火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)靜電除塵設(shè)計(jì)運(yùn)行管理淺見

摘 要:靜電除塵裝置具有除塵效率高、造價(jià)適中、運(yùn)行費(fèi)用低、安裝快等特點(diǎn)，在火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越普遍。對火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)各種除塵方式進(jìn)行比較，認(rèn)為在火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)中利用新型高效靜電除塵器除塵不僅大大提高除塵效率，而且節(jié)省勞力，能夠提高運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，大大提高自動(dòng)化程度。本文從靜電除塵器設(shè)計(jì)、安裝以及運(yùn)行管理等方面談?wù)勛约旱膸c(diǎn)的看法。

關(guān)鍵詞:輸煤系統(tǒng) 靜電除塵器 除塵效率 除塵系統(tǒng) 運(yùn)行管理

中圖分類號:TM62文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號:1674-098X(2012)01(a)-0202-02

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，電力需求不斷增加，火力發(fā)電廠作為我國目前最主要的電能供應(yīng)基地正在迅速發(fā)展壯大。火力發(fā)電廠用煤在送入鍋爐燃燒前，要經(jīng)過裝卸、輸送、篩分、破碎等一系列運(yùn)輸和工藝加工過程，這個(gè)過程中會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，嚴(yán)重污染環(huán)境，影響工作人員的身體健康，必須治理燃料煤在輸送中引起的煤塵。

應(yīng)用高效的除塵器，提高火力發(fā)電廠的除塵效率非常重要。保持靜電除塵器長期高效、穩(wěn)定運(yùn)行，靜電除塵器從設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試到運(yùn)行管理和日常維護(hù)都必須正確合理，其中任何一個(gè)或多個(gè)環(huán)節(jié)欠缺，都將對靜電除塵器性能產(chǎn)生影響。根據(jù)原煤輸送工藝流程，通過合理配置靜電除塵裝置可以消除粉塵。實(shí)踐證明，靜電除塵裝置是一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效解決問題的好方法。靜電除塵裝置具有除塵效率高、造價(jià)適中、運(yùn)行費(fèi)用低、安裝省力等優(yōu)點(diǎn)。下面就談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

1 靜電除塵器的產(chǎn)生

靜電學(xué)是一門既悠久又嶄新、既簡單又錯(cuò)綜復(fù)雜的科學(xué)。早在公元前600年前后古希臘泰勒斯發(fā)現(xiàn)用毛皮摩琥珀棒，棒就能吸引某些輕的顆粒和纖維。靜電吸引現(xiàn)象形成，是現(xiàn)代靜電除塵器理論的基礎(chǔ)。法國的庫侖發(fā)現(xiàn)的平方反比定律構(gòu)成靜電學(xué)的科學(xué)基礎(chǔ)，也是靜電除塵理論的出發(fā)點(diǎn)，電荷單位被命名為庫侖。科雷爾在1908年發(fā)明的一種機(jī)械整流器，提供了為成功進(jìn)行粉塵的靜電沉降所必需的手段，這一發(fā)明導(dǎo)致了他的成功并使他成為實(shí)用靜電除塵的創(chuàng)始人。施密特設(shè)想并發(fā)明了雙區(qū)靜電除塵器[1]。

靜電除塵器在中國的應(yīng)用始于20世紀(jì)30年代，隨著工業(yè)化水平的提高和電除塵技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)一些環(huán)保企業(yè)引進(jìn)了具有國際先進(jìn)水平的電收塵器技術(shù)和袋收塵器技術(shù)。靜電除塵器是一種高效除塵器，有不少科研、學(xué)校、設(shè)計(jì)單位和企業(yè)做了大量開發(fā)工作，為靜電除塵器應(yīng)用做出了成績。

