浅谈#5炉除尘系统的运行优化

戴新枝

（国能九江发电有限公司，江西 九江 332000）

0 引言

粉尘是燃煤电厂生产过程中排放的固体颗粒物，它的主要成分是二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙和未经燃烧的炭微粒等。粉尘粒子表面附着了各种有害物质，进入人体会在肺部沉积下来，还可以通过血液到达人体各部位，引发各种呼吸系统疾病；粉尘还会使能见度降低，对生态环境造成破坏。最新的《火电厂大气污染物排放标准》规定：烟囱粉尘排放浓度须小于10 mg/Nm3。

1 电除尘的工作原理

电除尘器是利用强电场使气体电离，即产生电晕放电，进而使粉尘荷电，在电场力的作用下，将粉尘从气体中分离出来的装置。它分离气体中悬浮尘粒的过程如下：施加高电压产生强电场使气体电离并产生电晕放电，悬浮尘粒荷电，在电场力作用下向极性相反的电极运动，与沉降电极接触后失去电荷，粘附在沉降电极表面，借助振打装置使电极抖动，尘粒掉落到下部灰斗中。

2 除尘效率降低的原因及应对措施

九江发电公司#5炉除尘系统共有两级，一级布置在空预器和引风机之间，二级布置在脱硫塔和烟囱之间。一级除尘器为福建龙净股份公司生产的BE221/2-4型双室四电场干式电除尘，设计入口/出口烟尘浓度为19760/50 mg/Nm3，实际出口粉尘浓度为79 mg/Nm3，最大达200 mg/Nm3。二级除尘器为南京国电科技有限公司生产的EHC-WE-72KV/1.0A型湿式电除尘，设计出口粉尘浓度小于10 mg/Nm3。实际运行中存在除尘效率下降、电场跳闸频繁、耗电率偏高的现象。

除尘效率是指除尘器进出口粉尘质量流量之差与除尘器进口粉尘质量流量之比，浓度法试验效率计算公式[1]为：

式中：ρ1为电除尘器进口标准状态下烟气含尘浓度；ρ2为电除尘器出口标准状态下烟气含尘浓度；Δα为电除尘器漏风率。

2.1 燃煤性质对除尘效率的影响

2.1.1 煤的含硫量

煤的含硫量对电除尘器的除尘效率影响很大[2]：当煤的收到基含硫量＞1.5%时，烟气中的SO3起到调质作用，增加飞灰的表面导电性，除尘效率升高；而当煤的收到基含硫量＜1.0%时，烟气中SO3的调质作用减弱，含硫量越低，电除尘器反电晕程度越强烈，收尘难度越大，除尘效率降低。

2.1.2 煤中灰分含量

电除尘器入口烟气的含尘浓度随着煤中灰分的增加而增加[2]，电场中粉尘颗粒数量大量增加将抑制电流的产生，使尘粒不能获得足够的电荷，导致除尘效率降低。当煤中灰分含量＞20%时，除尘效率明显降低。

2.1.3 粉尘比电阻

粉尘比电阻高值是影响电除尘器性能的主要因素之一[2]。通常当比电阻值在104～1011Ω·cm范围内时，粉尘能在极板上形成粉尘层，是电除尘最理想的运行区域。随着比电阻增大到1.5×1013Ω·cm，电荷将难以中和，易产生反电晕现象，使集尘极附近电场强度减弱，除尘效率显著降低。

2.1.4 应对措施

控制入炉煤性能指标偏差＜5%，当燃煤性质发生较大变化时，及时调整电除尘电场的运行参数。当干式电除尘电场二次电流降至100 mA以下时，申请退出该电场；当湿式电除尘电场二次电流降至20 mA以下时，申请加强阳极冲洗操作，如冲洗无效，则退出电场运行，进行阴极冲洗。必要时降负荷运行，如果负荷不能降低，负荷＞280 MW、出口粉尘浓度＞8 mg/Nm3时，增加浆液循环泵的运行台数，当负荷下降、出口粉尘浓度＜6 mg/Nm3时，停运一台浆液循环泵。

