新型转动极板电除尘器改造分析及应用

董云先

（华电国际电力股份有限公司莱城发电厂，山东 莱芜 271100）

0 引言

国家近期出台的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223—2011），已将烟尘排放标准降低到30mg/m3以下，重点地区要求低于20 mg/m3。国内前期常规设计的电除尘器一般运行一段时间后出口浓度达到70～100 mg/m3已是较为理想的水平。为达到更低的粉尘排放值，必须在原有基础上进一步提高除尘效率，继续采用原有技术进行改造，意味着增加更多的电场数量、设计更大的比集尘面积，投资较大且可能受到场地限制；若将电除尘器改造为袋式除尘器或电袋复合除尘器，虽然可以保证达标排放，但一般需要更换引风机及相关设备，改造成本较大，并且运行维护费用明显增加，同时处理废袋带来新的环保问题。莱城发电厂2012年采用了一种新型转动极板电除尘技术对3号机组电除尘器进行了技术改造，较好的规避了以上两种除尘器的固有缺陷，显著提高了除尘效率，将烟尘浓度降低到了较为理想的水平。

1 原电除尘器的结构及运行情况

电除尘器由机械本体系统和供电系统两大部分组成。莱城电厂3号机组容量300 MW，电除尘器的本体结构主要包括收尘极系统、电晕极系统、壳体系统、烟箱系统和储卸灰系统等五部分，设置双室三电场；供电控制系统是由中央控制器、高压供电设备、低压控制设备和各种检测设备组成的集散型智能控制系统，可实现对电除尘器运行过程进行集中监视、操作、管理和闭环控制。 本电除尘器原设计除尘效率为 99.15%，2002年投产运行，2012年改造前试验测量满负荷工况下出口烟尘浓度达400 mg/m3。

该电除尘器的工作过程。含尘气体从进气烟箱分两侧进入电场，烟箱与电除尘器本体采用“喇叭口”方式连接，烟气经过喇叭口内气流分布板的3次梳理，均匀地进入电场。喇叭口横断面急剧扩大，使气流速度迅速降低，一些较重的尘粒便因失速沉降落入灰斗。进入电场的含尘气体在高压静电作用下使尘粒电离带电荷后，在电场力的作用下向极板方向运动，达到极板后，黏附在除尘器极板的板面上，形成灰尘积聚物，然后由振打装置敲击极板，对灰尘积聚物产生冲击力，使其脱落进入底部灰斗被排除，净化后的气体从除尘器后部烟道排出，达到净化烟气的目的。

2 影响电除尘器性能的因素

影响电除尘器性能的因素很多，可以大致归纳为粉尘特性、烟气性质、本体结构及参数、供电控制质量。

2.1 粉尘特性

粉尘导电性能使用粉尘比电阻来衡量，它对电除尘器性能的影响最为突出。 若粉尘比电阻小于104Ω·cm时，则粉尘在收尘极板上会产生跳跃现象。若粉尘的比电阻超过临界值5×1010Ω·cm时，则电晕电流通过粉尘层就会受到限制，这将影响到粉尘粒子的荷电量、荷电率和电场强度等，严重时会产生反电晕现象，最终将导致除尘效率大幅度下降。

2.2 烟气性质

烟气的温度和压力对电除尘器的起始电晕电压、起始电场强度、空间电荷密度和离子的迁移率等都有影响。温度和压力对电除尘器性能的影响可以通过烟气密度的变化来进行分析，影响电晕始发电压、起晕时电晕极表面的电场强度、电晕极附近的空间电荷密度和分子离子的有效迁移率等。温度和压力对电除尘器性能的某些影响可以通过气密度的变化来进行分析。

2.3 本体结构参数

从降低电除尘器的造价和减少占地面积的观点出发，应该尽量提高电场风速，以缩小电除尘器的体积。但电场风速过高，也容易使已经沉积在收尘极的粉尘层产生二次飞扬，特别是在电极进行振打清灰时更容易产生二次扬尘。 随着电场风速增大，除尘效率会相应降低。

2.4 供电控制质量

粉尘驱进速度与电场强度的平方成正比，它是把电除尘器性能与电能联系起来的基本参数。粉尘驱进速度对于电气操作条件的反应很敏感，对于有用的电晕功率输入的反应也很敏感。

3 转动极板电除尘器结构及特点

3.1 转动极板电除尘器结构

为了提高静电除尘器的收尘性能，通常采用一些技术手段，如提高或降低烟气温度来改变粉尘的比电阻值、对烟气进行调质处理、对燃料进行必要的混合处理、改变除尘器供电方式等手段，所有这些方法起到一些改善作用，不能根本地解决问题，而转动极板静电除尘器相比较而言是当前解决该问题更为有效的途径。

