燃煤电厂电除尘器达标提效技术研究与应用

路明

摘 要：文章通过对静电除尘技术理论分析，结合永城煤电控股有限公司热电厂电除尘具体情况，以同类型电除尘为研究对象，在只采用静电除尘技术的前提下，适当增加电场数量和比集尘面积，综合运用静电除尘各项新技术，最大限度发挥各技术优点，可最终实现烟尘达到国家环保排放标准，为同类型电除尘器达标提效研究和应用提供借鉴和参考。

关键词：静电除尘；微分高效电场；提效

中图分类号：X701.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）24-0046-02

煤炭是我国的主要一次能源，据统计，2011年全国煤炭总消耗量约35亿吨，其中约50%用于燃煤电厂。煤炭的直接燃烧将产生大量烟尘，烟尘污染及雾霾问题已十分严峻，为遏制和治理日益严重的环境污染问题，近年来，国家相继修订了新《环保法》、《火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）》（以下简称《标准》）等一系列法律和标准，新《环保法》对环境保护工作提出了更高的要求，新《标准》对烟尘等污染因子的排放提出更加严格的要求，新《标准》中明确规定，自2014年7月1日起，现有火力发电锅炉及燃气轮机组执行：烟尘排放质量浓度不大于30 mg/m3。若单纯的采用常规电除尘器，已无法到达标排放。

1 国内外燃煤锅炉电除尘器应用现状

国外燃煤锅炉电除尘器的基本现状。美国应用电除尘器比例约占80%，欧盟约占85%，在日本则绝大部分采用电除尘器。欧美等西方国家经电除尘器处理后烟尘排放浓度普遍在30 mg/m3以下。欧洲暖通空调协会联盟组织认为：“干式电除尘器的排放在（10～20） mg/m3是比较平常的事情，而且还可以保证降到 5 mg/m3的极限值”。

国内燃煤锅炉电除尘器的应用现状。到目前为止，我国已投产燃煤电厂绝大部分采用电除尘器，约占火电装机容量的90%～95%（近似值）。

当前先进的电除尘器技术研究的方向，主要是围绕提高后级电场除尘效率、捕集细微烟尘、克服反电晕、达到极低排放要求的本体创新和新型电源开发。

2 电除尘实现达标排放的可行性

静电除尘技术基本原理：静电除尘是在两个曲率半径相差较大的金属阳极和阴极上，通过高压直流电，维持一个足以使气体电离的静电场，气体电离后所产生的电子：阴离子和阳离子，吸附在通过电场的粉尘上，使粉尘获得电荷。荷电极性不同的粉尘在电场力的作用下，分别向不同极性的电极运动，沉积在电极上，而达到粉尘和气体分离的目的。

多依奇效率公式：

η为电除尘器的效率（%）；A为电除尘器的比收尘面积（m2）；Q为电除尘器的处理烟气量？ （m3/s）；ω为带电粒子在电场中的驱进速度（m2/s）。

从式中可以看出，当电除尘器的处理烟气量Q一定时，收尘效率η与尘粒驱进速度ω及比收尘面积A成正比。据有关资料显示，燃煤性质（成分、挥发分、发热量、灰熔融性等）、飞灰性质（成分、粒径、密度、比电阻、粘附性等）、烟气成分等工况条件都是电除尘器性能的重要影响因素，这些因素直接影响电除尘器表观驱进速度ωk值的大小，ωk值是评价电除尘器对烟尘的收尘难易程度的重要数据，见表1。

据有关统计，对国内100套300 MW以上机组配套电除尘器进行测试，对于我国多数的煤种，在适当增加电场数量和比集尘面积的情况下，达到30 mg/Nm3的低排放是完全可以实现的。

3 永煤热电厂电除尘器现状分析

针对目前形势，对提高电除尘器工作效率技术进行研究和应用，大力发展高效电除尘器已势在必行， 现以永城煤电控股有限公司热电厂3#电除尘器提效工作和成效为实例进行探讨。

永城煤电控股有限公司热电厂3#电除尘器型号：IFAA3×40M-1×88-120，系浙江菲达环保科技股份有限公司生产，2001年5月投运，至提效技改前，电除尘本体及电源存在着不同程度的磨损和老化，除尘效果已无法达到新《标准》排放要求。3#电除尘器存在的主要问题有以下几方面。

3.1 本体机械方面

进出口烟道及膨胀节：因磨损和腐蚀，孔洞较多，严重漏风；

均流板：第一层均流板磨损严重，造成1#电场内烟气分布不均；

阳极板：部分阳极板存在不同程度的变形，同极间距未达到标准要求，阳极板下部磨损和锈蚀严重；

d阴极线：低温腐蚀造成阴极线断线和芒刺脱落，3#电场尤甚，1#2#电场次之；

振打系统：阴阳极振打系统磨损严重，振打锤脱落，振打轴断等问题时有发生；

灰斗：磨损严重，附属部件气化板、加热器均损坏，下灰不畅，经常出现灰斗满灰。

3.2 电源方面

采用单相可控硅电源，工作原理上的缺陷已越来越满足不了当今环保排放标准要求，存在着：波形脉动大，输出平均电压低，除尘效率低；功率因数低，电能转换效率低；不平衡供电等缺陷。