1.1 靜電除塵器

靜電除塵器是一種大型的工業(yè)除塵設(shè)備，因?yàn)榫哂谐龎m效率高、能耗低，能夠處理高溫和大煙氣量的氣體等特點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用在電力行業(yè)、水泥行業(yè)、鋼鐵行業(yè)，已經(jīng)成為各行業(yè)煙氣治理的主要設(shè)備[2]。

1.2 除塵方式

靜電除塵器是通過電子和氣體原子之間碰撞實(shí)現(xiàn)氣體原子或分子激勵(lì)和電離，電子碰撞原子并使之電離，則電子應(yīng)具有一個(gè)最小能量。這個(gè)最小能量稱為該氣體的激勵(lì)能。使電子在有一定電位差的電場中加速，電子可獲得最大的能量，能使氣體電離，此時(shí)的能量稱為電離能。火電廠輸煤系統(tǒng)一般采用濕式除塵器、袋式除塵器、靜電除塵器三種除塵方式。

2 火力發(fā)電廠GD型靜電除塵器工作原理及特點(diǎn)

GD型管極式靜電除塵器是一種管極式三電極靜電除塵器。采用特殊的管狀三電極結(jié)構(gòu)，對被捕集粉的適應(yīng)性更為廣泛，同時(shí)在入口處增設(shè)了適當(dāng)?shù)念A(yù)荷電電極，能用較短的電場達(dá)到較高的除塵效率，整個(gè)電場牢固可靠，而且價(jià)格較低。靜電除塵器是利用高壓電場使煙氣發(fā)生電離，氣流中的粉塵荷電在電場作用下與氣流分離。負(fù)極由不同斷面形狀的金屬導(dǎo)線制成，叫放電電極。正極由不同幾何形狀的金屬板制成，叫集塵電極。安裝、調(diào)整、維護(hù)使用方便，是中小型企業(yè)理想的除塵設(shè)備。

2.1 GD型靜電除塵器的結(jié)構(gòu)和性能

(1)收塵極:收塵極是由26的鋼管密集排列而成，安裝于短型框架內(nèi)，所以剛性好，耐受溫度高，與外形尺寸的除塵器相比，它的收塵面積大，除塵效率高。獨(dú)特的絕緣子室結(jié)構(gòu)，有效地防止了絕緣子爬電現(xiàn)象，保證設(shè)備正常運(yùn)行。

(2)電暈線:無論電暈線多長，均由一根鋼管構(gòu)成，中間沒有螺栓鏈接，所以絕無斷線故障的發(fā)生。防腐蝕、易清灰，設(shè)計(jì)上采用在內(nèi)壁鑲嵌不銹鋼板。

(3)放電針:放電芒刺采用不銹鋼針材質(zhì)，鉚裝于電暈線上，杜絕了掉針故障的發(fā)生，保證放電效果良好。

2.2 第三電極

第三電極是管極式靜電除塵器特有的設(shè)計(jì)，它的作用是:

(1)在相同外形尺寸下，增加了收塵面積，特別增加了收集帶正電荷粉塵的收塵面積，杜絕了電暈線肥大的現(xiàn)象。

(2)在收塵極和電暈極之間，增加了均勻電場，從而提高了荷電粉塵的驅(qū)進(jìn)速度，提高了除塵效率。靜電除塵器的性能受粉塵性質(zhì)、設(shè)備構(gòu)造和煙氣流速等三個(gè)因素的影響。粉塵的比電阻是評價(jià)導(dǎo)電性的指標(biāo)，它對除塵效率有直接的影響。比電阻過低，塵粒難以保持在集塵電極上，致使其重返氣流。比電阻過高，到達(dá)集塵電極的塵粒電荷不易放出，在塵層之間形成電壓梯度會(huì)產(chǎn)生局部擊穿和放電現(xiàn)象。這些情況都會(huì)造成除塵效率下降。

