推動技術進步 規范行業市場—電除塵行業推出燃煤電廠電除塵器選型設計指導書

推動技術進步 規范行業市場—電除塵行業推出燃煤電廠電除塵器選型設計指導書

編者按：電除塵行業是我國環保產業中目前能與國際廠商抗衡且最具競爭力的一個行業，多年來電除塵器一直作為各行業除塵及氣體凈化的主要設備。但目前我國電除塵器存在電場數量偏少、比集塵面積偏小的現象，存在部分電除塵設備投運后煙塵排放不能達標的情況。電除塵器的除塵效率是根據排放標準和工況條件等要素設計的，隨著粉塵排放標準的提高，電場數量偏少、比集塵面積偏小現象越發顯得突出。對此，中國環境保護產業協會電除塵委員會組織并委托浙江菲達環保科技股份有限公司編寫了《燃煤電廠電除塵器選型設計指導書》。

該指導書通過分析煤、飛灰成分對電除塵性能的影響，在對電除塵器進行適應性研究、技術經濟性分析基礎上，結合30余年的電除塵器實際運行經驗撰寫而成。經業內18位專家的多次審查，通過中國環境保護產業協會電除塵委員會常委會議審核。

《燃煤電廠電除塵器選型設計指導書》是行業集體智慧及經驗的結晶，值得向環保部、中電聯、各大電力企業、電力規劃院、電力設計院、電除塵器供貨商、各相關研究機構等相關部門、組織和企業推薦。相信該指導書的推廣將有助于推動和引導電除塵行業技術進步、規范行業市場、提升行業整體技術水平、保證設備性能滿足排放要求。

近年來，我國電除塵技術有了長足發展，但與國際先進水平相比還有一定差距。特別是在電除塵器的選型設計方面，由于歷史原因，使得我國電除塵器普遍存在電場數量偏少、比集塵面積偏小的現象，造成部分設備投運后煙塵排放不能達標的現狀。有必要根據國際先進技術、國內應用實際，編制適合我國國情和特點的燃煤電廠電除塵器選型設計指導文件，規范行業科學合理地進行電除塵器選型設計，保證設備性能，滿足排放要求，提升行業整體技術水平，推動和引導電除塵行業技術進步。

中國環境保護產業協會電除塵委員會組織本行業主要骨干企業和技術專家，通過分析研究我國煤種成分及其對電除塵器運行性能影響、國內投運電除塵器實情、國內外電除塵器規范，提出了電除塵器選型設計的主要流程及選型設計的指導意見，希望能為電除塵器供貨商、設計建設單位及管理部門科學合理地選擇電除塵器提供技術支持。

一、選型設計條件和要求及分析

為使電除塵器選型正確，首先必須掌握系統概況、燃煤性質、飛灰性質、煙氣成分分析、設計參數、廠址氣象和地理條件、達到保證效率的條件等選型設計用基本資料。其次要進行選型設計條件對電除塵器性能的影響分析及性能要求分析。

影響電除塵器性能的因素很復雜，對燃煤電廠而言，它不但與工況條件，即燃煤性質（成分、揮發分、發熱量、灰熔融性等）、飛灰性質（成分、粒徑、密度、比電阻、黏附性等）、煙氣成分等有關，同時與電除塵器的技術狀況，包括極配形式，結構特點，振打方式及振打力大小、氣流分布的均勻性以及電場劃分情況，電氣控制特性等有關，還與運行條件，包括操作電壓、板電流密度、積灰情況、振打周期等有關。此外，還存在著諸如飛灰物相組份、顯微結構（灰粒形狀、孔隙率及孔隙結構、表面狀況）、浸潤性等方面對電除塵器性能的影響，雖然對這些方面的系統論述和定量計算還缺乏基礎，但選型時應予注意。如：灰的熔融溫度與其成分有密切關系，灰中Al2O3、SiO2含量越高則灰熔融溫度越高，Na2O、K2O、Fe2O3、MgO、CaO等有利于降低灰熔融溫度。一般地，灰的熔融溫度高，對除塵不利。在飛灰粒徑方面，當粒徑＞1μm時，粉塵驅進速度與粒徑為正相關，當粒徑為0.1～1μm時，粉塵的驅進速度最小，當粒徑＜0.1μm時，粉塵驅進速度與粒徑為反相關。在飛灰密度方面，當真密度與堆積密度之比＞10時，電除塵器二次飛揚會明顯增大，應給予注意。飛灰的黏附性，可使微細粉塵凝聚成較大的粒子，這有利于除塵。但黏附力強的飛灰，會造成振打清灰困難，陰、陽極易積灰，對除塵不利。一般地，粒徑小、比表面積大的飛灰黏附性強。

