超低排放下電除塵提效技術的研究及改造

郭海鷹，朱錦杰，趙金達，金 揚，毛佳倩

(浙江菲達環保科技股份有限公司，浙江 諸暨 311800)

寧夏某電廠3號爐電除塵器由浙江菲達環保科技股份有限公司設計、制造、安裝，除塵效率要求大于99.75%、煙塵排放濃度小于50 mg/m3。3號機組電除塵器投運后除塵效果不夠理想，二次電壓較低，二次電流較大，出口煙塵濃度在150 mg/m3左右，對后續環保設備帶來很大的壓力，滿足不了超低排放的要求。先后多次會同電廠、安裝、調試相關人員，對電除塵器在機務、電氣及安裝方面進行了較為全面地檢查、測試、分析、調整，一致認為：電除塵器安裝質量良好、電除塵器本體及電控設備質量完好、調整試驗和測試方法正確，但除塵效率仍不足。為了摸清存在的問題，尋找解決方法，技術人員對類似工況電除塵器使用情況、燃煤情況和電除塵器結構特點等進行了調查研究。同時，在3號爐電除塵器上開展了極配形式、煙氣增濕、電控方式、振打制度等試驗研究。調研分析后認為:煙塵中SiO2、Al2O3、Fe2O3三者含量達85%，而S、Na、K等氧化物含量低，該粉塵特性屬于難收塵的粉塵；電廠地區海拔高度高，氣壓低，負電子遷移速度快，使氣體間的放電電壓降低，導致電場起暈和擊穿電壓隨之降低，在該電廠煙塵特性下更顯突出。在煤種不可改變的情況下，如不對電除塵器進行提效，很難達到國家對煙塵排放的要求。

1 電除塵器試驗改進情況

針對電除塵器工況條件，為改善其運行性能，從極配形式、電控方式及煙氣增濕等方面作了探索試驗，具體試驗調試情況如下。

1.1 極配形式的試驗研究

電除塵器的核心是板線結構型式及其配置[1-3]，它直接決定了電場和流場，并通過其影響粉塵的荷電、沉降和清除[4-5]。合理的極配可使粉塵最大限度地荷電、沉降，控制二次揚塵，可提高極板收塵效率，降低鋼耗[6-7]。衡量一種極線的好壞，不能單從放電電流大小和電流密度的均勻程度來確定，而應結合實際工況來確定[8-11]。

采用多種極配形式，通過空載、負載試驗了解到在不同的工況條件下，它們的放電特性與常規情況差別較大，或者說該電廠電除塵器極配形式的放電特性與其他電除塵器的放電特性不同。不同的極配形式在不同工況下的放電特性表如表1所示。

根據試驗情況，表明該電除塵器宜采用電場強度大、小放電電流的極配形式。

1.2 煙氣增濕試驗研究

對3號爐進行了噴水試驗。試驗時的噴嘴壓力為0.5～0.6 MPa，水量控制在13～15 t/h。通過試驗認識到：需足夠的噴水量[12-14]；增濕裝置應安裝在豎直煙道，盡量避開管撐及導流板等內部構件，防止積灰，下部應設置卸灰灰斗。在煙道噴水試驗實施過程中，具體做了以下工作。

表1 電除塵器運行參數記錄(平均值)

1.2.1 噴水增濕對除塵器運行參數的影響

從3號爐噴水試驗情況看：煙氣噴水增濕降溫后，擊穿場強提高，電除塵器運行參數改善。表2是鍋爐運行負荷250 MW時，煙道噴水試驗前后電除塵器運行參數及進出口煙氣溫度變化(見表2)。從表2數據可以看到，煙道噴水增濕降溫前后電除塵器的二次運行電壓明顯上升。

表2 電除塵器運行參數及進出口煙氣溫度變化表

1.2.2 噴水增濕對除塵器性能的影響

噴水增濕降溫對電除塵器性能的影響試驗共進行了3次。從測試情況看出：噴水增濕能明顯提高除塵效率。

1.2.3 噴水增濕對煙道及出灰系統影響

噴水增濕是解決3號爐電除塵器收塵效率差的有效手段之一。但需解決噴水帶來的問題：煙道積灰；煙道腐蝕；對于出灰系統的影響等。通過噴水試驗，在噴嘴下游8 m處觀察，水可以基本蒸發。試驗期間的噴水量對干出灰系統未造成影響。

