（環(huán)境工程專業(yè)論文）電除塵器收集困難煤種粉塵試驗研究.pdf

華北電力大學一【：程碩十學位論文目錄 摘要 當前，世界上對污染物排放的環(huán)保標準日趨嚴格，電除塵器作為治理煙 塵排放的主要手段得到了很大的發(fā)展，但是它對煙塵的性質卻極為敏感，如 果這一問題不能得到解決，電除塵器的性能將會受到很大的影響。 我們知道，電站鍋爐燃用低硫、低氫、低鐵、低鈉、低鉀且固有水份低， 以及高灰、超高鋁、中高硅等不利因素同時出現的煤種時，將導致煙塵比重 輕、粒度細、比電阻高，其電除塵特性非常差，這類煤種對電除塵器來講屬 于困難煤種。本文在進行了一系列工業(yè)性對比試驗的前提下，對該類電除塵 器的設計選型進行了探討，認為低煙速、大比集塵面積及合理的極配型式和 適宜的工作溫度對保證電除塵性能是有益的。 關鍵詞：電站鍋爐，電除塵器，困難煤種，設計選型 a b sir a cl a tp r e s e n t t h es t a n d a r d so fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o no np a r t i c u l a t ee m i s s i o na r e m o r es t r i c t i nt h ew o r l d t h ee l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r s ( e s p s ) ，a sak e yt o o lf o r r e m o v i n gd u s t sf r o mf l u eg a s ，h a v er e c e i v e dt h eg r e a td e v e l o p m e n t n e v e r t h e l e s s ，t h e e s pi sv e r ys e n s i t i v et ot h en a t u r eo fp a r t i c u l a t e ，i ft h i sp r o b l e mc o u l dn o tb es o l v e d ， t h ep e r f o r m a n c eo fe s pw i l lb ei n f l u e n c e dl i k et h o s em e n t i o n e da b o v e w - ek n o wt h a tw h e nu s i n gw o r s ec o a li n v o l v i n gi nt h ec o a lw i t hl o ws u l f u r , l o w h y d r o g e n ，l o wi r o n ，l o ws o d i u ma n dl o wp o t a s s i u m ，l o wm o i s t u r e ，a sw e l la sh i g ha s h , e x t r o h i g ha l u m i n u ma n dm i d d l e h i g hs i l i c o n ，t h el i g h ts p e c i f i cw e i g h t ，s m a l ls i z ea n d l i g hr e s i s t i v i t yf o rd u s t sw i l lb ec a u s e db ys u c hw o r s ec o a l n a m e l ys p e c i a ld i f f i c u l t d u s tc o n d i t i o n ，a sar e s u l t ，t h ee f f i c i e n c yo fe s pw i l lb ee f f e c t e dg r e a t l yb ya b o v e r e a s o n i nt h i sp a p e r , w e ，o nt h ep r e m i s et h a tas e r i e so fc o m p a r i s o nt e s t sw e r ed o n e ， d