淺談#5爐除塵系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化

戴新枝

（國能九江發(fā)電有限公司，江西 九江 332000）

0 引言

粉塵是燃煤電廠生產(chǎn)過程中排放的固體顆粒物，它的主要成分是二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣和未經(jīng)燃燒的炭微粒等。粉塵粒子表面附著了各種有害物質(zhì)，進(jìn)入人體會(huì)在肺部沉積下來，還可以通過血液到達(dá)人體各部位，引發(fā)各種呼吸系統(tǒng)疾病；粉塵還會(huì)使能見度降低，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞。最新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：煙囪粉塵排放濃度須小于10 mg/Nm3。

1 電除塵的工作原理

電除塵器是利用強(qiáng)電場使氣體電離，即產(chǎn)生電暈放電，進(jìn)而使粉塵荷電，在電場力的作用下，將粉塵從氣體中分離出來的裝置。它分離氣體中懸浮塵粒的過程如下：施加高電壓產(chǎn)生強(qiáng)電場使氣體電離并產(chǎn)生電暈放電，懸浮塵粒荷電，在電場力作用下向極性相反的電極運(yùn)動(dòng)，與沉降電極接觸后失去電荷，粘附在沉降電極表面，借助振打裝置使電極抖動(dòng)，塵粒掉落到下部灰斗中。

2 除塵效率降低的原因及應(yīng)對(duì)措施

九江發(fā)電公司#5爐除塵系統(tǒng)共有兩級(jí)，一級(jí)布置在空預(yù)器和引風(fēng)機(jī)之間，二級(jí)布置在脫硫塔和煙囪之間。一級(jí)除塵器為福建龍凈股份公司生產(chǎn)的BE221/2-4型雙室四電場干式電除塵，設(shè)計(jì)入口/出口煙塵濃度為19760/50 mg/Nm3，實(shí)際出口粉塵濃度為79 mg/Nm3，最大達(dá)200 mg/Nm3。二級(jí)除塵器為南京國電科技有限公司生產(chǎn)的EHC-WE-72KV/1.0A型濕式電除塵，設(shè)計(jì)出口粉塵濃度小于10 mg/Nm3。實(shí)際運(yùn)行中存在除塵效率下降、電場跳閘頻繁、耗電率偏高的現(xiàn)象。

除塵效率是指除塵器進(jìn)出口粉塵質(zhì)量流量之差與除塵器進(jìn)口粉塵質(zhì)量流量之比，濃度法試驗(yàn)效率計(jì)算公式[1]為：

式中：ρ1為電除塵器進(jìn)口標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣含塵濃度；ρ2為電除塵器出口標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣含塵濃度；Δα為電除塵器漏風(fēng)率。

2.1 燃煤性質(zhì)對(duì)除塵效率的影響

2.1.1 煤的含硫量

煤的含硫量對(duì)電除塵器的除塵效率影響很大[2]：當(dāng)煤的收到基含硫量＞1.5%時(shí)，煙氣中的SO3起到調(diào)質(zhì)作用，增加飛灰的表面導(dǎo)電性，除塵效率升高；而當(dāng)煤的收到基含硫量＜1.0%時(shí)，煙氣中SO3的調(diào)質(zhì)作用減弱，含硫量越低，電除塵器反電暈程度越強(qiáng)烈，收塵難度越大，除塵效率降低。

2.1.2 煤中灰分含量

電除塵器入口煙氣的含塵濃度隨著煤中灰分的增加而增加[2]，電場中粉塵顆粒數(shù)量大量增加將抑制電流的產(chǎn)生，使塵粒不能獲得足夠的電荷，導(dǎo)致除塵效率降低。當(dāng)煤中灰分含量＞20%時(shí)，除塵效率明顯降低。

2.1.3 粉塵比電阻

粉塵比電阻高值是影響電除塵器性能的主要因素之一[2]。通常當(dāng)比電阻值在104～1011Ω·cm范圍內(nèi)時(shí)，粉塵能在極板上形成粉塵層，是電除塵最理想的運(yùn)行區(qū)域。隨著比電阻增大到1.5×1013Ω·cm，電荷將難以中和，易產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象，使集塵極附近電場強(qiáng)度減弱，除塵效率顯著降低。

