三相高效電源靜電除塵器選型研究與應用

郭占緯

（神華國能天津大港發電廠有限公司，天津300272）

0 引言

《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223—2011）要求從2014年7月1日起火電廠煙囪出口固體顆粒物排放≤30 mg/m3，重點地區≤20 mg/m3。2015年12月2日，國務院要求2020年前燃煤機組全面實施超低排放（即煙塵≤5 mg/m3，二氧化硫≤35 mg/m3，氮氧化物≤50 mg/m3）。

大港電廠裝機4×328.5 MW燃煤發電機組，鍋爐尾部配備五電場雙室臥式干式靜電除塵器，設計效率99.7%，改造前靜電除塵器出口的煙氣濃度為50～70 mg/m3，煙囪出口排放為30 mg/m3。為滿足重點地區超低排放標準，電廠對鍋爐煙氣除塵系統進行了一系列改造，實現了煙塵達標排放要求。

1 傳統單電源除塵器存在的問題

靜電除塵器改造前不能滿足重點地區排放限值要求，主要存在以下問題：一是電源為單相高壓整流電源。單相高壓整流電源運行中電壓波動較大，造成除塵器效率受限。二是鍋爐排煙溫度在150 ℃左右，高溫煙氣影響粉塵比電阻，造成除塵器效率低。

2 技術路線選取

2.1 選取三相高效電源

本次電廠進行靜電除塵器提效改造運用了浙江大學閆克平教授的電除塵指數理論原理和方法，針對重點地區電除塵出口排放指標≤20 mg/m3的要求，通過計算電除塵指數對本體和電源進行科學選型。本體的容量大小和運行電壓的高低是影響電除塵效率的主要因素，電除塵指數有效地反映了這兩方面，與電除塵效率滿足如下關系：

式中：η（r）為分級除塵效率；Ea為電除塵器中平均電場強度（kV/cm）；Ep為電除塵器中峰值電場強度（kV/cm）；S為比集塵面積[m2/（m3/s）]；α、β為工況下的實驗系數。

將式（1）中的EaEpS定義為電除塵指數[1]，其大小與單位煙氣靜電儲能的大小呈正比，儲能越大，除塵效率就越高。方程（1）適用于常規單相電源、中頻電源、高頻電源、三相電源、3/4/5電場除塵器。考慮到目前電廠燃煤的變化，要達到除塵器出口煙塵濃度不大于20 mg/m3的目標，電除塵運行電場強度和比集塵面積或電除塵指數要滿足如下條件：

針對已投運多年的電除塵器，在不改變比積塵面積的前提下，要進一步提高除塵效率，就需要提高電除塵器中平均電場強度和峰值電場強度，而以三相電源替換單相電源就是提高電場強度的有效途徑之一。

2.2 本體小分區改造

大力提高電除塵指數是在不改變本體參數的前提下進行電除塵本體選型優化的最優手段。電除塵采用大分區制造，導致電除塵運行電壓低或對煤種變化敏感，建議改變95～160 ℃下燃煤煙氣的相對分區比例。采用小分區的優點是大幅提高電場場強和荷電能力，提高除塵效率。

2.3 改造方案

針對原除塵器存在的主要問題，通過對現行多種除塵器進行調研，最終確定選取相對投資預算費用較低、改造工程量小、施工周期短的三相高效電源+低溫省煤器改造方案。具體改造方案主要包括本體方面：將第一、第二電場的陰極魚骨針線全部拆除，陰極小框架所有連接板更換為具有防掉線功能并與RS芒刺線配套的連接板，第一、第二電場更換為新型RS芒刺線；第一、第二電場每塊極板配置兩根RS四齒芒刺線（要求芒刺為不銹鋼材質）。將第四電場的高壓引入裝置由4套改造為6套，在內外頂蓋上相應位置開孔并加固，對原有變壓器支架進行加固處理。電控方面：安裝18臺三相高效電源；升級低壓控制系統。煙溫控制：在除塵器入口和空氣預熱器出口之間加裝低溫省煤器，將入口煙溫降至110 ℃。對除塵器進行常規檢修，恢復除塵器各部性能及可靠性。

