燃煤電廠電除塵器達標提效技術研究與應用

路明

摘 要：文章通過對靜電除塵技術理論分析，結合永城煤電控股有限公司熱電廠電除塵具體情況，以同類型電除塵為研究對象，在只采用靜電除塵技術的前提下，適當增加電場數量和比集塵面積，綜合運用靜電除塵各項新技術，最大限度發揮各技術優點，可最終實現煙塵達到國家環保排放標準，為同類型電除塵器達標提效研究和應用提供借鑒和參考。

關鍵詞：靜電除塵；微分高效電場；提效

中圖分類號：X701.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）24-0046-02

煤炭是我國的主要一次能源，據統計，2011年全國煤炭總消耗量約35億噸，其中約50%用于燃煤電廠。煤炭的直接燃燒將產生大量煙塵，煙塵污染及霧霾問題已十分嚴峻，為遏制和治理日益嚴重的環境污染問題，近年來，國家相繼修訂了新《環保法》、《火電廠大氣污染物排放標準（GB13223-2011）》（以下簡稱《標準》）等一系列法律和標準，新《環保法》對環境保護工作提出了更高的要求，新《標準》對煙塵等污染因子的排放提出更加嚴格的要求，新《標準》中明確規定，自2014年7月1日起，現有火力發電鍋爐及燃氣輪機組執行：煙塵排放質量濃度不大于30 mg/m3。若單純的采用常規電除塵器，已無法到達標排放。

1 國內外燃煤鍋爐電除塵器應用現狀

國外燃煤鍋爐電除塵器的基本現狀。美國應用電除塵器比例約占80%，歐盟約占85%，在日本則絕大部分采用電除塵器。歐美等西方國家經電除塵器處理后煙塵排放濃度普遍在30 mg/m3以下。歐洲暖通空調協會聯盟組織認為：“干式電除塵器的排放在（10～20） mg/m3是比較平常的事情，而且還可以保證降到 5 mg/m3的極限值”。

國內燃煤鍋爐電除塵器的應用現狀。到目前為止，我國已投產燃煤電廠絕大部分采用電除塵器，約占火電裝機容量的90%～95%（近似值）。

當前先進的電除塵器技術研究的方向，主要是圍繞提高后級電場除塵效率、捕集細微煙塵、克服反電暈、達到極低排放要求的本體創新和新型電源開發。

2 電除塵實現達標排放的可行性

靜電除塵技術基本原理：靜電除塵是在兩個曲率半徑相差較大的金屬陽極和陰極上，通過高壓直流電，維持一個足以使氣體電離的靜電場，氣體電離后所產生的電子：陰離子和陽離子，吸附在通過電場的粉塵上，使粉塵獲得電荷。荷電極性不同的粉塵在電場力的作用下，分別向不同極性的電極運動，沉積在電極上，而達到粉塵和氣體分離的目的。

多依奇效率公式：

η為電除塵器的效率（%）；A為電除塵器的比收塵面積（m2）；Q為電除塵器的處理煙氣量？ （m3/s）；ω為帶電粒子在電場中的驅進速度（m2/s）。

從式中可以看出，當電除塵器的處理煙氣量Q一定時，收塵效率η與塵粒驅進速度ω及比收塵面積A成正比。據有關資料顯示，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、粘附性等）、煙氣成分等工況條件都是電除塵器性能的重要影響因素，這些因素直接影響電除塵器表觀驅進速度ωk值的大小，ωk值是評價電除塵器對煙塵的收塵難易程度的重要數據，見表1。

據有關統計，對國內100套300 MW以上機組配套電除塵器進行測試，對于我國多數的煤種，在適當增加電場數量和比集塵面積的情況下，達到30 mg/Nm3的低排放是完全可以實現的。

3 永煤熱電廠電除塵器現狀分析

針對目前形勢，對提高電除塵器工作效率技術進行研究和應用，大力發展高效電除塵器已勢在必行， 現以永城煤電控股有限公司熱電廠3#電除塵器提效工作和成效為實例進行探討。

永城煤電控股有限公司熱電廠3#電除塵器型號：IFAA3×40M-1×88-120，系浙江菲達環保科技股份有限公司生產，2001年5月投運，至提效技改前，電除塵本體及電源存在著不同程度的磨損和老化，除塵效果已無法達到新《標準》排放要求。3#電除塵器存在的主要問題有以下幾方面。

3.1 本體機械方面

進出口煙道及膨脹節：因磨損和腐蝕，孔洞較多，嚴重漏風；

均流板：第一層均流板磨損嚴重，造成1#電場內煙氣分布不均；

陽極板：部分陽極板存在不同程度的變形，同極間距未達到標準要求，陽極板下部磨損和銹蝕嚴重；

d陰極線：低溫腐蝕造成陰極線斷線和芒刺脫落，3#電場尤甚，1#2#電場次之；

振打系統：陰陽極振打系統磨損嚴重，振打錘脫落，振打軸斷等問題時有發生；

灰斗：磨損嚴重，附屬部件氣化板、加熱器均損壞，下灰不暢，經常出現灰斗滿灰。

3.2 電源方面

采用單相可控硅電源，工作原理上的缺陷已越來越滿足不了當今環保排放標準要求，存在著：波形脈動大，輸出平均電壓低，除塵效率低；功率因數低，電能轉換效率低；不平衡供電等缺陷。

