三相高效電源靜電除塵器選型研究與應(yīng)用

郭占緯

（神華國能天津大港發(fā)電廠有限公司，天津300272）

0 引言

《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）要求從2014年7月1日起火電廠煙囪出口固體顆粒物排放≤30 mg/m3，重點地區(qū)≤20 mg/m3。2015年12月2日，國務(wù)院要求2020年前燃煤機組全面實施超低排放（即煙塵≤5 mg/m3，二氧化硫≤35 mg/m3，氮氧化物≤50 mg/m3）。

大港電廠裝機4×328.5 MW燃煤發(fā)電機組，鍋爐尾部配備五電場雙室臥式干式靜電除塵器，設(shè)計效率99.7%，改造前靜電除塵器出口的煙氣濃度為50～70 mg/m3，煙囪出口排放為30 mg/m3。為滿足重點地區(qū)超低排放標(biāo)準(zhǔn)，電廠對鍋爐煙氣除塵系統(tǒng)進(jìn)行了一系列改造，實現(xiàn)了煙塵達(dá)標(biāo)排放要求。

1 傳統(tǒng)單電源除塵器存在的問題

靜電除塵器改造前不能滿足重點地區(qū)排放限值要求，主要存在以下問題：一是電源為單相高壓整流電源。單相高壓整流電源運行中電壓波動較大，造成除塵器效率受限。二是鍋爐排煙溫度在150 ℃左右，高溫?zé)煔庥绊懛蹓m比電阻，造成除塵器效率低。

2 技術(shù)路線選取

2.1 選取三相高效電源

本次電廠進(jìn)行靜電除塵器提效改造運用了浙江大學(xué)閆克平教授的電除塵指數(shù)理論原理和方法，針對重點地區(qū)電除塵出口排放指標(biāo)≤20 mg/m3的要求，通過計算電除塵指數(shù)對本體和電源進(jìn)行科學(xué)選型。本體的容量大小和運行電壓的高低是影響電除塵效率的主要因素，電除塵指數(shù)有效地反映了這兩方面，與電除塵效率滿足如下關(guān)系：

式中：η（r）為分級除塵效率；Ea為電除塵器中平均電場強度（kV/cm）；Ep為電除塵器中峰值電場強度（kV/cm）；S為比集塵面積[m2/（m3/s）]；α、β為工況下的實驗系數(shù)。

將式（1）中的EaEpS定義為電除塵指數(shù)[1]，其大小與單位煙氣靜電儲能的大小呈正比，儲能越大，除塵效率就越高。方程（1）適用于常規(guī)單相電源、中頻電源、高頻電源、三相電源、3/4/5電場除塵器?？紤]到目前電廠燃煤的變化，要達(dá)到除塵器出口煙塵濃度不大于20 mg/m3的目標(biāo)，電除塵運行電場強度和比集塵面積或電除塵指數(shù)要滿足如下條件：

針對已投運多年的電除塵器，在不改變比積塵面積的前提下，要進(jìn)一步提高除塵效率，就需要提高電除塵器中平均電場強度和峰值電場強度，而以三相電源替換單相電源就是提高電場強度的有效途徑之一。

2.2 本體小分區(qū)改造

大力提高電除塵指數(shù)是在不改變本體參數(shù)的前提下進(jìn)行電除塵本體選型優(yōu)化的最優(yōu)手段。電除塵采用大分區(qū)制造，導(dǎo)致電除塵運行電壓低或?qū)γ悍N變化敏感，建議改變95～160 ℃下燃煤煙氣的相對分區(qū)比例。采用小分區(qū)的優(yōu)點是大幅提高電場場強和荷電能力，提高除塵效率。

2.3 改造方案

針對原除塵器存在的主要問題，通過對現(xiàn)行多種除塵器進(jìn)行調(diào)研，最終確定選取相對投資預(yù)算費用較低、改造工程量小、施工周期短的三相高效電源+低溫省煤器改造方案。具體改造方案主要包括本體方面：將第一、第二電場的陰極魚骨針線全部拆除，陰極小框架所有連接板更換為具有防掉線功能并與RS芒刺線配套的連接板，第一、第二電場更換為新型RS芒刺線；第一、第二電場每塊極板配置兩根RS四齒芒刺線（要求芒刺為不銹鋼材質(zhì)）。將第四電場的高壓引入裝置由4套改造為6套，在內(nèi)外頂蓋上相應(yīng)位置開孔并加固，對原有變壓器支架進(jìn)行加固處理。電控方面：安裝18臺三相高效電源；升級低壓控制系統(tǒng)。煙溫控制：在除塵器入口和空氣預(yù)熱器出口之間加裝低溫省煤器，將入口煙溫降至110 ℃。對除塵器進(jìn)行常規(guī)檢修，恢復(fù)除塵器各部性能及可靠性。

