柔性極板濕式電除塵器的運行與優化研究

李曉輝，陳榮軒，趙振宇

(國華三河發電有限責任公司，河北 廊坊 065201)

國華三河發電有限責任公司1號機組是京津冀地區首臺近零排放機組，是2014年國家能源局批準的全國13臺環保改造示范項目之一。本次有關粉塵的環保改造項目包括加裝低溫省煤器、電除塵器高頻電源改造、脫硫吸收塔后增加柔性極板濕式電除塵器。設備改造后濕式電除塵器出口煙氣粉塵含量經河北省環保廳測試為5 mg/Nm3，達到燃氣輪機排放標準[1]。

該機組為1999年投產，采用350 MW三菱發電機組，鍋爐為亞臨界、強制循環、單爐膛、派型布置、一次中間再熱、平衡通風燃煤爐，為半露天布置，固態排渣。電除塵器前加裝低溫省煤器，以降低排煙溫度。配置2臺50%容量的靜電除塵器，每臺除塵器為雙室五電場，原設計電除塵器出口煙氣含塵量不大于100 mg/Nm3，除塵器效率不低于99.88%。脫硫采用石灰石—石膏濕法脫硫，一爐一塔布置，除霧器經過改造，2層平板式除霧器改造為2層屋脊式加1層管式除霧器。

國華三河發電有限責任公司燃煤由神華集團統一調配，原設計燃用晉北煙煤，目前實際燃燒煤質與原設計煤質有一定偏差，本次改造以脫硝改造時的煤質為設計及校核煤質，即設計煤質為“神華煤2∶準格爾煤2=7∶3的混煤”，校核煤質為“神華煤3∶準格爾煤2=7∶3的混煤”，煤質資料見表1。

表1 燃燒煤種煤質與灰渣特性表

1 柔性極板濕式電除塵器結構

三河發電公司1號機組采用的柔性極板濕式電除塵器由山東山大能源環境有限公司研制生產，依靠高壓靜電場的作用脫除濕煙氣中的煙塵、漿液液滴，陽極板選用柔性極板，具有節能、節水、系統簡單、適用比電阻范圍大[2]等優點。濕式電除塵入口煙塵按25 mg/Nm3設計，出口煙塵不高于5 mg/Nm3，除塵效率不低于80%[3]。

該濕式電除塵器布置在濕法脫硫設施尾部，接濕式電除塵入口豎直煙道，采用下進上出立式布置。基本構造如圖1所示。

圖1 濕式除塵器基本構造

濕式電除塵器本體采用鋼結構形式，主要由陰極線、陽極、絕緣箱、供電電源和沖洗系統組成。正常運行時，柔性集塵極表面形成一層連續水膜，收集下來的煙塵隨水膜重力自流至濕式電除塵器下部的集液槽，實現在線清灰，收集液總流量約為1～2 m3/h。陽極集液水質見表2。

表2 陽極集液水質表

該柔性極板濕式電除塵器共設3套電源，分為6個供電分區。即共有一級電場，并列布置3臺整流變壓器，每個電源有2個分區。工頻電源輸出額定電壓72 kV，1.8 A，為恒流源。每套電源設上下6臺絕緣箱，每個絕緣箱中有1臺電加熱器，1個溫度測點。在正常運行中，二次電壓控制在40～50 kV，二次電流1 300～1 600 mA。

2 濕式電除塵器特點

濕式電除塵器的收塵機理與干式電除塵器相同，區別是清灰方式不同。常規電除塵器通過振打的方式來清灰，而濕式電除塵器是靠水膜沖洗集塵極、放電極表面來進行清灰。在濕式電除塵器里，由于濕法脫硫工藝產生的水霧，使粉塵凝并、增濕，粉塵和水霧在電場中一起荷電，一起被收集，水霧在收塵極板上形成水膜，水膜使極板保持清凈。

與干式電除塵器不同的是，濕式電除塵器的性能不受粉塵比電阻和煤灰性質的影響，內部沒有運動部件，沒有振打清灰引起的二次揚塵，因此，性能穩定、高效、運行可靠，對重金屬、PM2.5和SO3有很高的脫除效率，是濕法脫硫后最終環保把關的最佳設備。

該柔性極板濕式電除塵技術相比于金屬極板的濕式電除塵技術，具有以下優勢。

a. 柔性極板低溫耐酸腐蝕性能優異，完全適用于陽極收集液的酸性環境，無需連續沖洗的中性水施以保護。

b. 定期沖洗，采用“自沖刷”[4]水力沖灰方式，正常運行時水耗近乎為零，正常運行電壓穩定在40～50 kV。

c. 無連續沖洗水的輸入，強化了除塵效果。本項目除塵器入口的煙塵(含石膏)為25 mg/Nm3，出口要求低于5 mg/Nm3，除塵效率達到80%。

d. 無需循環水處理單元，無需加堿設施。平均水耗接近為零，堿耗為零，運行成本低，運行、維護工作量低，同時回收1～2 t/h冷凝水。

e. 對脫硫系統運行無影響。

f. 相同的煙氣流速及相同停留時間，立式布置方式相比于水平臥式布置[5]，集塵面積大，性能指標更有保障。

3 運行效果

機組綠色改造完成投運后，該濕式電除塵器整體運行比較穩定，除塵效果良好，多方對該濕式電除塵器的運行情況進行測試，測試結果均滿足設計要求。2014年7月對電除塵器入口、出口、脫硫吸收塔出口及煙囪入口4個位置，3種負荷工況的測試，測試數據見表3。

