以叠加脉冲电源方法提高电除尘器效率的试验

匡国强

(湖南华电长沙发电有限公司，湖南 长沙410203)

1 概述

《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011)要求，长沙地区烟囱粉尘排放限值为≤20 mg/Nm3。湖南华电长沙发电有限公司2×600 MW机组现有电除尘器设计排放浓度≤44 mg/Nm3，2013年大修后，测得实际出口粉尘排放浓度为46.616 mg/Nm3，详见表1〔1〕，其指标超出最新的污染物排放标准。

表1 试验前测试结果

针对电厂的实际情况，可采用的提效改造方法主要有:增加电除尘器的收尘面积，改布袋或电袋除尘，电源改造等。增加收尘面积即增加电场，需要额外的场地;改布袋及电袋，会增加风烟系统阻力，同时布袋的处理会产生新的问题。因此，电源改造是最可行和经济的方案。

由于电厂燃煤为低硫煤，粉尘的比电阻较高，电场容易发生反电晕，因此，原来的电除尘器的二次电压和二次电流值均不高。原有的工频整流电源和现今流行的高频高压电源都无法完全满足≤20 mg/Nm3的排放要求，需要另一种形式的除尘电源来满足提效要求。脉冲电源技术是当前国际除尘应用迅速发展的一项高新技术，其供电原理完全不同于普通的直流供电，其电压波形图如图1。

图1 脉冲电源电压波形图

电除尘用高压脉冲电源，脉冲上升时间极短为微秒级，提高了电场击穿电压，使电场能获得更高的峰值电压。在这样的条件下，对电除尘器收集细粉尘和高比电阻粉尘而言，能避免反电晕，使粉尘充分地荷电。同时脉冲击穿后电压恢复时间也极短为微秒级，从而保证电场能获得较高平均电压，减少了火花闪络恢复期的灰尘逃逸。除此之外，高压脉冲能够在除尘器电场的整个空间产生电晕，对除尘器高比电阻粉尘有极高的荷电效率，可实现更高的除尘效率〔2〕。

2 工况特点

2.1 燃煤特点

1)挥发分较高

锅炉的燃煤的干燥无灰基挥发分为40%左右。而根据文献〔3〕，燃煤的挥发分含量超过烟煤的上限值37%。这种高挥发分的煤，燃烧后产生的飞灰中的细颗粒比例较高，细颗粒较容易被气流带走，振打引起的二次扬尘问题较严重。

2)含硫量低

煤中的硫含量，对于粉尘的导电能起促进作用，硫含量越高，粉尘的导电性越好，对除尘效率的提高有利。试验期间，燃煤的收到基硫含量只有0.5%左右，烟气中的二氧化硫浓度很低，对粉尘的导电起不到很大作用，粉尘的比电阻高，达到1011Ωcm数量级。

2.2 电除尘器运行特点

1)粉尘比电阻高，振打困难

粉尘在电场内的行为，符合电磁场的基本理论——高斯定理。根据高斯定理，在采用负电晕的电除尘器正常运行时，粉尘层表面感应出负电荷。负电荷所受的电场力将粉尘层黏附在极板上。当粉尘电阻ρ 增加，黏附力变大，收集到极板上的粉尘在振打锤的振打作用下，难以从极板上脱落，振打效果不好。该厂电除尘器需要采用断电振打，才能把极板上的粉尘振打干净。

2)粉尘比电阻高，反电晕现象严重

当电流经过沉积在极板上的粉尘层时，将在粉尘层内产生电场，其电场强度E=ρ·j(ρ 为飞灰比电阻;j 为极板的电流密度)。高比电阻粉尘会产生高场强，场强高到一定程度(8～20 kV/cm)以后，可以使粉尘层内的空气产生局部放电。这种局部放电就称为反电晕。反电晕产生极性相反的电荷，从粉尘层发出的正电荷中和了烟气中粉尘的负电荷，从而削弱了除尘过程。被中和的粉尘颗粒在气流中运动时，不能被捕集。在反电晕条件下，除尘效率严重降低。

