電除塵器選型設(shè)計探討

趙治夫+黃水立

摘要：電除塵器原理是通過施加直流高壓電，利用強電場使氣體電離，氣體中的粉塵荷電，粉塵荷電后在電場力作用下被收塵極捕集，通過振打清灰集中到灰斗完成粉塵收集過程。文章主要針對火電廠電除塵器進行研究，提出了選型設(shè)計主要參數(shù)的確定及其注意事項，為電除塵器初步選型設(shè)計提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：電除塵器；選型設(shè)計；火電廠；污染物；粉塵排放

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）34-0015-03

除塵器是火電廠控制污染物粉塵排放的重要設(shè)備?；痣姀S除塵設(shè)備主要常用的有電除塵器、袋式除塵器、電袋復(fù)合除塵器等，這幾種設(shè)備具有不同的特點和適用范圍。電除塵器原理是通過施加直流高壓電（一般20～80kV），利用強電場使氣體電離，氣體中的粉塵荷電，粉塵荷電后在電場力作用下被收塵極捕集，通過振打清灰集中到灰斗完成粉塵收集過程。

1 除塵方式選型基本原則

火電廠煙氣凈化的首要任務(wù)是使煙氣的排放濃度達到國家和合同規(guī)定的排放標準，能夠保證達到排放標準的可選設(shè)備為電除塵器、袋式除塵器和電袋復(fù)合除塵器。在這三類設(shè)備中，選用哪種設(shè)備必須根據(jù)煙塵的物理、化學(xué)性質(zhì)、煙氣的化學(xué)組成、溫度、濕度、煙氣量、含塵濃度等條件進行技術(shù)經(jīng)濟比較后確定（表1為三種除塵方式簡單技術(shù)經(jīng)濟性比較）。

除塵方式選型要求及順序如下：

首先，要滿足下列兩點：（1）保證煙氣排放濃度達到國家標準，滿足合同要求；（2）設(shè)備運行安全、可靠性高，即保證長期、穩(wěn)定地運行。

其次，可再考慮下列四點：（1）能源消耗低；（2）設(shè)備的一次投資少；（3）設(shè)備占地面積少；（4）設(shè)備運行維護、檢修費用少。

2 電除塵器選型設(shè)計

2.1 除塵器臺數(shù)及室數(shù)配置

通常由總包設(shè)計部門提供原始設(shè)計輸入條件、控制指標等要求，由除塵器制造廠進行具體的選型計算。需提供的原始資料包括鍋爐技術(shù)參數(shù)，鍋爐耗煤量，煙氣量、煙溫，制粉系統(tǒng)情況，空氣預(yù)熱器型式和過?？諝庀禂?shù)，煙塵濃度，除灰除渣方式，引風(fēng)機型式和型號，設(shè)計煤種和校核煤種，煤質(zhì)分析，灰成分分析、顆粒分析、比電阻、密度和安息角，煙氣露點溫度和煙氣中水蒸汽體積百分比，廠址氣象和地理條件等。

根據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范（GB 50660-2011）》中規(guī)定，靜電除塵器的臺數(shù)及除塵效率保證條件應(yīng)滿足下列要求：每臺鍋爐設(shè)置的靜電除塵器臺數(shù)不宜少于2臺，125MW級機組根據(jù)工程具體條件也可只設(shè)1臺。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表2所示：

式中：G1為進口含塵濃度；G2為出口含塵濃度；A為總集塵面積；w為驅(qū)進速度；Qc為除塵器進口的煙氣流量。從多依奇公式可知：除塵效率為90%時，Aw/Qc值為2.3，效率提高到99%時，Aw/Qc值為4.61，也就是說，如果荷電塵粒有效驅(qū)進速度和處理煙氣量Qc都一樣時，如除塵效率要提高9%，則除塵器的結(jié)構(gòu)要大一倍。事實上，當除塵效率達到98%以后，如要求再提高除塵器效率，則集塵極的面積增加得更大。所以，在決定除塵器的效率這個參數(shù)時，應(yīng)結(jié)合環(huán)保要求、煙囪高度、除塵器的結(jié)構(gòu)等因素綜合考慮選定。從公式解釋也說明為什么在除塵器的技術(shù)協(xié)議談判時對除塵效率這個參數(shù)控制得如此嚴格。

