电除尘器选型设计探讨

赵治夫+黄水立

摘要：电除尘器原理是通过施加直流高压电，利用强电场使气体电离，气体中的粉尘荷电，粉尘荷电后在电场力作用下被收尘极捕集，通过振打清灰集中到灰斗完成粉尘收集过程。文章主要针对火电厂电除尘器进行研究，提出了选型设计主要参数的确定及其注意事项，为电除尘器初步选型设计提供技术参考。

关键词：电除尘器；选型设计；火电厂；污染物；粉尘排放

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）34-0015-03

除尘器是火电厂控制污染物粉尘排放的重要设备。火电厂除尘设备主要常用的有电除尘器、袋式除尘器、电袋复合除尘器等，这几种设备具有不同的特点和适用范围。电除尘器原理是通过施加直流高压电（一般20～80kV），利用强电场使气体电离，气体中的粉尘荷电，粉尘荷电后在电场力作用下被收尘极捕集，通过振打清灰集中到灰斗完成粉尘收集过程。

1 除尘方式选型基本原则

火电厂烟气净化的首要任务是使烟气的排放浓度达到国家和合同规定的排放标准，能够保证达到排放标准的可选设备为电除尘器、袋式除尘器和电袋复合除尘器。在这三类设备中，选用哪种设备必须根据烟尘的物理、化学性质、烟气的化学组成、温度、湿度、烟气量、含尘浓度等条件进行技术经济比较后确定（表1为三种除尘方式简单技术经济性比较）。

除尘方式选型要求及顺序如下：

首先，要满足下列两点：（1）保证烟气排放浓度达到国家标准，满足合同要求；（2）设备运行安全、可靠性高，即保证长期、稳定地运行。

其次，可再考虑下列四点：（1）能源消耗低；（2）设备的一次投资少；（3）设备占地面积少；（4）设备运行维护、检修费用少。

2 电除尘器选型设计

2.1 除尘器台数及室数配置

通常由总包设计部门提供原始设计输入条件、控制指标等要求，由除尘器制造厂进行具体的选型计算。需提供的原始资料包括锅炉技术参数，锅炉耗煤量，烟气量、烟温，制粉系统情况，空气预热器型式和过剩空气系数，烟尘浓度，除灰除渣方式，引风机型式和型号，设计煤种和校核煤种，煤质分析，灰成分分析、颗粒分析、比电阻、密度和安息角，烟气露点温度和烟气中水蒸汽体积百分比，厂址气象和地理条件等。

根据《大中型火力发电厂设计规范（GB 50660-2011）》中规定，静电除尘器的台数及除尘效率保证条件应满足下列要求：每台锅炉设置的静电除尘器台数不宜少于2台，125MW级机组根据工程具体条件也可只设1台。根据经验数据统计如表2所示：

式中：G1为进口含尘浓度；G2为出口含尘浓度；A为总集尘面积；w为驱进速度；Qc为除尘器进口的烟气流量。从多依奇公式可知：除尘效率为90%时，Aw/Qc值为2.3，效率提高到99%时，Aw/Qc值为4.61，也就是说，如果荷电尘粒有效驱进速度和处理烟气量Qc都一样时，如除尘效率要提高9%，则除尘器的结构要大一倍。事实上，当除尘效率达到98%以后，如要求再提高除尘器效率，则集尘极的面积增加得更大。所以，在决定除尘器的效率这个参数时，应结合环保要求、烟囱高度、除尘器的结构等因素综合考虑选定。从公式解释也说明为什么在除尘器的技术协议谈判时对除尘效率这个参数控制得如此严格。

2.3 总集尘面积与电场数

根据多依奇公式，在除尘效率和有效驱进速度决定后，经计算就可得到总集尘极板面积数值，总集尘面积与电场数可按下列公式确定：

A=2000N×L×H×B×K÷d （2）

式中：A为总集尘面积；N为电场数；L为单电场有效长度；H为阳极板有效高度；B为单室电场有效宽度；K为室数；d为同极间距。

在烟气流速极板间距决定后，就可计算出集尘极板的排数，最后计算得出电场总长度，关于单电场有效长度L，要考虑极板振打检修等因素，一般制造厂家为3.5～4.0m，不宜太长（采用分区供电除外）。除尘效率与所需的电场数的关系参见表3。据统计数据显示，在20世纪60～70年代，国内电除尘器厂基本采用二电场，除尘效率可达到95%；至80年代多采用三电场，除尘效率可达到98%；至90年代多采用四电场，效率可达到99%及以上。

