提高除尘效率的新技术分析
来源：华电国际邹县发电厂 2014年02月07日 点击：89
摘 要：本文从近几年来大型火力发电厂烟气除尘所采用的几种新技术入手，重点对当前比较主流的电除尘高频电源技术、旋转电极式电除尘技术、电袋复合技术、调温节能除尘增效技术、烟气调质技术的工作原理、结构特点进行分析、总结, 为大型火力发电厂新建、改造除尘器提供参考。 0.引言
随着《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223－2011）正式发布、实施，即自2014年7月1日起现有火力发电锅炉以及2012年1月1日起新建火力发电锅炉的排放烟尘限值为30mg/Nm3，重点地区的火力发电锅炉的排放烟尘限值执行更为严格的20mg/Nm3。2012年2月，国务院同意发布新修订的《环境空气质量标准》，增加了PM2.5监测指标并纳入各省市强制监测范畴。可见，国家对有关烟尘排放的环保政策标准越来越严格，作为烟尘排放大户的火电企业环保压力陡然增加，原因是目前大多数火电厂达不到上述排放标准，对目前使用较为主流的普通干式电除尘器提出了严峻挑战，由此引发了我国工业烟尘治理领域内关于除尘技术的新讨论。要想达到更低的粉尘排放值，传统的电除尘器必须具备更多的电场数、更大的比集尘面积，但受资金投入大和占地空间的影响，在一定程度上丧失了经济性。因此，寻找常规电除尘器技术瓶颈的突破点，对提高电除尘器除尘效率、满足粉尘排放要求是极其必要的。为此,近几年除尘器厂家及有关科研单位借鉴国外除尘技术进行了多种尝试和探索，已在部分火电厂进行规模化改造、安装，并取得了良好的效果。本文通过对几种除尘新技术的分析, 为大型火力发电厂新建、改造除尘器提供参考。 1.电除尘高频电源技术 1.1工作原理：
电除尘高频电源技术就是用高频高压整流设备通过有效地使用新材料和新型电力半导体器件，综合应用电力电子技术、微电子技术等，实现对电能的高效能变换和控制，包括电压、电流、频率和波形的变换，从而满足电除尘的供电特性和要求，进而达到提高电除尘器除尘效率的目的。波形如下图：
从上图看出，高频电源输出电压逼近工频电源电压峰值，可达工频电源的1.3倍；能
提供更大的输出电流，可达工频电源的2倍。 1.2特点：
高频电源供电方式可分为纯直流供电方式和间歇供电方式，通过高频电源控制终端或上位机系统均可对供电方式进行选择。下图为纯直流供电二次电压波形：输出近似一直线的输出电压，有效提高电除尘运行的平均电压和平均电流，适用于中等比电阻的烟气工况，有助于提高特定条件下的除尘效率。
下图为间歇供电二次电压波形：Pon、Poff时间任意可调，具有更窄的脉冲宽度、更宽的脉冲频率选择范围、更陡峭的电压上升率，其目的是减轻反电晕的发生，从而提高除尘效率，同时节能效果明显。
由于高频电源采用特殊的火花检测技术，对高频条件下的火花检测十分有效，对微弱火花也捕捉无遗。通过微终端或上位机系统设置火花后恢复曲线，设置火花初值、终值、快升时间、慢升率、恒火花率。同时火花熄灭时间短，电场能量恢复快，采用串并联混和谐振变换器，具有恒流特性，可有效抑制电场火花的冲击，火花熄灭后快速恢复电场能量，电场电压恢复快，损失小。
由于高频电源有上述特性，工况适应性强，可有效对付高浓度、高比电阻粉尘工况，多配置于第一电场，可在本体不做改造情况下用高频电源替代原第一电场工频电源，进而提高除尘效率。目前，高频电源已实现国产化。 2.旋转电极式电除尘技术
2.1旋转电极式电除尘技术产生的背景：