(3)它可以克服電暈閉塞的反電暈現(xiàn)象發(fā)生，使除塵器處理粉塵的比電阻擴(kuò)大到1012歐姆1cm左右。靜電除塵器的電源由控制箱、升壓變壓器和整流器組成。電源輸出的電壓高低對除塵效率也有很大影響。因此，靜電除塵器運(yùn)行電壓需保持40一75kV乃至100kV以上[3]。

2.3 GD型靜電除塵器的使用范圍

(1)工業(yè)及采暖用燃煤鍋爐，燃重油鍋爐。

(2)建材:干、濕法水泥旋窯，機(jī)立窯，生、熟料磨，原料烘干機(jī)及水泥包裝機(jī)。

(3)有色冶煉:銅、鉛、鋅燒結(jié)，銅熔煉爐，電弧爐，反射爐等。

(4)冶金:鐵礦燒結(jié)機(jī)(頭、尾部)，高爐，平爐，焦?fàn)t，轉(zhuǎn)爐，電弧爐及耐火材料行業(yè)。

3 輸煤系統(tǒng)靜電除塵器設(shè)計(jì)

靜電除塵器一般情況下可以將電場分為六個(gè)區(qū)域，即三個(gè)荷電區(qū)域和三個(gè)收塵區(qū)域，而且荷電區(qū)域始終在相應(yīng)的收塵區(qū)域之前，具體布置。在第一荷電電場和第二荷電電場由于煙塵濃度較高而粉塵較粗，陰極最好采用改進(jìn)型RS密芒刺線。

3.1 優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

脈沖供電和RS密芒刺線相結(jié)合，可獲得最佳的荷電效果。因?yàn)镽S密芒刺線工作時(shí)，刺尖能產(chǎn)生強(qiáng)烈的電暈放電，強(qiáng)烈的離子流能破壞負(fù)空間電荷效應(yīng)，避免出現(xiàn)電暈封閉，而同時(shí)提供的脈沖供電又可以防止反電暈的產(chǎn)生。兩者構(gòu)成一個(gè)電源結(jié)構(gòu)比較完整、適應(yīng)煙氣工況變化能力較強(qiáng)、荷電效應(yīng)強(qiáng)烈的荷電區(qū)域。

3.1.1 粉塵的比電阻

在設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)盡量選擇電場數(shù)量多的除塵器，因?yàn)殡姵龎m器電場數(shù)少，一旦某電場發(fā)生故障對除塵效率的影響很大。該管極式靜電除塵器對粉塵的比電阻要求為104-1012歐母/厘米。在此范圍內(nèi)的粉塵可選用本系列靜電除塵器，在范圍以外的粉塵，一般考慮時(shí)不選用靜電除塵器，可使用布袋除塵器或旋風(fēng)除塵器。

3.1.2 電場風(fēng)速

推薦使用的工況電場風(fēng)速為0.5～1.6m/min;粉塵比電阻較高或較低，應(yīng)選用較低的風(fēng)速。常見粉塵比電阻可在各類專業(yè)手冊中查得。但是，因?yàn)闅怏w的性質(zhì)是千變?nèi)f化的。相同的粉塵，在不同的氣象條件、不同的濕度、溫度下其比電阻會(huì)有很大幅度的變化。因此，最為可靠的辦法是對所處理的粉塵進(jìn)行實(shí)際測定。該設(shè)備入口要求標(biāo)準(zhǔn)一般不大于35g/m3，當(dāng)濃度大于35g/m3時(shí)，可采用特殊設(shè)計(jì)方案方可解決。

3.1.3 入口含塵濃度

GD管極式靜電除塵器設(shè)備入口要求標(biāo)準(zhǔn)一般不大于35g/m3;當(dāng)濃度大于35g/m3時(shí)，可采用特殊設(shè)計(jì)方案方可解決。

3.1.4 處理效率

GD管極式靜電除塵器設(shè)計(jì)效率在95%～95.5%的范圍內(nèi)。在確定處理效率時(shí)要根據(jù)國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)濟(jì)的原則;在達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下盡可能選用較低的效率。

