褐煤機組近零排放電除塵的選型及應用

段飛飛

（華北電力大學，北京 102206）

1 前言

自2013年以來，我國中東部地區出現持續霧霾天氣，火電廠煙氣污染物排放等污染源的治理也更加引起高度重視。國家能源局發布了《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014～2020年）》，提出嚴控大氣污染物排放：“東部地區（遼寧、北京、天津、河北、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南等11省市）新建燃煤發電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值（即在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50毫克/立方米），中部地區（黑龍江、吉林、山西、安徽、湖北、湖南、河南、江西等8省）新建機組原則上接近或達到燃氣輪機組排放限值，鼓勵西部地區新建機組接近或達到燃氣輪機組排放限值”。

在嚴峻的環保壓力下，為盡可能減少錫林浩特電廠燃煤機組投產后對環境的影響，擬在《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014～2020年）》目標的基礎上，進一步增加環保投入，減少煙氣污染物的排放，以使煙囪出口煙塵、二氧化硫、氮氧化物的排放濃度控制在不高于5、35、50毫克/立方米以內。

按照環保要求，錫林浩特電廠除塵器煙塵出口排放濃度要求＜20mg/Nm3，煙囪出口含塵濃度不高于5mg/Nm3，根據該工程燃煤煤質的灰成份分析及灰比電阻資料，進行了除塵器選型研究及相關技術措施應用，以滿足電除塵器出口煙塵排放濃度要求，對于燃用褐煤機組除塵器選擇具有指導意義。

2 電除塵器選型論證

依據《燃煤電廠除塵技術路線指導意見》（中電聯研究〔2013〕473號）[1]（見表1），對該項目采用電除塵的合理性進行論證。

（1）按煤種名稱評價電除塵器對國內煤種的除塵難易性評價，錫林浩特勝利煤田褐煤屬于容易收塵煤種，適用于電除塵技術收塵。

（2）該工程灰分中的Na2O=0.52%，收到基硫Sar=1.01%；Al2O3=18.02%，SiO2=55.56%，Al2O3+SiO2=73.58%；按煤、灰分成分評價電除塵器對煤種的除塵難易分析，滿足Na2O＞0.3%且Sar＞1%，Al2O3+SiO2≤80%，同時Al2O3≤40%的條件。飛灰中Na2O可增加飛灰體積導電，使比電阻降低，有利于除塵，K2O和Na2O作用一樣，對除塵是有利的。該工程燃用煤種的飛灰堿金屬氧化物Na2O+K2O屬較高的水平，可增加體積電導率，從而使比電阻下降，采用電除塵技術路線容易或較容易收塵煤。

表1 勝利東二露天煤礦褐煤煤質資料

（3）含硫量。設計煤種為1.01%，校核煤種最高為1.35%。煤中的硫在高溫燃燒時大部分被氧化成SO2，其產生的數量取決于煤中的硫含量、鍋爐爐型、燃燒工藝和工況。在正常情況下，有0.5%～1%的SO2氧化成SO3，SO3與H2O結合產生H2SO4并吸附在飛灰上，就能大大降低飛灰的比電阻。該工程燃用煤的含硫量約1%，可部分降低飛灰比電阻，提高除塵效率。

（4）氫和水分含量。煤中的水分愈高，煙氣的水分愈高。煤中的氫高，煙氣中的水分也高。水分高可以抓住電子形成重離子，使電子的遷移速度下降，從而提高間隙的擊穿電壓，降低表面比電阻，提高除塵效率。其次水分可與SO3結合產生H2SO4，同樣起到降低表面比電阻的作用。由于水的調質作用，其煙氣的比電阻值一般不會很高，有利于粉塵的荷電和收塵，對于電除塵器是有利因素。

綜合上述分析，煤質中的含硫量及含水量可有效起到降低飛灰比電阻的作用。該工程所用煤種的硫、氫、水含量，可充分體現SO3對飛灰的調質效果，對保證電除塵器實現低排放是有利因素。該工程燃用的煤種較適宜電除塵器收塵，其飛灰的實際工況比電阻值一般均在1011Ω·cm左右。結合煤、灰特點分析論證，該工程采用電除塵技術路線并配有足夠的集塵面積和良好的供電系統，可有效實現粉塵的超低排放要求。

3 出口排放濃度小于20mg/Nm3論證

3.1 煙氣參數（見表2）

表2 低溫省煤器正常投運時每臺除塵器入口煙氣量（B-MCR）（標態）

依據《大中型火力發電廠設計規范》（GB 50660-2011）[3]除塵器選型按照表2低溫省煤器正常投運時每臺除塵器的入口煙氣量，設計煤種煙氣量增加10%，煙氣溫度增加12℃，一個供電分區不工作（若小分區則為2個供電區），最終確定的煙氣量見表3。

表3 電除塵設計煙氣參數

3.2 除塵器設計參數確定

按照低溫省煤器正常投運，無論燃用設計煤種、校核煤種，除塵器出口均滿足≤20mg/Nm3要求。按照煙氣量及入口的含塵濃度，確定除塵器的基本參數如表4。

依據除塵效率計算：依據多依奇（Deutsh）公式[2]進行驗證：

式中：

A為總收塵面積（m2），單臺除塵器取80,875m2；qv為煙氣流量（m3/s）取574.97m3/s；ω為塵粒的驅進速度（m/s）取0.0526m/s；kc為0.5；為99.99%，除塵效率滿足電除塵出口≤20mg/Nm3。

