燃煤电厂电除尘器增效改造的途径
1 问题的提出
我国2004年1月1日起实施的《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223—2003)要求烟尘排放质量浓度控制在50 mg／m 。但此前我国火电厂的燃煤锅炉普遍使用电除尘器，由于煤种和工况条件的差异，电除尘器的设计多数为3电场，一般烟尘排放质量浓度在100～1 500mg／m (本文烟气量均为标准状态值)，远远满足不了新标准要求。因此，必须采取有效措施，提高除尘器的除尘效率。根据我国的国情和各地域的差距以及电厂的具体条件，笔者提出几种燃煤电厂原有电除尘器增效改造的途径。
2 对现有电除尘器结构的改造
2．1 对现有电除尘器系统的评价
客观地评价现有电除尘器的运行效果是对除尘器进行改造的前提。对电除尘器的运行状况做出正确客观的评价，不能脱离当时的客观条件和现在的运行条件(烟气状况)。
影响电除尘器运行的因素很多，包括内部因素和外部因素。对影响除尘效率的内部因素应从电除尘器本体(包括高压供电和控制系统)的设计、配置来检查是否合理，设计的容量是否满足要求，如果仅是设计容量满足不了新标准要求，则应进行电除尘器的扩容改造，采取增高、加宽或增加电场等措施，做出可行性研究，选择最佳方案。改造原有电除尘器一定要突破传统的设计思路和配置模式。对于影响电除尘器除尘效率的外部因素，则必须用调整锅炉的燃烧工况，完善锅炉辅机等外部条件来调整烟气条件，以适应电除尘器的正常运行。
当然，煤种的改变也影响电除尘器的除尘效率。采用国际通用的煤灰特性判别方法—— 除尘指数法，根据用户提供的煤质和灰分的化学成分，来判断采用电除尘器是否为最佳的选择，详见表1。
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2．2 慎重地确定设计参数和结构型式
首先结合国内外的运行经验和试验数据，确定电场内的烟气流速和驱进速度(比集尘面积)，合理地分配电场数、电场长度、电场高度、极间距和极配型式。根据不同电场，不同部位粉尘的特性，有针对性地设置振打系统，选择最适当的振打加速度，处理好电极振动频率与振幅之间的合理搭配，尽量保证振打加速度在极板上的合理分布。
其次，进一步优化除尘器的结构设计，精细调整电场气流分布，消除窜流。粉尘沉降过程受电场力、重力、气流惯性和二次飞扬的共同作用，会呈现底部浓度大于顶部，前部浓度大于后部的分布状况，因此，其振打加速度和极配型式应有所区别。由于顶部灰尘降落到灰斗的过程长，向后飘移的距离较远，所以较低的顶部流速可以减少飘移距离，有助于顶部细尘的收集。底部的粗尘降到灰斗的落差较小，即便遇到较强水平气流的携带，其向后飘移的距离也不远，容易落入灰斗。因此，电场上部的气流应较底部小一点，即进气烟箱的气流中心应
该低于电场中心。同时，进气烟箱的气流组织不要使烟箱底板的扩散对气流形成过量的向下疏导，要力保下部气流平稳地流经电场，防止在越过灰斗上方时出现跨栏似的脉冲，引发二次扬尘。因此，设计时除了在灰斗前后端安装阻力板外，还要增加中部隔板。为了拦截逸出末电场的漏尘，要处理好下部的漏流。所以，到了末电场，应该降低下部的流速，即将出气烟箱的截面中心设置得比电场中心高一些。同时要在下部烟气流向烟箱的汇集通路上加强阻留灰斗措施，减少气流对落灰的携带。
另外，在末电场配置移动网板收尘极，对逃逸出电场的粉尘进行再捕集，不仅改善了前部电场的气流，对提高除尘效率也有一定的作用。但是，毕竟穿过槽板的气流速度比较高，对捕集的冲刷明显，加之槽板的扬尘会造成阵发性瞬时排放浓度增大，满足不了新的排放标准。垂直于气流布置或平行于气流布置的移动网板或电极，能够较好地弥补槽板的种种缺陷。目前在国外已经有成功的应用业绩。
3 采用“电一袋”复合式除尘器
“电一袋”结合的除尘器改造方案最早出现在美国。20世纪90年代初，美国的一些小型循环流化床锅炉脱硫后的烟气粉尘达1 000 g／m 以上，采用原有的电除尘器无法满足要求，于是就出现了将一电场保留，二、三电场或二、三、四电场改造为布袋除尘的所谓“电一袋”结合式除尘器。
这种方式的初始想法是用一电场除去70％ 左右的灰尘，减少高浓度粉尘对滤袋的冲刷，延长滤袋寿命。一般来讲，对于4电场的电除尘器，保留一电场，二、、四电场，拆除极板和极线，改造为袋式除尘器比较合理。而对于3电场的电除尘器，保留一个电场后余下的空间太小，改造为袋式除尘器后，过滤风速太大，影响滤袋寿命。“电一袋”结合方案的缺点是既要保留原高低压电源和控制系统以及备品备件，又要增加布袋除尘的设备和备品备件。更换滤袋时，一电场电除尘器也要停止供电，使工作量增加了一倍。因此，要针对“电一袋”结合的运行特点，建立新的控制和运行模式。
