藍蓬

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

我國燃煤電廠鍋爐煙氣除塵主要采用靜電除塵技術(shù)，靜電除塵器具有長期穩(wěn)定性高、收塵效率高等特點，但隨著煤電市場萎縮、入廠煤種改變、廠內(nèi)空間受限和排放標準提高等因素的變化，靜電除塵技術(shù)的發(fā)展迎來了挑戰(zhàn)，同時也催生了諸多新技術(shù)。電除塵新技術(shù)包括旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)、機電多復式雙區(qū)技術(shù)、微細粉塵靜電凝聚技術(shù)和多場耦合技術(shù)等，這些新技術(shù)在燃煤機組中得到了實際應(yīng)用。

1 靜電除塵器技術(shù)原理

電除塵的基本過程分3 個階段：荷電、收塵、清灰[1]，即靜電除塵器中高壓放電極（陰極線）受到數(shù)萬伏高壓時，放電極與集塵極（陽極板）之間在火花放電前引起電暈放電，空氣絕緣被破壞；電暈放電后產(chǎn)生的正離子在放電極失去電荷，負離子黏附于氣體分子或塵粒上，受靜電場的作用被捕集在集塵極上；當靜電集塵電極板的塵粒達到相當厚度時，利用振打裝置使煙塵落入下部灰斗[2]。

《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014—2020 年）》（以下簡稱《行動計劃》）提出了東部地區(qū)新建燃煤發(fā)電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值，即在基準氧含量6%的條件下，煙塵、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）排放濃度分別不高于10、35、50mg/Nm3，局部地區(qū)煙塵、SO2、NOx排放濃度不高于5、35、50mg/Nm3?！缎袆佑媱潯方o現(xiàn)有電除塵器技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。新的電除塵器提效技術(shù)思路必須突破原有電除塵器細微顆粒物荷電難、高比電阻粉塵反電暈及二次揚塵等技術(shù)瓶頸，圍繞增加收塵面積、強化粉塵荷電和抑制二次揚塵展開。

2 多場耦合技術(shù)

2.1 多場耦合技術(shù)原理

電除塵器多場耦合技術(shù)的原理是利用多種除塵機理，包括靜電場、慣性分離、沉降分離、凝聚、微旋風、過濾等，從而實現(xiàn)塵氣分離，最終在保持電除塵器外形不變、電場數(shù)量不變的情況下實現(xiàn)電除塵器出口粉塵的超低排放要求。

多種除塵機理可以在電除塵器內(nèi)部多區(qū)域應(yīng)用：進口喇叭可以改造為迷宮式沉降室，也可以在分布板中間設(shè)置收塵濾網(wǎng)或者其他形式的垂直收塵裝置；電場內(nèi)部可以優(yōu)化陰極結(jié)構(gòu)，強化陰極收塵并有效捕集正離子粉塵，優(yōu)化陽極結(jié)構(gòu)，增加陽極有效收塵面積，尾部設(shè)置導電濾槽或者孔網(wǎng)，有效抑制二次揚塵；出口喇叭槽形板優(yōu)化為多通道結(jié)構(gòu)的氣固分離裝置，減少出口煙氣粉塵逃逸，配合優(yōu)化后的振打策略及高壓電源改造，可實現(xiàn)電除塵器出口粉塵的超低排放。多場耦合技術(shù)的優(yōu)點在于可以根據(jù)電除塵器出口排放粉塵濃度的要求，靈活選配和組合以上技術(shù)，可操作性更強。

2.2 多場耦合技術(shù)表現(xiàn)形式

2.2.1 進口喇叭迷宮式沉降收塵裝置

進口喇叭迷宮式沉降收塵裝置利用的是進口喇叭煙氣流速文丘里效應(yīng)特點，在三層進口喇叭分布板之間設(shè)置“W”形小孔百葉窗并裝設(shè)獨立的振打清灰機構(gòu)，煙塵與迷宮裝置碰撞實現(xiàn)氣塵分離的同時也可以增加收塵面積（見圖1）。

圖1 進口喇叭迷宮式沉降收塵裝置圖

2.2.2 電場內(nèi)新增收塵型陰極線

新型陰極線為尖端放電的雙層耦合結(jié)構(gòu)，順氣流方向布置在原陰極線之前適當?shù)奈恢茫ㄒ妶D2）。其構(gòu)造為具有坡度的孔網(wǎng)裝置。雙層對稱耦合時形成一個沒有氣流流過的空腔。當含塵氣體經(jīng)過時，在電場力的作用下，粉塵與氣流在陰極線表面發(fā)生分離，粉塵被孔梗收集，在振打力的作用下，孔梗收集的灰從孔梗斜面滑入耦合的空腔內(nèi)部，由于電場氣流風不經(jīng)過空腔，灰在下落的過程中不會飛揚。同時，此收塵型陰極線能使附近荷正電的粉塵捕集效率大大提高。

圖2 新型收塵型陰極線圖

2.2.3 新型不揚塵極板

陽極板的粉塵如果想要減少甚至避免二次揚塵，應(yīng)當消除風力帶來的影響。不揚塵極板為百葉孔網(wǎng)板，作為收塵裝置使用時，百葉孔梗的坡度可以在收集粉塵的同時使粉塵滑落。原理與新型耦合收塵型陰極線相同，灰沿百葉孔梗坡面滑落到網(wǎng)與極板形成的空腔，灰在下落過程中不受電場風力影響，電場力的持續(xù)壓制作用可保證灰在下落過程中不會從網(wǎng)孔中外溢，從而抑制了二次揚塵。高比電阻粉塵也不會在孔板板面形成連續(xù)灰餅，可以有效抑制反電暈的發(fā)生。

