(fā)電機(jī)組的占比約為80%[2]。電除塵器，尤其是低低溫電除塵器作為燃煤電廠超低排放顆粒物治理的主流技術(shù)[3-5]，電除塵器出口粉塵濃度甚至可實現(xiàn)10 mg/m3以下[6-7]，其經(jīng)濟(jì)高效穩(wěn)定性經(jīng)過了時間的驗證，并得到了廣泛應(yīng)用，但實際運(yùn)行效果仍未得到全面分析研究，亟需開展基于多數(shù)據(jù)下的電除塵器運(yùn)行性能分析，尤其是在超低排放要求下的電除塵器實際運(yùn)行效果，為我國后續(xù)電除塵優(yōu)化、在其他行業(yè)超低排放的推廣，以及電除塵器在國外尤其是“一帶一路”國家的推廣提供參考。

1 電除塵器多數(shù)據(jù)統(tǒng)計

隨機(jī)抽取在2013 年之后實行超低排放的26臺燃煤電廠配套電除塵器，收集分析電除塵器設(shè)計燃煤參數(shù)、灰參數(shù)、設(shè)計煙氣參數(shù)、電除塵器結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及電除塵器測試時燃用煤的基本參數(shù)、灰參數(shù)、煙氣參數(shù)、在燃用煤下的電除塵器運(yùn)行性能參數(shù)[8-12]。為方便數(shù)據(jù)分析，將26 臺電除塵器進(jìn)行項目編號，其分布地區(qū)及機(jī)組容量如表1 所示。

表1 測試的26 臺電除塵器基本情況

需要說明的是，由于我國超低排放要求煙囪出口排放顆粒物限值10 mg/m3（部分地區(qū)要求5 mg/m3）[13]，燃煤電廠中電除塵器后的脫硫設(shè)備的除塵效率約為50%～80%[14-15]，并且部分電廠在煙囪前設(shè)置有濕式電除塵器，所以電除塵器出口顆粒物濃度一般在10～30 mg/m3[16-18]。

2 電除塵器設(shè)計與運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

目前國內(nèi)外最常用的電除塵器效率計算公式為Deutsch 公式：

式中：η 為除塵效率；Q 為煙氣流量；A 為總集塵面積；ω 為驅(qū)進(jìn)速度。

根據(jù)Deutsch 公式，對電除塵器出口排放影響最大的是驅(qū)進(jìn)速度和比集塵面積，對驅(qū)進(jìn)速度影響最大的有煙氣溫度、以及煤質(zhì)成分中的Sar（收到基硫分）、水分和灰分。因此，下文對實際投運(yùn)電除塵器的煙氣溫度、煙氣量及主要煤質(zhì)成分進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2.1 煙氣溫度

26 臺電除塵器中的15 臺測試了進(jìn)口和出口煙氣溫度，如圖1 所示，其中8 臺電除塵器為運(yùn)行于酸露點溫度以下的低低溫電除塵器[18]，實際電除塵器運(yùn)行煙氣溫度與設(shè)計溫度相近，電除塵器進(jìn)出口溫差在3 ℃左右。

圖1 電除塵器煙氣溫度

2.2 煙氣量

電除塵器實際運(yùn)行煙氣量與設(shè)計煙氣量普遍相差在10%左右（包含因煙氣溫度引起的煙氣量偏差），如圖2 所示，因為我國電除塵器設(shè)計均已考慮了煙氣量10%的余量，所以盡管實際工況偏離了設(shè)計值，但煙氣量超出一般在10%以內(nèi)，因此，電除塵器還能滿足排放需求。

圖2 電除塵器設(shè)計與運(yùn)行煙氣量對比

2.3 煤質(zhì)成分

文獻(xiàn)[5]認(rèn)為煤質(zhì)成分中的Sar，水分和灰分對電除塵器性能影響較大。因此，測試并統(tǒng)計分析了設(shè)計煤質(zhì)和測試時燃用煤質(zhì)參數(shù)如圖3—5所示，國內(nèi)近幾年實現(xiàn)超低排放的燃煤電廠的燃煤大部分為含硫量在1．5%以下的中低硫煤，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析可知，大部分實際燃用煤種與設(shè)計煤種差異不大。

圖3 電除塵器設(shè)計與運(yùn)行煤種含硫量

圖4 電除塵器設(shè)計與運(yùn)行煤種收到基水份

借助Deutsch 公式，對多個項目測試得到的除塵效率和調(diào)研得到的電除塵器比集塵面積數(shù)據(jù)反推驅(qū)進(jìn)速度，忽略其他影響因素，將驅(qū)進(jìn)速度與煤質(zhì)主要成分的相關(guān)性進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，如圖6所示，得到煤質(zhì)的含硫量與驅(qū)進(jìn)速度存在明顯的正相關(guān)關(guān)系。