i s c u s st h ec o n f i g u r a t i o nf o r m a to fe s pw h i c hc a nb ea d a p t e dt ot h i sk i n do fc o a l ， t h r o u g ht h ee v a l u a t i o n w et h i n kt h a ti ti so fb e n e f i tt oi m p r o v i n gt h ep e r f o r m a n c eo f e a pb ya d o p t i n gt h el o wg a sv e l o c i t y , b i gs p e c i f i ca r e a , r a t i o n a l e l e c t r o d e s c o n f i g u r a t i o nm o d ea n de l i g i b l eo p e r a t i o nt e m p e r a t u r e k e yw o r d s ：e l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r ，w o r s ec o a l ，c o n f i g u r a t i o n f o r m a t ，s p e c i a ld i f f i c u l td u s tc o n d i t i o n k ex i a o m i n ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gs h e n g h a n d i r e c t e db yp r o f z h a n gd e x u a n 2 華北電力大學一【：程碩十學位論文目錄 摘要 當前，世界上對污染物排放的環(huán)保標準日趨嚴格，電除塵器作為治理煙 塵排放的主要手段得到了很大的發(fā)展，但是它對煙塵的性質卻極為敏感，如 果這一問題不能得到解決，電除塵器的性能將會受到很大的影響。 我們知道，電站鍋爐燃用低硫、低氫、低鐵、低鈉、低鉀且固有水份低， 以及高灰、超高鋁、中高硅等不利因素同時出現的煤種時，將導致煙塵比重 輕、粒度細、比電阻高，其電除塵特性非常差，這類煤種對電除塵器來講屬 于困難煤種。本文在進行了一系列工業(yè)性對比試驗的前提下，對該類電除塵 器的設計選型進行了探討，認為低煙速、大比集塵面積及合理的極配型式和 適宜的工作溫度對保證電除塵性能是有益的。 關鍵詞：電站鍋爐，電除塵器，困難煤種，設計選型 a b sir a gi a tp r e s e n t t h es t a n d a r d so fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o no np a r t i c u l a t ee m i s s i o na r e m o r es t r i c t i nt h ew o r l d t h ee l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r s ( e s p s ) ，a sak e yt o o lf o r r e m o v i n gd u s t sf r o mf l u eg a s ，h a v er e c e i v e dt h eg r e a td e v e l o p m e n t n e v e r t h e l e s s ，t h e e s pi sv e r ys e n s i t i v et ot h en a t u r eo fp a r t i c u l a t e ，i ft h i sp r o b l e mc o u l dn o tb es o l v e d ， t h ep e r f o r m a n c eo fe s pw i l lb ei n f l u e n c e dl i k et h o s em e n t i o n e da b o v e w - ek n o wt h a