火力發電廠除塵系統的電袋復合改造及應用

張男 鄒新奇

摘 要：當前，我國環境狀況總體惡化的趨勢尚未得到根本遏制，部分區域和城市大氣灰霾現象突出，許多地區主要污染物排放量超過環境容量。作為電力生產企業，本著國家十二五環保規劃“預防為主，防治結合”的基本原則，切實有效削減PM2.5等細顆粒煙塵排放量是治理電煤排放污染的根本途徑。為了降低成本和穩定提高除塵效率，提出電袋負荷一體化技術，將電除塵器和袋式除塵器結合，前電后袋，綜合各自的優點，相互取長補短，從而有效地保證達到粉塵排放標準。

關鍵詞：環保；除塵；改造

靜電除塵器是目前電廠鍋爐廣泛使用的除塵設備，但是由于煤種及粉塵特性的變化，使電除塵器不能保持較高的除塵效率，使用四電場電除塵器進行除塵，其效率也很難達到99%以上，達不到國家及地方日益嚴格的排放標準，決大多數火電廠都面臨著煙氣排放含塵量超標的問題，使得電廠不得不考慮使用袋式除塵器。但袋式除塵器要求的運行工況條件較多，且目前濾袋價格相對較高，使用壽命短，要求周期性更換，因此在成本和運行維護工作量方面還存在著問題。

1 電廠主流除塵技術對比

1.1 電除塵技術的特點

電除塵技術的原理是在高壓電場的作用下將氣體電離，是塵粒荷電，在電場作用下，實現粉塵的捕集。其優點有：（1）除塵效率較高；（2）本體阻力低；（3）高溫對電除塵器影響小。但也存在一定的局限性：（1）除塵效率與集塵面積呈指數函數關系，要達到較高的排放標準，必須增大集塵面積，從而導致占地面積大、鋼材耗量大；（2）除塵效率對粉塵的特性較為敏感，對超細顆粒的捕集能力有限，最適宜收集電阻率（比電阻）為104～1011Ω·cm，對低硫煤及高電阻率的粉塵適應性差；（3）除塵效率受諸多因素，如煙溫、煙氣流速、飛灰特性、含硫量、入口濃度等的影響，波動較大；（4）隨著運行年份的增加，除塵器效率逐年下降；（5）電除塵器本體功耗高；（6）不能在線檢修，且檢修環境較差。

1.2 布袋除塵技術的特點

布袋除塵器也稱過濾式除塵器，其原理是利用纖維編織物制作的袋子來捕集煙氣中的固體顆粒。其優點有： （1）除塵效率高，一般都可以達到50mg/m3（標態）以下，甚至可以達到25mg/m3（標態）以下；（2）結構簡單，操作維護方便；（3）對粉塵特性不敏感，不受電阻率的影響；（4）煙氣量及粉塵濃度的變化不影響出口排放濃度，只影響清灰頻率；（5）除塵效率隨著運行年份的增加反而升高，直至濾袋失效而換袋；（6）能在線檢修，且檢修換袋在大氣環境中進行，檢修環境較好。其存在的主要問題有：（1）本體阻力比電除塵器高1200～1500Pa；（2）對煙氣溫度較敏感，一般要求在160℃的煙氣溫度下運行，煙氣溫度太高將影響濾袋的使用壽命和成本；（3）煙氣成分對濾袋的使用壽命影響較大，清灰可使濾袋發生激振，過濾時風速和粉塵顆粒會導致濾袋磨損，均對濾袋的使用壽命產生影響，導致運行出現糊袋、燒袋、漏袋和腐蝕、磨損等問題；（4）濾袋成本較高。

1.3 電袋復合除塵技術

電袋復合式除塵技術是一種將電除塵技術和布袋除塵技術有機結合的高效、新型除塵技術，它采用常規靜電除塵器的第一電場作為一級除塵單元，除去煙氣中的粗顆粒煙塵，然后利用布袋作為二級除塵單元，除去剩余的微細顆粒。

