電除塵器選型設計探討

趙治夫+黃水立

摘要：電除塵器原理是通過施加直流高壓電，利用強電場使氣體電離，氣體中的粉塵荷電，粉塵荷電后在電場力作用下被收塵極捕集，通過振打清灰集中到灰斗完成粉塵收集過程。文章主要針對火電廠電除塵器進行研究，提出了選型設計主要參數的確定及其注意事項，為電除塵器初步選型設計提供技術參考。

關鍵詞：電除塵器；選型設計；火電廠；污染物；粉塵排放

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）34-0015-03

除塵器是火電廠控制污染物粉塵排放的重要設備。火電廠除塵設備主要常用的有電除塵器、袋式除塵器、電袋復合除塵器等，這幾種設備具有不同的特點和適用范圍。電除塵器原理是通過施加直流高壓電（一般20～80kV），利用強電場使氣體電離，氣體中的粉塵荷電，粉塵荷電后在電場力作用下被收塵極捕集，通過振打清灰集中到灰斗完成粉塵收集過程。

1 除塵方式選型基本原則

火電廠煙氣凈化的首要任務是使煙氣的排放濃度達到國家和合同規定的排放標準，能夠保證達到排放標準的可選設備為電除塵器、袋式除塵器和電袋復合除塵器。在這三類設備中，選用哪種設備必須根據煙塵的物理、化學性質、煙氣的化學組成、溫度、濕度、煙氣量、含塵濃度等條件進行技術經濟比較后確定（表1為三種除塵方式簡單技術經濟性比較）。

除塵方式選型要求及順序如下：

首先，要滿足下列兩點：（1）保證煙氣排放濃度達到國家標準，滿足合同要求；（2）設備運行安全、可靠性高，即保證長期、穩定地運行。

其次，可再考慮下列四點：（1）能源消耗低；（2）設備的一次投資少；（3）設備占地面積少；（4）設備運行維護、檢修費用少。

2 電除塵器選型設計

2.1 除塵器臺數及室數配置

通常由總包設計部門提供原始設計輸入條件、控制指標等要求，由除塵器制造廠進行具體的選型計算。需提供的原始資料包括鍋爐技術參數，鍋爐耗煤量，煙氣量、煙溫，制粉系統情況，空氣預熱器型式和過剩空氣系數，煙塵濃度，除灰除渣方式，引風機型式和型號，設計煤種和校核煤種，煤質分析，灰成分分析、顆粒分析、比電阻、密度和安息角，煙氣露點溫度和煙氣中水蒸汽體積百分比，廠址氣象和地理條件等。

根據《大中型火力發電廠設計規范（GB 50660-2011）》中規定，靜電除塵器的臺數及除塵效率保證條件應滿足下列要求：每臺鍋爐設置的靜電除塵器臺數不宜少于2臺，125MW級機組根據工程具體條件也可只設1臺。根據經驗數據統計如表2所示：

式中：G1為進口含塵濃度；G2為出口含塵濃度；A為總集塵面積；w為驅進速度；Qc為除塵器進口的煙氣流量。從多依奇公式可知：除塵效率為90%時，Aw/Qc值為2.3，效率提高到99%時，Aw/Qc值為4.61，也就是說，如果荷電塵粒有效驅進速度和處理煙氣量Qc都一樣時，如除塵效率要提高9%，則除塵器的結構要大一倍。事實上，當除塵效率達到98%以后，如要求再提高除塵器效率，則集塵極的面積增加得更大。所以，在決定除塵器的效率這個參數時，應結合環保要求、煙囪高度、除塵器的結構等因素綜合考慮選定。從公式解釋也說明為什么在除塵器的技術協議談判時對除塵效率這個參數控制得如此嚴格。

2.3 總集塵面積與電場數

根據多依奇公式，在除塵效率和有效驅進速度決定后，經計算就可得到總集塵極板面積數值，總集塵面積與電場數可按下列公式確定：

A=2000N×L×H×B×K÷d （2）

式中：A為總集塵面積；N為電場數；L為單電場有效長度；H為陽極板有效高度；B為單室電場有效寬度；K為室數；d為同極間距。

在煙氣流速極板間距決定后，就可計算出集塵極板的排數，最后計算得出電場總長度，關于單電場有效長度L，要考慮極板振打檢修等因素，一般制造廠家為3.5～4.0m，不宜太長（采用分區供電除外）。除塵效率與所需的電場數的關系參見表3。據統計數據顯示，在20世紀60～70年代，國內電除塵器廠基本采用二電場，除塵效率可達到95%；至80年代多采用三電場，除塵效率可達到98%；至90年代多采用四電場，效率可達到99%及以上。