3.3 其他方面

电除尘入口烟气温度较高，约160 ℃；由于锅炉掺烧煤泥，烟气湿度大；锅炉磨损严重，受热面经常泄漏。

4 为达标提效采取的主要措施

根据上述理论分析，结合永城煤电控股有限公司热电厂3#电除尘具体情况，以同类型电除尘器为研究对象，通过可行性研究和分析，采用电改电除尘的方案，在适当增加电场数量和比集尘面积的情况下，综合利用电除尘新技术，将三相高压硅整流电源、高频开关电源、三电极管极式电场与微分高效电场新技术等相结合，灵活运用，扬长避短，最大限度发挥各技术优点，最终实现烟尘30 mg/m3达标排放，对提高电改电除尘的可行性研究和应用方面有着重要意义。

经过分析可知，要想提高电场除尘效率，应从以下几个方面改善原来电除尘器的结构。

4.1 增加收尘极面积

末级电场后部空间允许的情况下，增加电场个数或电场高度，提高电场收尘极面积，确保比收尘极面积达到标准要求。

采用的方案：在3#电场后部新增加2个电场，其中4#电场采用管状收尘极，长度和宽度尺寸相同的收尘极，管极式的收尘面积比板极式收尘面积大30%以上，同时采用的第三辅助电极，相应的增加了总收尘面积；5#电场采用的是微分除尘器，长度和宽度尺寸相同的收尘极，微分除尘器的收尘面积是板极式收尘面积大2.6倍。

4.2 更换高压供电装置

常规单相可控硅整流电源存在着：波形脉动大，输出平均电压低，除尘效率低；功率因数低，电能转换效率低；不平衡供电等缺陷，可更换为输出的平均电压高；三相平衡供电；电能转换效率高（大于等于87%），功率因数高的三相高压电源或高频电源。

采用的方案：综合分析三相高压电源与高频电源，最终采用1#、2#、3#、4#电场采用三相高压电源，5#电场采用高频电源。

4.3 降低收尘时的气流速度，减少气流对烟尘颗粒的作用

采用的方案：5#电场采用微分电除尘器，该除尘器能有效降低气流风速，改善收尘条件，增大阳极收尘面积，抑制振打二次扬尘等优点。

4.4 解决阴极线断线问题，避免因短路造成电场停运

采用的方案：阴极线全部采用不锈钢材质（1Cr18Ni9Ti），并采用阴极线防断线技术，有效的降低了因振打磨损、低温腐蚀造成阴极线断线，电场停运的几率。

4.5 尾级电场采用电除尘新技术，提高细颗粒收尘效率

5#电场（即尾级电场）采用不同于现有常规电除尘器的新技术——微分高效电除尘技术。

4.5.1 微分高效电场

一方面将原来的收尘板改为与收尘极排主平面相垂直的格栅板式结构；另一方面在相邻收尘极间，分别在进气口和出气口两端交错用钢板封闭，为得到更好的气流分布，将安置成与除尘器中心轴线呈一定角度，在通道口部形成喇叭口，有利于电场高电压运行从而获得尽可能大的电晕区，保证放电量使烟尘颗粒充分荷电，同时又防止电场被击穿产生闪络，电晕极（阴极排）也相应的旋转一定的角度，保证与阳排平行分布，从而把阳极排设计成三角形框架结构。

4.5.2 技术关键点和创新点

①超低风速收尘技术。该电场气流速度仅0.139 m/s，远低于常规电场1 m/s气流速度。

②改善收尘条件。该电场具有极强静电力（为普通电场的64倍）和较小的格栅板（收尘极）间距，并且气流方向与电场作用方向一致，可最大限度的提高收尘效率。

③增大收尘极收尘面积。由于采用了与阳极排主平面相垂直的格栅板式结构，截面积及电场长度一定的情况下，该电场收尘极面积是板极式电场的2.6倍。

④有效抑制振打二次扬尘。通过降低风速，有效减小气流对被吸附烟尘颗粒的作用力，避免被吸附烟尘颗粒的二次逃逸。

5 应用效果和效益

永城煤电控股有限公司热电厂3#电除尘经提效技改，调试后运行稳定，各项指标和参数均达到设计要求，经永城市环保局监测站现场监测，监测结果分别为29.2 mg/Nm3和25.4 mg/Nm3（折算到氧量为6%的折算值），达到设计要求和排放标准。

5.1 减排效益

永城煤电控股有限公司热电厂3#电除尘器达标提效成功实施，大幅降低了锅炉烟尘排放量，减排效益明显，经估算：每年减排烟尘量：（130-27）×10-9×150 000×7 000=136.815 t。

5.2 环保效益

电除尘器提效达标后，降低了烟尘排放，减小了企业生产对环境的不利影响，有效改善了热电厂职工的工作、生活环境及永城市北郊周边居民的环境质量，增进了企业与周边群众的和谐相处关系，产生了巨大的社会效益。

6 结 语

通过大量理论分析、技术论证及参考国内外相关技术发展水平的基础上，对永城煤电控股有限公司热电厂3#电除尘器进行达标提效研究和应用，彻底解决了其运行效率低，无法达标排放等问题，同时也为同类型电除尘达标提效研究和应用提供借鉴和参考。

参考文献：

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[2] 陈东林，吴康，曾稀.燃煤锅炉烟气除尘技术的现状及进展[J].环境工程，2014，（9）.

[3] 龚立贤.火力发电厂采用电除尘器情况综述[J].热机技术，2001，（4）.