通過運行情況分析，分體式電袋除塵器一般在小型機組、燃油或混燒機組級采用干法脫硫時采用較好，而燃煤機組及大型火力發電廠普遍采用一體式電袋復合式除塵器的設計理念。因為一體式電袋除塵器的阻力較低，并且空間布置較為緊湊，煙氣分布比較均勻，可以處理較大的煙氣量，滿足大容量、高負荷機組的排放標準。

1.3.1 電袋復合除塵器原理

電袋復合除塵技術有機結合了電除塵和袋除塵的優點，煙氣先通過前級電除塵區，其中大部分煙塵通過電除塵方式被收集下來，未被捕集的已荷電粉塵，再均勻進入后級布袋除塵區，從而達到凈化的目的。通過電場對粉塵的荷電效果，產生一種新的過濾機理。

電袋復合除塵技術充分利用了電除塵器一級電廠捕集粉塵絕對量大和荷電粉塵的過濾除塵機制優勢，使得袋式除塵區的濾袋粉塵負荷大大降低、阻力減少、清灰周期延長，濾袋壽命可達4年以上，充分利用了電除塵技術的優勢，克服了袋式除塵器的固有缺點，發揮了袋式除塵效率高、對粉塵特性要求低等優點，從而使除塵系統總體性能達到最優。

1.3.2 電袋除塵器的主要技術特點

（1）綜合采用靜電和過濾除塵機理科學，結構緊湊，除塵總體費用低

對于常規靜電除塵器，煙氣中的80%～90%的粉塵是在一級電場中實現，其他幾個電場僅用來除去其余10%～20%的粉塵，這樣不僅占地面積大，而且設備初始投資大。由于電場多，因此耗能大、運行費用高。而電袋復合除塵器在一級電場的后部裝設濾袋，較好地解決了剩余粉塵的去除問題。

（2）不受粉塵特性的影響，除塵長期高效、穩定

常規電除塵器受粉塵特性的影響很大，除塵效率極不穩定。電袋復合除塵器發揮了布袋除塵器對粉塵特性適應范圍廣的特點，在濾袋使用范圍內，除塵不受煤種、煙氣工況、飛灰特性的影響，除灰長期高效、穩定，排放濃度在50mg/m3（標態）以下，甚至更低20mg/m3（標態）以下，從而解決了制約除塵效率的因素，在整體上提高了除塵效率。

（3）運行阻力低，降低能耗

由于電除塵區的預收塵作用（電區收集了80%以上的粉塵），進入袋區的粉塵量少且“蓬松”，顆粒之間排列有序，粉塵層孔隙率高、透氣性好，在運行過程除塵器可以保持較低的運行阻力（正常為800Pa以下，常規布袋除塵器為1500Pa左右）。

由于袋區阻力降低，清灰周期延長，布袋區的能耗比布袋除塵器低很多，其節省的能耗超過了電區高、低壓電控設備的能耗，因此電袋復合式除塵器與布袋除塵器相比具有顯著的節能功效。

（4）延長濾袋使用壽命

a.因電除塵器區收集了80%以上的粉塵，濾袋沉積的粉塵量少，清灰周期長，降低了濾袋的清灰頻率，減少了袋壁受清灰氣流沖刷的次數。b.荷電粉塵“蓬松”，易于剝落，在線清灰和低壓力脈沖氣流就能夠滿足運行要求，避免濾袋氣布比波動而產生交變應力，降低了清灰氣流對袋避的沖刷力。c.濾袋粉餅的透氣性能好、運行阻力低，減緩了濾袋疲勞的破損。d.前級電除塵區收集了大部分粗顆粒粉塵，可以避免粗大顆粒粉塵對濾袋的磨損。

