多場(chǎng)耦合深度提效技術(shù)在電除塵器中的應(yīng)用

藍(lán)蓬

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

我國(guó)燃煤電廠鍋爐煙氣除塵主要采用靜電除塵技術(shù)，靜電除塵器具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性高、收塵效率高等特點(diǎn)，但隨著煤電市場(chǎng)萎縮、入廠煤種改變、廠內(nèi)空間受限和排放標(biāo)準(zhǔn)提高等因素的變化，靜電除塵技術(shù)的發(fā)展迎來了挑戰(zhàn)，同時(shí)也催生了諸多新技術(shù)。電除塵新技術(shù)包括旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)、機(jī)電多復(fù)式雙區(qū)技術(shù)、微細(xì)粉塵靜電凝聚技術(shù)和多場(chǎng)耦合技術(shù)等，這些新技術(shù)在燃煤機(jī)組中得到了實(shí)際應(yīng)用。

1 靜電除塵器技術(shù)原理

電除塵的基本過程分3 個(gè)階段：荷電、收塵、清灰[1]，即靜電除塵器中高壓放電極（陰極線）受到數(shù)萬(wàn)伏高壓時(shí)，放電極與集塵極（陽(yáng)極板）之間在火花放電前引起電暈放電，空氣絕緣被破壞；電暈放電后產(chǎn)生的正離子在放電極失去電荷，負(fù)離子黏附于氣體分子或塵粒上，受靜電場(chǎng)的作用被捕集在集塵極上；當(dāng)靜電集塵電極板的塵粒達(dá)到相當(dāng)厚度時(shí)，利用振打裝置使煙塵落入下部灰斗[2]。

《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020 年）》（以下簡(jiǎn)稱《行動(dòng)計(jì)劃》）提出了東部地區(qū)新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，即在基準(zhǔn)氧含量6%的條件下，煙塵、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）排放濃度分別不高于10、35、50mg/Nm3，局部地區(qū)煙塵、SO2、NOx排放濃度不高于5、35、50mg/Nm3?！缎袆?dòng)計(jì)劃》給現(xiàn)有電除塵器技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。新的電除塵器提效技術(shù)思路必須突破原有電除塵器細(xì)微顆粒物荷電難、高比電阻粉塵反電暈及二次揚(yáng)塵等技術(shù)瓶頸，圍繞增加收塵面積、強(qiáng)化粉塵荷電和抑制二次揚(yáng)塵展開。

2 多場(chǎng)耦合技術(shù)

2.1 多場(chǎng)耦合技術(shù)原理

電除塵器多場(chǎng)耦合技術(shù)的原理是利用多種除塵機(jī)理，包括靜電場(chǎng)、慣性分離、沉降分離、凝聚、微旋風(fēng)、過濾等，從而實(shí)現(xiàn)塵氣分離，最終在保持電除塵器外形不變、電場(chǎng)數(shù)量不變的情況下實(shí)現(xiàn)電除塵器出口粉塵的超低排放要求。

多種除塵機(jī)理可以在電除塵器內(nèi)部多區(qū)域應(yīng)用：進(jìn)口喇叭可以改造為迷宮式沉降室，也可以在分布板中間設(shè)置收塵濾網(wǎng)或者其他形式的垂直收塵裝置；電場(chǎng)內(nèi)部可以優(yōu)化陰極結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化陰極收塵并有效捕集正離子粉塵，優(yōu)化陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，增加陽(yáng)極有效收塵面積，尾部設(shè)置導(dǎo)電濾槽或者孔網(wǎng)，有效抑制二次揚(yáng)塵；出口喇叭槽形板優(yōu)化為多通道結(jié)構(gòu)的氣固分離裝置，減少出口煙氣粉塵逃逸，配合優(yōu)化后的振打策略及高壓電源改造，可實(shí)現(xiàn)電除塵器出口粉塵的超低排放。多場(chǎng)耦合技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于可以根據(jù)電除塵器出口排放粉塵濃度的要求，靈活選配和組合以上技術(shù)，可操作性更強(qiáng)。

2.2 多場(chǎng)耦合技術(shù)表現(xiàn)形式

2.2.1 進(jìn)口喇叭迷宮式沉降收塵裝置

進(jìn)口喇叭迷宮式沉降收塵裝置利用的是進(jìn)口喇叭煙氣流速文丘里效應(yīng)特點(diǎn)，在三層進(jìn)口喇叭分布板之間設(shè)置“W”形小孔百葉窗并裝設(shè)獨(dú)立的振打清灰機(jī)構(gòu)，煙塵與迷宮裝置碰撞實(shí)現(xiàn)氣塵分離的同時(shí)也可以增加收塵面積（見圖1）。