tw h e nu s i n gw o r s ec o a li n v o l v i n gi nt h ec o a lw i t hl o ws u l f u r , l o w h y d r o g e n ，l o wi r o n ，l o ws o d i u ma n dl o wp o t a s s i u m ，l o wm o i s t u r e ，a sw e l la sh i g ha s h , e x t r o h i g ha l u m i n u ma n dm i d d l e h i g hs i l i c o n ，t h el i g h ts p e c i f i cw e i g h t ，s m a l ls i z ea n d l i 曲r e s i s t i v i t yf o rd u s t sw i l lb ec a u s e db ys u c hw o r s ec o a l ，n a m e l ys p e c i a ld i m c u l t d u s tc o n d i t i o n ，a sar e s u l t ，t h ee f f i c i e n c yo fe s p 謝l lb ee f f e c t e dg r e a t l yb ya b o v e r e a s o n i nt h i sp a p e r w e ，o nt h ep r e m i s et h a tas e r i e so fc o m p a r i s o nt e s t sw e r ed o n e ， d i s c u s st h ec o n f i g u r a t i o nf o r m a to fe s pw h i c hc a nb ea d a p t e dt ot h i sk i n do fc o a l ， t h r o u g ht h ee v a l u a t i o n w 色t h i n kt h a ti ti so f b e n e f i tt oi m p r o v i n gt h ep e r f o r m a n c eo f e a pb ya d o p t i n gt h el o wg a sv e l o c i t y , b i gs p e c i f i ca r e a , r a t i o n a le l e c t r o d e s c o n f i g u r a t i o nm o d ea n de l i g i b l eo p e r a t i o nt e m p e r a t u r e k e yw o r d s ：e l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r ，w o r s ec o a l ，c o n f i g u r a t i o n f o r m a t ，s p e c i a ld i f f i c u l td u s tc o n d i t i o n k ex i a o m i n ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gs h e n g h a n d i r e c t e db yp r o f z h a n gd e x u a n 2 p 士= i明明 本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學位論文電除塵器收集困難煤種粉塵試 驗研究，是本人在華北電力大學攻讀碩士學位期間，在導師指導下進行的研究 工作和取得的研究成果。據本人所知，除了文中特別加以標注和致謝之處外，論 文中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得華北電力大學 或其他教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所 做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 學位論文作者簽名：日期： 關于學位論文使用授權的說明 本人完全了解華北電力大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定，即：學校有 權保管、并向有關部門送交學位論文的原件與復印件：學?？