3 電除塵高壓電源及其控制技術和方法

3.1 三相電源

三相電源是采用三相380 V交流輸入，通過三路六只可控硅反并聯調壓，經三相變壓器升壓整流，可實現恒流和恒壓供電。每個電場三相電源比單相電源可提高5%～10%的除塵效率，實現對細顆粒物的排放控制。電源主要包括新的主電路和智能控制器，通過提高除塵器的工作電壓來改善電暈放電和顆粒物的遷移速度；通過采用智能控制技術來優化電流分布或抑制離子風所導致的細顆粒物逆向飛揚；通過控制反電暈放電和合理優化電極振打來降低細顆粒的二次飛揚。

3.2 控制技術

集成三相電源與先進的智能控制原理才有可能在達到最高除塵效率的前提下實現有效節能，針對不同的煤種和不同的電除塵器電場采用不同的電源技術和控制原理才有可能充分發揮電除塵器的除塵能力。選用具有反電暈自動識別控制功能的高壓電源控制器和優化控制策略，根據電場實際工況的改變自動進行輸入功率調整，提高除塵器效率。

4 煙溫對電除塵效率的影響

經過對煤質、煙氣流量、靜電除塵器結構等方面的調研、試驗和分析，發現鍋爐排煙溫度對靜電除塵器運行效率的影響很大，成為提升靜電除塵器運行效率的主要矛盾。粉塵比電阻隨煙溫的變化而變化，粉塵比電阻的變化將直接影響靜電除塵器的收塵效率，過高將不利于靜電除塵器收塵性能。

電廠四臺機組BMCR工況下鍋爐排煙溫度的平均值為150 ℃左右，鍋爐排煙溫度較高，致使靜電除塵器出口煙塵排放濃度波動較大。為進一步提升靜電除塵器效率，達到煙塵濃度低于5 mg/m3的要求，在鍋爐空氣預熱器出口與靜電除塵器之間安裝低溫省煤器，降低排煙溫度，提升靜電除塵器效率，滿足煙塵排放要求。

5 離子風對高效電除塵器的影響

常規電除塵器放電極電暈放電產生大量以離子形式存在的正、負電荷，在電場作用下，正、負電荷分別向陰極線和陽極板移動。離子流在運動過程中與煙氣中性氣體分子發生動量交換產生離子風，離子風與離子流的方向一致。

電除塵器末電場顆粒物濃度低，離子風相對強勢，離子風與顆粒物進行能量傳遞后，當離子風高速撞擊到陽極板表面后還存在較高的能量，足以將陽極板上收集的粉塵餅吹落，形成降低除塵效率的二次揚塵。

離子風具有雙向作用，可為除塵器收塵提供助力，也可作用在極板上形成降低效率的二次揚塵，其決定因素在于離子風相對強度。在靜電除塵器運行中，運行人員要注意離子風對除塵效率的影響，尤其是摸索后部電場運行電壓的最優值，以實現靜電除塵器在最高效率下運行。

6 結語

已投運多年的燃煤火電廠干式靜電除塵器在投入少、改動小的前提下，要實現煙囪出口煙塵排放小于5 mg的超低排放標準，選擇更換除塵器三相高效電源進行提效改造是最優途徑之一。整體技術路線為：在空氣預熱器和靜電除塵器之間煙道加裝低溫省煤器，將靜電除塵器入口煙溫降低至110 ℃左右，通過配套安裝三相電源的高效靜電除塵器進行除塵，將除塵器出口顆粒物濃度控制在10 mg/m3以下，再經過石灰石濕法脫硫塔三級屋脊式高效除霧器進行除霧凈化，控制煙氣中的霧滴含量，將煙囪出口煙塵排放濃度控制在5 mg/m3以下。