电除尘器节能改造方案及性能试验分析

董继阳 林 鑫

江西金德铅业股份有限公司 江西 德兴 334200

电除尘器作为现代工业企业收集和过滤粉尘、提高烟气排放标准的常用设备,在实际运行中除了要求具备较高的除尘效率外,基于运行经济性方面考虑,还必须控制其耗电量。因此,开展电除尘器的节能改造,有助于实现环境保护与成本控制的一致性。目前常见的改造思路主要有两种,其一是从设备本体出发,包括降低电厂烟气流速、增大比集尘面积等措施,通过改造达到节能效益;其二是从电气系统出发,包括使用中频电源代替工频电源,或者采用高低压一体控制系统等。

1 电除尘器节能改造方案

1.1 电除尘器基本情况

某冶炼厂1#和2#闪射炉分别配备一台双室三电场静电除尘器,设计除尘效率在99.6%以上,基本参数如表1所示。正常情况下,该电除尘器的耗电量为机组总容量的0.2-0.5%之间。投入运行8年后,出现了除尘效率降低、耗电量上升的情况,最高用电量达到了1526k W·h。为节约设备能耗,需要对该电除尘器进行节能改造。

1.2 电除尘器改造内容

1.2.1 本体改造

经检查,因为投入使用年限较久,内部设备出现了比较严重的磨损、腐蚀等情况,以阳极板最为严重。腐蚀、磨损使得有效断面积减少,从而导致除尘效率受到影响。因此,本体改造的内容之一,就是更换受到腐蚀、磨损的设备、构件。改造后,有效断面积从185.5m2增加至257.0m2。电场烟气流速也是影响电除尘器耗电量的重要因素。烟气流速越快,单次除尘效率越低,为了达到除尘指标不得不进行二次循环,从而增加了电除尘器的运行时长,用电量上升。基于此,改造中将电场烟气流速从1.41m/s降低至1.05m/s。除此之外,还将原来的双室三电场结构,更改为双室四电场结构,并增大了收尘面积和比集尘值。

1.2.2 电气改造

为达到理想的节能效果,除了进行电除尘器的本体改造外,还对电气系统进行了优化。主要内容有:

（1）将供电电源从原来的工频电源替换成中频电源。这是因为中频电源具有功率比大、转换效率和利用率高,波纹系数小等特点,可以适应不同的工况,保证电压的稳定和持续供应,对降低因为电压波动导致的能耗增加等问题有显著作用。

（2）采用高低压一体控制。改造前电除尘器用高压控制电场、低压控制配套设备,高、低压控制系统相互独立,不仅电气系统复杂,增加维护难度,而且会增加功耗。改造后,采用高低压一体和控制系统,以8051F040芯片作为CPU,同时还配备了自动稳压、稳流装置,保证高低压自动切换,并且不会出现明显的电压、电流波动情况,能够适应复杂、恶劣的环境。

（3）采用CAN总线接口,保证前端动作设备与终端控制芯片实现实时交互,提高了系统响应速度。

2 电除尘器节能改造的性能试验

2.1 试验仪器

按照上述方案完成电除尘器的本体和电气系统改造后,还要通过试验进一步验证改造后的各项性能以及节能效果。性能试验中所用仪器主要为自动烟气测试仪,可实现自动采样、智能分析,并将分析结果通过显示器直观呈现,简化了试验操作。其运行过程为:

将该仪器采样管的管口置于烟道中,保证管口正对着气流方向。采集样品时,将采样嘴打开,进气5s后关闭,将含尘气体收集之后,等待60s后,再进行第二次采样。重复该步骤,采集3份气体样品。该仪器能够根据烟尘重量和气体体积,自动计算颗粒物的排放浓度和排放总量。

2.2 试验方法与参数计算

试验操作步骤如下:

（1）在实验室环境下,取出自动烟尘测试仪内部的滤筒,检查滤筒整洁、干燥后,称量滤筒重量。然后将样品装入滤筒内部后,再次称量。两者之差即为样品重量;

（2）确定测量点,并将仪器的采样嘴分别放于各个采样点上,获取气体样品并测量烟气温度、湿度,以及烟气动压、静压。采样点布置如图1所示;

图1 改造性能试验的测点布置示意图

（3）采用差量法计算电除尘器进出口的烟尘浓度。

其中,除尘效率（η）可通过以下公式计算:

式①中,qmin表示进口烟气总质量流量,单位为kg/h;qmout表示出口烟尘总质量流量,单位为kg/h。

电除尘器出口粉尘浓度（c）可通过公式计算:

式②中,m表示粉尘重量,单位为mg;Vsnd表示样品烟气体积,单位为n L。

2.3 试验数据分析

2.3.1 电除尘器的性能分析

在改造前,该电除尘器已经出现除尘效率下降的情况。设计除尘效率≥99.6%,但是实际除尘效率在99.47-95.82%之间波动。改造之后,电除尘器的除尘效率有了明显提升,高于设计除尘标准。结合表1数据,1#炉在满功率情况下,除尘效率最高达到了99.94%,在50%功率下除尘效率为99.90%;2#炉在满功率状态下,除尘效率为99.88%,50%功率下除尘效率为99.85%。

表1 不同功率下电除尘器的除尘效率及出口粉尘浓度

出口粉尘浓度是判断排放烟气是否达到环保标准的一个关键参数。参照表4数据,改造后的1#炉,在满功率的情况下,出口粉尘浓度最低可达到18.47 mg/nm3,在50%功率情况下出口粉尘浓度稍高,最低为22.50 mg/nm3。2#炉的出口粉尘浓度稍高,在满功率时最低为40.28 mg/nm3,在50%功率时为42.81 mg/nm3。

综上,改造后电除尘器的除尘效率升高,在99.84-99.94%之间,高于设计标准;出口粉尘浓度降低,在18.47-45.01 mg/nm3之间,达到了相关标准规定的不超过50 mg/nm3的要求。

改造后的电除尘器在除尘性能上有了明显改善。在此基础上测量其节能效益。分别测量了A列和B列II室每小时的功耗,以及节电率,测量结果如表2所示。

表2 电除尘器的电能消耗对比

结合表2可知,1#炉电除尘器改造后节电率为28.7%;2#炉电除尘器节电率达到25.3%,节能效益良好。

结语

企业在贯彻落实环保要求的过程中,不仅要将烟气排放中粉尘含量控制在标准以内,而且还要关注电除尘器运行期间的节能水平。以较低的成本投入,取得理想的除尘效果,是电除尘器改造的主要目标。通过增大有效断面积、控制电场烟气流速,以及引进高低压一体化控制系统、使用中频电源供电,能够实现电除尘器除尘效率的提升和功耗的降低,具有推广价值。