2.3 總集塵面積與電場數(shù)

根據(jù)多依奇公式，在除塵效率和有效驅(qū)進速度決定后，經(jīng)計算就可得到總集塵極板面積數(shù)值，總集塵面積與電場數(shù)可按下列公式確定：

A=2000N×L×H×B×K÷d （2）

式中：A為總集塵面積；N為電場數(shù)；L為單電場有效長度；H為陽極板有效高度；B為單室電場有效寬度；K為室數(shù)；d為同極間距。

在煙氣流速極板間距決定后，就可計算出集塵極板的排數(shù)，最后計算得出電場總長度，關(guān)于單電場有效長度L，要考慮極板振打檢修等因素，一般制造廠家為3.5～4.0m，不宜太長（采用分區(qū)供電除外）。除塵效率與所需的電場數(shù)的關(guān)系參見表3。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在20世紀60～70年代，國內(nèi)電除塵器廠基本采用二電場，除塵效率可達到95%；至80年代多采用三電場，除塵效率可達到98%；至90年代多采用四電場，效率可達到99%及以上。

最新版《火電廠大氣污染物排放標準（GB 13223-2011）》替代了2003年標準，調(diào)整了大氣污染物排放濃度限制，位于重點地區(qū)對新建、擴建的火電廠煙塵最高允許排放濃度為20mg/Nm3，比2003年標準又嚴格了很多。為此電除塵器設(shè)計效率一般需達到99.5～99.9才能保證煙塵排放濃度小于20mg/Nm3，目前電除塵器多采用六電場、七電場、八電場，印度項目由于煤質(zhì)非常差，有些甚至已經(jīng)做到十電場，但實際上后面的電場除塵效率已經(jīng)不明顯。

3 電除塵器選型注意事項

電除塵器由制造廠設(shè)計和制造，總包設(shè)計部門負責(zé)除塵器選型設(shè)計，完成工藝、電氣、儀表與控制、土建等專業(yè)的設(shè)計配合。電除塵器在選型設(shè)計過程中應(yīng)注意如下問題。

3.1 鍋爐型式的影響

總包設(shè)計部門除了向電除塵器廠家提供必要的煤質(zhì)資料、煙氣資料、氣象條件等工程資料外，特別需要注意提供鍋爐型式。循環(huán)流化床鍋爐飛灰可燃物要比煤粉爐高，當燃用貧煤、無煙煤時，循環(huán)流化床鍋爐飛灰可燃物比煤粉爐高得更多。循環(huán)流化床鍋爐由于添加石灰石脫硫，使灰的比電阻增大，相對煤粉爐的電除塵器收塵難些。一般電除塵器總集塵面積，循環(huán)流化床爐比煤粉爐大。因此，要向廠家提供鍋爐的型式。

3.2 除塵保證效率的要求

總包設(shè)計部門應(yīng)提出保證除塵效率值和相應(yīng)的允許排放濃度。此保證效率值是當停一個供電區(qū)時，且不管是設(shè)計煤種，還是校核煤種，均應(yīng)保證的效率（除合同另有約定外）。電除塵器一般每個室、每個電場設(shè)一個供電區(qū)，停一個供電區(qū)保證除塵效率是對一臺電除塵器而言。停一個供電區(qū)要保證其除塵效率，采用不同電場數(shù)的電除塵器，備用總集塵面積的百分數(shù)是不同的。如電除塵器總集塵面積相同，電場數(shù)越多，供電區(qū)數(shù)也越多，有利于供電控制和電除塵器效率的提高，且電場數(shù)越多，停一個供電區(qū)，實際運行效率降低的越少。