2.2 灰斗料位不合适

1）灰斗料位过高或过低都会使除尘效率下降：灰斗料位过高会埋住阴极板和阳极板，使除尘效率下降；灰斗料位过低，潮气返回到灰斗，粉尘受潮结块造成堵塞或二次飞扬等，也将使除尘效率下降。

2）应对措施：根据灰斗料位及时调整输灰时间，专业制定了输灰计划表，如表1所示。

表1 正常输灰时间计划表

当某一灰斗出现料位高的情况时，应及时调整输灰时间，保证灰斗料位一直维持在高料位和低料位范围内。例如，除尘器B侧二、三电场灰斗多次出现“高料位”报警的现象，为防止电除尘器灰斗大量积灰导致除尘效率下降，将B侧电除尘的除灰操作调整为每2 h一次。运行中，一旦发现灰斗“高料位”报警应立即进行输灰，尽快消除“高料位”报警信号，某一灰斗“高料位”报警30 min无法消除时，应向值长申请退出对应的电场，待灰斗“高料位”信号消失后再及时投入电场。

2.3 清灰效果差

1）电除尘的清灰是电除尘运行过程中一个重要环节，电除尘的清灰效果直接影响除尘效率[1]，而要达到良好清灰的目的，必须使阳极板和阴极板受到恰当的振打，既要保证粉尘脱离极板和极线，又不能产生二次飞扬。因此，不但要选择合适的振打方式，而且要选择合适的振打周期，如果调整不当，除尘效率会下降，甚至会造成粉尘二次飞扬，使除尘效率进一步下降。

2）应对措施：选取两个状况较好的电场进行试验，首先调整高压柜的输出功率为最大，记录其振打周期，每更换一次振打周期记录一次高压柜输出参数，从中选取电晕功率最大的一组振打周期。根据此次试验结果，建议将电除尘顶部的振打高度往上增加20 mm，一电场和二电场侧部振打频次进行调整，如表2所示，其他电场振打频次不变。

表2 一、二电场振打频次调整前后对照表 单位：s

3 运行电场跳闸应对措施

电除尘电场运行中多次跳闸，如果是非末端电场跳闸，对粉尘浓度影响较小，稍加关注即可，一旦末端电场（A8、B8）跳闸，因尾部无法再次捕捉二次飞扬的粉尘，会导致净烟气粉尘浓度大幅升高，突升的时间持续8～10 min，易造成粉尘浓度超标。

应对措施：1）如果小时均值在5 mg/Nm3以下，可以略降负荷控制，观察原烟气粉尘浓度的变化，5～8 min之内应该从顶表值回头，净烟气也很快能恢复正常范围。2）如果小时均值在5 mg/Nm3以上，且发生在该小时的前20 min，应先采取降负荷的措施，观察原烟气粉尘浓度趋势，根据实际情况决定是否增启浆液循环泵拉平小时均值，确保粉尘浓度小时均值不超标。3）如果小时均值在5 mg/Nm3以上，且发生在该小时的后20 min，应采取降负荷、增启一台浆液循环泵的方法。在控制粉尘浓度达标后，还要继续查看小时均值的情况，尽量确保小时均值达标，注意采取控制粉尘浓度的措施必须确保机组安全。

末端A8电场跳闸后的粉尘趋势如图1所示，从图1可知，16：08机组负荷从215 MW快速加至227 MW，原烟气、净烟气粉尘浓度先后开始升高；2 min后原烟气粉尘浓度已顶表至250 mg/Nm3，净烟气粉尘浓度达32 mg/Nm3；16：11机组开始降负荷启动D浆液循环泵；3 min后原烟气粉尘浓度开始下降，机组负荷降至194 MW；16：15增启B浆液循环泵，原烟气粉尘浓度已降至80 mg/Nm3；16：17粉尘浓度正常。