在上述因素中，煤、飛灰成分對電除塵器性能的影響最大。在煤的成分中，對電除塵器性能產生影響的主要因素有Sar、水分和灰分。飛灰包括Na2O、Fe2O3、K2O、SO3、Al2O3、SiO2、CaO、MgO、P2O5、Li2O、MnO2、TiO2及飛灰可燃物等成分。

我們通過對2006—2008年國內招標的138套電除塵器所使用的122種煤種（含9種混煤）的煤、飛灰樣主要成分進行分析后，總結出影響電除塵器性能的國內煤、飛灰主要成分含量分布（見表1）。

表1 國內煤、飛灰樣主要成分含量分布

研究表明，Sar、Na2O、Fe2O3、Al2O3及SiO2對電除塵器性能影響很大，其中Sar、Na2O、Fe2O3對除塵性能的發揮可起到有利影響，Al2O3及SiO2對除塵性能的發揮則有不利影響，煤、飛灰成分對電除塵器性能的影響是其綜合作用的結果。

K2O、SO3、CaO、MgO、P2O5、Li2O、MnO2、TiO2及飛灰可燃物對電除塵器性能的影響相對較小（在美國南方研究所的Bickelhaupt先生的比電阻預測實驗研究報告中，把Li2O和Na2O的含量之和作為一個影響因素，實驗結果表明兩者之和雖然很小，但其微小的變化，對粉塵比電阻的影響卻很大，但國內有關專家對此觀點存在異議），其中K2O、SO3、P2O5、Li2O、TiO2對除塵性能起著有利的影響，CaO、MgO對除塵性能則起著不利的影響。

水分對電除塵器性能的影響是顯而易見的。爐前煤水分高，煙氣的濕度就大，粉塵的表面導電性就會較好，比電阻相對較低。在燃煤含水量很高的鍋爐煙氣中，水分對電除塵器的性能起著十分重要的作用。

煤的灰分高低，直接決定了煙氣中的含塵濃度。對于特定的工藝過程和在一般含塵濃度范圍內，驅進速度將隨著粉塵濃度的增加而增大。但含塵濃度過大，會產生電暈封閉。出口粉塵濃度要求相同時，其設計除塵效率的要求也越高。煙氣含塵濃度高，所消耗表面導電物質的量大，對高硫、高水分的有利作用折減幅度大，綜合來講，高灰分對電除塵器的煙塵排放是不利的。

當面臨高Sar煤的情況時，Sar的含量對電除塵器的性能起著主導作用，而在低Sar煤條件下，Sar的含量對電除塵器的影響相對減弱，除塵效率主要取決于飛灰中堿性氧化物的含量、煙氣中水的含量及煙氣溫度等。

二、電除塵器適應性研究

1964年，瑞典專家S?麥茲（Sigvard Matts）對經典的電除塵器設計公式Deutsch公式進行了修正，使用了表觀驅進速度ωk概念。簡單地說，可以將ωk看成是一個“收塵難易參數”（Precipitation Parameter），由于它克服了眾多應用中的粒徑分布問題而使其使用更加方便。經驗表明，相對于原始Deutsch公式中的驅進速度，常數值ωk具有更廣的除塵效率范圍。

正如前文所說的那樣，煤、飛灰成分直接影響著電除塵器的除塵性能，且其對電除塵器除塵性能的影響是其綜合作用的結果。當然，電除塵器的性能在很大程度上也依賴其電控技術。

若直接用煤、飛灰成分分析其對電除塵器性能的影響，則只能作定性的分析。

一般情況下，煤、飛灰成分直接影響著ωk值，ωk值的大小可評價電除塵器對粉塵的收塵難易程度，如表2所示。ωk值越大，電除塵器對粉塵的收集越容易。

表2 電除塵器對煤種的除塵難易性評價

我們對2006—2008年國內招標的138套電除塵器所使用的122種煤種（含9種混煤）的煤、飛灰樣的ωk值進行計算，得出ωk的變化范圍為20～63.11，其平均值為45.26。ωk值所對應的煤種及項目統計結果參考值如表3。