3.3 除塵效率的影響因素

粉塵比電阻是衡量粉塵導(dǎo)電性能的一個重要指標，它對除塵效率影響很大。實驗表明，最適合電除塵器工作的比電阻值為104～5×1010Ω·cm，在這個數(shù)值范圍以外，電除塵器性能將下降，從圖1可以看出粉塵比電阻與除塵效率的關(guān)系，如若除塵效果惡化，不宜選用電除塵器或者可以經(jīng)過某種預(yù)處理后（煙氣調(diào)質(zhì)）才能選用電除塵器。

煤和灰的含量也直接關(guān)系到收塵難易和主要參數(shù)設(shè)計的選取，它同樣對除塵效率影響很大。如燃煤中含硫高、灰中SO3含量高易收塵，Sar<0.1%時難收塵；灰中SiO2+Al2O3>85%，難收塵；Na2O+K2O<1.5%，難收塵；灰的顆粒越細越難收塵。低溫除塵指數(shù)Na2O+MgO<1%時，難收塵；高溫除塵指數(shù)（Na2O+K2O+MgO+CaO+Fe2O3）/Na2O

≥40%時，難收塵；SiO2+Al2O3>90%時，難收塵。

3.4 除塵器進出口煙氣流速區(qū)別

煙氣流速（進入電除塵器的流速）和電除塵器內(nèi)的煙氣流速是不同的兩個概念?！痘鹆Πl(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計技術(shù)規(guī)程（DL 5121-2000）》推薦的煙氣流速：10～15m/s（經(jīng)驗，當煙溫較高時，宜偏上限值）是指進入電除塵器入口時的煙氣流速。而在電除塵器內(nèi)的煙氣流速（即電場風(fēng)速）一般為0.5～2m/s。除塵器煙氣流速的高低決定了電除塵器進口截面面積的大小。目前國內(nèi)一般選取的數(shù)值均在1～1.5m/s之間（該數(shù)值的選取也影響到整個除塵器結(jié)構(gòu)的大小，為較關(guān)鍵的一個參數(shù)）。除塵效率與電場煙氣流速的關(guān)系參見表3：

4 結(jié)語

基于以上對電除塵選型設(shè)計的研究，作為工程項目總包單位能更好地把控電廠除塵設(shè)備，為整個工程提供技術(shù)保障，規(guī)避技術(shù)風(fēng)險。

參考文獻

[1] 黎在時.靜電除塵器[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1993.

[2] 大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范（GB 50660-2011）[S].

[3] 火電廠大氣污染物排放標準（GB 13223-2003）[S].

[4] 火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計技術(shù)規(guī)程（DL 5121-2000）[S].

[5] 張磊，唐慶.靜電除塵選型和節(jié)能方案的比較應(yīng)用

[J] 東方電氣評論，2008，22（87）.

[6] 孫國良，邢克江，葛學(xué).靜電除塵器選型設(shè)計計算探討[J].北方環(huán)境，2003，28（2）.

3.3 除塵效率的影響因素

粉塵比電阻是衡量粉塵導(dǎo)電性能的一個重要指標，它對除塵效率影響很大。實驗表明，最適合電除塵器工作的比電阻值為104～5×1010Ω·cm，在這個數(shù)值范圍以外，電除塵器性能將下降，從圖1可以看出粉塵比電阻與除塵效率的關(guān)系，如若除塵效果惡化，不宜選用電除塵器或者可以經(jīng)過某種預(yù)處理后（煙氣調(diào)質(zhì)）才能選用電除塵器。

煤和灰的含量也直接關(guān)系到收塵難易和主要參數(shù)設(shè)計的選取，它同樣對除塵效率影響很大。如燃煤中含硫高、灰中SO3含量高易收塵，Sar<0.1%時難收塵；灰中SiO2+Al2O3>85%，難收塵；Na2O+K2O<1.5%，難收塵；灰的顆粒越細越難收塵。低溫除塵指數(shù)Na2O+MgO<1%時，難收塵；高溫除塵指數(shù)（Na2O+K2O+MgO+CaO+Fe2O3）/Na2O