2.1.4 應(yīng)對(duì)措施

控制入爐煤性能指標(biāo)偏差＜5%，當(dāng)燃煤性質(zhì)發(fā)生較大變化時(shí)，及時(shí)調(diào)整電除塵電場的運(yùn)行參數(shù)。當(dāng)干式電除塵電場二次電流降至100 mA以下時(shí)，申請(qǐng)退出該電場；當(dāng)濕式電除塵電場二次電流降至20 mA以下時(shí)，申請(qǐng)加強(qiáng)陽極沖洗操作，如沖洗無效，則退出電場運(yùn)行，進(jìn)行陰極沖洗。必要時(shí)降負(fù)荷運(yùn)行，如果負(fù)荷不能降低，負(fù)荷＞280 MW、出口粉塵濃度＞8 mg/Nm3時(shí)，增加漿液循環(huán)泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，當(dāng)負(fù)荷下降、出口粉塵濃度＜6 mg/Nm3時(shí)，停運(yùn)一臺(tái)漿液循環(huán)泵。

2.2 灰斗料位不合適

1）灰斗料位過高或過低都會(huì)使除塵效率下降：灰斗料位過高會(huì)埋住陰極板和陽極板，使除塵效率下降；灰斗料位過低，潮氣返回到灰斗，粉塵受潮結(jié)塊造成堵塞或二次飛揚(yáng)等，也將使除塵效率下降。

2）應(yīng)對(duì)措施：根據(jù)灰斗料位及時(shí)調(diào)整輸灰時(shí)間，專業(yè)制定了輸灰計(jì)劃表，如表1所示。

表1 正常輸灰時(shí)間計(jì)劃表

當(dāng)某一灰斗出現(xiàn)料位高的情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整輸灰時(shí)間，保證灰斗料位一直維持在高料位和低料位范圍內(nèi)。例如，除塵器B側(cè)二、三電場灰斗多次出現(xiàn)“高料位”報(bào)警的現(xiàn)象，為防止電除塵器灰斗大量積灰導(dǎo)致除塵效率下降，將B側(cè)電除塵的除灰操作調(diào)整為每2 h一次。運(yùn)行中，一旦發(fā)現(xiàn)灰斗“高料位”報(bào)警應(yīng)立即進(jìn)行輸灰，盡快消除“高料位”報(bào)警信號(hào)，某一灰斗“高料位”報(bào)警30 min無法消除時(shí)，應(yīng)向值長申請(qǐng)退出對(duì)應(yīng)的電場，待灰斗“高料位”信號(hào)消失后再及時(shí)投入電場。

2.3 清灰效果差

1）電除塵的清灰是電除塵運(yùn)行過程中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，電除塵的清灰效果直接影響除塵效率[1]，而要達(dá)到良好清灰的目的，必須使陽極板和陰極板受到恰當(dāng)?shù)恼翊颍纫ＷC粉塵脫離極板和極線，又不能產(chǎn)生二次飛揚(yáng)。因此，不但要選擇合適的振打方式，而且要選擇合適的振打周期，如果調(diào)整不當(dāng)，除塵效率會(huì)下降，甚至?xí)斐煞蹓m二次飛揚(yáng)，使除塵效率進(jìn)一步下降。

2）應(yīng)對(duì)措施：選取兩個(gè)狀況較好的電場進(jìn)行試驗(yàn)，首先調(diào)整高壓柜的輸出功率為最大，記錄其振打周期，每更換一次振打周期記錄一次高壓柜輸出參數(shù)，從中選取電暈功率最大的一組振打周期。根據(jù)此次試驗(yàn)結(jié)果，建議將電除塵頂部的振打高度往上增加20 mm，一電場和二電場側(cè)部振打頻次進(jìn)行調(diào)整，如表2所示，其他電場振打頻次不變。

