濕電除塵器優化設計及應用

文_莫偉軍 劉行 鄧紅博 蒙萬華 徐玉剛 南京國電環保科技有限公司

1 濕式電除塵在燃煤電廠中的具體應用現狀

1.1 工程概況

某燃煤電廠的一期工程1#、2#（2×630MW）機組，采用的是超臨界參數變壓直流爐。2臺燃煤機組中，每爐配置2臺臥式雙室四電場靜電除塵器。其中單臺除塵器的設計總收塵面積為41040m2，陰陽兩極的極板高度為15m，比集塵面積為102.4m2/m3/sec，出口的含塵濃度為30mg/m3。電廠按照1爐1塔的設置配置石灰石-石膏濕法脫硫系統進行脫硫。

1.2 設備參數與項目布置

濕式電除塵器布設在濕法脫硫吸收塔之后。煙氣在脫硫吸收塔處理完畢之后，從吸收塔的出口引出，并根據現場布置特點，通過上進下出的方式使煙氣流經濕式除塵器。濕式除塵器的出口與原主煙道相連，處理之后的煙氣從主煙道排向煙囪。每一臺脫硫塔后都配置1臺濕電除塵器，采用架空布設的方式，將濕式靜電除塵器布置在原GGH上方。濕電除塵器的具體布置如圖1所示。

圖1 濕式電除塵布置圖

1.3 改造后性能測試結果

該項目的濕電除塵器是在2017年6月建成投運，同年8月份對設備情況進行了系統性能測試。

進出口濃度。濕電除塵器進口的煙氣濃度為17.4mg/m3，出口的煙氣濃度為2.3mg/m3，整體除塵效率為86.78%。達到了出口濃度≤5mg/m3的超低排放目標。

霧滴脫出率。濕電除塵器的入口霧滴濃度為16.7mg/m3，出口的霧滴濃度為2.48mg/m3。整體的霧滴脫出率為85.15%。有效解決了“石膏雨”等現象。

2 濕式電除塵在燃煤電廠中的優化設計

2.1 布置優化

在本項目中，將濕電除塵器機組布設在煙囪煙道支架和脫硫塔工藝樓之間的馬路上方。這樣的結構布置，有效縮短了除塵器與脫硫塔出口和煙囪入口之間的距離，使得進出口煙道長度和煙道彎頭的數量都盡可能地減少，極大地降低了煙道的鋼耗量。除塵器的上部采用鋼支架結構將1#和2#除塵器的每一層平臺連通起來，方便后期的設備檢修。并且這樣的方式也方便2個機組之間的電動葫蘆共用。

2.2 工藝與方法優化

（1） 取消陽極外側壁板

傳統濕式靜電除塵器，陽極外側設置有完整的金屬外筒壁，與進出口煙道連接成一個密閉空間，作為防止煙氣逃逸的備用手段。在本項目中，首次取消了陽極外側的壁板。而是將陽極模塊改進設計，在其上下方設置法蘭，并采用玻璃鋼密封板將上下氣室與側壁板之間進行密封。將整個陽極板直接作為外側壁。通過這樣的設計，達到更好的密封效果，節約了鋼材用量30t，減少防腐面積達到360m2。運行結果表明，這種設計方式簡潔，安全可靠，密封效果好，大大降低投資，減少了維護工作量。

（2）取消陰極拉緊裝置

由于拉緊裝置一端連接陰極，另一端固定在陽極框架上，在濕除內部濕煙氣環境下運行需要極高的絕緣性能。因此，拉棒內部設計有加熱裝置，通過加熱拉棒維持表面溫度高于露點溫度，防止拉棒出現結露產生“爬電現象”而不能正常運行。事實上由于運行環境惡劣，陰極拉棒拉緊裝置得不到保障。為了解決這個問題，本次項目優化設計時大膽取消拉緊裝置，而采用4根耐腐蝕高強度的2205吊桿替換4根陰極線，這4根剛性吊桿既承擔放電功能，又起到對陰極小框架的剛性固定懸掛作用，既保證了除塵效率，又保持陰極系統的穩定性，節約了系統的整體耗電量。