圖1 進(jìn)口喇叭迷宮式沉降收塵裝置圖

2.2.2 電場(chǎng)內(nèi)新增收塵型陰極線

新型陰極線為尖端放電的雙層耦合結(jié)構(gòu)，順氣流方向布置在原陰極線之前適當(dāng)?shù)奈恢茫ㄒ妶D2）。其構(gòu)造為具有坡度的孔網(wǎng)裝置。雙層對(duì)稱耦合時(shí)形成一個(gè)沒有氣流流過的空腔。當(dāng)含塵氣體經(jīng)過時(shí)，在電場(chǎng)力的作用下，粉塵與氣流在陰極線表面發(fā)生分離，粉塵被孔梗收集，在振打力的作用下，孔梗收集的灰從孔梗斜面滑入耦合的空腔內(nèi)部，由于電場(chǎng)氣流風(fēng)不經(jīng)過空腔，灰在下落的過程中不會(huì)飛揚(yáng)。同時(shí)，此收塵型陰極線能使附近荷正電的粉塵捕集效率大大提高。

圖2 新型收塵型陰極線圖

2.2.3 新型不揚(yáng)塵極板

陽(yáng)極板的粉塵如果想要減少甚至避免二次揚(yáng)塵，應(yīng)當(dāng)消除風(fēng)力帶來的影響。不揚(yáng)塵極板為百葉孔網(wǎng)板，作為收塵裝置使用時(shí)，百葉孔梗的坡度可以在收集粉塵的同時(shí)使粉塵滑落。原理與新型耦合收塵型陰極線相同，灰沿百葉孔梗坡面滑落到網(wǎng)與極板形成的空腔，灰在下落過程中不受電場(chǎng)風(fēng)力影響，電場(chǎng)力的持續(xù)壓制作用可保證灰在下落過程中不會(huì)從網(wǎng)孔中外溢，從而抑制了二次揚(yáng)塵。高比電阻粉塵也不會(huì)在孔板板面形成連續(xù)灰餅，可以有效抑制反電暈的發(fā)生。

3 工程案例分析

3.1 工程概況

云南某電廠3、4 號(hào)300MW 機(jī)組配套電除塵器于2007 年11 月正式投入運(yùn)行，原為雙列雙室五電場(chǎng)電除塵器，并于2019 年前后對(duì)電除塵器進(jìn)行超低排放改造，配套進(jìn)口喇叭粉塵預(yù)捕集裝置+電場(chǎng)尾部垂直氣流收塵裝置構(gòu)成的多場(chǎng)耦合技術(shù)，具體改造內(nèi)容為：電除塵器本體檢修提效+入口煙箱增加預(yù)捕集裝置+前四電場(chǎng)陰極線全部更換+陰陽(yáng)極振打更換+三至五電場(chǎng)新增垂直氣流收塵裝置+一至五電場(chǎng)使用新一代高頻電源+新增第四、五電場(chǎng)高頻脈沖電源。

3.2 電除塵器技術(shù)及運(yùn)行參數(shù)

3 號(hào)機(jī)組入廠煤質(zhì)見表1，改造前3 號(hào)機(jī)組電除塵器性能測(cè)試煤種煤質(zhì)見表2。由于摻燒了大量其他褐煤，電除塵器超低排放改造煤種已經(jīng)和原設(shè)計(jì)煤種煤質(zhì)產(chǎn)生了較大差異?，F(xiàn)燃用煤種收到基酸分（Sar）為1%—2%，屬于中硫煤，有利于電除塵器收塵；全水分收到基水分（Mar）約為20%，水分含量高，有利于電除塵器收塵。但是收到基灰分（Aar）＞30%，收到基低位發(fā)熱量（Qnet.ar）＜20MJ/kg，不利于電除塵器收塵?？傮w來說，目前燃用煤種煤質(zhì)收塵難易程度屬于一般水平。

表1 3 號(hào)機(jī)組入廠煤質(zhì)參數(shù)