表4 除塵器基本參數

4 電除塵“近零排放”技術方案應用

4.1 降低粉塵比電阻，避免反電暈現象

通過煙氣冷卻器（又稱熱回收器）或煙氣換熱系統（包括煙氣冷卻器和煙氣再熱器）降低電除塵器入口煙氣溫度至酸露點以下（100℃左右），使煙氣中大部分SO3在煙氣冷卻器中冷凝成硫酸霧并黏附在粉塵表面，粉塵性質發生了很大變化，從而降低粉塵比電阻，避免反電暈現象，大幅提高除塵效率，同時去除大部分的SO3。

4.2 加大除塵器橫截面積，降低煙氣流速

煙氣流速對高比電阻粉塵更加敏感，低煙氣流速可以大幅度提高高比電阻粉塵的除塵效率，因此該項目電除塵器的煙氣流速不宜超過0.95m/s。

4.3 保證足夠的收塵面積

收塵面積是電除塵器除塵效率的基礎，根據國內外燃燒同類煤種的經驗，常規電除塵器的比積塵面積要在135m2/m3/s以上，因此根據數學模型計算和經驗，該項目的比積塵面積為143.0m2/m3/s。

4.4 增設導電濾槽裝置

在三、四、五電場末端加設導電濾槽裝置，降低電場由振打而產生的二次揚塵。進一步提高除塵效率。導電濾槽收塵裝置的特點有：1）耐溫、導電性能好，高強度、使用壽命長，這是導電濾槽用于電除塵器中的最基本條件；2）各電場末端增設導電濾槽，采用透氣率高、阻力小的導電濾槽取代，提高了收塵效果，濾槽收塵裝置同時起到對后電場的氣流均布作用，可確保電場氣流均布值達到6＜1.5的良好狀態，這是導電濾槽成功用于電除塵器中的關鍵；3）導電濾槽獨立設振打清灰裝置，實際清灰效果均優于收塵板的清灰效果，運行幾年均未發現濾槽堵塞和設備阻力提高的現象；4）可確保大幅提高收塵效率，電除塵器體積不需改變；不影響電除塵器收塵功能，減少荷電粉塵逃逸電場造成的無用電功耗，增設導電濾槽后電除塵器優勢較為明顯。見圖1導電濾槽捕集粉塵示意圖，圖2導電濾槽安裝俯視圖。

圖1 導電濾槽捕集粉塵示意圖

圖2 導電濾槽安裝俯視圖

荷電粉塵主要受垂直收塵板表面的電場力和平行收塵板面氣流的作用，其合力方向指向濾槽進口處，由于粉塵帶負電，而濾槽是正極，因此導電濾槽能有效捕集和過濾進入的粉塵，且不會出現二次揚塵現象，其既有靜電捕集粉塵的功能，也有攔截過濾粉塵的作用，而且可增加收塵面積，同時還可起到電場中氣流均布的作用。加裝導電濾槽，既保持了常規電除塵器運行穩定可靠、使用壽命長及阻力小等特點，又合理借鑒了袋式除塵器過濾粉塵機理的高效，其經濟技術指標明顯優于各類常規除塵器。

4.5 陰極系統技術

（1）陰極吊打分開技術。采用高分子錐形絕緣軸（見圖3），徹底解決陰極振打斷軸等問題。經改進后的絕緣軸兩端采用錐度連接，使用中越打越緊，不會松動，沒有應力集中，因而提高了傳力效率和使用壽命。對比實驗表明，新結構絕緣軸可提高相當于原結構的1.5倍的振打力。

圖3 錐形絕緣軸示意圖

（2）頂部電磁振打清灰技術。頂部振打桿特殊密封，雙層檢修門確保電除塵器不結露。為減少電除塵器漏風，防止腐蝕，所有的人孔門、檢修門均采用雙層密閉結構，確保密封效果，并采用圓環狀中空結構耐熱硅橡膠作為密封材料，增強電除塵器密封條的壽命，以保證電除塵器長期不漏風。在振打桿與頂板的結合部，采用雙層密封結構，通過特制的海波侖橡膠密封圈，確保電除塵器不漏風。由于外頂部振打力的傳遞是通過振動能量的方式進行的，在振打時僅會激起極微小的垂直位移，該位移通過海波侖橡膠的圓弧過渡段吸收，而與振打桿緊緊貼合的直段并未產生任何位移，因此，振打桿與頂板之間的密封處不會產生任何漏風。

（3）永不斷線的陰極系統。采用整體剛性芒刺線BS/Q235/304，保證永不斷線，自由懸垂，抗熱變形能力強，吊打分離，與頂部振打配套，振打加速度傳遞方向與芒刺相互垂直，保證極線有效清灰。

（4）采用高頻電源+分區供電設計。高頻電源技術具有更好的荷電強度，在有效降低除塵器能耗的前提下，提高了電暈功率和粉塵的荷電強度，進而提高了收塵效率。高頻電源還具有高達93%以上的電能轉換效率；分區供電，可以減少每個高壓電源所負擔的除塵面積，有利于提高微機控制系統的跟蹤性能。電場出現故障時，小分區影響的除塵面積較小，可靠性高。小分區內含塵濃度變化范圍小，可以提高運行電暈功率，并可以利用計算機控制實行局部范圍的降壓（零點）、斷電振打。

5 結語

針對電除塵對錫林郭勒盟地區燃燒褐煤機組的適應性進行了論證，證明褐煤機組采用電除塵技術的優越性；同時論證了燃煤電廠除塵器的出口設計參數是否能滿足除塵器出口煙塵排放≤20mg/Nm3，證明了在電除塵場地限制的條件下，應用新技術、采取新措施，可以提高除塵器除塵效率，對于西部地區燃燒褐煤的新建機組達到環保“近零排放”的排放限值具有重要的指導意義。