高爐煤氣發電用濕式電除塵器的節能研究

鋼鐵行業在我國國民經濟的發展中占據著舉足輕重的重要地位。除電力行業外，鋼鐵行業是我國第二大高能耗、高污染的產業。高爐煤氣是高爐煉鐵過程中產生的一種副產能源，高爐煤氣因其熱值低、污染大和回收難等而被直接排放到大氣中，這樣不僅污染環境，而且造成能源的浪費。

高爐煤氣燃氣—蒸汽聯合循環發電機組（CCPP）是利用凈化后的富余煤氣發電，在消耗能源煉鐵過程中產生循環經濟效益，是國內外公認的投資小、見效快的環保節能項目。其工藝流程為經過凈化后的高爐煤氣先經煤氣加熱器加熱，后經低、高壓空氣壓縮機壓縮，進入燃氣輪機燃燒做功，將機械能轉換為電能。排出的煙氣進入余熱鍋爐產生蒸汽，蒸汽帶動汽輪機做功，又將熱能轉換為電能，實現燃氣—蒸汽聯合循環發電。

由于CCPP 中的燃氣輪機屬于高轉速的動力設備，并且高爐煤氣中主要的可燃氣體為CO，其燃燒速度比較慢，如果進入燃氣輪機的煤氣中含塵量過高，不僅會磨損燃氣輪機通道和腐蝕葉片，影響機組的運轉效率，嚴重時可能引發安全事故。

因此，進入燃氣輪機燃燒室的煤氣必須進行凈化，保證含塵濃度低于1mg/m3。電除塵器因其除塵效率高且捕集粉塵時所需要的能量小于傳統的除塵設備，已被廣泛應用于工業中。但干式電除塵容易產生反電暈和二次揚塵，影響除塵效率的提高。濕式電除塵器不需要振打裝置，通過水膜清灰避免以上問題的產生。本文對濕式電除塵器對燃氣—蒸汽聯合循環發電用高爐煤氣凈化的可行性及效果進行研究。

1 實驗原理及實驗裝置

1.1 實驗原理

濕式電除塵器去除顆粒物的步驟包括：

①電暈放電，在放電極與收塵極之間施加直流負高壓，使電暈極附近的氣體電離，即電暈放電，生成大量正負離子。

②粉塵荷電，含塵氣流通過電場空間時，負離子與粉塵碰撞并附在其上，使粉塵荷電。

③粉塵捕集，荷電后的粉塵在電場力的作用下向收塵極驅動而被捕集。

④水膜清灰，設置在電場空間上部的噴淋系統，通過霧化噴嘴噴出的水霧在收塵板上形成一層水膜，從而將沉積在收塵板上的粉塵沖洗掉。由于水膜的作用，避免產生二次揚塵，因此除塵效率高。

1.2 實驗裝置

實驗裝置（圖1）主要由管道系統1、高壓供電系統2、噴淋霧化系統3、極配系統6 和風機7 等組成。

圖1 濕式電除塵器實驗裝置示意圖

2 結果與分析

在濕式電除塵器收塵過程中，煤氣中的粉塵顆粒通過放電極產生的電暈放電進行荷電，因此，電暈放電性能是影響電除塵器除塵效率的關鍵。極配系統作為濕式電除塵器的核心組成部分，對電暈放電性能的影響十分重要，從而影響濕式電除塵器的收塵效果。

2.1 極配選型對電暈放電性能（V-I）的影響

本實驗選用480C 型板作為收塵極，放電極選用BS 四刺整體線、RS 二刺芒刺線、RS 帶輔助芒刺線、BS 四刺分體線、魚骨針刺線和星形線。一根陰極線配一塊陽極板安裝。在相同的試驗條件下，當電場風速為1.0m/s 時，得到的伏安特性曲線如圖2 所示。

圖2 不同極配下的伏安特性曲線

從圖2 可以看出，BS 四刺整體線、RS 二刺芒刺線、RS 帶輔助芒刺線、BS 四刺分體線和魚骨針刺線的伏安特性曲線形狀及趨勢相似，但魚骨針刺線在相同的電壓下，電暈電流大一些。星型線的伏安特性與其它5 種放電線差別較大。這是因為前5種放電線都屬于芒刺狀電暈線，都是芒刺尖端放電，放電強度高，起暈電壓低，約在16～18kV 之間。星型線屬于線狀電暈線，其起暈電壓高，大約在27.5kV 左右。

2.2 極配型式對除塵效率的影響

從圖2 中選取伏安特性曲線差別比較明顯的魚骨針刺線、RS 二刺芒刺線和星型線分別作為放電極，選480C 型板作為收塵極的極配型式進行除塵實驗。在相同的實驗條件下，濕式電除塵器入口粉塵濃度為100mg/m3，電場風速為1.0m/s，噴嘴壓力為0.35MPa 時得到的實驗結果如表1 所示。

表1 三種極配型式的除塵效率

從表1 可知，RS 二刺芒刺線的除塵效率最高，其次是魚骨針刺線，星型線除塵效率最低。星型線因起暈電壓高，火花放電電壓低，其穩定工作電壓范圍較窄，粉塵顆粒不能有效荷電，所以其除塵效率較低。魚骨針刺線的電暈放電性能雖優于RS 二刺芒刺線，但是RS 二刺芒刺線的火花放電電壓高于魚骨針刺線，其電流密度分布均勻性比魚骨針刺線好，所以對粉塵的收集效果優于魚骨針刺線。

3 結論

本文研究了濕式電除塵器對燃氣—蒸汽聯合循環發電用高爐煤氣凈化的可行性及效果進行研究，選用工業常用的480C 型板配不同的放電線的極配型式進行相關實驗，得到以下結論：

①對6 種不同極配型式的濕式電除塵器進行了電暈放電性能實驗研究，得出伏安特性曲線，為選擇合適的極配型式來有效收集煤氣中的粉塵提供了依據。

②對伏安特性曲線明顯不同的3 種極配型式下的濕式電除塵器進行了收塵試驗，得到了使濕式電除塵器用于CCPP 發電中高爐煤氣凈化的極配型式。