图1是一台三电场转动极板电除尘器的结构示意图，图2是转动极板和旋转刷的传动示意图。如图1所示，转动极板一般设在电除尘器末级电场，极板平行烟气布置。 在转动极板静电除尘器中，由于收尘极板是上下转动的，而极板清灰是靠灰斗内的旋转电刷进行刷除，并且灰斗区域为不带电区域，极板的清灰彻底而干净，极板上没有粉尘的堆积，可有效避免反电晕现象的发生，所以转动极板静电除尘器能够高效收集高比电阻粉尘。同时由于极板的清灰刷位于灰斗内部，在烟气流经的范围之外，所以清灰刷清除下来的粉尘直接落入灰斗内部，不会再被气流带出电场形成二次飞扬。

转动极板电除尘器的工作原理与传统电除尘器一样，仍然是依靠静电力来收集粉尘。 来自高压直流电源的高电压施加到电晕线上，电晕线产生电晕放电，流经电场的烟气中的粉尘荷电后，在电场力作用下，被收集到极板上。 当极板转动到电场下端的灰斗时，清灰刷在远离气流的位置把板面的粉尘刷除。

图1 转动电极式电除尘器结构

图2 转动极板和旋转刷传动示意图

3.2 转动极板电除尘器特点

转动极板电除尘技术，是将传统电除尘器末电场的阳极板改造成可以转动的形式，并把传统的振打清灰方式改造成旋转刷清灰。

可有效消除二次杨尘的发生。常规静电除尘器采用的撞击振打清灰方式，不可避免会产生二次杨尘，这是限制除尘器效率提升的重要因素，二次扬尘量约占排放总量的70%左右。

转动极板系统一般设在电除尘器末级电场，极板平行烟气布置，链条传动。极板清灰不是依靠振打，而是凭借设置在极板下端的清灰刷在远离气流的位置对板面的粘灰实行刷除，被刷除的粉尘直接落入灰斗，可以有效地避免发生二次扬尘。

可有效消除反电晕发生。常规电除尘器难以有效克服由于反电晕所造成的功能损失，高比电阻粉尘被吸附到极板上以后释放电荷比较困难。当积尘达到了一定厚度，就会形成电位差建立粉尘层电场，当粉尘层电场足以将尘层气隙击穿时，发生反电晕。反电晕现象导致电场空间负电荷极大减少，运行电压降低，除尘效率急剧下降。采用转动极板技术后，由于清灰彻底，极板表面洁净，加上末级电场的灰量较少，在同一极板两次刷灰的时间间隔里，极板表面不会形成连续的粉尘层，便彻底消除了由于气隙击穿所引发的反电晕，有效改善收尘环境，这对提高除尘效率同样起到了决定性作用。

可有效消除极板沾灰造成的效率下降。作为常规静电除尘器，新建和经过大修后的除尘器在开始投运时收尘效果都非常好，但经过一段时间后，收尘效率会大幅下降，其主要原因是由常规电除尘器难以有效克服由极板粘灰所造成的功能损失。荷电粉尘到达极板后，由于静电吸附力，粉尘成分化学粘合力，和粉尘表面范德华力等多重作用，使粉尘颗粒发生凝聚并粘附在极板上，当清灰不力时，将造成极板粘灰，严重的粘灰会极大地妨害电场正常收尘。而转动极板系统将可以始终保持极板清洁，改善收尘环境，提高收尘效率。

可有效消除电场中气流紊流现象发生。常规静电除尘器阳极为垂直悬挂，为增加强度，一般设计成C型板结构，当气流通过时在靠近极板侧会产生局部较强的紊流现象，在一定程度上影响粉尘颗粒快速趋极。 转动极板除尘器的阳极为双面平滑设计，水平布置，在极板侧不会发生扰动性紊流，保证荷电粉尘快速趋极。

4 改造方案及应用

2012年采用转动极板电除尘技术对3号机组电除尘器进行优化改造。

1）在原三电场之后新增一个转动电极电场，形成四个电场的电除尘器。

2）对原一、二、三电场的阴阳极系统进行检修改造，更换全部阴极线，对阳极板进行整形、除锈，更新所有振打装置，更换气流分布板。

3）对第一电场电源进行改造，更换为4台高频电源，提升电源质量。

4）原一、二、三电场的高压控制柜现场升级改造成先进的ARM+DSP双32位中央处理器的除尘器智能高低压一体控制器，具备各种条件下的先进控制方式。

改造优化后的3号机组电除尘器经检测除尘效果达到99.88%，提高显著，改造前后机组满负荷下电除尘性能提升显著。改造前后机组满负荷下电除尘器性能对比见表1。

表1 改造前后机组满负荷下电除尘器性能对比

5 结语

实施效果证明，转动极板电除尘器具有理想的除尘效果，同时在相同除尘效率的条件下具有投资低、施工工程量小等优势，特别是配备石灰石-石膏湿法脱硫的燃煤机组，烟尘排放浓度能够满足国家最新环保要求，具有较高推广价值。

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