李盛偉，梁 升

（廣西柳鋼環(huán)保股份有限公司，廣西 柳州 545002）

0 引言

現(xiàn)行燃煤鍋爐的電除塵器是單室三電場的設計方案。在進行現(xiàn)場調(diào)研及技術研究基礎上，采用“雙電場”組合結(jié)構和高壓直流除塵系統(tǒng)相結(jié)合的方法對該機組電除塵器進行改造，取得較好的效果。320MW 機組鍋爐的電除塵器已有多年的歷史，運行效率比設計值低很多，出口粉塵排放濃度達300mg/m3，該公司增建的石灰石濕法煙氣脫硫裝置，粉塵排放濃度達30mg/m3，但因電除塵除塵效率的降低，使燃煤鍋爐煙氣脫硫裝置進口煙氣中粉塵含量過高，無法達到煙氣脫硫裝置的操作技術參數(shù)，導致煙氣脫硫裝置不能順利工作，脫硫副產(chǎn)品石膏灰過多，石膏真空皮帶脫水系統(tǒng)工作不正常。所以需要對320MW 機組電除塵器實施技術改造，提高電除塵器工作經(jīng)濟性，進一步提升除塵效率，在改善監(jiān)控系統(tǒng)性能的前提下，達到一體化集控的要求[1]。

1 電除塵器改造方案

1.1 煙塵特點

從煤質(zhì)參數(shù)，爐型等方面對煙塵的特征進行了分析。

（1）含硫量較低，在0.5%以下為特低硫煤。煤種燃燒過程中會生成SO2，通常0.5%～1%的SO2被氧化為SO3，SO3水平很低，調(diào)質(zhì)效果不明顯[2]。

（2）煙塵水汽含量較少，易引起反電暈現(xiàn)象，造成電壓不能升高，影響了除塵效率。

（3）煤炭燃燒時有較多灰塵，導致電除塵器進口處煙塵濃度陡增，易引起電暈封閉和工作電流低。

（4）液態(tài)排渣爐內(nèi)粉塵的粒徑更小、比表面積更大、黏性更強、粉塵比電阻更高[3]。

1.2 轉(zhuǎn)動電極改造方案

和傳統(tǒng)電除塵器工作方法一致，為收集粉塵，轉(zhuǎn)動電極電除塵器依舊是利用高壓電暈進行放電，保證粉塵荷電利用電場力收集到集塵板。通常在末級電場中把陽極板變成可回轉(zhuǎn)，改常規(guī)振打清灰為旋轉(zhuǎn)刷清灰，極板轉(zhuǎn)動至電場下端灰斗后，清理灰塵的旋轉(zhuǎn)刷位于氣流遠端，清理干凈板面灰塵，比普通電除塵器呈現(xiàn)出來的效果更佳。

相關規(guī)范要求煙塵排放不超過30mg/m3，如要達到此要求，其中相關聯(lián)最緊密的比集塵面積就需要超過150m2/（m3·s-1）。目前我國大部分城市都已實現(xiàn)了對工業(yè)廢氣的凈化處理，但由于粉塵濃度較高、含塵量大、粒徑小等原因，使得現(xiàn)有的高壓直流電機很難滿足環(huán)保標準。旋轉(zhuǎn)電極高壓直流除塵器存在一個與常規(guī)電場不同的電場，即旋轉(zhuǎn)電極電場，優(yōu)勢在于除塵效果是常規(guī)電場的兩倍左右，但是因為旋轉(zhuǎn)電極需要的場地很大，僅將第四電場更換為轉(zhuǎn)動電極，其余不變，考慮到場地限制，此時比集塵面積僅能為120m2/（m3·s-1），比起規(guī)范要求的150m2/（m3·s-1）相差較遠，而且除塵器效率也僅為99.60%左右，出口煙塵排放量甚至達到90mg/m3，遠遠達不到除塵器出口排放≤30mg/m3的要求。由于旋轉(zhuǎn)電極結(jié)構簡單，運行穩(wěn)定可靠，所以目前已被廣泛用于燃煤電廠鍋爐煙氣超低排放改造工程。所以為使旋轉(zhuǎn)電極電除塵器能滿足超低排放標準的要求，有必要對新型高效低阻轉(zhuǎn)動電極電除塵器進行研究，進一步改善旋轉(zhuǎn)電極電除塵器性能。

