淺析超凈電袋復合除塵器的節能措施

黃大釗

(福建龍凈環保股份有限公司 國家環境保護電力工業煙塵治理工程技術中心，福建 龍巖 364000）

1 超凈電袋復合除塵器的節能措施

1.1 利用先進的計算流體動力學（CFD）的模擬技術，優化氣流分布，以提高除塵效率、降低運行阻力

除塵器內部氣流分布情況是影響超凈電袋復合除塵器性能的關鍵因素。電區氣流不均布造成粉塵顆粒荷電不均勻，容易產生粉塵的二次飛揚，從而降低除塵效率；袋區氣流不均布，集中氣流長期沖刷局部濾袋，導致濾袋破損，粉塵排放濃度迅速升高[1]。

一直以來，除塵器內部氣流的分布都是一個難題，隨著科技的不斷進步，福建某公司發明了電袋復合除塵器氣流均布優化設計方法CFD 模擬技術，通過對縮小的物理模型和數值模型實驗結果進行對比和分析，確定超凈電袋復合除塵器CFD 計算中湍流模型[2,3]、邊界條件等參數的選取和設定，為實際工程的全尺寸CFD 計算提供依據，確保CFD 計算的準確性和可靠性；通過對預熱器出口煙道至除塵器入口1 ∶ 1 單獨建模，合理布置導流板位置及形式，使進入每個除塵器入口的煙氣量相對均勻；通過對除塵器及內部結構1 ∶ 1 單獨建模，調整進口喇叭內部的孔板位置、開孔率、導流板角度及位置等，使進入電區前的氣流分布均勻，提高除塵效率；通過對預熱器出口煙道至引風機入口煙道1 ∶ 1 整體建模（見圖1），采用調整煙道導流板、提升閥高度、局部增設導流板等多種措施，降低本體固有阻力；通過整體建模，模擬多維進風，確保最佳的進風比例，使進入每個濾袋的煙氣量都比較均勻，使氣流分布的相對均方根誤差小于0.2，有利于減少粉塵排放、降低除塵器阻力以及延長濾袋壽命。

圖1 全尺寸1 ∶ 1 電袋CFD 數值模擬圖

1.2 采用“618 耦合技術”合理分配電區和袋區能耗

“618 耦合技術”是超凈電袋復合除塵技術的重大創新之一。0.618 是幾何形狀中的黃金分割比例，擁有最合理的結構比例和最佳的視覺美感。“618 耦合技術”是指超凈電袋電場區、濾袋區在滿足工況要求時的最佳匹配關系，該技術是在總結大量實驗數據與工程經驗的基礎上獨創的系統選型技術。

超凈電袋的“618 耦合技術”主要體現在以下三個方面：

（1）濃度效率耦合。綜合考慮具體項目的煤種、爐型、煙塵等工況條件，合理設計選型，使濃度與效率之間為最佳耦合，確保技術性能與經濟性能均為最佳。

（2）粒徑分級耦合。通過控制各種顆粒的比例變化，降低進入濾袋區的粗顆粒比例，避免粗顆粒磨蝕濾袋，延長了濾袋的使用壽命，同時降低了袋區入口粉塵濃度，前級電場荷電可促進微粒凝并，提高粉塵過濾性能。

（3）電區與袋區科學匹配耦合。合理設計電區與袋區的系統參數，可實現理想的除塵效率，也大大提高了其經濟性。

超凈電袋由電區和袋區有機復合而成，電區能耗主要來自陰極供電電源及陽極振打電源，袋區能耗主要來自清灰系統，采用的也是電能，通過“618 耦合技術”可以合理選擇電區集塵面積及袋區過濾面積，達到合理分配電區和袋區能耗的目的。

1.3 采用高效節能的高頻電源

常規電源輸入到電除塵器電場的電壓紋波較大（通常為20%—30%），所以其平均值和峰值有20%—30%的差別，對于需要較大電流的中比電阻粉塵前級電場來說略有不足。此外，常規電源的功率因數和效率相對較低。高頻電源與常規電源相比性能優異，具有輸出紋波小、平均電壓電流高、轉換效率與功率因數高、對電網影響小、設備成套一體化等多項顯著優點。高頻電源、三相電源、工頻電源對比情況見表1。

表1 高頻電源、三相電源、工頻電源對比情況

高頻電源在純直流供電條件下，可以在逼近電除塵器的擊穿電壓下穩定工作，同常規的工頻電源相比，高頻電源紋波系數小于3%，在直流供電時它的二次電壓波形幾乎為一條直線，提供了幾乎無波動的直流輸出，使其供給電場內的平均電壓比工頻電源供給的電壓提高25%—30%。一般純直流方式應用于電除塵器的前電場，電暈電流可以提高1 倍，粉塵排放降低30%—50%。高頻電源與常規電源供電輸出對比情況見圖2。

圖2 高頻電源與常規電源供電輸出對比情況圖

基于高頻開關技術的高頻電源是一個與線路頻率無關的可變脈動電源，能給除塵器提供各種電壓波形，從而可針對特定的工況匹配最佳的電壓波形，提高除塵效率。與工頻50/60Hz 高壓電源相比，高頻電源純直流供電時的輸出電壓紋波通常較小，遠小于工頻電源的紋波百分比，其閃絡電壓高，運行平均電壓是工頻電源的1 倍多，運行電流是工頻電源的數倍，在同樣的電場里，能夠輸入更多的功率，從而有效提高收塵效率。高頻電源間歇供電時可有效抑制反電暈現象，實現保效節能，特別適用于高比電阻粉塵工況。

1.4 采用綜合性能更加優良的金屬濾袋

金屬濾袋由微米級絲徑的合金纖維經過無紡鋪制后燒結而成，袋身為網狀結構，金屬纖維分三層，各層的金屬纖維直徑均不同，三維孔隙分布均勻，其特點是孔隙率高、透氣性好、過濾阻力低、過濾精度高。此結構簡單、緊湊、合理，具有除塵效果好、耐高溫、易清灰、能耗少、使用壽命長等優點[4,5]。

直通式凈氣室結構超凈電袋金屬濾袋運用項目阻力情況見表2、直通式凈氣室結構超凈電袋化纖濾袋運用項目阻力情況見表3。表2、表3 所列項目均為直通式凈氣室結構超凈電袋，除塵器鋼結構的固有阻力基本相同，測點位置分別在除塵器進口、出口靠近法蘭處，金屬濾袋項目平均阻力為259.75Pa，常規化纖濾袋項目平均阻力為654.5Pa。從以上數據可看出，金屬濾袋確實比常規化纖濾袋運行阻力低，節能效果明顯。

表2 直通式凈氣室結構超凈電袋金屬濾袋運用項目阻力情況

表3 直通式凈氣室結構超凈電袋化纖濾袋運用項目阻力情況

2 結論與建議

超凈電袋復合除塵器采用多種提效節能減排措施，包括CFD 模擬技術、耦合技術、高頻開關技術、金屬濾料等，極大提升了超凈電袋的競爭力。超凈電袋復合除塵器不受煤質、飛灰成分變化影響，適用于我國大多數煤種，尤其對高灰分、高硅、高鋁、高比電阻、低鈉的劣質煤種適應性強，具有可長期穩定保持超低排放、運行阻力低、濾袋使用壽命長、能耗低等優點[6]。超凈電袋作為一次除塵而不依賴其他二次除塵的技術路線，已被我國列入《火電廠污染防治可行技術指南》，作為超低排放技術路線之一，必將得到大力的推廣和應用。