濕電除塵器優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

文_莫偉軍 劉行 鄧紅博 蒙萬華 徐玉剛 南京國電環(huán)保科技有限公司

1 濕式電除塵在燃煤電廠中的具體應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 工程概況

某燃煤電廠的一期工程1#、2#（2×630MW）機(jī)組，采用的是超臨界參數(shù)變壓直流爐。2臺(tái)燃煤機(jī)組中，每爐配置2臺(tái)臥式雙室四電場靜電除塵器。其中單臺(tái)除塵器的設(shè)計(jì)總收塵面積為41040m2，陰陽兩極的極板高度為15m，比集塵面積為102.4m2/m3/sec，出口的含塵濃度為30mg/m3。電廠按照1爐1塔的設(shè)置配置石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)進(jìn)行脫硫。

1.2 設(shè)備參數(shù)與項(xiàng)目布置

濕式電除塵器布設(shè)在濕法脫硫吸收塔之后。煙氣在脫硫吸收塔處理完畢之后，從吸收塔的出口引出，并根據(jù)現(xiàn)場布置特點(diǎn)，通過上進(jìn)下出的方式使煙氣流經(jīng)濕式除塵器。濕式除塵器的出口與原主煙道相連，處理之后的煙氣從主煙道排向煙囪。每一臺(tái)脫硫塔后都配置1臺(tái)濕電除塵器，采用架空布設(shè)的方式，將濕式靜電除塵器布置在原GGH上方。濕電除塵器的具體布置如圖1所示。

圖1 濕式電除塵布置圖

1.3 改造后性能測試結(jié)果

該項(xiàng)目的濕電除塵器是在2017年6月建成投運(yùn)，同年8月份對(duì)設(shè)備情況進(jìn)行了系統(tǒng)性能測試。

進(jìn)出口濃度。濕電除塵器進(jìn)口的煙氣濃度為17.4mg/m3，出口的煙氣濃度為2.3mg/m3，整體除塵效率為86.78%。達(dá)到了出口濃度≤5mg/m3的超低排放目標(biāo)。

霧滴脫出率。濕電除塵器的入口霧滴濃度為16.7mg/m3，出口的霧滴濃度為2.48mg/m3。整體的霧滴脫出率為85.15%。有效解決了“石膏雨”等現(xiàn)象。

2 濕式電除塵在燃煤電廠中的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 布置優(yōu)化

在本項(xiàng)目中，將濕電除塵器機(jī)組布設(shè)在煙囪煙道支架和脫硫塔工藝樓之間的馬路上方。這樣的結(jié)構(gòu)布置，有效縮短了除塵器與脫硫塔出口和煙囪入口之間的距離，使得進(jìn)出口煙道長度和煙道彎頭的數(shù)量都盡可能地減少，極大地降低了煙道的鋼耗量。除塵器的上部采用鋼支架結(jié)構(gòu)將1#和2#除塵器的每一層平臺(tái)連通起來，方便后期的設(shè)備檢修。并且這樣的方式也方便2個(gè)機(jī)組之間的電動(dòng)葫蘆共用。

2.2 工藝與方法優(yōu)化

（1） 取消陽極外側(cè)壁板

傳統(tǒng)濕式靜電除塵器，陽極外側(cè)設(shè)置有完整的金屬外筒壁，與進(jìn)出口煙道連接成一個(gè)密閉空間，作為防止煙氣逃逸的備用手段。在本項(xiàng)目中，首次取消了陽極外側(cè)的壁板。而是將陽極模塊改進(jìn)設(shè)計(jì)，在其上下方設(shè)置法蘭，并采用玻璃鋼密封板將上下氣室與側(cè)壁板之間進(jìn)行密封。將整個(gè)陽極板直接作為外側(cè)壁。通過這樣的設(shè)計(jì)，達(dá)到更好的密封效果，節(jié)約了鋼材用量30t，減少防腐面積達(dá)到360m2。運(yùn)行結(jié)果表明，這種設(shè)計(jì)方式簡潔，安全可靠，密封效果好，大大降低投資，減少了維護(hù)工作量。

（2）取消陰極拉緊裝置

由于拉緊裝置一端連接陰極，另一端固定在陽極框架上，在濕除內(nèi)部濕煙氣環(huán)境下運(yùn)行需要極高的絕緣性能。因此，拉棒內(nèi)部設(shè)計(jì)有加熱裝置，通過加熱拉棒維持表面溫度高于露點(diǎn)溫度，防止拉棒出現(xiàn)結(jié)露產(chǎn)生“爬電現(xiàn)象”而不能正常運(yùn)行。事實(shí)上由于運(yùn)行環(huán)境惡劣，陰極拉棒拉緊裝置得不到保障。為了解決這個(gè)問題，本次項(xiàng)目優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)大膽取消拉緊裝置，而采用4根耐腐蝕高強(qiáng)度的2205吊桿替換4根陰極線，這4根剛性吊桿既承擔(dān)放電功能，又起到對(duì)陰極小框架的剛性固定懸掛作用，既保證了除塵效率，又保持陰極系統(tǒng)的穩(wěn)定性，節(jié)約了系統(tǒng)的整體耗電量。

（3）優(yōu)化布設(shè)噴淋系統(tǒng)