表3 柔性極板濕式電除塵器前后粉塵排放數據

注：標態、干基、6%O2。

從表3可以看出，在不同工況下煙囪入口粉塵全部滿足設計要求。

3.1 沖洗與優化

濕式電除塵器為新型除塵環保設備，沒有運行經驗可以借鑒。根據設備供應商山大能源公司建議，該設備陽極不用沖洗，陰極每個月沖洗1次。在實際運行中，不進行沖洗并保持連續運行約3個月后，二次電壓發生一定變化(見表4)；同時，為避免長期運行造成本體內部沖洗噴嘴堵塞，對該濕式電除塵器進行全面沖洗。

3.1.1 沖洗現象分析

沖洗效果對比如圖2所示，目測情況非常明顯，沖洗過程中的排水非常臟。

(a)正常運行濕式電除塵器 (b)沖洗過程濕式電除塵器排水 圖2 排水與沖洗過程排水對比

3.1.2 濕式電除塵器沖洗前后參數對比分析

對濕式電除塵器運行連續3個月不沖洗、連續運行3個月后沖洗前后3種不同工況的參數對比，見表4。

表4 2014年濕式電除塵器沖洗前、后運行二次參數對比

從表4可以看出，該濕式電除塵器自2014年9月8日運行以來，連續運行3個月，未進行沖洗；12月18日，其二次電壓下降3～5 kV；12月18日對其進行沖洗后，二次電壓升高2 kV。

3.1.3 沖洗前后粉塵排放數據對比分析

表5 濕式電除塵器沖洗前、后粉塵對比 mg/m3

理論上，濕式電除塵器在沖洗之后二次電壓提高，效率也相應提高，出口粉塵應該降低，但是對實際的粉塵數據進行對比后發現粉塵降低并不明顯。經分析：粉塵表計測量范圍有限，雖然實際粉塵脫除效率增加，但未能反映真實的粉塵數據變化情況；該裝置的運行參數有優化的空間，可以在實際運行中適當降低運行參數，達到節能的效果。

根據對該裝置進行沖洗的結果分析，確定該柔性極板濕式電除塵器應對陽極進行定期沖洗，沖洗周期確定為每周全面沖洗1次，并制定相應的沖洗措施和沖洗操作票，對沖洗步驟進行完善。

3.2 絕緣箱保溫性能分析

根據原設備說明介紹：濕式電除塵器電場絕緣箱溫度應保持在80 ℃以上，低于此溫度時，保護動作電場跳閘。在實際運行中發現個別絕緣箱溫度很難保持在80 ℃以上，尤其是夏天下雨過程中，溫度低至69 ℃。原因主要是該濕式電除塵器電源陰極框架采用側面懸掛，絕緣箱體積較大，采取頂部測溫方式，保溫性能不好。對保溫箱的保溫層進行整改，頂部加裝保溫；同時增大絕緣箱加熱器的功率；對絕緣箱加熱器電源線的絕緣進行加強處理等措施，現運行正常。

4 結束語

a. 該濕式電除塵器作為新型的除塵設備，采用柔性極板作為陽極板，去除吸收塔出口粉塵和液滴的效果明顯，完全滿足設計要求。

b. 由于該柔性極板濕式電除塵器為早期型號，因此部分組件設計存在一定問題，需要在后期對設備進行改進。

c. 針對該濕式電除塵器的沖洗問題，在運行實踐中還需要不斷總結經驗，使柔性極板濕式電除塵器發揮最大效率，避免產生沖洗效果不好影響除塵效率或者沖洗次數多浪費水資源的問題。

[1] 楊群發，侯劍雄，陳灌明. 600 MW級濕式電除塵器工程調試與運行調整研究[J].中國電力.2015，48(8)：20-26.

[2] 劉寶華，王福才，隋 永.電袋除塵器在300 MW循環流化床鍋爐應用研究[J].東北電力技術.2013，34(1)：46-49.

[3] 李曉敏，王立軍，趙 波.660 MW燃煤汽輪發電機組濕式電除塵器改造試驗分析[J].東北電力技術.2017，38(4)：32-34.

[4] 劉鶴忠，陶秋根.濕式電除塵器在工程中的應用[J].電力勘測設計.2012，17(3)：43-45.

[5] 趙琴霞，陳招妹，周超炯，等.濕式電除塵技術及其在電廠的應用前景探討[J].電力科技與環保.2012，28 (4)：24-26.