表3 ωk值所對應的煤種及項目統計結果

同時我們又對國內2004年7月至2009年12月所測試的100套300MW以上機組配套電除塵器測試結果進行統計，得出：

1）實測除塵效率達到設計保證效率的電除塵器占總數的96%；

2）在電場數量基本上為4個、比集塵面積（SCA）＜110m2/m3·s的情況下，出口粉塵濃度≤50mg/m3的電除塵器數占總數的60%，其中出口粉塵濃度≤30mg/m3的電除塵器數占總數的18%。

說明對于中國多數的煤種，在適當增加電場數量和SCA的情況下，達到50mg/m3甚至30mg/m3的低排放是完全可以實現的。

通過綜合煤、飛灰成分對電除塵器性能的影響分析，國內煤、飛灰樣ωk值統計結果及電除塵器實測結果分析，我們認為，在排放標準已提高的今天，電除塵器仍有著廣泛的適應性，分析結果見表4、表5。

三、選型設計及修正

如何確定電除塵器的大小，以符合粉塵排放標準是電除塵器應用上的一個主要問題。選型過大，會增加成本，造成浪費；選型過小，會造成排放不達標，滿足不了設計要求，后果則更為嚴重。

如上所述，電除塵器性能的發揮取決于多種客觀因素，這些不斷變化的因素，對決定電除塵器比集塵面積（SCA）大小，造成了復雜影響。

眾所周知，在決定比集塵面積時，驅進速度是關鍵參數。在上世紀80年代初，世界上很多知名的電除塵器公司，例如美國的Lodge-Cottrell公司、西德的Lurgi公司等都認為不能用理論計算的辦法來求得ωk值，因為為了選型而要精確地確定上述因素的定量關系，是非常困難的。但美國Research-Cottrell公司等另外一些公司也提出可以采用理論計算的方法，求得一個初始驅進速度，然后經專家修正后確定設計值。

Research-Cottrell公司根據多年來實際電廠的測試數據和小型電除塵器的試驗結果，開發出計算表觀驅進速度ωk的程序。其結果反映在以下4個煤、飛灰指標上，包括ASI（酸、堿度指數）、AI（堿性指數）、BI（表明飛灰收集難易程度的指數，數值越高表示粉塵越難以收集）、BIS（考慮了含硫量影響后的BI指數，即修正了的BI指數）。

表4 50mg/m3粉塵排放標準下電除塵器的適應性分析

表5 30mg/m3粉塵排放標準下電除塵器的適應性分析

其中的ASI（酸、堿度指數）、AI（堿性指數）這兩個指數用于比較煤、飛灰的性質以及指導、估算、檢驗計算出的ωk理論值。當這兩個指標的數值低（即堿性氧化物Na2O、Fe2O3、K2O等含量少，或者酸性氧化物含量高）時，粉塵就較難以收集。進行評價時，一般主要參考AI指標。

對我國電除塵器供貨商而言，以上方法可以作為參考。在實際應用中，利用修正因數對偏差進行糾正是比較實用的。而修正因數可分為過程修正和設計修正。

過程修正需要考慮的因素包括：煙氣溫度及密度、煙氣成分、顆粒尺寸分布、粉塵成分及比電阻、含塵量、碳氫化合物、未燃燒的低比電阻顆粒等。其中，粉塵成分及比電阻這兩個因素對驅進速度的影響顯著，也是選型設計的首要因素。而高的粉塵濃度本身并不是高效除塵的一個限制因素，電除塵器在含塵量超過2000g/m3時仍然可以得到成功的應用。

設計修正則需要考慮電極類型、振打、在長度上的供電分區數量、供電分區大小、長高比、煙氣流速等。其中，振打形式對電除塵器的設計非常重要。在復雜工況中采取不合理振打將導致陽極板粉塵的堆積從而降低除塵效率。這些都是影響除塵性能或驅進速度的因素。

四、技術經濟性分析

為客觀地選擇綜合經濟性更好的除塵設備，在選型設計完成后，有必要對電除塵器與其它燃煤電廠用高效除塵設備（如袋式除塵器、電袋復合除塵器）進行技術經濟性比較。比較項目包括技術特點（除塵效率、壓力損失、適用范圍等）、總費用（設備初始投資費用、電耗費用、年維修費用）、安全可靠性、占地面積。通過對在達到相同除塵效率前提下，各種除塵設備的技術經濟性分析可得出如下結論：