（3）優化布設噴淋系統

濕式靜電除塵器通過噴淋系統的不定期噴淋，保持陰陽極系統的潔凈。噴淋系統效果的好壞，噴嘴的布置和選型非常關鍵。為了實現噴淋的均勻，本次項目進行了噴淋系統的數值計算和模擬，噴射覆蓋率保持在150%～200%之間，并采用60°和90°共兩種型號的噴嘴。根據濕除運行特點，將每兩個電場作為一個噴洗區，獨立設置一套噴淋系統。噴淋沖洗時，兩個電場之間不會被相互影響，實現分區沖洗。分區沖洗最大減少了電場停運數量，保證煙氣排放實時達標排放。

（4）陰極絕緣箱的密封

濕式電除塵器高壓電源通過絕緣箱引入陰極系統。絕緣箱工作環境要保持干燥潔凈，否則直接影響電場的穩定性。傳統絕緣箱采用熱風吹掃方式工作，即在絕緣箱上部設置一套帶正壓風機的熱風系統，電功率25kW，持續不斷地向絕緣箱吹入熱風來保持絕緣箱的工作環境，防止“爬電”而跳閘。因此需要一套熱風加熱系統，持續工作，能耗高。一旦出現熱風故障，整個濕除就會跳閘停運。本優化設計取消熱風吹掃系統，優化絕緣箱設計，提高絕緣箱密封等級，在絕緣箱內部設置小功率加熱器，保持絕緣箱溫度高于露點溫度，防止內部出現結露爬電的情況。通過提升絕緣箱內部溫度來增加內部氣壓，杜絕電場內部濕煙氣進入絕緣箱。本項目采用的是3×1.5kW的加熱器，2用1備，自動控制將加熱器加熱溫度維持80℃放置在絕緣箱內部。改進設計運行結果非常成功，大大簡化了系統，提高了可靠性。年節省電費30萬元，幾乎沒有維護工作量。

（5）三維設計優化

為了更好地優化流場，降低阻力，本項目采用CFD計算機數值模擬對煙道以及除塵器的流場進行了模擬實驗。為了保證模擬真實度并提升實驗結果可靠性，將煙道、進風口、除塵器殼體以及出風口按照1：1的比例建立數值幾何模型。

通過對煙氣在各個截面的流速進行分析，最終確定了導流板的位置、氣流分布板的位置以及開孔率等。并明確氣流分布板采用格柵式結構，可以有效防止粉塵堆積的情況。通過流場優化，從而使得整個系統阻力小于600Pa，氣流均布系數＜0.2。

采用模擬的結果進行煙道和設備本體的外形優化設計。運用三維建模的方式獲取最佳的設計方案。其中除塵器下部結構改用混凝土結構，并將水泵房、配電控制室布設在除塵器的下方，有效實現了空間的綜合利用。整體用鋼量較投標方案節省了75t，且工程造價節約了70萬元。

3 結語

采用濕式電除塵器作為燃煤電廠煙氣的終端處理設備，由于其處理效率高，運行穩定可靠，具有多污染物協調處理效果，得到業內的普遍認可，已成為濕法脫硫煙氣深度凈化后處理的標準配置。進一步優化設計降低投資和運行費用，使好的技術能得到更廣泛的推廣應用。首先，本濕式電除塵器優化設計，陽極模塊采用自動拉擠成型的碳纖維導電玻璃鋼，保證陽極表面的電阻小于50Ω，除塵效率大于85%，滿足超低排放要求。其次，將陽極模板外壁作為煙道進行結構設計，從而減少項目投資，并方便后期的設備維修。第三，取消傳統的熱風吹掃系統，而是用簡單高效的絕緣箱進行代替，從而提升系統運行穩定性。第四，科學合理地開展流暢去模擬，從而保證系統配風更加均勻，提升整體除塵效率。第四，優化設計后能減少投資10%，降低能耗8%。