高炉煤气发电用湿式电除尘器的节能研究

2021-03-09

节能与环保 2021年2期

钢铁行业在我国国民经济的发展中占据着举足轻重的重要地位。除电力行业外，钢铁行业是我国第二大高能耗、高污染的产业。高炉煤气是高炉炼铁过程中产生的一种副产能源，高炉煤气因其热值低、污染大和回收难等而被直接排放到大气中，这样不仅污染环境，而且造成能源的浪费。

高炉煤气燃气—蒸汽联合循环发电机组（CCPP）是利用净化后的富余煤气发电，在消耗能源炼铁过程中产生循环经济效益，是国内外公认的投资小、见效快的环保节能项目。其工艺流程为经过净化后的高炉煤气先经煤气加热器加热，后经低、高压空气压缩机压缩，进入燃气轮机燃烧做功，将机械能转换为电能。排出的烟气进入余热锅炉产生蒸汽，蒸汽带动汽轮机做功，又将热能转换为电能，实现燃气—蒸汽联合循环发电。

由于CCPP 中的燃气轮机属于高转速的动力设备，并且高炉煤气中主要的可燃气体为CO，其燃烧速度比较慢，如果进入燃气轮机的煤气中含尘量过高，不仅会磨损燃气轮机通道和腐蚀叶片，影响机组的运转效率，严重时可能引发安全事故。

因此，进入燃气轮机燃烧室的煤气必须进行净化，保证含尘浓度低于1mg/m3。电除尘器因其除尘效率高且捕集粉尘时所需要的能量小于传统的除尘设备，已被广泛应用于工业中。但干式电除尘容易产生反电晕和二次扬尘，影响除尘效率的提高。湿式电除尘器不需要振打装置，通过水膜清灰避免以上问题的产生。本文对湿式电除尘器对燃气—蒸汽联合循环发电用高炉煤气净化的可行性及效果进行研究。

1 实验原理及实验装置

1.1 实验原理

湿式电除尘器去除颗粒物的步骤包括：

①电晕放电，在放电极与收尘极之间施加直流负高压，使电晕极附近的气体电离，即电晕放电，生成大量正负离子。

②粉尘荷电，含尘气流通过电场空间时，负离子与粉尘碰撞并附在其上，使粉尘荷电。

③粉尘捕集，荷电后的粉尘在电场力的作用下向收尘极驱动而被捕集。

④水膜清灰，设置在电场空间上部的喷淋系统，通过雾化喷嘴喷出的水雾在收尘板上形成一层水膜，从而将沉积在收尘板上的粉尘冲洗掉。由于水膜的作用，避免产生二次扬尘，因此除尘效率高。

1.2 实验装置

实验装置（图1）主要由管道系统1、高压供电系统2、喷淋雾化系统3、极配系统6 和风机7 等组成。

图1 湿式电除尘器实验装置示意图

2 结果与分析

在湿式电除尘器收尘过程中，煤气中的粉尘颗粒通过放电极产生的电晕放电进行荷电，因此，电晕放电性能是影响电除尘器除尘效率的关键。极配系统作为湿式电除尘器的核心组成部分，对电晕放电性能的影响十分重要，从而影响湿式电除尘器的收尘效果。

2.1 极配选型对电晕放电性能（V-I）的影响

本实验选用480C 型板作为收尘极，放电极选用BS 四刺整体线、RS 二刺芒刺线、RS 带辅助芒刺线、BS 四刺分体线、鱼骨针刺线和星形线。一根阴极线配一块阳极板安装。在相同的试验条件下，当电场风速为1.0m/s 时，得到的伏安特性曲线如图2 所示。

图2 不同极配下的伏安特性曲线

从图2 可以看出，BS 四刺整体线、RS 二刺芒刺线、RS 带辅助芒刺线、BS 四刺分体线和鱼骨针刺线的伏安特性曲线形状及趋势相似，但鱼骨针刺线在相同的电压下，电晕电流大一些。星型线的伏安特性与其它5 种放电线差别较大。这是因为前5种放电线都属于芒刺状电晕线，都是芒刺尖端放电，放电强度高，起晕电压低，约在16～18kV 之间。星型线属于线状电晕线，其起晕电压高，大约在27.5kV 左右。

2.2 极配型式对除尘效率的影响

从图2 中选取伏安特性曲线差别比较明显的鱼骨针刺线、RS 二刺芒刺线和星型线分别作为放电极，选480C 型板作为收尘极的极配型式进行除尘实验。在相同的实验条件下，湿式电除尘器入口粉尘浓度为100mg/m3，电场风速为1.0m/s，喷嘴压力为0.35MPa 时得到的实验结果如表1 所示。

表1 三种极配型式的除尘效率

从表1 可知，RS 二刺芒刺线的除尘效率最高，其次是鱼骨针刺线，星型线除尘效率最低。星型线因起晕电压高，火花放电电压低，其稳定工作电压范围较窄，粉尘颗粒不能有效荷电，所以其除尘效率较低。鱼骨针刺线的电晕放电性能虽优于RS 二刺芒刺线，但是RS 二刺芒刺线的火花放电电压高于鱼骨针刺线，其电流密度分布均匀性比鱼骨针刺线好，所以对粉尘的收集效果优于鱼骨针刺线。