濕式靜電除塵器通過噴淋系統(tǒng)的不定期噴淋，保持陰陽極系統(tǒng)的潔凈。噴淋系統(tǒng)效果的好壞，噴嘴的布置和選型非常關(guān)鍵。為了實(shí)現(xiàn)噴淋的均勻，本次項(xiàng)目進(jìn)行了噴淋系統(tǒng)的數(shù)值計(jì)算和模擬，噴射覆蓋率保持在150%～200%之間，并采用60°和90°共兩種型號(hào)的噴嘴。根據(jù)濕除運(yùn)行特點(diǎn)，將每兩個(gè)電場作為一個(gè)噴洗區(qū)，獨(dú)立設(shè)置一套噴淋系統(tǒng)。噴淋沖洗時(shí)，兩個(gè)電場之間不會(huì)被相互影響，實(shí)現(xiàn)分區(qū)沖洗。分區(qū)沖洗最大減少了電場停運(yùn)數(shù)量，保證煙氣排放實(shí)時(shí)達(dá)標(biāo)排放。

（4）陰極絕緣箱的密封

濕式電除塵器高壓電源通過絕緣箱引入陰極系統(tǒng)。絕緣箱工作環(huán)境要保持干燥潔凈，否則直接影響電場的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)絕緣箱采用熱風(fēng)吹掃方式工作，即在絕緣箱上部設(shè)置一套帶正壓風(fēng)機(jī)的熱風(fēng)系統(tǒng)，電功率25kW，持續(xù)不斷地向絕緣箱吹入熱風(fēng)來保持絕緣箱的工作環(huán)境，防止“爬電”而跳閘。因此需要一套熱風(fēng)加熱系統(tǒng)，持續(xù)工作，能耗高。一旦出現(xiàn)熱風(fēng)故障，整個(gè)濕除就會(huì)跳閘停運(yùn)。本優(yōu)化設(shè)計(jì)取消熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)，優(yōu)化絕緣箱設(shè)計(jì)，提高絕緣箱密封等級(jí)，在絕緣箱內(nèi)部設(shè)置小功率加熱器，保持絕緣箱溫度高于露點(diǎn)溫度，防止內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)露爬電的情況。通過提升絕緣箱內(nèi)部溫度來增加內(nèi)部氣壓，杜絕電場內(nèi)部濕煙氣進(jìn)入絕緣箱。本項(xiàng)目采用的是3×1.5kW的加熱器，2用1備，自動(dòng)控制將加熱器加熱溫度維持80℃放置在絕緣箱內(nèi)部。改進(jìn)設(shè)計(jì)運(yùn)行結(jié)果非常成功，大大簡化了系統(tǒng)，提高了可靠性。年節(jié)省電費(fèi)30萬元，幾乎沒有維護(hù)工作量。

（5）三維設(shè)計(jì)優(yōu)化

為了更好地優(yōu)化流場，降低阻力，本項(xiàng)目采用CFD計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬對(duì)煙道以及除塵器的流場進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。為了保證模擬真實(shí)度并提升實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠性，將煙道、進(jìn)風(fēng)口、除塵器殼體以及出風(fēng)口按照1：1的比例建立數(shù)值幾何模型。

通過對(duì)煙氣在各個(gè)截面的流速進(jìn)行分析，最終確定了導(dǎo)流板的位置、氣流分布板的位置以及開孔率等。并明確氣流分布板采用格柵式結(jié)構(gòu)，可以有效防止粉塵堆積的情況。通過流場優(yōu)化，從而使得整個(gè)系統(tǒng)阻力小于600Pa，氣流均布系數(shù)＜0.2。

采用模擬的結(jié)果進(jìn)行煙道和設(shè)備本體的外形優(yōu)化設(shè)計(jì)。運(yùn)用三維建模的方式獲取最佳的設(shè)計(jì)方案。其中除塵器下部結(jié)構(gòu)改用混凝土結(jié)構(gòu)，并將水泵房、配電控制室布設(shè)在除塵器的下方，有效實(shí)現(xiàn)了空間的綜合利用。整體用鋼量較投標(biāo)方案節(jié)省了75t，且工程造價(jià)節(jié)約了70萬元。

3 結(jié)語

采用濕式電除塵器作為燃煤電廠煙氣的終端處理設(shè)備，由于其處理效率高，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，具有多污染物協(xié)調(diào)處理效果，得到業(yè)內(nèi)的普遍認(rèn)可，已成為濕法脫硫煙氣深度凈化后處理的標(biāo)準(zhǔn)配置。進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)降低投資和運(yùn)行費(fèi)用，使好的技術(shù)能得到更廣泛的推廣應(yīng)用。首先，本濕式電除塵器優(yōu)化設(shè)計(jì)，陽極模塊采用自動(dòng)拉擠成型的碳纖維導(dǎo)電玻璃鋼，保證陽極表面的電阻小于50Ω，除塵效率大于85%，滿足超低排放要求。其次，將陽極模板外壁作為煙道進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而減少項(xiàng)目投資，并方便后期的設(shè)備維修。第三，取消傳統(tǒng)的熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)，而是用簡單高效的絕緣箱進(jìn)行代替，從而提升系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。第四，科學(xué)合理地開展流暢去模擬，從而保證系統(tǒng)配風(fēng)更加均勻，提升整體除塵效率。第四，優(yōu)化設(shè)計(jì)后能減少投資10%，降低能耗8%。