梢圆捎糜坝?、縮 印或其它復制手段復制并保存學位論文：學?？稍试S學位論文被查閱或借閱； 學?？梢詫W術交流為目的，復制贈送和交換學位論文；同意學?？梢杂貌煌?式在不同媒體上發(fā)表、傳播學位論文的全部或部分內容。 ( 涉密的學位論文在解密后遵守此規(guī)定) 作者簽名： 日期： 導師簽名： 日期： 華北電力大學工程碩士學位論文 1 1 火電工業(yè)與電除塵器 第一章引言 我國火電工業(yè)發(fā)展迅速，裝機容量由1 9 4 9 年的1 8 5 萬千瓦增長到1 9 8 0 年的4 5 6 0 萬千瓦，增長了2 3 6 倍。改革開放以來，增長更為迅速，2 0 0 2 年達到了2 5 8 億千 瓦，又為1 9 8 0 年的5 6 6 倍，見表1 - 1 。 表1 - 1中國的火電增長和煙塵排放 年份總裝機容量火電裝機容量火電煙塵排放量全國煙塵排放 m wm w 萬噸萬噸 1 9 8 0 6 5 8 6 9 4 5 6 0 09 9 6 估算 1 9 9 01 3 7 8 9 07 6 0 1 13 6 3 1 9 9 11 5 1 4 7 38 3 7 2 03 6 4 1 9 9 21 6 6 5 3 29 0 8 2 63 8 5 1 9 9 31 8 2 9 l o9 8 1 1 13 7 7 1 9 9 41 9 9 8 9 7 1 0 8 2 7 5 3 9 81 4 1 4 1 9 9 52 1 7 2 2 41 1 6 1 2 73 9 51 7 2 0 1 9 9 62 3 6 5 4 21 3 6 9 0 13 7 32 0 2 0 1 9 9 72 5 4 2 3 91 6 7 1 0 23 3 1 21 8 7 3 1 9 9 82 7 7 2 8 01 9 6 4 2 41 4 5 5 1 9 9 92 9 8 0 0 02 0 9 6 1 011 5 9 2 0 0 03 1 4 0 0 02 2 0 0 0 0 l l6 5 4 2 0 0 13 3 8 0 0 02 4 0 0 0 01 0 5 9 1 2 0 0 23 5 3 0 0 02 5 8 0 0 0 預計6 0 0 0 0 04 3 8 5 3 0 2 0 1 0 預計9 0 0 0 0 06 5 7 7 9 0 2 0 2 0 華北電力大學工程碩十學位論文 預計 1 7 5 0 0 0 01 1 6 7 2 5 0 2 0 5 0 目前我國燃煤火電裝機占電力總裝機的7 4 ，發(fā)電量占8 l 以上，每年燃煤6 億噸左右，約占全國燃煤量的4 5 ，造成嚴重的大氣污染。從上世紀8 0 年代起，我 國火電廠就大量配備電除塵器，煙塵治理已卓有成效。 為保證國民經濟的快速發(fā)展和人民生活水準的提高，我國火電工業(yè)還要高速增 長。預計2 0 1 0 年將達到4 3 9 億千瓦，2 0 2 0 年達到6 5 8 億千瓦，2 0 5 0 年達到1 1 6 7 億千瓦?；痣娙济罕壤矊⒋蠓仙?。 1 9 7 9 年我國第一個環(huán)境保護法( 試行) 頒布，標志著在國家的層面上環(huán)境保護 意識的覺醒。對于火電廠鍋爐，是按不同的煙囪高度規(guī)定不同的煤灰排放量，用低 效率的旋風、多管、水膜、斜棒柵、或文丘里一水膜等除塵器設計就可以通過了， 除塵效率在8 0 - 9 0 上下。1 9 8 0 年前我國火電廠配備的電除塵器裝機總量為1 1 0 0 萬 千瓦，約占火電機組總量的1 4 ，除塵設計效率最高者也只有9 8 ，二電場占多數， 加權平均的效率才9 1 8 ，對于治理污染來說，是很低的水平。按一般煙塵進口濃度 3 0m g n m 3 來計，排塵濃度約為2 4 6 0 m g n m 3 。 值得回顧的是，1 9 7 9 年前后，有五個火電廠上馬了布袋除塵器，是為第一輪嘗 試。兩三年后均因濾料損壞而先后拆除，改成電除塵器。