最新版《火电厂大气污染物排放标准（GB 13223-2011）》替代了2003年标准，调整了大气污染物排放浓度限制，位于重点地区对新建、扩建的火电厂烟尘最高允许排放浓度为20mg/Nm3，比2003年标准又严格了很多。为此电除尘器设计效率一般需达到99.5～99.9才能保证烟尘排放浓度小于20mg/Nm3，目前电除尘器多采用六电场、七电场、八电场，印度项目由于煤质非常差，有些甚至已经做到十电场，但实际上后面的电场除尘效率已经不明显。

3 电除尘器选型注意事项

电除尘器由制造厂设计和制造，总包设计部门负责除尘器选型设计，完成工艺、电气、仪表与控制、土建等专业的设计配合。电除尘器在选型设计过程中应注意如下问题。

3.1 锅炉型式的影响

总包设计部门除了向电除尘器厂家提供必要的煤质资料、烟气资料、气象条件等工程资料外，特别需要注意提供锅炉型式。循环流化床锅炉飞灰可燃物要比煤粉炉高，当燃用贫煤、无烟煤时，循环流化床锅炉飞灰可燃物比煤粉炉高得更多。循环流化床锅炉由于添加石灰石脱硫，使灰的比电阻增大，相对煤粉炉的电除尘器收尘难些。一般电除尘器总集尘面积，循环流化床炉比煤粉炉大。因此，要向厂家提供锅炉的型式。

3.2 除尘保证效率的要求

总包设计部门应提出保证除尘效率值和相应的允许排放浓度。此保证效率值是当停一个供电区时，且不管是设计煤种，还是校核煤种，均应保证的效率（除合同另有约定外）。电除尘器一般每个室、每个电场设一个供电区，停一个供电区保证除尘效率是对一台电除尘器而言。停一个供电区要保证其除尘效率，采用不同电场数的电除尘器，备用总集尘面积的百分数是不同的。如电除尘器总集尘面积相同，电场数越多，供电区数也越多，有利于供电控制和电除尘器效率的提高，且电场数越多，停一个供电区，实际运行效率降低的越少。

3.3 除尘效率的影响因素

粉尘比电阻是衡量粉尘导电性能的一个重要指标，它对除尘效率影响很大。实验表明，最适合电除尘器工作的比电阻值为104～5×1010Ω·cm，在这个数值范围以外，电除尘器性能将下降，从图1可以看出粉尘比电阻与除尘效率的关系，如若除尘效果恶化，不宜选用电除尘器或者可以经过某种预处理后（烟气调质）才能选用电除尘器。

煤和灰的含量也直接关系到收尘难易和主要参数设计的选取，它同样对除尘效率影响很大。如燃煤中含硫高、灰中SO3含量高易收尘，Sar<0.1%时难收尘；灰中SiO2+Al2O3>85%，难收尘；Na2O+K2O<1.5%，难收尘；灰的颗粒越细越难收尘。低温除尘指数Na2O+MgO<1%时，难收尘；高温除尘指数（Na2O+K2O+MgO+CaO+Fe2O3）/Na2O

≥40%时，难收尘；SiO2+Al2O3>90%时，难收尘。

3.4 除尘器进出口烟气流速区别

烟气流速（进入电除尘器的流速）和电除尘器内的烟气流速是不同的两个概念。《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程（DL 5121-2000）》推荐的烟气流速：10～15m/s（经验，当烟温较高时，宜偏上限值）是指进入电除尘器入口时的烟气流速。而在电除尘器内的烟气流速（即电场风速）一般为0.5～2m/s。除尘器烟气流速的高低决定了电除尘器进口截面面积的大小。目前国内一般选取的数值均在1～1.5m/s之间（该数值的选取也影响到整个除尘器结构的大小，为较关键的一个参数）。除尘效率与电场烟气流速的关系参见表3：

4 结语

基于以上对电除尘选型设计的研究，作为工程项目总包单位能更好地把控电厂除尘设备，为整个工程提供技术保障，规避技术风险。

参考文献

[1] 黎在时.静电除尘器[M].北京：冶金工业出版社，1993.

[2] 大中型火力发电厂设计规范（GB 50660-2011）[S].

[3] 火电厂大气污染物排放标准（GB 13223-2003）[S].

[4] 火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程（DL 5121-2000）[S].

[5] 张磊，唐庆.静电除尘选型和节能方案的比较应用

[J] 东方电气评论，2008，22（87）.

[6] 孙国良，邢克江，葛学.静电除尘器选型设计计算探讨[J].北方环境，2003，28（2）.