（5）運行可靠性提高

a.電除塵器發生故障不會影響整個設備的排放濃度，對系統正常運行影響很小。布袋除塵器的過濾速度是按電除塵器因故障不能運行時設計的，較為可靠。如果電除塵器發生故障，會增加設備的噴吹頻率，阻力也會有一定的增加，但不會影響除塵器的正常運行。b.布袋除塵器即使發生破袋，對排放濃度的影響也大大減小。經過電除塵后，進入布袋除塵器的粉塵濃度約為原煙氣粉塵濃度的20%，如果發生同樣大小面積的破袋，對電袋除塵器的粉塵排放濃度來說，其影響也只有純布袋除塵器的20%左右。c.造成布袋阻力增加的因素，其影響程度有所緩和。影響布袋除塵器阻力的因素較多，如煙塵濃度、點爐時的油霧、濾料的選型、設備的清灰系統設計、過濾速度的選取等。在電袋除塵器中，荷電以后的粉塵會變得更容易清灰；即使煙塵濃度有了大幅度增加，在經過電場的預除塵后，對后續的布袋除塵器的影響也會變小；燃油點爐產生的油霧經過電場后其影響程度也大大減小。這些都有助于減少系統故障的發生。

（6）運行、維護費用低

袋式除塵器雖然有較高的收塵效率，但存在運行阻力大、濾袋使用壽命短的缺點，隨之帶來電耗大、運行費用高、更換濾袋維修費用大等問題。

與袋式除塵器相比，電袋復合除塵器發揮電除塵器在第一電場能收集煙塵中的大部分粉塵的優點，而在除塵器的后部裝設濾袋，使含塵濃度低的煙氣通過濾袋，這樣可以大大降低濾袋的阻力。節省風機的電耗，降低清灰頻率，節省壓縮空氣消耗量，減少空氣壓縮機的電耗費用。

2 實際工程案例介紹

2.1 工程概況

大柳塔電廠三臺75T/H循環流化床鍋爐，每臺配置一臺靜電除塵器，每臺除塵器設計兩個電場、兩臺陰極振打、兩臺陽極振打，一臺槽板振打，2個灰斗，除灰采用卸料器直接裝罐車方式。因設備投用年限已久，現目測煙氣粉塵排放濃度在200mg/m3以上。為了能滿足2014年國家環保部門煙氣粉塵排放濃度標準30mg/Nm3，現對三臺靜電除塵器實施改造。

2.2 改造過程簡介

總體改造方案為將原有三臺靜電除塵器分別改造成電袋復合除塵器。具體改造系統圖如下：

2.2.1 利舊部分：（1）本次改造保留原靜電除塵器支架、灰斗、殼體、進口喇叭不動；（2）根據設計需要對原一電場陰陽極、振打等內部構件和高低壓設備進行更新；（3）對除塵器殼體和灰斗進行校核和修補。

2.2.2 拆除部分：拆除原二電場陰陽極系統、高低壓設備及相關的電氣、控制系統，其空間布置濾袋，將其作為布袋除塵區。

2.2.3 新建部分：結構上電除塵與布袋除塵必須在同一殼體范圍內，并采取氣流均布措施，確保兩種除塵方式的氣流平衡，盡可能使用原有柱網及殼體，氣流均布裝置更新（采用16Mn耐磨材質，厚度不小于5mm）。本次改造須本著最佳除塵效果原則，在原有二電場基礎上，根據設計布袋除塵區大小，可以適當對二電場殼體進行擴容、煙道走向改造。