在此期間，美、澳、加等 國的火電廠因排放標準降到了3 0m g n m 3 左右，又開發(fā)出新的優(yōu)質濾料，從而大量 地應用了布袋除塵器，除塵效率一般都在9 9 9 5 以上。 1 9 8 0 年至今，中國推行改革開放，火電隨著國民經濟增長而快速發(fā)展，裝機每 年增長1 0 0 0 - 2 0 0 0 萬k w 。在此期間，環(huán)保觀念逐漸軋根，火電治污顯著加強?；痣?廠電除塵器從稀罕之物成了必備之器，直至占據中國市場的7 5 以上，火電廠成了 電除塵器的壓倒性大用戶。目前，已經有2 5 8 億千瓦的機組配備了電除塵器，9 0 年代中期電除塵器裝機總量的比例已占到6 5 3 ，1 9 9 8 年更上升至7 5 以上，這一時 期加權平均設計除塵效率為9 9 2 ，實際效率在9 8 9 - 9 9 左右，平均排塵濃度約為 3 1 0m g n m 3 。2 0 0 0 年以后的電除塵設計效率大部分在9 9 5 左右，排塵濃度一般在 1 5 0 2 0 0m g n m 3 之間。從1 9 9 0 年起到2 0 0 0 年的1 0 年中，火電機組從7 6 0 0 萬千瓦 增長到2 2 億千瓦，增加1 4 4 億千瓦，為1 9 9 0 年的1 9 倍，而排放到大氣中的粉 塵始終維持在每年3 3 0 力噸到3 9 8 力噸之間。這是治理火電粉塵污染的重要成就， 電除塵器在控制大氣污染方面真是功不可沒。 伴隨著電除塵器產業(yè)的發(fā)展壯大，其技術水平也得到了很大的提高。1 9 8 0 年我 國白行設計的第一臺3 0 0 m w 機組電除塵器單位陽極收塵面積鋼耗高達4 5 3 k g ，單重 2 華北電力大學工程碩+ 學位論文 價格約9 0 0 0 - 1 0 0 0 0 元噸。歷經技術改進和降低成本，目前鋼耗已經降低到3 0 k g 以內，單價則降到了6 0 0 0 - 6 5 0 0 元噸。換言之，當前的電除塵器價格僅為2 0 年前 的4 0 - 4 4 。現在建設火電廠化在電除塵器上的投資一般不到總投資的3 。對于特 別困難的煤種，例如準格爾煤，電除塵器要特別的大，3 5 的比例也就夠了。但是 隨著人們環(huán)境保護意識的提高，污染物排放標準曰趨嚴格。 1 2 大氣污染物排放標準 1 2 1 19 9 1 年標準 1 9 9 1 年我國制定了第一個由電力部門起草的燃煤電廠大氣污染排放標準 ( g b l 3 2 2 3 - 1 9 9 1 ) ，1 9 9 2 年8 月1 日開始實施。此標準失之于寬松。 第一，我國冶金工業(yè)和水泥工業(yè)也是粉塵污染大戶，它們早就執(zhí)行1 5 0m g n m 3 的排放標準了，這是發(fā)達國家1 9 5 0 年代的標準。而1 9 9 1 年的火電標準，對新建電 廠，允許的最高排放濃度竟高達5 0 0 0m g n m 3 。對于改造廠，一個城市近郊( 后來 變成市中心) 的熱電廠，允許排放競也高達6 4 3m g n m 3 。 第二，規(guī)定煤的灰份越大，允許的排放濃度越高，這就弱化了環(huán)境的要求，并 為電廠煤種多變開了可能扯皮的口子。 第三，規(guī)定采用低效除塵器時，允許排放濃度高，使得落后的技術設備有了延 續(xù)使用的機會。 第四，允許排放濃度因爐型、灰分、過剩空氣系數的不同而分別計算，既不合 理，也不方便，執(zhí)法時難以考核，為逃脫責任者開辟了方便之門。 第五，在技術層面上，套用了s o ：氣體擴散的規(guī)律，與固體粉塵的實際情況不 符。 可見，此標準水平低，剛度弱，退路大，也不科學。 1 2 219 9 6 年標準 1 9 9 6 年3 月7 日，原國家環(huán)?？偩职l(fā)布了火電廠大氣污染物排放標準 ( g b l 3 2 2 3 1 9 9 6 ) ，替代g b l 3 2 2 3 1 9 9 1 。此標準有所進步，現實中也起了有益的作 用。 此標準規(guī)定新建電廠粉塵允許排放濃度為2 0 0 - 6 0 0m g n m 3 ，現役老電廠則最高 允許3 3 0 0m g n m 3 。這時冶金、水泥工業(yè)仍然執(zhí)行1 0 0m g n m 3 的標準，而發(fā)達國 家的標準己嚴格到5 0 3 0m g n m 3 。