旋轉(zhuǎn)電極電除塵器的工作原理基本等同于常規(guī)電除塵器，除塵效率受煤質(zhì)的影響較大，受粉塵的性質(zhì)等諸多因素的作用，無法全面地對微細粉塵進行收集，導致微細粉塵收集效率非常低，甚至末級電場也采用了轉(zhuǎn)動電極，如此對于減少微細粉塵的再飛揚有一定效果，故除塵效果顯著增加，美中不足的是電除塵器的效率還是無法大幅增加；另外，由于轉(zhuǎn)動電極表面附著了大量灰塵，電除塵器阻力因此會大大增大，由此導致的能耗也會相應提高，嚴重時將無法正常工作，甚至被迫停機。針對應用于中性鹽霧中的旋轉(zhuǎn)電極電除塵器，需經(jīng)常清理，否則，設備壽命就會下降，甚至無法正常工作。因此，旋轉(zhuǎn)電極電除塵技術的發(fā)展必須與其他除塵方式相結(jié)合才能獲得更高的經(jīng)濟效益和社會效益。旋轉(zhuǎn)電極電除塵器結(jié)構設計中，傳動鏈條會在煙氣酸堿的作用下長時間處于沖刷狀態(tài)，因此極易受煙氣中粉塵的侵蝕磨損，導致使用壽命常常不會很長，并且機組運行還存在轉(zhuǎn)動機構卡澀、鏈條磨損等問題，這些都會在一定程度加大日常保養(yǎng)的工作量。

1.3 袋式除塵器改造方案

袋式除塵器在設計時必須考慮采用合理結(jié)構和布置形式的高壓直流輸電系統(tǒng)作為主電源。粉塵附著于濾袋外側(cè)，濾袋經(jīng)脈沖清灰系統(tǒng)清灰，粉塵落在灰斗內(nèi)。當進入袋式除塵器后，由于濾袋和布袋之間存在間隙，氣流經(jīng)過間隙時形成負壓，從而使濾料產(chǎn)生變形而吸附灰塵并從濾料上脫落。濾出的凈煙氣從濾袋中通過凈氣室流出。由于袋式除塵器具有結(jié)構簡單，維護方便，使用壽命長等特點，已成為目前國內(nèi)外廣泛采用的一種高效除塵裝置。

1.4 電袋復合除塵器改造方案

電袋復合除塵器是利用電場進行預除塵，本實用新型設備不但可以將濾袋中粉塵的承載量降低至一定程度，還可以保持濾袋表面粉餅層的疏松，并且運行阻力較低、濾袋清灰周期長，不受煤種、煙氣特性、飛灰比阻等因素的影響，這樣才能保證長期高效、平穩(wěn)地正常運行。濾料為多孔陶瓷或金屬。電袋復合除塵器布置形式主要為電除塵器和袋式除塵器相結(jié)合，含塵氣流在電袋除塵器內(nèi)流動，電除塵器在電場荷電時，粗顆粒粉塵被收集去除，一小部分微細粉塵（約微細粉塵的20%～30%）與煙氣集合在一起通過電場出口、袋式入口多孔板均流后，部分煙氣從旁側(cè)進入袋式除塵區(qū)，但是另外還有一部分煙氣會正常流動，主要途徑是向下部電場流動，緊接著反向運動，匯入袋式收塵區(qū)，主要會存在于袋式內(nèi)側(cè)，而粉塵會被阻擋在外部，這部分灰塵會經(jīng)過脈沖清灰系統(tǒng)的處理，最終收集在灰斗中。電除塵器內(nèi)部形成一個封閉空間，其過濾介質(zhì)為高導電高分子聚合物濾層。因濾料有一定的厚度，濾料吸附粉塵效果好，從而減小塵粒的粒徑，減輕重量。同時，過濾后的凈氣進入布袋除塵器進行進一步處理，得到潔凈氣體或低污染排放。凈煙氣是經(jīng)過多次過濾處理后從濾袋內(nèi)的凈氣室釋放，此時排煙濃度基本可以滿足規(guī)范要求的排煙濃度不超過30mg/m3。

