高爐煤氣發(fā)電用濕式電除塵器的節(jié)能研究

鋼鐵行業(yè)在我國國民經(jīng)濟的發(fā)展中占據(jù)著舉足輕重的重要地位。除電力行業(yè)外，鋼鐵行業(yè)是我國第二大高能耗、高污染的產(chǎn)業(yè)。高爐煤氣是高爐煉鐵過程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)能源，高爐煤氣因其熱值低、污染大和回收難等而被直接排放到大氣中，這樣不僅污染環(huán)境，而且造成能源的浪費。

高爐煤氣燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組（CCPP）是利用凈化后的富余煤氣發(fā)電，在消耗能源煉鐵過程中產(chǎn)生循環(huán)經(jīng)濟效益，是國內(nèi)外公認的投資小、見效快的環(huán)保節(jié)能項目。其工藝流程為經(jīng)過凈化后的高爐煤氣先經(jīng)煤氣加熱器加熱，后經(jīng)低、高壓空氣壓縮機壓縮，進入燃氣輪機燃燒做功，將機械能轉(zhuǎn)換為電能。排出的煙氣進入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，蒸汽帶動汽輪機做功，又將熱能轉(zhuǎn)換為電能，實現(xiàn)燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。

由于CCPP 中的燃氣輪機屬于高轉(zhuǎn)速的動力設(shè)備，并且高爐煤氣中主要的可燃氣體為CO，其燃燒速度比較慢，如果進入燃氣輪機的煤氣中含塵量過高，不僅會磨損燃氣輪機通道和腐蝕葉片，影響機組的運轉(zhuǎn)效率，嚴重時可能引發(fā)安全事故。

因此，進入燃氣輪機燃燒室的煤氣必須進行凈化，保證含塵濃度低于1mg/m3。電除塵器因其除塵效率高且捕集粉塵時所需要的能量小于傳統(tǒng)的除塵設(shè)備，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)中。但干式電除塵容易產(chǎn)生反電暈和二次揚塵，影響除塵效率的提高。濕式電除塵器不需要振打裝置，通過水膜清灰避免以上問題的產(chǎn)生。本文對濕式電除塵器對燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電用高爐煤氣凈化的可行性及效果進行研究。

1 實驗原理及實驗裝置

1.1 實驗原理

濕式電除塵器去除顆粒物的步驟包括：

①電暈放電，在放電極與收塵極之間施加直流負高壓，使電暈極附近的氣體電離，即電暈放電，生成大量正負離子。

②粉塵荷電，含塵氣流通過電場空間時，負離子與粉塵碰撞并附在其上，使粉塵荷電。

③粉塵捕集，荷電后的粉塵在電場力的作用下向收塵極驅(qū)動而被捕集。

④水膜清灰，設(shè)置在電場空間上部的噴淋系統(tǒng)，通過霧化噴嘴噴出的水霧在收塵板上形成一層水膜，從而將沉積在收塵板上的粉塵沖洗掉。由于水膜的作用，避免產(chǎn)生二次揚塵，因此除塵效率高。

1.2 實驗裝置

實驗裝置（圖1）主要由管道系統(tǒng)1、高壓供電系統(tǒng)2、噴淋霧化系統(tǒng)3、極配系統(tǒng)6 和風(fēng)機7 等組成。

圖1 濕式電除塵器實驗裝置示意圖

2 結(jié)果與分析

在濕式電除塵器收塵過程中，煤氣中的粉塵顆粒通過放電極產(chǎn)生的電暈放電進行荷電，因此，電暈放電性能是影響電除塵器除塵效率的關(guān)鍵。極配系統(tǒng)作為濕式電除塵器的核心組成部分，對電暈放電性能的影響十分重要，從而影響濕式電除塵器的收塵效果。

2.1 極配選型對電暈放電性能（V-I）的影響

本實驗選用480C 型板作為收塵極，放電極選用BS 四刺整體線、RS 二刺芒刺線、RS 帶輔助芒刺線、BS 四刺分體線、魚骨針刺線和星形線。一根陰極線配一塊陽極板安裝。在相同的試驗條件下，當電場風(fēng)速為1.0m/s 時，得到的伏安特性曲線如圖2 所示。

圖2 不同極配下的伏安特性曲線

從圖2 可以看出，BS 四刺整體線、RS 二刺芒刺線、RS 帶輔助芒刺線、BS 四刺分體線和魚骨針刺線的伏安特性曲線形狀及趨勢相似，但魚骨針刺線在相同的電壓下，電暈電流大一些。星型線的伏安特性與其它5 種放電線差別較大。這是因為前5種放電線都屬于芒刺狀電暈線，都是芒刺尖端放電，放電強度高，起暈電壓低，約在16～18kV 之間。星型線屬于線狀電暈線，其起暈電壓高，大約在27.5kV 左右。

2.2 極配型式對除塵效率的影響

從圖2 中選取伏安特性曲線差別比較明顯的魚骨針刺線、RS 二刺芒刺線和星型線分別作為放電極，選480C 型板作為收塵極的極配型式進行除塵實驗。在相同的實驗條件下，濕式電除塵器入口粉塵濃度為100mg/m3，電場風(fēng)速為1.0m/s，噴嘴壓力為0.35MPa 時得到的實驗結(jié)果如表1 所示。

表1 三種極配型式的除塵效率

從表1 可知，RS 二刺芒刺線的除塵效率最高，其次是魚骨針刺線，星型線除塵效率最低。星型線因起暈電壓高，火花放電電壓低，其穩(wěn)定工作電壓范圍較窄，粉塵顆粒不能有效荷電，所以其除塵效率較低。魚骨針刺線的電暈放電性能雖優(yōu)于RS 二刺芒刺線，但是RS 二刺芒刺線的火花放電電壓高于魚骨針刺線，其電流密度分布均勻性比魚骨針刺線好，所以對粉塵的收集效果優(yōu)于魚骨針刺線。

3 結(jié)論

本文研究了濕式電除塵器對燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電用高爐煤氣凈化的可行性及效果進行研究，選用工業(yè)常用的480C 型板配不同的放電線的極配型式進行相關(guān)實驗，得到以下結(jié)論：

①對6 種不同極配型式的濕式電除塵器進行了電暈放電性能實驗研究，得出伏安特性曲線，為選擇合適的極配型式來有效收集煤氣中的粉塵提供了依據(jù)。

②對伏安特性曲線明顯不同的3 種極配型式下的濕式電除塵器進行了收塵試驗，得到了使?jié)袷诫姵龎m器用于CCPP 發(fā)電中高爐煤氣凈化的極配型式。