低低温电除尘器灰斗蒸汽加热改造节能计算

杨浩,杜佳棋,俞晶,卢星宇

（杭州天明环保工程有限公司，杭州 310018）

低低温电除尘器灰斗蒸汽加热改造节能计算

杨浩,杜佳棋,俞晶,卢星宇

（杭州天明环保工程有限公司，杭州 310018）

灰斗堵灰是静电除尘器停运的主要原因之一，过去使用较多的是电加热，现随着低低温电除尘器技术的推广运用，灰斗加热采用蒸汽加热凸显出更多优势。文中对灰斗电加热与蒸汽加热两种方式进行了对比计算分析，计算表明灰斗采用蒸汽加热有更好的节能效果。

低低温电除尘器；蒸汽加热；节能

0 引 言

随着对“以低低温电除尘器技术为核心的烟气协同治理技术路线”的研究，低低温电除尘器已在业内得到推广，由于除尘器入口烟气温度降低（一般为90℃），烟气粉尘的黏性变大，为了保证灰斗卸灰顺畅，在灰斗设计中一方面需考虑较大的卸灰角度，并在灰斗四角设置圆弧板；另一方面，为防止灰斗内灰板结，要求灰斗有良好保温，充分保证灰斗中结灰温度在烟气露点以上20℃左右，防止灰尘结露黏结而发生堵灰的现象。目前电除尘器的灰斗大多数采用电加热的方式，需要消耗大量的电能。电能是高品质的能源，如果用电厂辅助蒸汽热能来代替电能，将取得良好的节能效果。

文中提出将灰斗电加热改造为蒸汽加热，介绍了其设计方案、相关计算，并对两种加热方式进行了分析对比。比较结果表明电除尘器灰斗蒸汽加热方式有较好的加热效果，并减少了电除尘器的电耗，能起到了节能减排的作用。

1 设计方案的确定

本设计方案是针对于某电厂一台660 MW机组进行灰斗加热方式的改造，拆除原灰斗电加热系统，重新铺设蒸汽盘管，保持灰斗壁温不低于120℃，相关参数见表1。

表1 参数表

在蒸汽加热系统中，利用的热量主要是饱和蒸汽的热能，在计算时按照0.9 MPa的饱和蒸汽来考虑，0.9 MPa的蒸汽的饱和温度为175.35℃，汽化潜热为2030.7 kJ/kg。

根据要求，确定了总体的设计方案：首先每炉设1根总管从汽源点取汽，在电除尘器下分4路支管进入每个电场，再从支管将蒸汽引入每个灰斗，每个灰斗进出口均设隔离阀方便检修，灰斗蒸汽加热系统图如图1所示。

图1 灰斗蒸汽加热系统图

2 基本参数的确定

2.1 所需热量Q的计算

保持灰斗壁温不低于120℃所需热量简化为两部分:向除尘器内部的散热Qa、向外部环境的散热Qb。

2.1.1 内部散热量Qa的计算

根据对流给热方程式可知，Qa可按下式进行计算：

式中：A为灰斗表面积，m2；ΔT为除尘器内部环境与灰斗壁温差，K；at为对流给热系数，W/(m2·K)。

其中at=8.1+0.045×ΔT，则at=9.45 W/(m2·K)。

根据表1，已知灰斗的总表面积为99 m2，即A=99 m2；灰斗壁温为120℃，除尘器内部环境温度取入口烟气温度，即90℃，故ΔT=30 K，代入式（1）中可以得到

2.1.2 外部散热量Qb的计算

根据对流给热方程式可知，Qb可按下式进行计算：

式中：ΔT1为蒸汽盘管与外部环境的温差，K；K2为热损失的传热系数，W/(m2·K)。

其中蒸汽盘管的温度取0.9 MPa压力下的饱和温度，即175.35℃，外部环境温度为25℃，故ΔT1=150.35 K。

而K2则由下述计算公式计算得到：

式中：a1为蒸汽盘管至保温隔热层的散热系数，由于盘管的辐射传热系数较大，故1/a1可忽略；δ为保温层厚度，m；λ为保温材料的导热系数，W/（m·K）；a2为保温隔热层表面至周围空气的给热系数[2]。

