電除塵器節能改造方案及性能試驗分析

董繼陽 林 鑫

江西金德鉛業股份有限公司 江西 德興 334200

電除塵器作為現代工業企業收集和過濾粉塵、提高煙氣排放標準的常用設備,在實際運行中除了要求具備較高的除塵效率外,基于運行經濟性方面考慮,還必須控制其耗電量。因此,開展電除塵器的節能改造,有助于實現環境保護與成本控制的一致性。目前常見的改造思路主要有兩種,其一是從設備本體出發,包括降低電廠煙氣流速、增大比集塵面積等措施,通過改造達到節能效益;其二是從電氣系統出發,包括使用中頻電源代替工頻電源,或者采用高低壓一體控制系統等。

1 電除塵器節能改造方案

1.1 電除塵器基本情況

某冶煉廠1#和2#閃射爐分別配備一臺雙室三電場靜電除塵器,設計除塵效率在99.6%以上,基本參數如表1所示。正常情況下,該電除塵器的耗電量為機組總容量的0.2-0.5%之間。投入運行8年后,出現了除塵效率降低、耗電量上升的情況,最高用電量達到了1526k W·h。為節約設備能耗,需要對該電除塵器進行節能改造。

1.2 電除塵器改造內容

1.2.1 本體改造

經檢查,因為投入使用年限較久,內部設備出現了比較嚴重的磨損、腐蝕等情況,以陽極板最為嚴重。腐蝕、磨損使得有效斷面積減少,從而導致除塵效率受到影響。因此,本體改造的內容之一,就是更換受到腐蝕、磨損的設備、構件。改造后,有效斷面積從185.5m2增加至257.0m2。電場煙氣流速也是影響電除塵器耗電量的重要因素。煙氣流速越快,單次除塵效率越低,為了達到除塵指標不得不進行二次循環,從而增加了電除塵器的運行時長,用電量上升。基于此,改造中將電場煙氣流速從1.41m/s降低至1.05m/s。除此之外,還將原來的雙室三電場結構,更改為雙室四電場結構,并增大了收塵面積和比集塵值。

1.2.2 電氣改造

為達到理想的節能效果,除了進行電除塵器的本體改造外,還對電氣系統進行了優化。主要內容有:

（1）將供電電源從原來的工頻電源替換成中頻電源。這是因為中頻電源具有功率比大、轉換效率和利用率高,波紋系數小等特點,可以適應不同的工況,保證電壓的穩定和持續供應,對降低因為電壓波動導致的能耗增加等問題有顯著作用。

（2）采用高低壓一體控制。改造前電除塵器用高壓控制電場、低壓控制配套設備,高、低壓控制系統相互獨立,不僅電氣系統復雜,增加維護難度,而且會增加功耗。改造后,采用高低壓一體和控制系統,以8051F040芯片作為CPU,同時還配備了自動穩壓、穩流裝置,保證高低壓自動切換,并且不會出現明顯的電壓、電流波動情況,能夠適應復雜、惡劣的環境。

（3）采用CAN總線接口,保證前端動作設備與終端控制芯片實現實時交互,提高了系統響應速度。

2 電除塵器節能改造的性能試驗

2.1 試驗儀器

按照上述方案完成電除塵器的本體和電氣系統改造后,還要通過試驗進一步驗證改造后的各項性能以及節能效果。性能試驗中所用儀器主要為自動煙氣測試儀,可實現自動采樣、智能分析,并將分析結果通過顯示器直觀呈現,簡化了試驗操作。其運行過程為:

將該儀器采樣管的管口置于煙道中,保證管口正對著氣流方向。采集樣品時,將采樣嘴打開,進氣5s后關閉,將含塵氣體收集之后,等待60s后,再進行第二次采樣。重復該步驟,采集3份氣體樣品。該儀器能夠根據煙塵重量和氣體體積,自動計算顆粒物的排放濃度和排放總量。

2.2 試驗方法與參數計算

試驗操作步驟如下:

（1）在實驗室環境下,取出自動煙塵測試儀內部的濾筒,檢查濾筒整潔、干燥后,稱量濾筒重量。然后將樣品裝入濾筒內部后,再次稱量。兩者之差即為樣品重量;

（2）確定測量點,并將儀器的采樣嘴分別放于各個采樣點上,獲取氣體樣品并測量煙氣溫度、濕度,以及煙氣動壓、靜壓。采樣點布置如圖1所示;

圖1 改造性能試驗的測點布置示意圖

（3）采用差量法計算電除塵器進出口的煙塵濃度。

其中,除塵效率（η）可通過以下公式計算:

式①中,qmin表示進口煙氣總質量流量,單位為kg/h;qmout表示出口煙塵總質量流量,單位為kg/h。

電除塵器出口粉塵濃度（c）可通過公式計算:

式②中,m表示粉塵重量,單位為mg;Vsnd表示樣品煙氣體積,單位為n L。

2.3 試驗數據分析

2.3.1 電除塵器的性能分析

在改造前,該電除塵器已經出現除塵效率下降的情況。設計除塵效率≥99.6%,但是實際除塵效率在99.47-95.82%之間波動。改造之后,電除塵器的除塵效率有了明顯提升,高于設計除塵標準。結合表1數據,1#爐在滿功率情況下,除塵效率最高達到了99.94%,在50%功率下除塵效率為99.90%;2#爐在滿功率狀態下,除塵效率為99.88%,50%功率下除塵效率為99.85%。

表1 不同功率下電除塵器的除塵效率及出口粉塵濃度

出口粉塵濃度是判斷排放煙氣是否達到環保標準的一個關鍵參數。參照表4數據,改造后的1#爐,在滿功率的情況下,出口粉塵濃度最低可達到18.47 mg/nm3,在50%功率情況下出口粉塵濃度稍高,最低為22.50 mg/nm3。2#爐的出口粉塵濃度稍高,在滿功率時最低為40.28 mg/nm3,在50%功率時為42.81 mg/nm3。

綜上,改造后電除塵器的除塵效率升高,在99.84-99.94%之間,高于設計標準;出口粉塵濃度降低,在18.47-45.01 mg/nm3之間,達到了相關標準規定的不超過50 mg/nm3的要求。

改造后的電除塵器在除塵性能上有了明顯改善。在此基礎上測量其節能效益。分別測量了A列和B列II室每小時的功耗,以及節電率,測量結果如表2所示。

表2 電除塵器的電能消耗對比

結合表2可知,1#爐電除塵器改造后節電率為28.7%;2#爐電除塵器節電率達到25.3%,節能效益良好。

結語

企業在貫徹落實環保要求的過程中,不僅要將煙氣排放中粉塵含量控制在標準以內,而且還要關注電除塵器運行期間的節能水平。以較低的成本投入,取得理想的除塵效果,是電除塵器改造的主要目標。通過增大有效斷面積、控制電場煙氣流速,以及引進高低壓一體化控制系統、使用中頻電源供電,能夠實現電除塵器除塵效率的提升和功耗的降低,具有推廣價值。