表2 改造前3 號(hào)機(jī)組電除塵器性能測(cè)試煤種煤質(zhì)分析表（2017 年11 月）

改造前3 號(hào)機(jī)組電除塵器性能測(cè)試結(jié)果見表3、改造后3 號(hào)機(jī)組電除塵器熱態(tài)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表3 改造前3 號(hào)機(jī)組電除塵器性能測(cè)試結(jié)果（2017 年11 月）

表4 改造后3 號(hào)機(jī)組電除塵器熱態(tài)性能試驗(yàn)結(jié)果（2020 年5 月）

（1）3 號(hào)機(jī)組甲列電除塵器改造前入口濃度約為39 290mg/Nm3，出口排放濃度約為78.58mg/Nm3，除塵效率約為99.80%；改造后，在燃用相似煤質(zhì)煤種的情況下，入口濃度變化較小，約為36 814mg/Nm3，出口排放濃度約為27mg/Nm3，除塵效率約為99.92%，比改造前出口排放提效約65.60%。3 號(hào)機(jī)組乙列電除塵器改造前入口濃度約為37 392mg/Nm3，出口排放濃度約為89.74mg/Nm3，除塵效率約為99.76%；改造后，在燃用相似煤質(zhì)煤種的情況下，入口濃度變化較小，約為33 975mg/Nm3，出口排放濃度約為24.6mg/Nm3，除塵效率約為99.92%，比改造前出口排放提效約72.59%。

（2）3 號(hào)機(jī)組電除塵器改造前本體阻力約為155Pa，改造后本體阻力約為250Pa，阻力增加約95Pa。垂直收塵裝置的開孔率較高，單層收塵網(wǎng)增加的阻力較小，導(dǎo)致3 號(hào)電除塵器總本體阻力并未顯著增加。

（3）根據(jù)2020 年5 月原3 號(hào)爐電除塵器超低排放改造后的測(cè)試煙氣量進(jìn)行核算，該電除塵器實(shí)際比集塵面積（不含多場(chǎng)耦合技術(shù)）約為123.8m2/（m3·s），實(shí)際比集塵面積已基本能夠滿足電除塵對(duì)該燃煤煤種除塵效率的需要。

（4）4 號(hào)機(jī)組甲乙兩列雙室1、2 電場(chǎng)二次電壓為40—50kV，未發(fā)生火花閃絡(luò)；3、4、5 電場(chǎng)二次電壓基本都處于30—45kV，為低水平值，而且進(jìn)行振打時(shí)，會(huì)頻繁發(fā)生火花閃絡(luò)現(xiàn)象，這可能是因垂直收塵裝置安裝在陰極大框架上，與高壓電源相連，振打?qū)е麓怪笔諌m裝置晃動(dòng)，尖端放電間隔變小，尖端對(duì)其他接地金屬件進(jìn)行放電從而導(dǎo)致火花閃絡(luò)。

3.3 小結(jié)

（1）該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)為垂直收塵裝置受到氣流的沖刷，由于摩擦阻力的作用可以捕集少部分負(fù)電荷粉塵，同時(shí)由于庫(kù)侖力的影響也可以捕集正電荷粉塵。

（2）該技術(shù)缺點(diǎn)為大量粉塵沉積在孔網(wǎng)上，由于煤種含水量較高，沾灰在孔網(wǎng)上不易振打，一旦振打清灰，帶電的垂直收塵裝置尖端會(huì)發(fā)生晃動(dòng)，尖端放電間隔會(huì)發(fā)生變化，可能導(dǎo)致二次電壓偏低、電場(chǎng)內(nèi)部發(fā)生火花閃絡(luò)現(xiàn)象，會(huì)對(duì)電場(chǎng)除塵效果造成不利影響。另外，由于垂直收塵裝置安裝在陰極大框架上，只適用于陰極采用大框架結(jié)構(gòu)的電除塵器，適用范圍受限。

4 結(jié)語(yǔ)

多場(chǎng)耦合技術(shù)在靜電除塵器上的工業(yè)應(yīng)用結(jié)果，驗(yàn)證了多場(chǎng)耦合技術(shù)原理在增加收塵面積、抑制二次揚(yáng)塵、捕集正電荷粉塵等方面上基本符合實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的需要，同時(shí)在比集塵面積相對(duì)足夠的基礎(chǔ)上協(xié)同高頻電源、脈沖電源等多種提效技術(shù)，可使靜電除塵器出口粉塵達(dá)到超低排放的要求。因此，如何使多場(chǎng)耦合技術(shù)更好地適配靜電除塵器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)是今后多場(chǎng)耦合技術(shù)的發(fā)展方向。