1.5 改造方案優(yōu)化

上述所采用的轉(zhuǎn)動電極改造方案中，除塵器出口處排放的煙氣濃度高達90mg/m3，遠遠超過相應要求，規(guī)范要求排煙濃度需≤30mg/m3；若使用上述袋式除塵器、電袋復合除塵器，煙塵排放濃度可以滿足≤30mg/m3的要求，二者相比，電袋復合除塵器比袋式除塵器除塵效果要好，但是相應的電袋復合除塵器的投資費用會相應增加，這毋庸置疑，且電袋復合除塵器的運行工況并不是很理想，需要長時間在高濃度煙塵下工作，由此會導致運行阻力大幅度增加。因此，對于低濃度煙塵，必須采取噴吹法對布袋進行清灰處理，以提高其除塵效率和使用壽命。以確保一定的阻力，濾袋的噴吹清灰周期的時間必然越短，濾袋經(jīng)常清灰，加速了濾袋的磨損，導致濾袋提前斷裂失效等，提高了設備維護成本；若不及時更換，則容易出現(xiàn)二次污染現(xiàn)象，影響除塵效率，甚至使除塵器不能正常運行。同時袋式除塵器的運行阻力也較大，導致除塵器后部引風機功率升高，提高運行成本。此外，由于電袋復合除塵技術可使粉塵排放濃度降低，可以減少對大氣中二氧化硫的污染。所以，針對袋式除塵器的使用，無論是設備投資，還是運行維護費用，均將相對提高，此次使用的是電袋復合除塵器的方案。

通過對現(xiàn)有電袋復合除塵器結(jié)構特點分析比較，選擇了一種較適合于某發(fā)電廠實際情況的設計方案———一電二袋聯(lián)合除塵技術?？紤]發(fā)電公司實際情況，主要對煙氣量排放和過濾風速進行分析后，對其進行了參數(shù)設計和選擇，擬定了一個相對合理的方案，即一個電場帶三個袋區(qū)的設計方案，此方案是將電袋復合除塵器具有足夠過濾面積作為前提設計的。對現(xiàn)有除塵器改造時，可按常規(guī)方法進行，但需重新調(diào)整電收塵器的本體位置和結(jié)構設計，即將原有的鋼支架，殼體，灰斗等預留進出口喇叭，第一電場和供電裝置，以及對一個電場的大修和保養(yǎng)，一些組件得到了更新，重新設置氣流均布裝置，滿足更新電場的標準，拆除其余電場的監(jiān)測壓強的機械設備，將布袋橫向設置于原有除塵器的外殼空間內(nèi)，原來的第2～4 電場在電場的長度方向上設置有脈沖閥，用作袋式除塵區(qū)。對原有濾料進行更換，重新制作袋體，以滿足運行要求[4]。

2 技術特點

2.1 智能動態(tài)優(yōu)化控制

電除塵系統(tǒng)工作時，它的煙氣工況隨鍋爐負荷、煙氣成分、粉塵特性、溫度的變化而變化，電除塵器的運行參數(shù)須隨運行條件的改變而調(diào)整，為了讓電除塵器一直處于最佳狀態(tài)。針對這一問題，研制了一種基于單片機控制的新型電除塵器智能控制器。本產(chǎn)品所具有的智能化動態(tài)優(yōu)化控制功能，能通過分析電除塵器工作時電壓，電流信號波形及U-I 特性，結(jié)合運行工況粉塵比電阻測量，獲取電除塵器動態(tài)運行狀態(tài)信息，并在此基礎上，依據(jù)所建立的數(shù)學模型，及時對電除塵器的運行參數(shù)進行調(diào)整達到優(yōu)化效果，使得電除塵器一直處于最優(yōu)狀態(tài)[5]。