3.3 其他方面

電除塵入口煙氣溫度較高，約160 ℃；由于鍋爐摻燒煤泥，煙氣濕度大；鍋爐磨損嚴重，受熱面經常泄漏。

4 為達標提效采取的主要措施

根據上述理論分析，結合永城煤電控股有限公司熱電廠3#電除塵具體情況，以同類型電除塵器為研究對象，通過可行性研究和分析，采用電改電除塵的方案，在適當增加電場數量和比集塵面積的情況下，綜合利用電除塵新技術，將三相高壓硅整流電源、高頻開關電源、三電極管極式電場與微分高效電場新技術等相結合，靈活運用，揚長避短，最大限度發揮各技術優點，最終實現煙塵30 mg/m3達標排放，對提高電改電除塵的可行性研究和應用方面有著重要意義。

經過分析可知，要想提高電場除塵效率，應從以下幾個方面改善原來電除塵器的結構。

4.1 增加收塵極面積

末級電場后部空間允許的情況下，增加電場個數或電場高度，提高電場收塵極面積，確保比收塵極面積達到標準要求。

采用的方案：在3#電場后部新增加2個電場，其中4#電場采用管狀收塵極，長度和寬度尺寸相同的收塵極，管極式的收塵面積比板極式收塵面積大30%以上，同時采用的第三輔助電極，相應的增加了總收塵面積；5#電場采用的是微分除塵器，長度和寬度尺寸相同的收塵極，微分除塵器的收塵面積是板極式收塵面積大2.6倍。

4.2 更換高壓供電裝置

常規單相可控硅整流電源存在著：波形脈動大，輸出平均電壓低，除塵效率低；功率因數低，電能轉換效率低；不平衡供電等缺陷，可更換為輸出的平均電壓高；三相平衡供電；電能轉換效率高（大于等于87%），功率因數高的三相高壓電源或高頻電源。

采用的方案：綜合分析三相高壓電源與高頻電源，最終采用1#、2#、3#、4#電場采用三相高壓電源，5#電場采用高頻電源。

4.3 降低收塵時的氣流速度，減少氣流對煙塵顆粒的作用

采用的方案：5#電場采用微分電除塵器，該除塵器能有效降低氣流風速，改善收塵條件，增大陽極收塵面積，抑制振打二次揚塵等優點。

4.4 解決陰極線斷線問題，避免因短路造成電場停運

采用的方案：陰極線全部采用不銹鋼材質（1Cr18Ni9Ti），并采用陰極線防斷線技術，有效的降低了因振打磨損、低溫腐蝕造成陰極線斷線，電場停運的幾率。

4.5 尾級電場采用電除塵新技術，提高細顆粒收塵效率

5#電場（即尾級電場）采用不同于現有常規電除塵器的新技術——微分高效電除塵技術。

4.5.1 微分高效電場

一方面將原來的收塵板改為與收塵極排主平面相垂直的格柵板式結構；另一方面在相鄰收塵極間，分別在進氣口和出氣口兩端交錯用鋼板封閉，為得到更好的氣流分布，將安置成與除塵器中心軸線呈一定角度，在通道口部形成喇叭口，有利于電場高電壓運行從而獲得盡可能大的電暈區，保證放電量使煙塵顆粒充分荷電，同時又防止電場被擊穿產生閃絡，電暈極（陰極排）也相應的旋轉一定的角度，保證與陽排平行分布，從而把陽極排設計成三角形框架結構。

4.5.2 技術關鍵點和創新點

①超低風速收塵技術。該電場氣流速度僅0.139 m/s，遠低于常規電場1 m/s氣流速度。

②改善收塵條件。該電場具有極強靜電力（為普通電場的64倍）和較小的格柵板（收塵極）間距，并且氣流方向與電場作用方向一致，可最大限度的提高收塵效率。

③增大收塵極收塵面積。由于采用了與陽極排主平面相垂直的格柵板式結構，截面積及電場長度一定的情況下，該電場收塵極面積是板極式電場的2.6倍。

④有效抑制振打二次揚塵。通過降低風速，有效減小氣流對被吸附煙塵顆粒的作用力，避免被吸附煙塵顆粒的二次逃逸。

5 應用效果和效益

永城煤電控股有限公司熱電廠3#電除塵經提效技改，調試后運行穩定，各項指標和參數均達到設計要求，經永城市環保局監測站現場監測，監測結果分別為29.2 mg/Nm3和25.4 mg/Nm3（折算到氧量為6%的折算值），達到設計要求和排放標準。

5.1 減排效益

永城煤電控股有限公司熱電廠3#電除塵器達標提效成功實施，大幅降低了鍋爐煙塵排放量，減排效益明顯，經估算：每年減排煙塵量：（130-27）×10-9×150 000×7 000=136.815 t。

5.2 環保效益

電除塵器提效達標后，降低了煙塵排放，減小了企業生產對環境的不利影響，有效改善了熱電廠職工的工作、生活環境及永城市北郊周邊居民的環境質量，增進了企業與周邊群眾的和諧相處關系，產生了巨大的社會效益。

6 結 語

通過大量理論分析、技術論證及參考國內外相關技術發展水平的基礎上，對永城煤電控股有限公司熱電廠3#電除塵器進行達標提效研究和應用，徹底解決了其運行效率低，無法達標排放等問題，同時也為同類型電除塵達標提效研究和應用提供借鑒和參考。

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