图1 粉尘浓度变化趋势图

4 电除尘节能优化措施

电除尘耗电率一般占机组额定功率的0.2%～0.5%。在满足环保排放要求的前提下，可通过调整电除尘运行参数降低电除尘耗电率。

4.1 电除尘运行理论功耗

根据托克斯定律W0=F·d=6πξaw·d（W0为收尘所消耗的功；F为尘粒运动时介质的阻力；d为向着收尘板运动的距离；ξ为空气的动力粘度，标准状态下为1.79×10-5Pa·s；a为尘粒半径；ω为荷电尘粒驱动速度，一般为0.06～0.1 m/s）[2]，假设尘粒直径为10 μm，则a=5 μm，向着收尘板运动的距离d=80 mm，荷电尘粒的驱动速度ω=0.1 m/s，则可以得到收尘所消耗的功为：

电站锅炉产生的烟气含尘质量浓度一般为10～40 g/m3，假设烟气含尘质量浓度c=20 g/m3，尘粒密度ρ=1 g/cm3，则单位烟气中的尘粒数量计算公式[2]为：

因此，使1 m3烟气中尘粒全部分离需要的能量为：

#5炉额定负荷产生的最大烟气量Q=199万m3/h，则从这些烟气中分离出全部尘粒所需要的功率为：

因此从理论上讲，#5炉额定负荷时分离全部尘粒只需要287.4 W那么小的功率，实际上由于煤种因素（硫分、灰分、粉尘比电阻）、粉尘粒径、电晕线肥大、二次扬尘、气流分布不均以及电除尘供电特性的影响，电除尘运行时的耗功远高于理想值。电除尘在实践运行中用于高压收尘的电能消耗可分为4类[2]：1）用于粉尘的荷电与捕集的电能称为“有效电能”；2）对粉尘的荷电与捕集起破坏作用的电能称为“反效电能”；3）介于两者之间的电能称为“无效电能”；4）从380 V交流动力电源转换为脉动高压输出所消耗的电能称为“固有电能”。实际上，有效、反效、无效电能与固有电能是交织在一起的，在总的电能消耗中，有效电能占得比例很小，而反效、无效电能与固有电能占了绝大部分。因此，通过技术措施提高有效电能比例，降低反效、无效电能与固有电能比例，可以提高除尘效率，降低电能消耗。

4.2 电除尘节能对策

由于电除尘设计有裕度、电除尘运行在低负荷下，或者处理烟气量、烟气温度、煤的含硫量、灰分、比电阻、粒度等条件有利于电除尘工作，可采取下列节能方法：

1）手动连续供电方式下，系统以恒定的脉冲频率控制电源输出功率，电源产生波纹很小的直流电压输出，在电除尘系统状态不太稳定的情况下，如电场频繁闪络、一/二次电流或二次电压采样有问题时使用该方式。该脉冲频率可用上位机监控系统中的“手动周期”来调整，运行周期最优设定值如表3所示，脉冲周期越大，电源输出电压/电流峰值越小，输出功率越低。

表3 运行周期最优设定值统计表

2）脉冲供电方式能够大幅减少电除尘运行中无效和反效电能的消耗，节电效率可达50%～90%，当电除尘运行工况良好时使用该方式，高频电源运行在该模式还可根据输出功率的大小控制散热风机运行，进一步降低功耗，延长风机的使用寿命。针对不同的电场和工况，通过调整高频脉冲和低频脉冲的频率及脉冲数（最优设定值如表4所示），改变高频脉冲和低频脉冲在整个周期里的占比，从而产生适合当前工况的供电波形，在满足除尘效率的前提下可大大减少电除尘耗功，尤其是在高比电阻粉尘工况条件下，可以发挥更大的作用。

表4 高频脉冲和低频脉冲个数最优设定值统计表

5 结论

针对效率下降采取有效对策，及时处理电场跳闸，优化高压电源供电方式，#5炉除尘效率从97.6%提高到99.7%，除尘系统耗电率从0.29%下降到0.22%。目前，#5炉除尘系统16个灰斗加热为电加热，每小时耗功16 kW，如果将电加热改造成低压蒸汽加热，可进一步减少除尘系统耗电率。