超低排放下电除尘提效技术的研究及改造

郭海鹰，朱锦杰，赵金达，金 扬，毛佳倩

(浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江 诸暨 311800)

宁夏某电厂3号炉电除尘器由浙江菲达环保科技股份有限公司设计、制造、安装，除尘效率要求大于99.75%、烟尘排放浓度小于50 mg/m3。3号机组电除尘器投运后除尘效果不够理想，二次电压较低，二次电流较大，出口烟尘浓度在150 mg/m3左右，对后续环保设备带来很大的压力，满足不了超低排放的要求。先后多次会同电厂、安装、调试相关人员，对电除尘器在机务、电气及安装方面进行了较为全面地检查、测试、分析、调整，一致认为：电除尘器安装质量良好、电除尘器本体及电控设备质量完好、调整试验和测试方法正确，但除尘效率仍不足。为了摸清存在的问题，寻找解决方法，技术人员对类似工况电除尘器使用情况、燃煤情况和电除尘器结构特点等进行了调查研究。同时，在3号炉电除尘器上开展了极配形式、烟气增湿、电控方式、振打制度等试验研究。调研分析后认为:烟尘中SiO2、Al2O3、Fe2O3三者含量达85%，而S、Na、K等氧化物含量低，该粉尘特性属于难收尘的粉尘；电厂地区海拔高度高，气压低，负电子迁移速度快，使气体间的放电电压降低，导致电场起晕和击穿电压随之降低，在该电厂烟尘特性下更显突出。在煤种不可改变的情况下，如不对电除尘器进行提效，很难达到国家对烟尘排放的要求。

1 电除尘器试验改进情况

针对电除尘器工况条件，为改善其运行性能，从极配形式、电控方式及烟气增湿等方面作了探索试验，具体试验调试情况如下。

1.1 极配形式的试验研究

电除尘器的核心是板线结构型式及其配置[1-3]，它直接决定了电场和流场，并通过其影响粉尘的荷电、沉降和清除[4-5]。合理的极配可使粉尘最大限度地荷电、沉降，控制二次扬尘，可提高极板收尘效率，降低钢耗[6-7]。衡量一种极线的好坏，不能单从放电电流大小和电流密度的均匀程度来确定，而应结合实际工况来确定[8-11]。

采用多种极配形式，通过空载、负载试验了解到在不同的工况条件下，它们的放电特性与常规情况差别较大，或者说该电厂电除尘器极配形式的放电特性与其他电除尘器的放电特性不同。不同的极配形式在不同工况下的放电特性表如表1所示。

根据试验情况，表明该电除尘器宜采用电场强度大、小放电电流的极配形式。

1.2 烟气增湿试验研究

对3号炉进行了喷水试验。试验时的喷嘴压力为0.5～0.6 MPa，水量控制在13～15 t/h。通过试验认识到：需足够的喷水量[12-14]；增湿装置应安装在竖直烟道，尽量避开管撑及导流板等内部构件，防止积灰，下部应设置卸灰灰斗。在烟道喷水试验实施过程中，具体做了以下工作。

表1 电除尘器运行参数记录(平均值)

1.2.1 喷水增湿对除尘器运行参数的影响

从3号炉喷水试验情况看：烟气喷水增湿降温后，击穿场强提高，电除尘器运行参数改善。表2是锅炉运行负荷250 MW时，烟道喷水试验前后电除尘器运行参数及进出口烟气温度变化(见表2)。从表2数据可以看到，烟道喷水增湿降温前后电除尘器的二次运行电压明显上升。

表2 电除尘器运行参数及进出口烟气温度变化表

1.2.2 喷水增湿对除尘器性能的影响

喷水增湿降温对电除尘器性能的影响试验共进行了3次。从测试情况看出：喷水增湿能明显提高除尘效率。

1.2.3 喷水增湿对烟道及出灰系统影响

喷水增湿是解决3号炉电除尘器收尘效率差的有效手段之一。但需解决喷水带来的问题：烟道积灰；烟道腐蚀；对于出灰系统的影响等。通过喷水试验，在喷嘴下游8 m处观察，水可以基本蒸发。试验期间的喷水量对干出灰系统未造成影响。