3.3 除尘效率的影响因素

粉尘比电阻是衡量粉尘导电性能的一个重要指标，它对除尘效率影响很大。实验表明，最适合电除尘器工作的比电阻值为104～5×1010Ω·cm，在这个数值范围以外，电除尘器性能将下降，从图1可以看出粉尘比电阻与除尘效率的关系，如若除尘效果恶化，不宜选用电除尘器或者可以经过某种预处理后（烟气调质）才能选用电除尘器。

煤和灰的含量也直接关系到收尘难易和主要参数设计的选取，它同样对除尘效率影响很大。如燃煤中含硫高、灰中SO3含量高易收尘，Sar<0.1%时难收尘；灰中SiO2+Al2O3>85%，难收尘；Na2O+K2O<1.5%，难收尘；灰的颗粒越细越难收尘。低温除尘指数Na2O+MgO<1%时，难收尘；高温除尘指数（Na2O+K2O+MgO+CaO+Fe2O3）/Na2O

≥40%时，难收尘；SiO2+Al2O3>90%时，难收尘。

3.4 除尘器进出口烟气流速区别

烟气流速（进入电除尘器的流速）和电除尘器内的烟气流速是不同的两个概念。《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程（DL 5121-2000）》推荐的烟气流速：10～15m/s（经验，当烟温较高时，宜偏上限值）是指进入电除尘器入口时的烟气流速。而在电除尘器内的烟气流速（即电场风速）一般为0.5～2m/s。除尘器烟气流速的高低决定了电除尘器进口截面面积的大小。目前国内一般选取的数值均在1～1.5m/s之间（该数值的选取也影响到整个除尘器结构的大小，为较关键的一个参数）。除尘效率与电场烟气流速的关系参见表3：

4 结语

基于以上对电除尘选型设计的研究，作为工程项目总包单位能更好地把控电厂除尘设备，为整个工程提供技术保障，规避技术风险。

参考文献

[1] 黎在时.静电除尘器[M].北京：冶金工业出版社，1993.

[2] 大中型火力发电厂设计规范（GB 50660-2011）[S].

[3] 火电厂大气污染物排放标准（GB 13223-2003）[S].

[4] 火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程（DL 5121-2000）[S].

[5] 张磊，唐庆.静电除尘选型和节能方案的比较应用

[J] 东方电气评论，2008，22（87）.

[6] 孙国良，邢克江，葛学.静电除尘器选型设计计算探讨[J].北方环境，2003，28（2）.

3.3 除尘效率的影响因素

粉尘比电阻是衡量粉尘导电性能的一个重要指标，它对除尘效率影响很大。实验表明，最适合电除尘器工作的比电阻值为104～5×1010Ω·cm，在这个数值范围以外，电除尘器性能将下降，从图1可以看出粉尘比电阻与除尘效率的关系，如若除尘效果恶化，不宜选用电除尘器或者可以经过某种预处理后（烟气调质）才能选用电除尘器。

煤和灰的含量也直接关系到收尘难易和主要参数设计的选取，它同样对除尘效率影响很大。如燃煤中含硫高、灰中SO3含量高易收尘，Sar<0.1%时难收尘；灰中SiO2+Al2O3>85%，难收尘；Na2O+K2O<1.5%，难收尘；灰的颗粒越细越难收尘。低温除尘指数Na2O+MgO<1%时，难收尘；高温除尘指数（Na2O+K2O+MgO+CaO+Fe2O3）/Na2O

≥40%时，难收尘；SiO2+Al2O3>90%时，难收尘。

3.4 除尘器进出口烟气流速区别

烟气流速（进入电除尘器的流速）和电除尘器内的烟气流速是不同的两个概念。《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程（DL 5121-2000）》推荐的烟气流速：10～15m/s（经验，当烟温较高时，宜偏上限值）是指进入电除尘器入口时的烟气流速。而在电除尘器内的烟气流速（即电场风速）一般为0.5～2m/s。除尘器烟气流速的高低决定了电除尘器进口截面面积的大小。目前国内一般选取的数值均在1～1.5m/s之间（该数值的选取也影响到整个除尘器结构的大小，为较关键的一个参数）。除尘效率与电场烟气流速的关系参见表3：

4 结语

基于以上对电除尘选型设计的研究，作为工程项目总包单位能更好地把控电厂除尘设备，为整个工程提供技术保障，规避技术风险。

参考文献

[1] 黎在时.静电除尘器[M].北京：冶金工业出版社，1993.

[2] 大中型火力发电厂设计规范（GB 50660-2011）[S].

[3] 火电厂大气污染物排放标准（GB 13223-2003）[S].

[4] 火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程（DL 5121-2000）[S].

[5] 张磊，唐庆.静电除尘选型和节能方案的比较应用

[J] 东方电气评论，2008，22（87）.

[6] 孙国良，邢克江，葛学.静电除尘器选型设计计算探讨[J].北方环境，2003，28（2）.