浅析超净电袋复合除尘器的节能措施

黄大钊

(福建龙净环保股份有限公司 国家环境保护电力工业烟尘治理工程技术中心，福建 龙岩 364000）

1 超净电袋复合除尘器的节能措施

1.1 利用先进的计算流体动力学（CFD）的模拟技术，优化气流分布，以提高除尘效率、降低运行阻力

除尘器内部气流分布情况是影响超净电袋复合除尘器性能的关键因素。电区气流不均布造成粉尘颗粒荷电不均匀，容易产生粉尘的二次飞扬，从而降低除尘效率；袋区气流不均布，集中气流长期冲刷局部滤袋，导致滤袋破损，粉尘排放浓度迅速升高[1]。

一直以来，除尘器内部气流的分布都是一个难题，随着科技的不断进步，福建某公司发明了电袋复合除尘器气流均布优化设计方法CFD 模拟技术，通过对缩小的物理模型和数值模型实验结果进行对比和分析，确定超净电袋复合除尘器CFD 计算中湍流模型[2,3]、边界条件等参数的选取和设定，为实际工程的全尺寸CFD 计算提供依据，确保CFD 计算的准确性和可靠性；通过对预热器出口烟道至除尘器入口1 ∶ 1 单独建模，合理布置导流板位置及形式，使进入每个除尘器入口的烟气量相对均匀；通过对除尘器及内部结构1 ∶ 1 单独建模，调整进口喇叭内部的孔板位置、开孔率、导流板角度及位置等，使进入电区前的气流分布均匀，提高除尘效率；通过对预热器出口烟道至引风机入口烟道1 ∶ 1 整体建模（见图1），采用调整烟道导流板、提升阀高度、局部增设导流板等多种措施，降低本体固有阻力；通过整体建模，模拟多维进风，确保最佳的进风比例，使进入每个滤袋的烟气量都比较均匀，使气流分布的相对均方根误差小于0.2，有利于减少粉尘排放、降低除尘器阻力以及延长滤袋寿命。

图1 全尺寸1 ∶ 1 电袋CFD 数值模拟图

1.2 采用“618 耦合技术”合理分配电区和袋区能耗

“618 耦合技术”是超净电袋复合除尘技术的重大创新之一。0.618 是几何形状中的黄金分割比例，拥有最合理的结构比例和最佳的视觉美感。“618 耦合技术”是指超净电袋电场区、滤袋区在满足工况要求时的最佳匹配关系，该技术是在总结大量实验数据与工程经验的基础上独创的系统选型技术。

超净电袋的“618 耦合技术”主要体现在以下三个方面：

（1）浓度效率耦合。综合考虑具体项目的煤种、炉型、烟尘等工况条件，合理设计选型，使浓度与效率之间为最佳耦合，确保技术性能与经济性能均为最佳。

（2）粒径分级耦合。通过控制各种颗粒的比例变化，降低进入滤袋区的粗颗粒比例，避免粗颗粒磨蚀滤袋，延长了滤袋的使用寿命，同时降低了袋区入口粉尘浓度，前级电场荷电可促进微粒凝并，提高粉尘过滤性能。

（3）电区与袋区科学匹配耦合。合理设计电区与袋区的系统参数，可实现理想的除尘效率，也大大提高了其经济性。

超净电袋由电区和袋区有机复合而成，电区能耗主要来自阴极供电电源及阳极振打电源，袋区能耗主要来自清灰系统，采用的也是电能，通过“618 耦合技术”可以合理选择电区集尘面积及袋区过滤面积，达到合理分配电区和袋区能耗的目的。

1.3 采用高效节能的高频电源

常规电源输入到电除尘器电场的电压纹波较大（通常为20%—30%），所以其平均值和峰值有20%—30%的差别，对于需要较大电流的中比电阻粉尘前级电场来说略有不足。此外，常规电源的功率因数和效率相对较低。高频电源与常规电源相比性能优异，具有输出纹波小、平均电压电流高、转换效率与功率因数高、对电网影响小、设备成套一体化等多项显著优点。高频电源、三相电源、工频电源对比情况见表1。

表1 高频电源、三相电源、工频电源对比情况

高频电源在纯直流供电条件下，可以在逼近电除尘器的击穿电压下稳定工作，同常规的工频电源相比，高频电源纹波系数小于3%，在直流供电时它的二次电压波形几乎为一条直线，提供了几乎无波动的直流输出，使其供给电场内的平均电压比工频电源供给的电压提高25%—30%。一般纯直流方式应用于电除尘器的前电场，电晕电流可以提高1 倍，粉尘排放降低30%—50%。高频电源与常规电源供电输出对比情况见图2。

图2 高频电源与常规电源供电输出对比情况图

基于高频开关技术的高频电源是一个与线路频率无关的可变脉动电源，能给除尘器提供各种电压波形，从而可针对特定的工况匹配最佳的电压波形，提高除尘效率。与工频50/60Hz 高压电源相比，高频电源纯直流供电时的输出电压纹波通常较小，远小于工频电源的纹波百分比，其闪络电压高，运行平均电压是工频电源的1 倍多，运行电流是工频电源的数倍，在同样的电场里，能够输入更多的功率，从而有效提高收尘效率。高频电源间歇供电时可有效抑制反电晕现象，实现保效节能，特别适用于高比电阻粉尘工况。

1.4 采用综合性能更加优良的金属滤袋

金属滤袋由微米级丝径的合金纤维经过无纺铺制后烧结而成，袋身为网状结构，金属纤维分三层，各层的金属纤维直径均不同，三维孔隙分布均匀，其特点是孔隙率高、透气性好、过滤阻力低、过滤精度高。此结构简单、紧凑、合理，具有除尘效果好、耐高温、易清灰、能耗少、使用寿命长等优点[4,5]。

直通式净气室结构超净电袋金属滤袋运用项目阻力情况见表2、直通式净气室结构超净电袋化纤滤袋运用项目阻力情况见表3。表2、表3 所列项目均为直通式净气室结构超净电袋，除尘器钢结构的固有阻力基本相同，测点位置分别在除尘器进口、出口靠近法兰处，金属滤袋项目平均阻力为259.75Pa，常规化纤滤袋项目平均阻力为654.5Pa。从以上数据可看出，金属滤袋确实比常规化纤滤袋运行阻力低，节能效果明显。

表2 直通式净气室结构超净电袋金属滤袋运用项目阻力情况

表3 直通式净气室结构超净电袋化纤滤袋运用项目阻力情况

2 结论与建议

超净电袋复合除尘器采用多种提效节能减排措施，包括CFD 模拟技术、耦合技术、高频开关技术、金属滤料等，极大提升了超净电袋的竞争力。超净电袋复合除尘器不受煤质、飞灰成分变化影响，适用于我国大多数煤种，尤其对高灰分、高硅、高铝、高比电阻、低钠的劣质煤种适应性强，具有可长期稳定保持超低排放、运行阻力低、滤袋使用寿命长、能耗低等优点[6]。超净电袋作为一次除尘而不依赖其他二次除尘的技术路线，已被我国列入《火电厂污染防治可行技术指南》，作为超低排放技术路线之一，必将得到大力的推广和应用。