≥40%時，難收塵；SiO2+Al2O3>90%時，難收塵。

3.4 除塵器進出口煙氣流速區(qū)別

煙氣流速（進入電除塵器的流速）和電除塵器內(nèi)的煙氣流速是不同的兩個概念?！痘鹆Πl(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計技術(shù)規(guī)程（DL 5121-2000）》推薦的煙氣流速：10～15m/s（經(jīng)驗，當煙溫較高時，宜偏上限值）是指進入電除塵器入口時的煙氣流速。而在電除塵器內(nèi)的煙氣流速（即電場風(fēng)速）一般為0.5～2m/s。除塵器煙氣流速的高低決定了電除塵器進口截面面積的大小。目前國內(nèi)一般選取的數(shù)值均在1～1.5m/s之間（該數(shù)值的選取也影響到整個除塵器結(jié)構(gòu)的大小，為較關(guān)鍵的一個參數(shù)）。除塵效率與電場煙氣流速的關(guān)系參見表3：

4 結(jié)語

基于以上對電除塵選型設(shè)計的研究，作為工程項目總包單位能更好地把控電廠除塵設(shè)備，為整個工程提供技術(shù)保障，規(guī)避技術(shù)風(fēng)險。

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[4] 火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計技術(shù)規(guī)程（DL 5121-2000）[S].

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[6] 孫國良，邢克江，葛學(xué).靜電除塵器選型設(shè)計計算探討[J].北方環(huán)境，2003，28（2）.

3.3 除塵效率的影響因素

粉塵比電阻是衡量粉塵導(dǎo)電性能的一個重要指標，它對除塵效率影響很大。實驗表明，最適合電除塵器工作的比電阻值為104～5×1010Ω·cm，在這個數(shù)值范圍以外，電除塵器性能將下降，從圖1可以看出粉塵比電阻與除塵效率的關(guān)系，如若除塵效果惡化，不宜選用電除塵器或者可以經(jīng)過某種預(yù)處理后（煙氣調(diào)質(zhì)）才能選用電除塵器。

煤和灰的含量也直接關(guān)系到收塵難易和主要參數(shù)設(shè)計的選取，它同樣對除塵效率影響很大。如燃煤中含硫高、灰中SO3含量高易收塵，Sar<0.1%時難收塵；灰中SiO2+Al2O3>85%，難收塵；Na2O+K2O<1.5%，難收塵；灰的顆粒越細越難收塵。低溫除塵指數(shù)Na2O+MgO<1%時，難收塵；高溫除塵指數(shù)（Na2O+K2O+MgO+CaO+Fe2O3）/Na2O

≥40%時，難收塵；SiO2+Al2O3>90%時，難收塵。

3.4 除塵器進出口煙氣流速區(qū)別

煙氣流速（進入電除塵器的流速）和電除塵器內(nèi)的煙氣流速是不同的兩個概念。《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計技術(shù)規(guī)程（DL 5121-2000）》推薦的煙氣流速：10～15m/s（經(jīng)驗，當煙溫較高時，宜偏上限值）是指進入電除塵器入口時的煙氣流速。而在電除塵器內(nèi)的煙氣流速（即電場風(fēng)速）一般為0.5～2m/s。除塵器煙氣流速的高低決定了電除塵器進口截面面積的大小。目前國內(nèi)一般選取的數(shù)值均在1～1.5m/s之間（該數(shù)值的選取也影響到整個除塵器結(jié)構(gòu)的大小，為較關(guān)鍵的一個參數(shù)）。除塵效率與電場煙氣流速的關(guān)系參見表3：

4 結(jié)語

基于以上對電除塵選型設(shè)計的研究，作為工程項目總包單位能更好地把控電廠除塵設(shè)備，為整個工程提供技術(shù)保障，規(guī)避技術(shù)風(fēng)險。

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