2.2 閉環(huán)控制煙氣物理量

介紹“DCC2000 靜電除塵器自動監(jiān)控系統(tǒng)”，與其他系統(tǒng)不同，其不僅對粉塵濃度進行監(jiān)測后反映給使用者，還會將除塵器出口處的粉塵溫度、粉塵流量等物理量和電場參數(shù)進行實時監(jiān)測，不僅如此，還可以更加準確分析結(jié)果，獲得電除塵器運行工況信息，采用了一整套閉環(huán)控制策略，在系統(tǒng)級上優(yōu)化了電除塵器的運行，以及資源配置。由于傳統(tǒng)的手動或半自動除塵方式效率低，能耗高，不能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，因而迫切需要開發(fā)出適合我國國情的電除塵器智能化控制系統(tǒng)。鑒于此，開發(fā)了以單片機為控制核心的電除塵器新型智能控制器。同時設計了具有故障檢測功能的硬件電路和軟件算法。控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的在線采集、數(shù)據(jù)處理和現(xiàn)場畫面顯示等。

2.3 統(tǒng)一控制高低壓

“高低壓一體控制”，簡單來說就是采用單個電場為一個獨立的單元，集高壓供電功能與低壓控制功能于一體，統(tǒng)一合成為控制裝置。由于傳統(tǒng)的手動或半自動除塵方式效率低，能耗高，不能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，因而迫切需要開發(fā)出適合我國國情的電除塵器智能化控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)采用模塊化的設計思想，分硬件配置、軟件設計、現(xiàn)場調(diào)試三大部分。在我國實際的工程應用中，高、低壓一體控制的思路優(yōu)勢明顯，主要是利用控制裝置集成度的提升，大大縮減設備占地范圍。針對不同工況條件，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，選取適當?shù)目刂茀?shù)組合，可以取得較好的控制效果。與低壓集中的控制方式相比，根據(jù)電場分散控制，將低壓控制系統(tǒng)的可靠性放在首位，由此大大降低了由于低壓控制系統(tǒng)故障，而對電除塵器整體運行造成的破壞。本實用新型設備減少二次揚塵的產(chǎn)生，除塵效率得到提高。由于采用電場分散控制技術，在一定程度上避免了集中控制系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，從而延長設備使用壽命。另外通過軟硬件相結(jié)合的方式，本實用新型設備能夠靈活配置，適應各種工況的要求，并且可以根據(jù)場地的不同而做出相應的調(diào)整，使其處于最佳狀態(tài)。

3 結(jié)語

某發(fā)電公司320MW 機組鍋爐電除塵器的降耗提效改造方案，從根本上提高了除塵器的效率，降低了煙塵排放濃度，滿足了行業(yè)規(guī)范《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223—2011）中對煙塵排放濃度的最新要求。改造采用高效除塵技術、新型袋式除塵器，以及煙氣脫硫系統(tǒng)和除塵器的聯(lián)合應用。通過對原有設備進行適當?shù)恼{(diào)整，使其更加符合環(huán)保新標準，實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目標。文章從技術層面對該站鍋爐電除塵器的提效改造方案和實施進行了詳細的說明，并對存在的問題與不足，提出了改進意見。技術改造成功地實現(xiàn)了節(jié)能，以提效為目標，以提升自動化水平為預設目標。通過對機組進行技術改造，既降低了能耗又減少了環(huán)境污染，且對環(huán)境產(chǎn)生一定影響的有害氣體排放量得到有效控制。本技術也可以用于其他燃煤發(fā)電機組除塵系統(tǒng)，有良好的推廣應用前景。同時，項目的成功實施，為同類燃煤機組的技術改造提供參考。