最新版《火電廠大氣污染物排放標準（GB 13223-2011）》替代了2003年標準，調整了大氣污染物排放濃度限制，位于重點地區對新建、擴建的火電廠煙塵最高允許排放濃度為20mg/Nm3，比2003年標準又嚴格了很多。為此電除塵器設計效率一般需達到99.5～99.9才能保證煙塵排放濃度小于20mg/Nm3，目前電除塵器多采用六電場、七電場、八電場，印度項目由于煤質非常差，有些甚至已經做到十電場，但實際上后面的電場除塵效率已經不明顯。

3 電除塵器選型注意事項

電除塵器由制造廠設計和制造，總包設計部門負責除塵器選型設計，完成工藝、電氣、儀表與控制、土建等專業的設計配合。電除塵器在選型設計過程中應注意如下問題。

3.1 鍋爐型式的影響

總包設計部門除了向電除塵器廠家提供必要的煤質資料、煙氣資料、氣象條件等工程資料外，特別需要注意提供鍋爐型式。循環流化床鍋爐飛灰可燃物要比煤粉爐高，當燃用貧煤、無煙煤時，循環流化床鍋爐飛灰可燃物比煤粉爐高得更多。循環流化床鍋爐由于添加石灰石脫硫，使灰的比電阻增大，相對煤粉爐的電除塵器收塵難些。一般電除塵器總集塵面積，循環流化床爐比煤粉爐大。因此，要向廠家提供鍋爐的型式。

3.2 除塵保證效率的要求

總包設計部門應提出保證除塵效率值和相應的允許排放濃度。此保證效率值是當停一個供電區時，且不管是設計煤種，還是校核煤種，均應保證的效率（除合同另有約定外）。電除塵器一般每個室、每個電場設一個供電區，停一個供電區保證除塵效率是對一臺電除塵器而言。停一個供電區要保證其除塵效率，采用不同電場數的電除塵器，備用總集塵面積的百分數是不同的。如電除塵器總集塵面積相同，電場數越多，供電區數也越多，有利于供電控制和電除塵器效率的提高，且電場數越多，停一個供電區，實際運行效率降低的越少。

3.3 除塵效率的影響因素

粉塵比電阻是衡量粉塵導電性能的一個重要指標，它對除塵效率影響很大。實驗表明，最適合電除塵器工作的比電阻值為104～5×1010Ω·cm，在這個數值范圍以外，電除塵器性能將下降，從圖1可以看出粉塵比電阻與除塵效率的關系，如若除塵效果惡化，不宜選用電除塵器或者可以經過某種預處理后（煙氣調質）才能選用電除塵器。

煤和灰的含量也直接關系到收塵難易和主要參數設計的選取，它同樣對除塵效率影響很大。如燃煤中含硫高、灰中SO3含量高易收塵，Sar<0.1%時難收塵；灰中SiO2+Al2O3>85%，難收塵；Na2O+K2O<1.5%，難收塵；灰的顆粒越細越難收塵。低溫除塵指數Na2O+MgO<1%時，難收塵；高溫除塵指數（Na2O+K2O+MgO+CaO+Fe2O3）/Na2O

≥40%時，難收塵；SiO2+Al2O3>90%時，難收塵。

3.4 除塵器進出口煙氣流速區別

煙氣流速（進入電除塵器的流速）和電除塵器內的煙氣流速是不同的兩個概念。《火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程（DL 5121-2000）》推薦的煙氣流速：10～15m/s（經驗，當煙溫較高時，宜偏上限值）是指進入電除塵器入口時的煙氣流速。而在電除塵器內的煙氣流速（即電場風速）一般為0.5～2m/s。除塵器煙氣流速的高低決定了電除塵器進口截面面積的大小。目前國內一般選取的數值均在1～1.5m/s之間（該數值的選取也影響到整個除塵器結構的大小，為較關鍵的一個參數）。除塵效率與電場煙氣流速的關系參見表3：

4 結語

基于以上對電除塵選型設計的研究，作為工程項目總包單位能更好地把控電廠除塵設備，為整個工程提供技術保障，規避技術風險。

參考文獻

[1] 黎在時.靜電除塵器[M].北京：冶金工業出版社，1993.

[2] 大中型火力發電廠設計規范（GB 50660-2011）[S].

[3] 火電廠大氣污染物排放標準（GB 13223-2003）[S].

[4] 火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程（DL 5121-2000）[S].

[5] 張磊，唐慶.靜電除塵選型和節能方案的比較應用

[J] 東方電氣評論，2008，22（87）.