圖5 電除塵器設(shè)計與運(yùn)行煤種收到基灰份

圖6 實際測算驅(qū)進(jìn)速度與含硫量的關(guān)系

3 電除塵器運(yùn)行性能分析

3.1 漏風(fēng)率和煙氣阻力

漏風(fēng)率和煙氣阻力是電除塵器性能考核的指標(biāo)，也反映了電除塵器對引風(fēng)機(jī)的間接能耗和對下游設(shè)備處理煙氣量的影響。

對多臺電除塵器測試得到：實際電除塵器壓力降大部分處于100～200 Pa，漏風(fēng)率在0．5%～3%，如圖7 所示。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，電除塵器壓力降主要取決于氣流和進(jìn)出口喇叭設(shè)計，漏風(fēng)率主要取決于振打孔和人孔門等開孔數(shù)量、密封性能、焊接質(zhì)量等。

3.2 出口粉塵濃度

26 臺電除塵器測試時實際運(yùn)行出口粉塵濃度在6～30 mg/m3，大部分約在15 mg/m3， 如圖8所示。

圖7 電除塵器運(yùn)行壓力降和漏風(fēng)率

圖8 電除塵器設(shè)計與運(yùn)行出口粉塵濃度

在煙氣溫度變化控制在設(shè)計煙氣溫度3 ℃以內(nèi)，煤質(zhì)參數(shù)主要的Sar，水分、灰分變化在一定范圍以內(nèi)，漏風(fēng)率保證在設(shè)計范圍內(nèi)，選用足夠比集塵面積的電除塵器時，實際運(yùn)行的電除塵器可在30 mg/m3的出口排放量以下運(yùn)行，基本在設(shè)計出口粉塵濃度以下，結(jié)合后續(xù)煙氣治理設(shè)備的除塵功能，可滿足粉塵超低排放的要求。

對圖8 分析并結(jié)合電除塵器廠家調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電除塵器設(shè)計出口粉塵濃度在50 mg/m3左右時，實測電除塵器出口一般約30 mg/m3，該部分電除塵器實測與設(shè)計參數(shù)偏差較大，主要原因初步分析為：由于近幾年電除塵器廠家制作安裝技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)的提高，電除塵器漏風(fēng)率降低，氣流均布性提高，在適當(dāng)?shù)谋燃瘔m面積下，電除塵器可較易地實現(xiàn)30 mg/m3左右的出口粉塵濃度要求。

3.3 能耗

對10 臺電除塵器能耗與電除塵器主要數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)律分析，在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行下，發(fā)現(xiàn)電除塵器能耗與其總集塵面積成正相關(guān)關(guān)系，如圖9所示。由于電除塵器能耗影響因素復(fù)雜，且在多數(shù)據(jù)分析時無法控制單一變量，對這10 臺電除塵器進(jìn)行分析后未發(fā)現(xiàn)其他明顯能耗影響因素和規(guī)律。

圖9 電除塵器能耗與總集塵面積

3.4 不同負(fù)荷下電除塵性能對比

對某600 MW 機(jī)組電除塵器采用前四電場高頻電源和末電場脈沖電源的配置，進(jìn)行不同負(fù)荷下的性能測試和對比，如表2 所示。

表2 不同負(fù)荷時的電除塵器性能對比

為滿足用于超低排放測試的適應(yīng)性和準(zhǔn)確性，電除塵器出口粉塵濃度通過低濃度采樣頭采樣，采用JB/T 836-2017《固定污染源廢氣 低濃度顆粒物的測定 重量法》[20]的采樣方法進(jìn)行測試。

由于不同負(fù)荷下電除塵器運(yùn)行負(fù)壓相差不大，因此在低負(fù)荷和滿負(fù)荷下的漏風(fēng)量基本相同，而不同負(fù)荷下電除塵器總煙氣量相差較大，從而導(dǎo)致在低負(fù)荷時漏風(fēng)率幾乎成倍增加。

當(dāng)運(yùn)行負(fù)荷降低后，處理煙氣量減少，煙氣流速降低，漏風(fēng)率增加，除塵效率提高，出口粉塵濃度降低。低負(fù)荷下達(dá)到要求出口粉塵濃度下的電除塵器電耗降低，但用電率（電耗/發(fā)電量）增加。

4 結(jié)論

（1）電除塵器處理煙氣量與設(shè)計煙氣量普遍相差10%左右，現(xiàn)有常規(guī)10%煙氣余量的選型設(shè)計可滿足實際工況變化需求。

（2）實測數(shù)據(jù)表明燃煤煤質(zhì)的含硫量與粉塵驅(qū)進(jìn)速度成正相關(guān)關(guān)系。

（3）電除塵器出口粉塵濃度基本在15 mg/m3上下并滿足設(shè)計出口粉塵濃度要求，低負(fù)荷下除塵效率更高，可滿足機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行工況。

（4）初步得出滿負(fù)荷下電除塵器能耗與總集塵面積成正相關(guān)關(guān)系，低負(fù)荷下達(dá)到要求出口粉塵濃度下的電耗降低，但用電率增加。電除塵器能耗與其他因素的影響關(guān)系有待進(jìn)一步研究。