试验期间，从工频电源的运行参数看，单电场的电晕电流只要超过200 mA(配备高压电源的额定电流为2 A)，除尘效率反而下降，证明反电晕问题严重。

3 试验方案

3.1 脉冲电源的叠加

对第3，4，5 号电场共6 台工频高低控制柜的控制系统进行改造，制作相应的低压控制箱(共6台)，对低压振打、加热进行控制。并对6 台整流变取样电压、电流信号进行修正。

从电除尘一段放100 kW 的三相电源进电除尘顶部电源转接箱，为脉冲电源提供电源。4 台脉冲电源从顶部电源转接箱接电源。

在1 号炉A 侧的本体第3，4，5 号电场安装6台TM－HPP 型60 kV/600 mA 脉冲电源，通过高压电缆引入原隔离开关柜。电场运行时，原来的工频电源和新安装的脉冲电源同时运行，实现在原来工频电源的基础上，叠加脉冲电源。

3.2 结果的评判

为检验电除尘器在叠加脉冲电源后对除尘效率的改变作用，需要在工频和工频+脉冲的2 种供电方式下，将除尘器出口粉尘浓度进行对比。

由于负荷变化会使烟气量和烟气温度同时提高，特别是温度的提高对粉尘比电阻的提高比较明显，因此，为了得到同工况下2 种供电方式的不同效果，在试验过程中，需同时记录机组负荷、烟气量和烟气温度。

试验结论基于相同煤种，相同负荷下的除尘器出口粉尘对比结果得出。如果相同煤种，相同负荷下，工频+脉冲供电方式下的除尘器出口粉尘浓度小于工频供电方式下的除尘器出口粉尘浓度，证明有提效作用，反之，则无提效作用。

4 试验结果

2013年12月，在脉冲电源安装完成后，由电源厂家自带仪器进行摸底测试，除尘器出口粉尘浓度多在20 mg/Nm3甚至10 mg/Nm3以内。由国网湖南省电力公司电力科学研究院对1 号炉进行粉尘测试，同时在负荷630 MW 稳定运行，烟气温度约130 ℃，分别投退该除尘器6 台脉冲电源，形成工频和工频+脉冲2 种供电工况，进行粉尘测试。测试结果见表2，燃煤数据见表3〔1〕。

从表中数据可以看出:12A 侧叠加脉冲电源后粉尘浓度下降50%，12B 侧叠加脉冲电源后粉尘浓度下降43%，12 侧叠加脉冲电源后平均下降46.5%。经计算，12 侧叠加脉冲后收尘效率为99.92%，12侧工频收尘效率为99.86%。

表2 烟迹上粉尘测试结果 mg/Nm3

表3 入炉煤化验报告

5 试验结论

1)测试结果表明，静电除尘器在叠加脉冲电源后，出口粉尘浓度明显降低，采用脉冲电源使电除尘器取得了比使用工频电源时更高的除尘效率。

2)由于该厂粉尘为典型的高比电阻粉尘，因此，在本次试验中，体现了采用脉冲电源对高比电阻粉尘有更高的收集效率。

3)从电除尘器逃逸的粉尘以细粉尘为主。当电除尘器出口粉尘浓度小于50 mg/Nm3的时，出口粉尘的平均粒径小于1 μm。本次试验中，同时也体现出了采用脉冲电源使得电除尘器提高了对细粉尘的收集效率。

〔1〕湖南省湘电试验研究院有限公司． 华电长沙电厂1 号机组电除尘器测试报告〔R〕． 2014．

〔2〕Parker K． R． Applied electrostatic precipitation〔M〕． New York:Blackie Academic ＆ Professional，1997．

〔3〕GB5751—2009 中国煤炭分类〔S〕． 北京:中国标准出版社，2009．

〔4〕依成武，曲文明，马帅，等． 提高静电除尘器粉尘驱进速度方法研究〔J〕． 环境工程，2010(4):49-52．