表2 一、二電場振打頻次調(diào)整前后對(duì)照表 單位：s

3 運(yùn)行電場跳閘應(yīng)對(duì)措施

電除塵電場運(yùn)行中多次跳閘，如果是非末端電場跳閘，對(duì)粉塵濃度影響較小，稍加關(guān)注即可，一旦末端電場（A8、B8）跳閘，因尾部無法再次捕捉二次飛揚(yáng)的粉塵，會(huì)導(dǎo)致凈煙氣粉塵濃度大幅升高，突升的時(shí)間持續(xù)8～10 min，易造成粉塵濃度超標(biāo)。

應(yīng)對(duì)措施：1）如果小時(shí)均值在5 mg/Nm3以下，可以略降負(fù)荷控制，觀察原煙氣粉塵濃度的變化，5～8 min之內(nèi)應(yīng)該從頂表值回頭，凈煙氣也很快能恢復(fù)正常范圍。2）如果小時(shí)均值在5 mg/Nm3以上，且發(fā)生在該小時(shí)的前20 min，應(yīng)先采取降負(fù)荷的措施，觀察原煙氣粉塵濃度趨勢(shì)，根據(jù)實(shí)際情況決定是否增啟漿液循環(huán)泵拉平小時(shí)均值，確保粉塵濃度小時(shí)均值不超標(biāo)。3）如果小時(shí)均值在5 mg/Nm3以上，且發(fā)生在該小時(shí)的后20 min，應(yīng)采取降負(fù)荷、增啟一臺(tái)漿液循環(huán)泵的方法。在控制粉塵濃度達(dá)標(biāo)后，還要繼續(xù)查看小時(shí)均值的情況，盡量確保小時(shí)均值達(dá)標(biāo)，注意采取控制粉塵濃度的措施必須確保機(jī)組安全。

末端A8電場跳閘后的粉塵趨勢(shì)如圖1所示，從圖1可知，16：08機(jī)組負(fù)荷從215 MW快速加至227 MW，原煙氣、凈煙氣粉塵濃度先后開始升高；2 min后原煙氣粉塵濃度已頂表至250 mg/Nm3，凈煙氣粉塵濃度達(dá)32 mg/Nm3；16：11機(jī)組開始降負(fù)荷啟動(dòng)D漿液循環(huán)泵；3 min后原煙氣粉塵濃度開始下降，機(jī)組負(fù)荷降至194 MW；16：15增啟B漿液循環(huán)泵，原煙氣粉塵濃度已降至80 mg/Nm3；16：17粉塵濃度正常。

圖1 粉塵濃度變化趨勢(shì)圖

4 電除塵節(jié)能優(yōu)化措施

電除塵耗電率一般占機(jī)組額定功率的0.2%～0.5%。在滿足環(huán)保排放要求的前提下，可通過調(diào)整電除塵運(yùn)行參數(shù)降低電除塵耗電率。

4.1 電除塵運(yùn)行理論功耗

根據(jù)托克斯定律W0=F·d=6πξaw·d（W0為收塵所消耗的功；F為塵粒運(yùn)動(dòng)時(shí)介質(zhì)的阻力；d為向著收塵板運(yùn)動(dòng)的距離；ξ為空氣的動(dòng)力粘度，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下為1.79×10-5Pa·s；a為塵粒半徑；ω為荷電塵粒驅(qū)動(dòng)速度，一般為0.06～0.1 m/s）[2]，假設(shè)塵粒直徑為10 μm，則a=5 μm，向著收塵板運(yùn)動(dòng)的距離d=80 mm，荷電塵粒的驅(qū)動(dòng)速度ω=0.1 m/s，則可以得到收塵所消耗的功為：

電站鍋爐產(chǎn)生的煙氣含塵質(zhì)量濃度一般為10～40 g/m3，假設(shè)煙氣含塵質(zhì)量濃度c=20 g/m3，塵粒密度ρ=1 g/cm3，則單位煙氣中的塵粒數(shù)量計(jì)算公式[2]為：