当前，国内燃煤锅炉燃用煤种复杂多变，对于一些除尘性能差的煤种（如准格尔煤），常规电除尘器对其除尘效率低下；使用低硫煤或循环流化床锅炉带来的飞灰比电阻普遍增高，使除尘效率下降；高比电阻粉尘容易引起反电晕，使电除尘器除尘效率下降；电除尘器经一段时间运行后，由于飞灰附着或因振打问题造成极板积灰不易清除，引起电晕电流下降、除尘效率下降。且常规电除尘器通过振打等清灰方式来清理集尘极上的粉尘，在清灰过程中，有一部分已被收集到的粉尘会重新返回到气流，最终逸出电除尘器，致使粉尘排放增加。有案例研究表明，在高效电除尘器出口的粉尘中，约有20%是由清灰过程中的二次扬尘造成的。因此，能不能制造出一种适应煤种广、有效的极板表面积灰清除装置，且能最大限度避免清灰过程中的二次扬尘的除尘器？旋转电极式电除尘技术较好地回答了这一问题。
2.2工作原理：
旋转电极式电除尘器收尘机理与常规电除尘器完全相同，仍然是依靠静电力来收集粉尘，并保留了常规电除尘器的优点。不同的是，前级电场仍采用固定极板，而末级电场的极板采用旋转方式，且与常规电除尘器所采用的清灰方式不同：附着于阳极极上的粉尘在随旋转阳极板（即作回转运动的集尘极）运动到非收尘区域（电场下端灰斗）后，被正反旋转的一对清灰刷刷除。由于集尘极能保持清洁状态且粉尘在灰斗中被清除，有效克服了困扰常规电除尘器对高比电阻粉尘的反电晕及振打二次扬尘等问题，大幅度提高了除尘效率。见右图。 2.3基本结构：
（1）旋转阳极传动装置：电机使用变频调速，极板转动缓慢，可适应机组工况变化。 （2）旋转阳极系统：旋转阳极板在顶部驱动链轮的带动下缓慢地上下移动，极板两端由链条限位，有利于极板运行中保持平稳，粉尘在收尘区域被收集。
（3）阳极清灰装置：附着在极板上的粉尘随极板转移到非收尘区域，被正反两把旋转清灰刷刷除，双面对称清灰。粉尘直接刷落于灰斗中，最大限度地减少二次扬尘。见下图。
2.4特点：
（1）由于能保持旋转阳极板的永久清洁，因此能有效地避免高比电阻粉尘的反电晕效应，清灰刷置于非收尘区，最大限度地减少二次扬尘，大幅提高除尘效率，满足更低的粉尘排放浓度。
（2）旋转电极式电除尘器既继承了常规电除尘器的所有优点，又克服了常规电除尘器的主要技术瓶颈，使电除尘器的应用范围进一步扩大。
（3）相对于常规电除尘器，在保证相同除尘效率的前提下，其运行费用更低。 （4）消除常规电除尘器随着使用时间的延续而导致的积灰现象，长期保证较高的除尘效
率。
（5）适合于老机组电除尘器改造，在很多场合，只需将末级电场改成旋转电极电场，无需增加场地，是非常有效的改造方案之一。
（6）对烟气温度和烟气性质不敏感，能弥补常规电除尘器的不足，实现对高比电阻、超细微、粘性粉尘等常规电除尘技术难以收集粉尘的收集。
从1979年日本日立公司研制出首台旋转电极式电除尘器至今，旋转电极式电除尘器已经有了30多年应用历史。早在1996年，旋转电极式电除尘器即是欧盟委员会推荐的烧结生产的最佳可行技术之一。迄今为止，旋转电极式电除尘器主要在日本应用，近年来在我国已开始使用。 3.电袋复合除尘技术 3.1工作原理：
所谓电袋复合除尘技术，就是由两种除尘器装置（静电除尘和袋式除尘）复合而成，由前级电除尘电场预除烟气中80%以上的粉尘量，粗颗粒烟尘直接沉降至灰斗，少量已荷电难收集粉尘随烟气均匀进入滤袋区，通过滤袋过滤后完成烟气净化的过程。
在除尘过程中，电场区具有预除尘作用及荷电作用，从而使滤袋区的过滤作用发生根本性变化：预除尘降低滤袋的粉尘负荷量即降低了阻力上升率；预除尘延长了滤袋的清灰周期；荷电粉尘改善滤袋表面的粉层结构：烟气粉尘通过前级电场电晕荷电后，荷电粉尘在滤袋上沉积的颗粒之间排列规则有序，同极电荷相互排斥使形成的粉尘层孔隙率高、透气性好，易于剥落。 3.2基本结构：
除尘器整体主要结构为两个部分，见下图：
（1）前级电场：由阴阳级、振打机构、高低压供电装置等组成，除尘机理与常规电除尘器完全相同。
（2）后级布袋：由有滤袋袋笼装置、清灰系统、提升阀、压力差压及温度检测装置、预涂灰装置、旁路系统、控制设备等组成。
滤袋是布袋除尘器的核心工作部件，对烟气粉尘起到净化作用，材料多为PPS针刺滤料，耐温190℃，抗酸碱性强，弱点是抗氧化性差，在150℃使用工况下，烟气含氧量不大于8%。