[6] 孫國良，邢克江，葛學.靜電除塵器選型設計計算探討[J].北方環境，2003，28（2）.

3.3 除塵效率的影響因素

粉塵比電阻是衡量粉塵導電性能的一個重要指標，它對除塵效率影響很大。實驗表明，最適合電除塵器工作的比電阻值為104～5×1010Ω·cm，在這個數值范圍以外，電除塵器性能將下降，從圖1可以看出粉塵比電阻與除塵效率的關系，如若除塵效果惡化，不宜選用電除塵器或者可以經過某種預處理后（煙氣調質）才能選用電除塵器。

煤和灰的含量也直接關系到收塵難易和主要參數設計的選取，它同樣對除塵效率影響很大。如燃煤中含硫高、灰中SO3含量高易收塵，Sar<0.1%時難收塵；灰中SiO2+Al2O3>85%，難收塵；Na2O+K2O<1.5%，難收塵；灰的顆粒越細越難收塵。低溫除塵指數Na2O+MgO<1%時，難收塵；高溫除塵指數（Na2O+K2O+MgO+CaO+Fe2O3）/Na2O

≥40%時，難收塵；SiO2+Al2O3>90%時，難收塵。

3.4 除塵器進出口煙氣流速區別

煙氣流速（進入電除塵器的流速）和電除塵器內的煙氣流速是不同的兩個概念。《火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程（DL 5121-2000）》推薦的煙氣流速：10～15m/s（經驗，當煙溫較高時，宜偏上限值）是指進入電除塵器入口時的煙氣流速。而在電除塵器內的煙氣流速（即電場風速）一般為0.5～2m/s。除塵器煙氣流速的高低決定了電除塵器進口截面面積的大小。目前國內一般選取的數值均在1～1.5m/s之間（該數值的選取也影響到整個除塵器結構的大小，為較關鍵的一個參數）。除塵效率與電場煙氣流速的關系參見表3：

4 結語

基于以上對電除塵選型設計的研究，作為工程項目總包單位能更好地把控電廠除塵設備，為整個工程提供技術保障，規避技術風險。

參考文獻

[1] 黎在時.靜電除塵器[M].北京：冶金工業出版社，1993.

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[5] 張磊，唐慶.靜電除塵選型和節能方案的比較應用

[J] 東方電氣評論，2008，22（87）.

[6] 孫國良，邢克江，葛學.靜電除塵器選型設計計算探討[J].北方環境，2003，28（2）.

3.3 除塵效率的影響因素

粉塵比電阻是衡量粉塵導電性能的一個重要指標，它對除塵效率影響很大。實驗表明，最適合電除塵器工作的比電阻值為104～5×1010Ω·cm，在這個數值范圍以外，電除塵器性能將下降，從圖1可以看出粉塵比電阻與除塵效率的關系，如若除塵效果惡化，不宜選用電除塵器或者可以經過某種預處理后（煙氣調質）才能選用電除塵器。

煤和灰的含量也直接關系到收塵難易和主要參數設計的選取，它同樣對除塵效率影響很大。如燃煤中含硫高、灰中SO3含量高易收塵，Sar<0.1%時難收塵；灰中SiO2+Al2O3>85%，難收塵；Na2O+K2O<1.5%，難收塵；灰的顆粒越細越難收塵。低溫除塵指數Na2O+MgO<1%時，難收塵；高溫除塵指數（Na2O+K2O+MgO+CaO+Fe2O3）/Na2O

≥40%時，難收塵；SiO2+Al2O3>90%時，難收塵。

3.4 除塵器進出口煙氣流速區別

煙氣流速（進入電除塵器的流速）和電除塵器內的煙氣流速是不同的兩個概念。《火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程（DL 5121-2000）》推薦的煙氣流速：10～15m/s（經驗，當煙溫較高時，宜偏上限值）是指進入電除塵器入口時的煙氣流速。而在電除塵器內的煙氣流速（即電場風速）一般為0.5～2m/s。除塵器煙氣流速的高低決定了電除塵器進口截面面積的大小。目前國內一般選取的數值均在1～1.5m/s之間（該數值的選取也影響到整個除塵器結構的大小，為較關鍵的一個參數）。除塵效率與電場煙氣流速的關系參見表3：

4 結語

基于以上對電除塵選型設計的研究，作為工程項目總包單位能更好地把控電廠除塵設備，為整個工程提供技術保障，規避技術風險。

參考文獻

[1] 黎在時.靜電除塵器[M].北京：冶金工業出版社，1993.

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[3] 火電廠大氣污染物排放標準（GB 13223-2003）[S].

[4] 火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程（DL 5121-2000）[S].

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