1.3 電器控制方式試驗研究

對3號爐電除塵器做了一個多月的對比試驗，1號電除塵器一、二電場采用國產控制器，三、四電場采用EPIC Ⅱ控制器，2號電除塵器全部采用國產控制器，試驗結果如表3、表4所示。表3和表4中所有排放值均為相對值，只反映相對變化，不能作為絕對的排放看待。

表3 高壓電控設備不同運行方式出口平均排放濃度對比 mg/m3

表4 高壓電控設備不同運行方式出口最佳排放濃度對比 mg/m3

從表3和表4數據可以看到：3號爐1號電除塵器高壓電控設備采用間歇供電方式與采用火花率整定運行方式相比，按標準測試方法[15-16]，出口平均排放濃度從145 mg/m3下降到108 mg/m3，下降幅度達25.5%；出口最佳排放濃度從140 mg/m3下降到96 mg/m3，下降幅度達31.4%。因此，電除塵器采用間歇供電方式比傳統的火花率整定運行方式能明顯提高除塵效率，EPIC Ⅱ控制器對提高除塵效果優于國產控制器。

2 改造方案介紹

通過近一年的調整試驗，在綜合采納專家組建議后，結合現場實際情況，確定最終電除塵器改造方案：進行擴容改造，在電除塵器出口增加2個有效長度為3 m的電場；電控系統采用EPIC Ⅱ型；進口煙道設置煙氣增濕系統，毋需進行引風機改造，投資成本相對較低。

為了避免煙道積灰、腐蝕，還做了以下考慮。

(1)增濕煙道底部設置集灰系統，把噴水后存積下來的灰排出煙道。

(2)噴嘴在煙道中的布置位置是能否保證煙道增濕正常運行的主要因素之一。噴嘴在噴水過程中產生的小水滴很難保證完全蒸發，如果落入灰斗，煙塵很容易凝結成塊而無法排出煙道。適當提高噴嘴位置，使小水滴在下落的過程中與高溫煙氣流充分接觸，使水滴完全蒸發。

(3)水噴入煙道后應有足夠蒸發時間是保證后續設備可靠運行的關鍵之一。提高垂直煙道高度，同時取消水平煙道，可消除后續煙道的積灰。

(4)每根煙道配6只雙相流霧化噴嘴，霧化粒徑小于80 μm，噴嘴順氣流方向安裝。增濕系統采用上位機按設定的控制模式進行自動控制。

(5)煤的含硫量較高，因此酸露點較高。控制煙道溫度在酸露點以上10℃，可減少煙道及電除塵器產生腐蝕的風險。對噴水附近煙道表面進行涂層處理。

根據這些考慮，對原煙道進行了徹底改造，3號爐煙道增濕系統原理及結構布置位置見圖1。

3 改造調試與測試結果

首先對增濕系統進行了冷態調試，調試內容有：①水泵的調試；②噴霧水路檢查；③電磁流量計檢查；④氣路系統檢查；⑤儲氣罐進口自力式調節閥的調節；⑥噴嘴霧化效果檢查。然后進行熱態調試，熱態調試分手動調試和自動調試，手動調試通過上位機手動設定增濕水量，使加水量從1.0～7.0 t/h，每0.5t/h逐漸增加。同時，觀察溫度變化、電除塵器出口濁度變化，電除塵器二次電壓變化等情況。自動調試是根據手動狀態下增濕系統運行的數據對系統參數進行修正，通過進出口溫度、煙氣流量進行系統的自動控制。

通過調試，增濕系統能按設定溫度穩定運行，電除塵器二次電壓有普遍上升，電除塵器出口煙氣濁度有所下降，噴嘴霧化達到設計要求。采用EPIC Ⅱ控制器后的電控系統也進行了優化調試，不同的控制模式對出口煙塵的排放影響較大。

穩定運行1個月后，測試單位對3號爐電除塵系統進行了效率測試。測試結果為：在鍋爐負荷為300 MW時，1號除塵系統效率99.78%，出口煙塵濃度45.5 mg/m3；2號除塵系統效率99.76%，煙塵排放濃度48.5 mg/m3。

4 結語

采用噴水調質和改造電控系統對除塵效率有較大影響；改造后除塵效率達到99.77%以上，通過后面環保設備的處理，滿足超低排放要求。此項目成功應用為電除塵提效改造提供了一種經濟有效的新思路。煙氣增濕能明顯改善電除塵器的運行參數，提高除塵器收塵效率，在該電廠煙塵特性下更顯突出。