新建1000MW机组配套电除尘器超低排放技术研究应用

单永华，刘海斌，张春辉，李富成，邴玉良

（1.国家能源集团岳阳发电有限公司，湖南 岳阳 414100；2.国能清远发电有限责任公司，广东 英德 513052；3.国能（福州）热电有限公司，福建 福清 350309；4.浙江浙能中煤舟山煤电有限责任公司，浙江 舟山 316131；5.长安石门发电有限公司，湖南 常德 415300）

1 设计和运行条件

（1）锅炉规范。1000MW超超临界参数直流炉、单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、单切圆燃烧方式，塔式锅炉。最大连续蒸发量3119t/h。锅炉保证热效率（BRL，空预器旁路烟道余热利用方案投运时)：95.02%。（2）锅炉(BMCR)燃煤量：357.21t/h（设计煤种）/399.23t/h（校核煤种）。（3）燃烧器直流式，四角切圆布置，每台锅炉共48只燃烧器（32只为直流式燃烧器，16只为等离子点火燃烧器），每台磨煤机对应2层共计8只燃烧器。每台炉配置2台四分仓回转式空气预热器。理论空气量（干空气）6.008Nm3/kg（设计煤种）/5.285Nm3/kg（校核煤种）。炉膛出口过剩空气系数1.15。锅炉采用定-滑-定运行或定-滑运行的方式。锅炉最低稳燃负荷为19 %B-MCR。（4）中速磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统。每台炉配6台中速磨，燃烧设计煤种时为5运1备，燃烧校核煤种时为6台运行，采用气力输送除灰方式。（5）动叶可调轴流式引风机。（6）脱硫系统采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺；脱硝系统采用SCR脱硝工艺，脱硝还原剂采用尿素水解制氨。（7）工程以活鸡兔矿区烟煤作为设计煤种，布尔台矿区烟煤作为校核煤种。

2 技术要求

2.1 参数、容量/能力

（1）卧式三室五电场静电除尘器，前三个电场采用高频电源，后两个电场采用脉冲电源。（2）每台锅炉配2台静电除尘器，每台除尘器应按锅炉燃用设计煤种BMCR工况进口烟气量考虑10 %的富裕和15℃温度裕量。（3）基于表1的选型烟气参数，除尘器保证效率：≥99.96%；且除尘器出口含尘浓度≤10mg/Nm3（标态，干烟气，过量空气系数1.4）。本体阻力≤250Pa，漏风率≤2%，气流均布系数＜0.13。比集尘面积≥135 m2/m3/s，电场烟气流速≤0.85m/s。（4）每台除尘器灰斗数量30个，灰斗下法兰标高4.0m。每台炉两台除尘器的宽度不得大于107m(含楼梯平台)，第一排钢柱到最后一排钢柱的距离小于32m。（5）阴极线振打加速度＞80g，阳极板振打加速度＞150g。钢结构设计温度为300℃。

表1 低温电除尘器入口烟气参数（单台炉，选型工况，低温省煤器不投运时）

2.2 性能要求

（1）一个供电区不工作（对于小分区供电方式：一个供电区不工作相当于2个小分区。（2）除尘效率不以修正曲线进行修正的结果为依据，应以实测的结果为依据。不能以烟气调质剂作为性能保证的条件。不得把设备进口粉尘粒径分布定为性能保证的一个条件。

2.3 结构要求/系统配置要求

除尘器本体：（1）基本要求：1）每台除尘器的进口都配备多孔板和迷宫式均流收尘装置，均要求均布气流和15%收尘效率，阻力设计＜150Pa。技术要求如下：①多孔板+迷宫式均流收尘装置，具有均化烟气流场和粉尘收集功能。②多孔板和迷宫式收尘装置的开孔率需根据CFD模拟结果确定，保证气流均匀进入电场，流场均匀性系数小于0.13。③迷宫式收尘装置单块结构为“W”型百叶孔板，单件展开宽度1250mm，进口均流收尘装置面积13500m2。螺栓固定连接，耐磨耐腐蚀材料，整体冲轧而成，长度和宽度方向不允许拼接；④每个喇叭配振打清灰装置（不少于8个振打点），振打频率及强度可调。⑤不得改变进口喇叭结构，在寿命周期内不发生磨损，不影响结构强度。2）每台除尘器的出口喇叭都需配备防止二次扬尘的抑尘收集装置，技术要求如下：①抑尘装置具有捕捉微细粉尘能力，能够有效抑制电场振打时产生的二次飞扬。②出口喇叭处全截面均匀布置。装置结构阻力小，每台炉2台除尘器的出口喇叭的收尘表面积不小于15000m2，材质不锈钢。③抑尘装置单个模块不允许拼接，装置模块包边采用不锈钢材料。④出口喇叭段阻力小于50Pa。⑤振打点要求不少于20个，程序控制、振打频率及振打力度可调。