3 電除塵高壓電源及其控制技術(shù)和方法

3.1 三相電源

三相電源是采用三相380 V交流輸入，通過三路六只可控硅反并聯(lián)調(diào)壓，經(jīng)三相變壓器升壓整流，可實現(xiàn)恒流和恒壓供電。每個電場三相電源比單相電源可提高5%～10%的除塵效率，實現(xiàn)對細(xì)顆粒物的排放控制。電源主要包括新的主電路和智能控制器，通過提高除塵器的工作電壓來改善電暈放電和顆粒物的遷移速度；通過采用智能控制技術(shù)來優(yōu)化電流分布或抑制離子風(fēng)所導(dǎo)致的細(xì)顆粒物逆向飛揚；通過控制反電暈放電和合理優(yōu)化電極振打來降低細(xì)顆粒的二次飛揚。

3.2 控制技術(shù)

集成三相電源與先進(jìn)的智能控制原理才有可能在達(dá)到最高除塵效率的前提下實現(xiàn)有效節(jié)能，針對不同的煤種和不同的電除塵器電場采用不同的電源技術(shù)和控制原理才有可能充分發(fā)揮電除塵器的除塵能力。選用具有反電暈自動識別控制功能的高壓電源控制器和優(yōu)化控制策略，根據(jù)電場實際工況的改變自動進(jìn)行輸入功率調(diào)整，提高除塵器效率。

4 煙溫對電除塵效率的影響

經(jīng)過對煤質(zhì)、煙氣流量、靜電除塵器結(jié)構(gòu)等方面的調(diào)研、試驗和分析，發(fā)現(xiàn)鍋爐排煙溫度對靜電除塵器運行效率的影響很大，成為提升靜電除塵器運行效率的主要矛盾。粉塵比電阻隨煙溫的變化而變化，粉塵比電阻的變化將直接影響靜電除塵器的收塵效率，過高將不利于靜電除塵器收塵性能。

電廠四臺機組BMCR工況下鍋爐排煙溫度的平均值為150 ℃左右，鍋爐排煙溫度較高，致使靜電除塵器出口煙塵排放濃度波動較大。為進(jìn)一步提升靜電除塵器效率，達(dá)到煙塵濃度低于5 mg/m3的要求，在鍋爐空氣預(yù)熱器出口與靜電除塵器之間安裝低溫省煤器，降低排煙溫度，提升靜電除塵器效率，滿足煙塵排放要求。

5 離子風(fēng)對高效電除塵器的影響

常規(guī)電除塵器放電極電暈放電產(chǎn)生大量以離子形式存在的正、負(fù)電荷，在電場作用下，正、負(fù)電荷分別向陰極線和陽極板移動。離子流在運動過程中與煙氣中性氣體分子發(fā)生動量交換產(chǎn)生離子風(fēng)，離子風(fēng)與離子流的方向一致。

電除塵器末電場顆粒物濃度低，離子風(fēng)相對強勢，離子風(fēng)與顆粒物進(jìn)行能量傳遞后，當(dāng)離子風(fēng)高速撞擊到陽極板表面后還存在較高的能量，足以將陽極板上收集的粉塵餅吹落，形成降低除塵效率的二次揚塵。

離子風(fēng)具有雙向作用，可為除塵器收塵提供助力，也可作用在極板上形成降低效率的二次揚塵，其決定因素在于離子風(fēng)相對強度。在靜電除塵器運行中，運行人員要注意離子風(fēng)對除塵效率的影響，尤其是摸索后部電場運行電壓的最優(yōu)值，以實現(xiàn)靜電除塵器在最高效率下運行。

6 結(jié)語

已投運多年的燃煤火電廠干式靜電除塵器在投入少、改動小的前提下，要實現(xiàn)煙囪出口煙塵排放小于5 mg的超低排放標(biāo)準(zhǔn)，選擇更換除塵器三相高效電源進(jìn)行提效改造是最優(yōu)途徑之一。整體技術(shù)路線為：在空氣預(yù)熱器和靜電除塵器之間煙道加裝低溫省煤器，將靜電除塵器入口煙溫降低至110 ℃左右，通過配套安裝三相電源的高效靜電除塵器進(jìn)行除塵，將除塵器出口顆粒物濃度控制在10 mg/m3以下，再經(jīng)過石灰石濕法脫硫塔三級屋脊式高效除霧器進(jìn)行除霧凈化，控制煙氣中的霧滴含量，將煙囪出口煙塵排放濃度控制在5 mg/m3以下。