1.3 电器控制方式试验研究

对3号炉电除尘器做了一个多月的对比试验，1号电除尘器一、二电场采用国产控制器，三、四电场采用EPIC Ⅱ控制器，2号电除尘器全部采用国产控制器，试验结果如表3、表4所示。表3和表4中所有排放值均为相对值，只反映相对变化，不能作为绝对的排放看待。

表3 高压电控设备不同运行方式出口平均排放浓度对比 mg/m3

表4 高压电控设备不同运行方式出口最佳排放浓度对比 mg/m3

从表3和表4数据可以看到：3号炉1号电除尘器高压电控设备采用间歇供电方式与采用火花率整定运行方式相比，按标准测试方法[15-16]，出口平均排放浓度从145 mg/m3下降到108 mg/m3，下降幅度达25.5%；出口最佳排放浓度从140 mg/m3下降到96 mg/m3，下降幅度达31.4%。因此，电除尘器采用间歇供电方式比传统的火花率整定运行方式能明显提高除尘效率，EPIC Ⅱ控制器对提高除尘效果优于国产控制器。

2 改造方案介绍

通过近一年的调整试验，在综合采纳专家组建议后，结合现场实际情况，确定最终电除尘器改造方案：进行扩容改造，在电除尘器出口增加2个有效长度为3 m的电场；电控系统采用EPIC Ⅱ型；进口烟道设置烟气增湿系统，毋需进行引风机改造，投资成本相对较低。

为了避免烟道积灰、腐蚀，还做了以下考虑。

(1)增湿烟道底部设置集灰系统，把喷水后存积下来的灰排出烟道。

(2)喷嘴在烟道中的布置位置是能否保证烟道增湿正常运行的主要因素之一。喷嘴在喷水过程中产生的小水滴很难保证完全蒸发，如果落入灰斗，烟尘很容易凝结成块而无法排出烟道。适当提高喷嘴位置，使小水滴在下落的过程中与高温烟气流充分接触，使水滴完全蒸发。

(3)水喷入烟道后应有足够蒸发时间是保证后续设备可靠运行的关键之一。提高垂直烟道高度，同时取消水平烟道，可消除后续烟道的积灰。

(4)每根烟道配6只双相流雾化喷嘴，雾化粒径小于80 μm，喷嘴顺气流方向安装。增湿系统采用上位机按设定的控制模式进行自动控制。

(5)煤的含硫量较高，因此酸露点较高。控制烟道温度在酸露点以上10℃，可减少烟道及电除尘器产生腐蚀的风险。对喷水附近烟道表面进行涂层处理。

根据这些考虑，对原烟道进行了彻底改造，3号炉烟道增湿系统原理及结构布置位置见图1。

3 改造调试与测试结果

首先对增湿系统进行了冷态调试，调试内容有：①水泵的调试；②喷雾水路检查；③电磁流量计检查；④气路系统检查；⑤储气罐进口自力式调节阀的调节；⑥喷嘴雾化效果检查。然后进行热态调试，热态调试分手动调试和自动调试，手动调试通过上位机手动设定增湿水量，使加水量从1.0～7.0 t/h，每0.5t/h逐渐增加。同时，观察温度变化、电除尘器出口浊度变化，电除尘器二次电压变化等情况。自动调试是根据手动状态下增湿系统运行的数据对系统参数进行修正，通过进出口温度、烟气流量进行系统的自动控制。

通过调试，增湿系统能按设定温度稳定运行，电除尘器二次电压有普遍上升，电除尘器出口烟气浊度有所下降，喷嘴雾化达到设计要求。采用EPIC Ⅱ控制器后的电控系统也进行了优化调试，不同的控制模式对出口烟尘的排放影响较大。

稳定运行1个月后，测试单位对3号炉电除尘系统进行了效率测试。测试结果为：在锅炉负荷为300 MW时，1号除尘系统效率99.78%，出口烟尘浓度45.5 mg/m3；2号除尘系统效率99.76%，烟尘排放浓度48.5 mg/m3。

4 结语

采用喷水调质和改造电控系统对除尘效率有较大影响；改造后除尘效率达到99.77%以上，通过后面环保设备的处理，满足超低排放要求。此项目成功应用为电除尘提效改造提供了一种经济有效的新思路。烟气增湿能明显改善电除尘器的运行参数，提高除尘器收尘效率，在该电厂烟尘特性下更显突出。