电除尘器在超低排放下的系统运行优化

摘要：超低排放下电除尘器面临的问题众多，需要通过低低温电除尘器、高压电源选型和经济性评估进行优化。低低温电除尘器是指烟气温度降至酸露点附近运行的电除尘器，当电除尘器温度由120~150℃降至80~110℃时，出口排放质量浓度可下降20%~40%。为电除尘器运行供电的有高频电源、三相电源和脉冲电源三种，工程测试证明三相电源适合高粉尘负荷，高频电源在匹配良好条件下可实现较好的提效效果，而脉冲电源需更多地针对细颗粒物和高比电阻粉尘进行研究。同时电除尘器应在运行条件、电源选型等优化且满足排放要求的前提下，应通过运行优化调整试验及系统优化控制，合理降低运行电耗。

0引言

电除尘至今已有100多年的历史。1883年OliverJ.Lodge首先提出了电除尘器概念并参与设计了第1台处理含铅烟气的商用电除尘器。直到1907年，第1台真正意义上的商用电除尘器才由美国人CottrellFG安装并成功投产。自此，电除尘器得到大范围推广和高速发展。随之而来的，是对电除尘的理论研究。1911年，W.W.Strong率先开始了理论工作。1922年，Deutsch[4-5]在Anderson[6]的工作基础上推导出电除尘效率的理论公式即多依奇公式，成为电除尘的理论基础。为使电除尘理论更贴近实际，Robinson、Cooperman、Leonard、Cooperman、Zhao、Riehle、GutiérrezOrtiz、Lin、Zhu等相应提出修正的多依奇公式。尽管如此，目前没有一个公式可完全准确的预测实际电除尘器效率。

中国的电除尘历史相对较短，第1台电除尘器于1936年安装，20世纪50年代前，总共不超过60台，且主要从原苏联和东德引进。20世纪60年代以后，我国电除尘技术得以逐步发展，并取得了瞩目的成绩，但日益严格的环保要求也给电除尘技术带来了新的挑战和机遇。目前，常见的新型电除尘技术有湿式静电除尘]、电袋除尘、低低温电除尘等。

本文主要研究了低低温电除尘器对除尘效果的优化作用，并比较了高频电源、三相电源和脉冲电源在不同条件下对电除尘器运行的影响，为电除尘器系统优化和不同场景下运行条件的选择提供了参考和理论依据。

1超低排放工业应用现状

《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011)要求燃煤电厂烟尘排放限值提高至30mg/m3；重点区域烟尘特别排放限值为20mg/m3。2014年的《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》更明确要求或鼓励各地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度达到或接近燃气轮机组排放限值，即在基准氧体积分数为6%的条件下，烟气中烟尘排放浓度不高于10mg/m3。为实现烟尘达标排放并满足“十二五”总量控制要求，应对燃煤电厂锅炉除尘系统的运行优化和改造方案深入研究。

烟尘控制系统的优化运行目的有3个：(1)提高除尘效率以保证烟尘排放浓度满足超低排放要求；(2)在满足排放要求前提下降低运行电耗；(3)满足以上2点要求时继续进行其他优化，如提高自动控制和管理水平、减少运行维护费用等。

图1为典型燃煤锅炉后端大气污染物排放控制系统流程图，一般烟气自燃煤锅炉排出后，先后经过脱硝装置、烟气冷却器（fluegascooler,FGC）、干式除尘装置、脱硫装置、湿式除尘装置和烟气再热器(fluegasreheater,FGR)，最后自烟囱排出。燃煤机组烟尘排放的影响因素众多，包括烟尘特性（如主要成分、粒径分布和比电阻等）；燃煤特性（如灰分、硫分、水分和发热量等）；烟气特性（如烟气量、烟气温度、成分和含湿量等）；锅炉的燃烧方式和效率；前端脱硝装置的运行状况，特别是SO3的转换排放状况和氨逃逸状况；干、湿除尘装置的效率及脱硫装置效果]等。干式电除尘(dryelectrostaticsprecipitation,DESP，简称电除尘器)装置是图中灰色除尘装置部分的主要设备形式，本文所述烟尘排放控制系统运行的优化主要围绕干式电除尘器展开。

超低排放下电除尘器面临的问题众多，如表1所示。其中重点研究内容可归结为：低低温电除尘器应用、高压电源及其控制和技术经济性评估。

2低低温电除尘器

低低温电除尘器是指电除尘器前安装烟气换热器并将烟气温度降至烟气酸露点温度以下运行的电除尘器。该电除尘器可通过改善以下运行条件提高效率和降低烟尘排放：降低烟气温度，并减少烟气量和烟尘比电阻；提高电场击穿电压，从而增加电除尘器的运行电压和场强；降温形成液滴的SO3等可实现类似的烟气调质效果。

图2为8套350~1000MW燃煤机组在电除尘器前端配有低温省煤器的排放浓度图。图中，圆点为比收尘面积与烟尘排放浓度的关系；方框点为温度与排放浓度关系；圆点和方框点有对应关系，因此在同一幅图中表达；箭头表示数值所在坐标轴。其中5组数据分别测试了低温省煤器运行前后的烟尘排放浓度，除尘器出口排放浓度整体呈随运行温度降低而减少的趋势。

用于对比的5台机组中，低温省煤器投运前后温度降低约29~40℃。省煤器投运后，除尘器出口排放浓度下降值为7~39mg/m3，除尘效率相对提高18%~46%左右。烟气温度的变化也会带来比收尘面积（即总收尘面积(单位为m2)与烟气流量（单位为m3/s）的比值）的改变，如图2圆点所示温度下降可使比收尘面积提高7~12s/m。综上所述，收尘效率的提高可能为比收尘面积增加、流速和粉尘比电阻降低等联合作用的结果。

表2汇总了3种烟气温度下，电除尘器进出口SO3浓度变化情况。110℃下，除尘器进出口SO3浓度均较低，浓度值相近；90℃下，除尘器出口SO3浓度较入口降低约15%，表明在电除尘器内SO3存在转化和被粉尘吸附的过程。SO3在颗粒物表面的吸附除能够减少后续设备内部结露引起的腐蚀外，还能对粉尘进行调质并降低其比电阻。