（2）阳极板和阴极线。阳极板的厚度不应小于1.5mm材质采用SPCC，公差应符合DL/T514-2017《电除尘器》的有关规定。所有阳极板和阴极线框架均应铅垂安装，应有防止其摆动的措施。采用技术成熟、先进的振打技术，阴阳极框架均自由悬挂，阳极在垂直于气流方向每个室前后设有限位装置。应有措施使低负荷时，绝缘子不致结露和积灰。根据入口烟气浓度、粉尘比电阻、灰分中氧化钙、灰的黏性等特点，合理选择极配形式。

（3）第一、五电场采用整体式芒刺线，阴极线放电端采用316L，阴极线应设有断线防短路设计。第二、三、四电场采用放电+辅助阴极收尘装置，辅助阴极收尘装置技术要求如下：①第二、三、四电场采用放电+辅助阴极收尘装置，放电芒刺、收尘体为一体冲轧制造，耦合焊接成形，中心设骨架，具有收尘功能且不影响放电，能实现对正电荷粉尘的收集；②双层耦合结构，中心圆管直径不大于φ38mm，扭曲度不超过0.8/1000。每根线的正反两侧，分别配置配两排四齿芒刺，刺的上下间距不大于100mm，刺排水平间距不大于160mm，各芒刺尖端平面度不超过4mm；③收尘体展开宽度不小于240mm，不大于300mm，总长度与极板长度相当；材料要求：冷连轧碳素钢（SPCC）及以上等级材料，中心骨架Q235,管径不超过50mm,壁厚不小于1.5mm；④阴极收尘装置的透气率根据粉尘粒径、浓度等参数进行设计、调整，保证气流流场均匀性；⑤阴极收尘装置与阳极板吊挂或极板保持大于200mm的安全放电距离；⑥清灰装置可采用机械振打、电磁振打等形式，清灰装置应全覆盖；⑦阴极收尘装置在寿命周期内不发生磨损，不影响结构强度减弱。

2.4 技术数据表（表2）

3 结语

电除尘器传统多依奇效率公式：

式中，A为总集尘极面积，m2；Q为烟气流量，m3/s；ω为粒子驱进速度，ms；f为比集尘面积，m2.s/m3；f=A/Q,即1s净化1m3烟气所需要的集尘面积。

多依奇公式可以帮助我们选型得到电除尘器收尘面积，但是该面积的有效性，还与多依奇公式成立的几个假设条件有关。在公式推导的过程中多依奇（Deutsch)做出了一些基本假设，主要有：（1）电场空间的任何断面上粉尘浓度都是均匀的（这对流场均匀性提出很高要求）；（2）除尘器壁边界层以外的气流速度都是均匀的，同时不影响尘粒的趋近速度；（3）尘粒一旦进入除尘器电场空间就认为已经完全荷电；（4）集尘集（阳极）表面附近尘粒的趋近速度与气流速度相比是很小的，且对所有尘粒都为一常数；（5）不考虑冲刷、二次飞扬、反电晕和尘粒凝聚等因素的影响。这些假设条件是多依奇效率公式成立的前提条件，这些条件的理想化程度决定了ω（粒子驱进速读）的大小，我们在对电除尘器结构设计时，对收尘面积A可以很好地保证，但是，对这些假设的理想条件往往被忽略了。根据相关参数计算电除尘器所需集尘极板面积为：

多依奇效率公式里的收尘面积传统认知是指阳极板的收尘面积，阴极收尘面积并未计入，因为正离子的客观存在、对超低排放要求、受电场数的局限，正电荷粉尘不能忽视意味着要阴极收尘应充分重视。某种意义上说，增加阴极收尘面积等效于增加阳极收尘面积，同时还有节能的效果（减少正离子粉尘与负电荷粉尘中和的机会）。进、出口喇叭的均流收尘装置就是为了优化气流流场，对流场进行充分格式化，同时具备增加辅助收尘面积、团聚小颗粒粉尘、抑制二次扬尘、降低后续电场处理粉尘量的实际功能。进、出口均流收尘装置及阴极收尘面积如何折算计入多依奇公式，需要大量数据积累、比对，才能得出可靠性较高的结论。