因此，使1 m3煙氣中塵粒全部分離需要的能量為：

#5爐額定負(fù)荷產(chǎn)生的最大煙氣量Q=199萬m3/h，則從這些煙氣中分離出全部塵粒所需要的功率為：

因此從理論上講，#5爐額定負(fù)荷時(shí)分離全部塵粒只需要287.4 W那么小的功率，實(shí)際上由于煤種因素（硫分、灰分、粉塵比電阻）、粉塵粒徑、電暈線肥大、二次揚(yáng)塵、氣流分布不均以及電除塵供電特性的影響，電除塵運(yùn)行時(shí)的耗功遠(yuǎn)高于理想值。電除塵在實(shí)踐運(yùn)行中用于高壓收塵的電能消耗可分為4類[2]：1）用于粉塵的荷電與捕集的電能稱為“有效電能”；2）對(duì)粉塵的荷電與捕集起破壞作用的電能稱為“反效電能”；3）介于兩者之間的電能稱為“無效電能”；4）從380 V交流動(dòng)力電源轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)高壓輸出所消耗的電能稱為“固有電能”。實(shí)際上，有效、反效、無效電能與固有電能是交織在一起的，在總的電能消耗中，有效電能占得比例很小，而反效、無效電能與固有電能占了絕大部分。因此，通過技術(shù)措施提高有效電能比例，降低反效、無效電能與固有電能比例，可以提高除塵效率，降低電能消耗。

4.2 電除塵節(jié)能對(duì)策

由于電除塵設(shè)計(jì)有裕度、電除塵運(yùn)行在低負(fù)荷下，或者處理煙氣量、煙氣溫度、煤的含硫量、灰分、比電阻、粒度等條件有利于電除塵工作，可采取下列節(jié)能方法：

1）手動(dòng)連續(xù)供電方式下，系統(tǒng)以恒定的脈沖頻率控制電源輸出功率，電源產(chǎn)生波紋很小的直流電壓輸出，在電除塵系統(tǒng)狀態(tài)不太穩(wěn)定的情況下，如電場頻繁閃絡(luò)、一/二次電流或二次電壓采樣有問題時(shí)使用該方式。該脈沖頻率可用上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的“手動(dòng)周期”來調(diào)整，運(yùn)行周期最優(yōu)設(shè)定值如表3所示，脈沖周期越大，電源輸出電壓/電流峰值越小，輸出功率越低。

表3 運(yùn)行周期最優(yōu)設(shè)定值統(tǒng)計(jì)表

2）脈沖供電方式能夠大幅減少電除塵運(yùn)行中無效和反效電能的消耗，節(jié)電效率可達(dá)50%～90%，當(dāng)電除塵運(yùn)行工況良好時(shí)使用該方式，高頻電源運(yùn)行在該模式還可根據(jù)輸出功率的大小控制散熱風(fēng)機(jī)運(yùn)行，進(jìn)一步降低功耗，延長風(fēng)機(jī)的使用壽命。針對(duì)不同的電場和工況，通過調(diào)整高頻脈沖和低頻脈沖的頻率及脈沖數(shù)（最優(yōu)設(shè)定值如表4所示），改變高頻脈沖和低頻脈沖在整個(gè)周期里的占比，從而產(chǎn)生適合當(dāng)前工況的供電波形，在滿足除塵效率的前提下可大大減少電除塵耗功，尤其是在高比電阻粉塵工況條件下，可以發(fā)揮更大的作用。

表4 高頻脈沖和低頻脈沖個(gè)數(shù)最優(yōu)設(shè)定值統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)論

針對(duì)效率下降采取有效對(duì)策，及時(shí)處理電場跳閘，優(yōu)化高壓電源供電方式，#5爐除塵效率從97.6%提高到99.7%，除塵系統(tǒng)耗電率從0.29%下降到0.22%。目前，#5爐除塵系統(tǒng)16個(gè)灰斗加熱為電加熱，每小時(shí)耗功16 kW，如果將電加熱改造成低壓蒸汽加熱，可進(jìn)一步減少除塵系統(tǒng)耗電率。