阻尘式静电一袋式除尘器是在总结常规袋式除尘器、静电一滤袋组合式除尘器、交叉式静电一袋式除尘器经验基础上提出的一种新型除尘器，其技术原理是：粉尘先经电除尘区域使粉尘带电并除去大部分粉尘，然后进入带负高压的扁形布袋与阳极板构成的通道。粉尘受电场力的作用向极板沉积，从而可以在保证除尘效率和相同阻力的条件下，提高过滤风速，降低除尘器成本。这种除尘器利用了电场力的排斥作用，带电粒子无法靠近带电的滤袋，过滤速度可以超过4m／min。因此，所需要的滤袋数量最少，适合于电除尘器的改造。但是，目前还没有工程应用方面的经验。
GORE公司的交叉式静电一袋式除尘器专利技术，是将一排电除尘器通道和一排袋式除尘器通道交叉布置，气流通过孔板式极板进入布袋除尘器，既利用了常规静电一袋式除尘器的特点，又利用了带电粉尘与极板之间的静电力，作为新设计的原装除尘器具有竞争力，但不适合旧电除尘器改造。
目前，我国正在研究开发“电一袋”复合式除尘器。龙净环保公司等已将这种技术用于50MW机组电除尘器改造。笔者认为，这毕竟是一种新的技术，在扩大和采用该技术时务应进行经济和技术比较，同时注意以下几个问题：
(1)虽然静电除尘和袋式除尘单元的气流组织不一样，气流的均匀性同样是影响静电除尘效率和滤袋寿命的重要因素之一。因此，需要采取适当的导流布风措施，必须经过模拟试验和除尘器结构的优化设计。
(2)在“电一袋”复合式除尘器中，静电除尘单元和袋式除尘单元的运行参数有很大的区别，必须进行调整。特别是对于袋式除尘单元的喷吹压力、清灰周期等参数需要重新选择和确定。
(3)对于改造项目来说，第一电场应采用放电强的极线，如果原有的芒刺线针尖已钝或针刺脱落，应更换。 ．
(4)对于新建的燃煤锅炉或大型燃煤锅炉，目前国内外尚无“电一袋”复合式除尘器的运行经验。
因此，应谨慎采用该方案。
4 电除尘器改造为袋式除尘器
与电除尘器的除尘机理不同，袋式除尘器是通过滤料自身固有的，以及附着于表面的粉尘层的过滤特性来截留烟气中的粉尘。实践证明，袋式除尘器除尘效率高，受燃煤特性的影响小。在一些用传统电除尘器难以高效收尘的工况下，将电除尘器改造为袋式除尘器都取得了很好的效果。
袋式除尘器在燃煤电厂的应用前景可以从以下几个方面来理解。
4．1 污染物排放标准提高
新的《火电厂大气污染物排放标准》分为三个时段对火电厂建设项目分别规定了排放限值。总的烟尘最高允许排放浓度比以前严格得多。1996年以前的老项目要达到300mg／m^3 ，1997年一2003年的项目达到200mg／m ，因此，将有大量的除尘器改造提效工作要做。面对第三时段要达到100 mg／m^3及50 mg／m ^3的要求，有些城市甚至要求市区电厂达到30 mg／m^3 。这对于燃用低硫煤的锅炉，电除尘器技术很难解决，袋式除尘器将是最好的选择。
4．2 袋式除尘器弥补了电除尘器的缺陷
对于高硫煤种、碱金属含量大的煤种、颗粒比较大的粉尘，电除尘器的除尘效率一般比较高，而对于低硫煤及难收尘煤种、比电阻高粒径较细的粉尘，其除尘效率就很低，无法满足排放标准的要求。
袋式除尘器的除尘机理保证了其具有很高的除尘效率，烟尘排放完全可以控制在30 mg／m ^3甚至10mg／m^3 以下。袋式除尘器具有不受燃用低硫煤和难收尘煤种的影响，烟气特性和粉尘特性的变化也不影响其除尘效率。这些特性为其在火电厂的应用提供了可能。
4．3 袋式除尘器在燃煤电厂的成功应用
袋式除尘器在国外燃煤电厂的应用已有几十年的历史。我国虽然在20世纪80年代末至90年代初走过一段弯路，但自2001年内蒙古丰泰发电公司200 MW 机组成功应用袋式除尘器后，至今已有几十台燃煤锅炉将电除尘器改造为袋式除尘器，尤其是当前我国的滤料工业快速发展，滤料的规格品种和性能已基本可替代国外产品，为袋式除尘器在燃煤电厂的推广提供了保证。
此外，袋式除尘器还是干法、半干法脱硫工艺的经典配置，具有除尘脱硫的双重功能，将为今后燃煤电厂烟气的脱硫除尘一体化提供最佳配备。
5 结语
随着袋式除尘器在燃煤电厂的成功应用，它的除尘效率高、能捕集高比电阻和极细微粉尘的特点，已被人们所公认。袋式除尘器的辅助设备少，运行稳定，对负荷的变化适应性强，运行管理也比较简单。但袋式除尘器应用中也存在一些问题，如有些设备选配的滤料和配件不能满足设计要求，有的设备结构设计没有优化，气流组织不甚合理等，均影响了袋式除尘器的正常运行。在今后的设计、制造和运行中一定要考虑锅炉及辅机故障引起烟气条件变化的保护，应该要有报警和其他安全预防措施，保证除尘器长期可靠运行。
参考文献：
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