3.2 GD管極式靜電除塵器

GD管極式靜電除塵器設(shè)計(jì)上采用“隔離法”，即將絕緣吊掛系統(tǒng)和高壓進(jìn)線與煙氣隔離，不受煙氣的溫度、濃度、濕度影響。

3.2.1 高壓靜電除塵器復(fù)式吸塵

集旋風(fēng)、重力沉降、靜電吸塵于一體，擴(kuò)大顆粒捕捉范圍，除塵效率在99.5%。高壓靜電除塵器實(shí)用實(shí)惠:安裝容易，維修費(fèi)用幾乎為零，節(jié)能80%以上，幾個(gè)月即可收回投資，同時(shí)本技術(shù)可對其它電除塵器改造修復(fù)。

3.2.2 高壓靜電除塵器穩(wěn)壓恒流

采用配有自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的恒流電源，長期運(yùn)行穩(wěn)定可靠。適應(yīng)性強(qiáng):增加陽極板和反射屏裝置，既防止了二次揚(yáng)塵，又使設(shè)備能適應(yīng)烘干機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、磨機(jī)、破碎、配料等不同工藝揚(yáng)塵點(diǎn)的作用[4]。

3.3 減少二次揚(yáng)塵

二次揚(yáng)塵是指分離沉積到壁面上的粒子被向上流動(dòng)的氣體帶走，進(jìn)入潔凈氣流而排出除塵器，它在旋風(fēng)除塵器的圓筒體和圓錐體部分都存在，但是錐體部分的二次揚(yáng)塵最嚴(yán)重，有研究表明，由錐體部分引起的粉塵夾帶量占從排氣管帶出粉塵總量的20%～30%，嚴(yán)重影響了旋風(fēng)除塵器的除塵效率。氣體自發(fā)性電離是在高壓電場作用下產(chǎn)生，不需特殊的外加能量，靜電除塵理論就是建立在氣體自發(fā)性電離的基礎(chǔ)上。氣體導(dǎo)電現(xiàn)象分低電壓導(dǎo)電和高壓導(dǎo)電兩種。低電壓氣體導(dǎo)電是借放電極所產(chǎn)生的電子或離子部分傳遞電流，靜電除塵器就屬于這一類。靜電除塵器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了改進(jìn)，在灰塵大量地入錐體底部以前開出環(huán)形縫隙，使大量粉塵提前進(jìn)入灰斗，減少了錐體底部進(jìn)入到渦流和湍流中的粉塵量，最大限度減少了因二次揚(yáng)塵帶走的粉塵。為了不影響上旋氣流的運(yùn)動(dòng)，圓筒內(nèi)增設(shè)一小圓錐，使旋轉(zhuǎn)氣流到達(dá)小錐體后折返向上形成上旋氣流，最終從排氣管排出。這樣，大部分灰塵從環(huán)形縫隙排出，而另一小部分粉塵從小錐體排出，從而形成了雙排灰結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)設(shè)置了障灰環(huán)及采用雙層卸灰鎖風(fēng)閥，有效地抑制了電場振打后積灰斗內(nèi)形成的二次揚(yáng)塵。同時(shí)，充分考慮了粉塵慣性力、離心力、反靜電力。二次揚(yáng)塵以及供電電源的波形性能、工作特點(diǎn)等因素的影響，采用優(yōu)化的結(jié)構(gòu)形式，最大限度的提高有效遷移速度，從而提高了除塵效率。在處理同等塵源的情況下，收塵面積可大幅度下降，即除塵器的尺寸和剛才消耗減少。這種小空間、低成本、高效率設(shè)計(jì)，為改造舊除塵設(shè)備提供了非常有利的條件。在輸送途中為了防止因皮帶機(jī)抖動(dòng)而造成的煤塵二次飛揚(yáng)，可以配套設(shè)計(jì)化學(xué)助劑水溶液噴霧方法輔助防塵，工程投入效果很好。