此外因仍沿襲了老標準視電廠區(qū)位、爐型、除 3 華北電力大學工程碩士學位論文 塵效率等不同而允許排放值不等的規(guī)定。不夠合理，不便應用的缺點繼續(xù)存在。 1 2 319 9 7 年執(zhí)行標準及其他國家或行業(yè)標準 1 9 9 7 年新建電廠開始執(zhí)行了2 0 0m g n m 3 的排放標準，在某些地區(qū)和電廠，更提 高到1 0 0m g n m 3 或更嚴格的指標。我們再來看看其他國家或行業(yè)執(zhí)行的標準。 美國新電廠執(zhí)行的標準t 1 9 6 7 年約2 3 0m g n m 3 1 9 7 1 年約11 5m g n m 3 1 9 7 8 年約5 7 5m g n m 3 1 9 9 0 年現行約3 4 5m g n m 3 德國的標準是： 1 9 5 0 年 1 5 0m g n m 3 1 9 8 0 年現行 5 0m g n m 3 國內水泥行業(yè)執(zhí)行的是： 1 9 9 0 年 1 5 0m g n m 3 1 9 9 5 年1 0 0m g n m 3 2 0 0 0 年以后 5 0m g n m 3 可見，我國火電排放標準盡管在不斷提高，但仍落后于西方國家和國內水泥、 冶金行業(yè)。2 0 0 1 年初國家環(huán)?？偩窒逻_了修訂火電廠污染物排放標準的任務， 排放標準趨嚴，對減少其他污染物，如s 0 。等的污染也提出了要求。為此，火電廠 優(yōu)先燃用對電除塵器不利的低硫煤。眾所周知，煙塵特性對電除塵器性能的影響十 分顯著，在燃煤電廠中煤種和燃燒方式決定著煙塵的理化特性。煤的含硫量低于1 時，煙氣中s 0 。的調質作用微弱，且飛灰比電阻很大，電除塵器難以高效運行。而 號稱綠色煤炭的準格爾煤，不但低硫，而且低氫、低鐵、低鈉、低鉀且固有水份低 以及高灰、超高鋁、中高硅等不利因素集于一身，其電除塵特性非常差。產生的煙 塵比重輕、粒度細、比電阻高，屬于特殊困難的煙塵條件，產生這類煙塵的煤種稱 之為困難煤種。那么，當排放標準提高到5 0 - 1 0 0 m g n m 3 ，又要燃用此非常困難的煤 種時，電除塵器能否勝任? 4 華北電力大學j t = 程碩士學位論文 1 3促進技術進步，保持電除塵器行業(yè)的活力 從1 9 0 7 年電除塵器投入商業(yè)運行，已有近百年的歷史，我國工業(yè)部門1 9 6 5 年 開始組織試驗研究電除塵器才不過3 0 多年的時間。雖然我國在該領域的起步較晚， 時間也不長，但總的來說，進展很快。特別是在國內自行研究開發(fā)的基礎上，在上 世紀八十年代中期以后陸續(xù)引進瑞典f l a k t 公司、德國l u r g i 公司、美國g e 、e e 、 c o t t r o l 和j o y 等國家的先進技術，也更由于電力、建材、冶金等行業(yè)市場的大量 需求，進入九十年代以來，我國已經做為世界電除塵大國出現在國際舞臺。更由于 我國是特殊的燃煤能源大國，研究開發(fā)適應不同燃煤煙塵特性的電除塵器，情況之 千差萬別，環(huán)境條件之復雜，是世界上任何國家難得的機遇。 電除塵技術就其除塵機理來講在各種除塵技術中是最為優(yōu)秀的，但是尚未得到 充分發(fā)揮。隨著科學技術的發(fā)展，環(huán)境標準的日益提高，電除塵技術本身也面臨著 嚴峻的挑戰(zhàn)，只有不斷創(chuàng)新，在競爭中不斷促進技術進步，尋找新的突破，方能提 升核心競爭力，才能使電除塵永葆活力。 1 3 1二十年的成就與不足 回顧二十年的成就與不足，可以看出： ( 1 )用電除塵器裝備了總量近2 億千瓦的火電機組，2 0 年間火電增長了 3 8 倍，煙塵排放基本穩(wěn)定在4 0 0 萬噸以下，削減排入大氣的粉煤灰 約2 6 億噸，成績巨大。 ( 2 )我國電除塵器價格低廉。1 9 8 0 年代初、中期，電除塵器的投資約占 火電廠總投資的4 ，到了9 0 年代末期，雖然設計效率有9 8 一9 9 提 高到了9 9 5 5 左右，但是由于電除塵器價格下降了近一半，電除塵 器投資比例反而下降到3 左右。 ( 3 )中國電除塵器產業(yè)規(guī)模世界第一，做到了自給有余，還有出口，不 需要再采購國外設備。 ( 4 )我國煤種之多，品味變化之大，世界少有，實踐中積累了極其豐富 的煤灰性質與電除塵器效率關系的知識。設計、選型、運行完全可 以自主進行。 ( 5 )產業(yè)大而不強，技術有而不精。表現在產品質量仍有差距，運行故 障多，管理不到位，長期運行效率與設計效率相比偏低的居多。前 沿技術研究滯后。設備選型或有失準。 5 華北電力大學+ i ：程碩十學位論文 ( 6 )排放標準太寬是很大的缺憾，導致設計除塵效率大都在9 9 以下，粉 塵污染控制難如人意。 ( 7 )電廠招標、制造廠投標，經濟考慮太重，引發(fā)惡性競爭，造成規(guī)格 選型偏緊，利潤微薄、省工減料。 ( 8 )基本沒有配備在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，政府及主管考核部門考核不易， 執(zhí)法不嚴，軟性操作既不利于治理污染，也不利于提高技術、管理 和經營水平。 雖然電除塵市場形勢較好，電除塵器還大有可為，但同時面臨著巨大的挑戰(zhàn)， 決不能盲目樂觀，坐等其成，隨著中國加入w t o ，國內市場國際化，國外的新產品 和新技術的沖擊將逐步到來。由電除塵器一統(tǒng)天下的我國電力行業(yè)的市場，正受到 面臨的挑戰(zhàn)。事實上，只有技術上的競爭才能促進技術進步。嚴峻的挑戰(zhàn)，更應該 激勵從事電除塵技術的科技工作者的緊迫感。目前電除塵器技術研究正處于一個更 深層次的研究階段，一方面受布袋除塵器等替代品的沖擊，電除塵器的生存空間很 嚴峻；另一方面電除塵器在多年的實踐中遇到了各種新問題，發(fā)現有很多用已知的 理論解釋不通的現象，而且現行電除塵技術和其他新技術的結合應用，遠未達到最 優(yōu)的結果，這都是需要重點研究的。正如懷特所說：“電除塵技術還遠遠沒被充分 認識，還有很多現象不可理解，不可預計，實踐還只能依靠經驗。 1 3 2加強基礎試驗研究 由于電除塵器本體核心技術是板線結構及其配置，板線配置的優(yōu)劣直接決定電 除塵器的收塵效率，因此在各種類型極線的研究、各種極配的研究工作一直未停頓。 但是，許多極配形式的優(yōu)劣是在實驗室的狀況下得出的，它和實際運行工況有一定 的出入，并未達到最優(yōu)配置，這是電除塵器廠家常見的現象，例如：使用麻花線理 論上可以獲得較高的運行電壓，從而達到較高的效率，但是，在不同工況條件下， 未必能得到期望的效果。因此，全面、深入、細致的掌握此方面的內容還有許多未 知的東西需要我們探索。對于目前大家常用的極線、極板和極配形式，應盡量在工 況條件的前提下再深入研究和實踐，加深對不同的媒質、燃燒設備及技術等條件下， 使用不同的極配形式的認識。另一方面，打破常規(guī)敢于創(chuàng)新，開發(fā)設計或研究出不 同于現在的極線、極板和相應的極配形式。 1 3 3在實踐中提高對電除塵技術的認識 準格爾煤是典型的低硫( 0 4 3 ) 、高鋁( 5 1 7 2 ) 、低鈉( 0 0 2 ) 煤，對于電除 塵器來說屬于最困難的煤種。由于儲量很大，而且是“綠色 煤炭( 低硫) ，被許 多電廠用作燃料。準格爾煤摻燒部分海渤彎煤，也是低硫、高鋁、低鈉困難煤種， 6 華北電力大學工程碩士學位論文 大體上可認為與純準格爾煤相當。呼和浩特電廠燃煤以電除塵器難以對付的準格爾 煤為主( 約7 0 ) ，摻燒海渤灣老石擔煤，其老的5 # 、6 # 兩臺5 0 m w 小機組選用了電 除塵器。當時由于對準格爾煤的難度認識不足，比收塵面積均只有4 1 9i l l 2 s m 3 ， 除塵效果很差。改造中把六號爐電除塵器的比收塵面積加大到6 3 3 1m 2 s m 3 ，除塵 效率仍只有9 5 。改造5 # 爐電除塵器時，除擴大通流面積之外，更加了一個電場， 也未見明現改善。兩臺爐電除塵器的改造均沒有達到9 9 的原始設計效率。為此， 經過慎重決策，該廠在新的2 x 2 0 0 m w 大機組上改用了長袋、低壓脈沖噴吹型布袋除 塵器，r y t o n 濾料，氣布比為1 1 3 m 分。2 0 0 1 年底投入運行后，排放濃度在3 0 m g n m 3 以內，阻力6 0 0 9 0 0 p a ，至今已正常運行3 0 多個月，濾袋未見損壞，效果良好。