從投資角度看，對于國內大部分常用煤種，電除塵器都具有較好的技術經濟性，運行管理壓力也比袋式除塵器、電袋復合除塵器小。另外，電除塵器采用配套的實用技術（先進的電控設備、煙氣調質、粉塵凝聚器、移動電極電除塵器、機電多復式雙區電除塵技術等）會進一步擴大其適用范圍。

從運行成本看，電除塵器的阻力低，風機運行能耗低，不需要更換濾料，實際能耗也不高，節能運行后能耗明顯低于其它除塵設備，所以電除塵器的運行費用是比較低的。

電除塵器的技術經濟性往往與燃用煤種、飛灰特性及煙氣成分等有著密切的關系?？陀^地說，各除塵設備的投資、運行的技術經濟性與項目特定的情況密切相關，具體項目應具體分析。

五、燃煤電廠電除塵器選型設計指導意見

通過綜合考慮，將表觀驅進速度值（即ωk值）作為基準，結合工程經驗進行電除塵器選型設計是合理的。由于我國燃煤資源緊缺，部分電廠實際燃用煤種偏離設計值的情況較為突出，嚴重制約了這些電廠電除塵器的正常使用。為避免在這種情況下所出現的電除塵器出口粉塵濃度超標問題，電除塵器選型設計時應適當增大比集塵面積和電場數量，也可采用配套實用技術，從而最大限度地為電除塵器長期高效運行提供條件。

另外值得注意的是，國家標準所要求的粉塵排放指的是煙囪排放，而不是電除塵器的出口粉塵濃度。事實上電除塵器后續的脫硫系統具有一定的除塵效果（大機組以濕法煙氣脫硫系統為主，其除塵效率一般可達60%左右）。

如前文所述，煤、飛灰成分中的Sar、Na2O、Fe2O3、Al2O3及SiO2對電除塵器性能影響最大，且其對除塵性能的影響是煤、飛灰成分綜合作用的結果。因此很難直接由煤、飛灰成分對電除塵器的選型設計作出具體的指導意見，這里的定性分析可供參考。

當滿足下列至少一個條件時，其煤、飛灰的除塵性能一般較好：Sar含量＞2%（如西南地區的高硫煤）；Na2O或Fe2O3的含量遠高于平均值（如晉北煤）；Al2O3或SiO2的含量遠低于平均值（如神府東勝煤）；Sar、Na2O、Fe2O3含量均偏高，而Al2O3、SiO2均偏低。

當滿足下列至少一個條件時，其煤、飛灰的除塵性能一般很差：Sar含量＜0.3%；Na2O或Fe2O3的含量遠低于平均值（如兗州煤）；Al2O3或SiO2的含量遠高于平均值（如準格爾煤）；Sar、Na2O、Fe2O3含量均偏低，而Al2O3、SiO2均偏高（如大同塔山煤）。

當滿足Sar含量＜0.3%、Na2O含量＜0.2%、（Al2O3+SiO2）的含量＞90%或Fe2O3含量＜2%四個條件中的一個及以上時，電除塵器的除塵性能很差，一般可稱為困難狀態，選型時應特別注意。

燃煤電廠電除塵器選型設計指導意見：

50mg/m3粉塵排放標準下的燃煤電廠電除塵器選型設計指導意見

注：本指導書中規定的粉塵排放濃度均指標準狀態下干煙氣（過剩空氣系數為1.4）的數值。指導書適用于燃煤電廠干式、板式、臥式電除塵器。不適用于半干法脫硫后的電除塵器、其它行業的電除塵器以及使用其它燃料的電站電除塵器。

本指導書由中國環境保護產業協會電除塵委員會負責解釋。主要起草人及評審專家：酈建國，劉衛平、閆克平、黎在時、王勵前、張德軒、石培根、林國鑫、張濱渭、梁可新、蔣亞彬、陳宇淵、蔣慶龍、林尤文、趙信志、解標、翟鴻平、李寧。

30mg/m3粉塵排放標準下的燃煤電廠電除塵器選型設計指導意見

[1]《火力發電廠電除塵器規范書》（DG-CC-95-40）[K].

[2] 歐洲暖通空調協會聯盟（Rehva）/CostG3 組織工業通風系統和設備指導書—《電除塵器——工業應用》[K].

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1006-5377（2011）01-0004-05