3 工程案例分析

3.1 工程概況

云南某電廠3、4 號300MW 機組配套電除塵器于2007 年11 月正式投入運行，原為雙列雙室五電場電除塵器，并于2019 年前后對電除塵器進行超低排放改造，配套進口喇叭粉塵預捕集裝置+電場尾部垂直氣流收塵裝置構(gòu)成的多場耦合技術(shù)，具體改造內(nèi)容為：電除塵器本體檢修提效+入口煙箱增加預捕集裝置+前四電場陰極線全部更換+陰陽極振打更換+三至五電場新增垂直氣流收塵裝置+一至五電場使用新一代高頻電源+新增第四、五電場高頻脈沖電源。

3.2 電除塵器技術(shù)及運行參數(shù)

3 號機組入廠煤質(zhì)見表1，改造前3 號機組電除塵器性能測試煤種煤質(zhì)見表2。由于摻燒了大量其他褐煤，電除塵器超低排放改造煤種已經(jīng)和原設(shè)計煤種煤質(zhì)產(chǎn)生了較大差異?，F(xiàn)燃用煤種收到基酸分（Sar）為1%—2%，屬于中硫煤，有利于電除塵器收塵；全水分收到基水分（Mar）約為20%，水分含量高，有利于電除塵器收塵。但是收到基灰分（Aar）＞30%，收到基低位發(fā)熱量（Qnet.ar）＜20MJ/kg，不利于電除塵器收塵。總體來說，目前燃用煤種煤質(zhì)收塵難易程度屬于一般水平。

表1 3 號機組入廠煤質(zhì)參數(shù)

表2 改造前3 號機組電除塵器性能測試煤種煤質(zhì)分析表（2017 年11 月）

改造前3 號機組電除塵器性能測試結(jié)果見表3、改造后3 號機組電除塵器熱態(tài)性能實驗結(jié)果見表4。

表3 改造前3 號機組電除塵器性能測試結(jié)果（2017 年11 月）

表4 改造后3 號機組電除塵器熱態(tài)性能試驗結(jié)果（2020 年5 月）

（1）3 號機組甲列電除塵器改造前入口濃度約為39 290mg/Nm3，出口排放濃度約為78.58mg/Nm3，除塵效率約為99.80%；改造后，在燃用相似煤質(zhì)煤種的情況下，入口濃度變化較小，約為36 814mg/Nm3，出口排放濃度約為27mg/Nm3，除塵效率約為99.92%，比改造前出口排放提效約65.60%。3 號機組乙列電除塵器改造前入口濃度約為37 392mg/Nm3，出口排放濃度約為89.74mg/Nm3，除塵效率約為99.76%；改造后，在燃用相似煤質(zhì)煤種的情況下，入口濃度變化較小，約為33 975mg/Nm3，出口排放濃度約為24.6mg/Nm3，除塵效率約為99.92%，比改造前出口排放提效約72.59%。

（2）3 號機組電除塵器改造前本體阻力約為155Pa，改造后本體阻力約為250Pa，阻力增加約95Pa。垂直收塵裝置的開孔率較高，單層收塵網(wǎng)增加的阻力較小，導致3 號電除塵器總本體阻力并未顯著增加。

（3）根據(jù)2020 年5 月原3 號爐電除塵器超低排放改造后的測試煙氣量進行核算，該電除塵器實際比集塵面積（不含多場耦合技術(shù)）約為123.8m2/（m3·s），實際比集塵面積已基本能夠滿足電除塵對該燃煤煤種除塵效率的需要。

（4）4 號機組甲乙兩列雙室1、2 電場二次電壓為40—50kV，未發(fā)生火花閃絡(luò)；3、4、5 電場二次電壓基本都處于30—45kV，為低水平值，而且進行振打時，會頻繁發(fā)生火花閃絡(luò)現(xiàn)象，這可能是因垂直收塵裝置安裝在陰極大框架上，與高壓電源相連，振打?qū)е麓怪笔諌m裝置晃動，尖端放電間隔變小，尖端對其他接地金屬件進行放電從而導致火花閃絡(luò)。

3.3 小結(jié)

（1）該技術(shù)優(yōu)點為垂直收塵裝置受到氣流的沖刷，由于摩擦阻力的作用可以捕集少部分負電荷粉塵，同時由于庫侖力的影響也可以捕集正電荷粉塵。

（2）該技術(shù)缺點為大量粉塵沉積在孔網(wǎng)上，由于煤種含水量較高，沾灰在孔網(wǎng)上不易振打，一旦振打清灰，帶電的垂直收塵裝置尖端會發(fā)生晃動，尖端放電間隔會發(fā)生變化，可能導致二次電壓偏低、電場內(nèi)部發(fā)生火花閃絡(luò)現(xiàn)象，會對電場除塵效果造成不利影響。另外，由于垂直收塵裝置安裝在陰極大框架上，只適用于陰極采用大框架結(jié)構(gòu)的電除塵器，適用范圍受限。

4 結(jié)語

多場耦合技術(shù)在靜電除塵器上的工業(yè)應(yīng)用結(jié)果，驗證了多場耦合技術(shù)原理在增加收塵面積、抑制二次揚塵、捕集正電荷粉塵等方面上基本符合實際工業(yè)應(yīng)用的需要，同時在比集塵面積相對足夠的基礎(chǔ)上協(xié)同高頻電源、脈沖電源等多種提效技術(shù)，可使靜電除塵器出口粉塵達到超低排放的要求。因此，如何使多場耦合技術(shù)更好地適配靜電除塵器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)當是今后多場耦合技術(shù)的發(fā)展方向。