2.3 改造前后對比

以4#鍋爐改造前后參數對比為例

2.3.1 原電除塵器設計參數（見表1）

2.3.2 改造后布袋除塵區基本參數（見表2）

表1原電除塵器設計參數 表2改造后布袋除塵區布袋詳細技術參數

2.3.3性能保證值

除塵器本體漏風率≤2%；

除塵效率：≥99.94%（入口粉塵濃度≥50g/Nm3）；

除塵器出口排放濃度（每標準干煙氣）：<30mg/Nm3。

2.3.4 試驗目的：本次試驗測定滿負荷條件下電袋除塵器效率，本體漏風率，本體阻力及除塵器出口處煙塵濃度等。

2.3.5 試驗工況：本次試驗于2014年8月7日進行，試驗期間鍋爐主汽流量為75t/h，電袋除塵器正常運行。

2.3.6 試驗內容

（1）除塵器除塵效率

η=■×100%

η：除塵器除塵效率，%；Cin：進口煙氣含塵濃度（標準狀態下干燥煙氣），mg/m3；Cout：出口煙氣含塵濃度（標準狀態下干燥煙氣），mg/m3；？駐？琢：除塵器漏風率，%。

（2）除塵器漏風率

在除塵器進出口測點處煙道斷面，同時測試煙氣動壓，求出進出口兩端煙氣流量，再通過下式計算，求得除塵器漏風率：

？駐？琢=■×100%×100%

？駐？琢：除塵器漏風率，%；qvout：除塵器出口標況煙氣量，m3/h；qvin：除塵器進口標況煙氣量，m3/h。

（3）除塵器阻力

在除塵器進出口測點處煙道斷面，同時測試各點全壓，然后按下式計算：

？蓀P=Pin-Pout

？蓀P：阻力，Pa；

Pout：進口斷面全壓平均值，Pa；Pin：出口斷面全壓平均值，Pa。

（4）除塵器出口煙塵排放濃度

在除塵器出口采用等速采樣裝置按網格法測量，測量過程中記錄取樣煙氣體積、煙氣溫度、靜壓、動壓和大氣壓，取樣的重量等，然后進行計算：

C=（G2-G1）/VSND

C：采樣后粉塵濃度，mg/m3；G2：采樣后濾筒重，mg/m3；G1：采樣前濾筒重，mg/m3；VSND：采樣煙氣標態體積，m3。

2.3.7 試驗主要數據

表3 電袋除塵器試驗數據匯總

2.3.8 試驗結論

試驗期間，大柳塔熱電廠4號鍋爐，電袋除塵器出口處折算煙塵排放濃度平均值為17mg/Nm3，滿足設計性能保證值除塵器出口排放濃度≤30mg/Nm3。

試驗期間，大柳塔熱電廠4號鍋爐，電袋除塵器除塵效率為99.85%。

試驗期間，大柳塔熱電廠4號鍋爐，電袋除塵器本體阻力為290Pa。

試驗期間，大柳塔熱電廠4號鍋爐，電袋除塵器本體漏風率為1.49%。

由于試驗期間實測的除塵器入口煙塵濃度為12g/Nm3左右，而設計的除塵器入口煙塵濃度為50g/Nm3，因此，除塵器的除塵效率不按照設計的99.94%進行性能指標考核。

3 結束語

目前，我國電除塵器改造市場非常廣闊，由于環保的需要，電改袋或電改電袋是大勢所趨。與袋除塵器比，電袋復合除塵器因投資少、運行阻力低等優點而受到廣泛關注和認可。電袋復合除塵器技術對設計人員也提出了更高的要求，設計人員需要熟練掌握電除塵器和袋除塵器兩種技術，對除塵器各部分的組成和相互間的配合與影響要有充分的理解，并對通風除塵系統的其余部分如引風機、輸灰系統等也應有一定的了解。在實際工程中，技術人員要結合現場具體情況，注重除塵器的各設計要點，與制造、安裝等相關人員共同努力，爭取做出運行能耗更低、除塵效率更高的除塵設備，為除塵技術的發展以及全社會的節能、減排做出貢獻。

參考文獻

[1]展錦程.環境保護[M].北京：中國電力出版社，2010.

[2]王俊民.電除塵工程手冊[K].北京：中國標準出版社，2007.

作者簡介：張男（1981，3-），女，遼寧新民人，畢業于遼寧工程技術大學，本科，工程師，研究方向：除塵改造。