根据表1，灰斗保温层的厚度为100 mm，低低温除尘器保温材料一般采用硅酸铝毯，其导热系数为0.044 W/（m·K）。

a2由下述计算公式计算得到：

式中，W为环境风速，m/s。

2.1.3 总热量Q的计算

理论总热量Q=Qa+Qb=28066.5W+6402W=34468.5W。

2.2 蒸汽加热系统耗气量计算

蒸汽耗量可根据下式进行计算：

式中，r为蒸汽潜热，kJ/kg。

将r=2030.7 kJ/kg代入式（5），计算得单个灰斗蒸汽耗量为61.1 kg/h，则单台机组电除尘器灰斗蒸汽加热耗气量约为2 t/h。

3 计算分析

3.1 能耗计算

根据以上计算，保持灰斗壁温在120℃时，单个灰斗所需功率为34.5kW，则单台机组灰斗电加热功率为1104kW。

蒸汽的发电能力按其在低压缸继续做功所能产生的最大功率计算，考虑3%的各种机电损失，即为折算电功率。蒸汽压力为0.9 MPa，温度380℃，焓值为3222 kJ/kg。一般凝汽式汽轮机排汽压力取为0.004～0.006 MPa，取0.005 MPa，则末级乏汽的焓值为2564 kJ/kg，。则1 t/h的蒸汽折算电功率为182.8 kW。根据上述计算可知，单台机组耗气量约为2 t/h，故蒸汽折算电功率为365.6 kW。

电除尘器灰斗电加热改造为蒸汽加热，单台机组节电率达到66.88%，考虑电除尘器每年运行7500 h，则年节电约为553.8×104kW·h。

如果电价成本按0.4元/（kW·h）计算，将该除尘器的灰斗加热改造为蒸汽加热，可节电效益为221.5万元/年。

3.2 维护成本

由于灰斗的加热器和电源线都是埋在灰斗保温层中，电源线绝缘老化速度快，每年机组大小修时都要更换，检修维修工作量很大，十分不便，且费工费料[3]，而蒸汽加热装置是在灰斗外壁面铺设盘管，其的使用寿命数倍于电加热装置，正常运行中无需维护，使用成本低。

3.3 除尘设备性能

性能稳定的灰斗加热装置一方面保证除尘器系统安全运行，另一方面提高电除尘输灰系统运行的可靠性。相对于灰斗电加热设备，蒸汽加热系统的稳定性更强，故障率更低。

3.4 总结分析

根据上面的计算分析，可得出表2。

表2 灰斗电加热与蒸汽加热比较

用蒸汽加热代替原来的电加热，其热量的来源是电厂辅助蒸汽的热能，能节省大量的电能，降低能耗；同时，系统的可靠性好，使用寿命长，减少维护工作量，使成本明显降低。此外，系统本身的稳定性较强，不会影响除尘设备的性能，对比电加热的方式，从某种意义上讲是提高了除尘设备的性能，这对节能减排有着重要意义[4]。

4 结论

电除尘器灰斗加热装置是防止灰斗结灰堵塞的一个重要设备，灰斗能正常地储灰和出灰是保证除尘器正常运行的前提，采用合适的加热方式可大大降低用电率，减少成本。低低温除尘器灰斗加热采用蒸汽加热比电加热相比有明显的优点：1）采用电厂辅助蒸汽的热能，因而能降低厂用电率；2）由于蒸汽加热元件是盘管，无线路，其使用寿命数倍于电加热设备，维护运行成本较低。

[1] 赵海宝,郦建国,何毓忠,等.低低温电除尘关键技术研究与应用[J].中国电力,2014,47(10):117-121.

[2] 隔热、保温类型的选用:HG/T20570.11-95[S].

[3] 高建忠.电厂电除尘灰斗加热器改造[J].动力与电气工程,2013(28):94-95.

[4] 马果骏.灰斗电加热器的设计与使用[J].电力环境保护,1996(1):5-9.

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1002－2333（2018）01－0143－02

（编辑启 迪）

杨浩（1992—），女，助理工程师，从事电除尘器技术支持工作。

2017-03-28