4 靜電除塵器設(shè)備安裝調(diào)試

靜電除塵器的安裝、調(diào)試是十分重要的環(huán)節(jié)。靜電除塵器的安裝，對頂部框架、集塵板以及放電電極鋼絲的安裝質(zhì)量及各部件安裝相對精度要求，是整個(gè)靜電除塵器安裝的難點(diǎn)，其安裝質(zhì)量的好壞直接影響靜電除塵器的除塵效果，需要由具備相應(yīng)資質(zhì)、相當(dāng)經(jīng)驗(yàn)的隊(duì)伍承擔(dān)，保證安裝質(zhì)量，這樣才能使除塵器效率達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。電除塵器本體安裝調(diào)試欠佳及驗(yàn)收不嚴(yán)，易造成運(yùn)行參數(shù)偏離。

5 輸煤系統(tǒng)靜電除塵器運(yùn)行管理

靜電除塵器直流高壓電由380 V交流電經(jīng)過可控硅整流變壓器供給，控制特性目前幾乎均采用臨界火花或恒定火花頻率，控制參數(shù)是次電壓極大值或是二次電壓極大值出現(xiàn)的頻次。采用相位控制方式的交流電力控制電路稱為交流調(diào)壓電路，交流調(diào)壓電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多種，三相交流調(diào)壓主電路，是將兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)后串接在每相交流電源與負(fù)載之間，管理人員對可控硅調(diào)壓原理、控制特性和控制方式應(yīng)熟悉、理解，力求使靜電除塵器運(yùn)行在高電壓低電流狀況，即能獲得高的除塵效率，又可節(jié)約能源。當(dāng)檢測到火花放電時(shí)，就執(zhí)行相應(yīng)的火花放電程序，記憶當(dāng)前放電時(shí)的運(yùn)行電壓，將當(dāng)前運(yùn)行電壓降低到設(shè)定的火花回壓點(diǎn)，運(yùn)行電壓再從回壓點(diǎn)以分段上升的方式上升至上次放電時(shí)的運(yùn)行電壓，這樣就保證了靜電高壓除塵電源始終保持在臨界放電電壓狀態(tài)。靜電除塵器有除塵效率高、運(yùn)行和維修費(fèi)用相對低廉等特點(diǎn)，在減少排放到大氣中有害粉塵方面起著十分重要的作用，是當(dāng)前使用較為廣泛的一種環(huán)保設(shè)備。靜電除塵器是利用高壓靜電吸附帶電離子的原理進(jìn)行除塵。靜電極板電壓越高，對帶電離子的吸附能力就越強(qiáng)，除塵效率越高。但電壓越高，電場內(nèi)會(huì)出現(xiàn)頻繁的火花閃爍，甚至產(chǎn)生電弧，放電過程難以控制，除塵效率明顯降低，應(yīng)該避免這種情況。振打間隔時(shí)間過長，陽極板上積灰太厚，使空間電壓下降，二次電流降低，除效率降低，電暈功率減少，陽極板嚴(yán)重積灰形成反電暈，已經(jīng)被收集在陽極板上的粉塵再次進(jìn)入氣流，使提高除塵效率的各種努力前功盡棄。

總之，由于火電廠排放的大氣污染物對環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重，所以對火力發(fā)電廠產(chǎn)生的煙氣要通過除塵后才能排放到大氣中。靜電除塵是一種最簡單最有效的方法之一，在輸煤系統(tǒng)采用高效靜電除塵器除塵是非常合適的，節(jié)省了勞動(dòng)力，而且提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性及其自動(dòng)化程度。保持靜電除塵器的長期高效穩(wěn)定運(yùn)行，不僅需要一個(gè)好的設(shè)計(jì)，更需要各個(gè)環(huán)節(jié)的配合及完善的管理，處理好它們之間的關(guān)系，輸煤系統(tǒng)才能有理想的除塵效果。

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