之 后，焦作電廠2 0 0 m w 機組也上了布袋除塵器，投運初期出現了一些問題，經過消缺 得以解決。這是布袋除塵器在火電廠的第三輪使用。 應該說，在環(huán)保標準趨嚴的情況下，布袋除塵器走上火電廠的舞臺是不可避免 的。但是，電除塵器是否要就此偃旗息鼓? 或者二者再不同條件下，各有自己的相 對優(yōu)勢與地位? 準格爾電廠給出了另一方面的回答： 該廠2 x3 3 0 m w 機組燃用準格爾煤，電除塵器以1 4 9 3m 2 s m 3 ( 同極距3 0 0 m m ) 的比表面積，達到了排放濃度1 1 1 4i l l 2 s m 3 、阻力小于2 0 0 p a 的水平，從而用實例 表明電除塵器是可以“征服”我國最困難煤種的，當然還有必要作進一步的調試和 優(yōu)化。這也就表明另一種可能性，即：采用電除塵器以2 0 0m 2 s m 3 以內的比收塵面 積，達到1 0 0 - 5 0m g n m 3 的排放濃度。換言之，即使排放標準嚴格到5 0 - 1 0 0m g n m 3 、 即便是很不利的煤種，也還是要具體分析，才能科學的確定那一種除塵器較為合適， 不宜武斷的判定電除塵器不行。 呼廠在最困難煤種下，可以有把握地保證排放小于5 0m g n m 3 ，確實是高標準 環(huán)保的有力武器。準廠的電除塵器在最困難煤種下，以15 0m 2 s m 3 的比集塵面積達 到了11 0m g n m 3 的排放，證明了電除塵器對付最困難煤種也是有能力的。呼廠此前 效果不佳，原因在于低估了燃煤的困難，電除塵器設計得太小造成的。托克托電廠 6 0 0 m w 機組也是燃用準格爾煤，電除塵器效率達不到要求，煙囪冒黑煙，也是由于 設備太小，比收塵面積只有8 7m 2 s m 3 所致。盤山電廠6 0 0 m w 機組設計燃用準格爾 煤加晉北煤混燒，由于對準格爾煤有了一定的認識，電除塵器設計從極配、大小、 以及運行工況，都給予了足夠的重視。設計比收塵面積達到了1 1 2 1 7m 2 s m 3 ，實際 運行還要高；煙氣流速也小；煙氣溫度控制得很低，避開了高比電阻溫度區(qū)段；最 終在燃用準格爾煤時電除塵器出口排放低于5 0m g n m 3 。說明電除塵器對付特殊困 難煙塵是有能力的 7 華北電力大學工程碩士學位論文 2 1 燃煤分析 第二章燃煤和飛灰特性 我國準格爾煤種由于低硫被稱為“綠色煤炭”，近年來許多燃煤電廠為了應對 日愈嚴格的環(huán)保標準，紛紛以它作為燃料。表2 - 1 是該煤種的工業(yè)分析及元素分析。 表2 - 1燃煤的工業(yè)分析、元素分析 項目工業(yè)分析元素分析 接受基接受基接受基低接受基接受接受基 接受接受 名稱 全水分灰份位發(fā)熱量碳基氫氧基氮基硫 單位 k j k g 困難 8 83 1 0 81 6 2 9 44 3 2 l 3 4 2l o 5 5o 6 90 4 3 煤種 和一般電站鍋爐燃煤相比較，該煤質固有水分含量、含硫量均較低，其灰份含 量又比較高。煤的含硫量對電除塵器效率的影響巨大，高于1 5 2 時，煙氣中含有 2 0 3 0 p p m 以上的s o 。增強了飛灰的表面導電性，電除塵器得以良好地工作；低于1 時，s o 。的調質作用微弱，飛灰的比電阻增大使電除塵器工作往往失常；含硫量愈低， 反電暈的程度愈強烈，但低到一定的數值后，差別已不太明顯。含硫量高的有利作 用還表現在能促使飛灰粒度增大方面，硫的凝結使飛灰附聚，易于在電除塵中沉降。 該煤質的含硫量為0 4 3 ，可以說對電除塵器的運行已無積極影響。 進入電除塵器的煙氣中含有一定的水份，其來源于燃料中的固有水份、燃料中 氫燃燒后生成的水蒸汽以及參與燃燒的空氣中含有的水分，它有助于飛灰吸附降低 表面電阻，提高氣體的擊穿電壓，一般煙氣中水分多，除塵效率就要高。該煤質固 有水分含量低，對電除塵器來講是一個不利的因素。 該煤質中灰份含量高勢必造成電除塵器進口含塵濃度的增大，使除塵系統(tǒng)的負 擔加重，對降低出口排放濃度是不利的。 8 華北電力大學工程碩十學位論文 2 2 飛灰分析 2 2 1 飛灰成份分析 表2 2 是一般煤質燃燒后飛灰成份與困難煤種( 準格爾煤灰) 飛灰成份的比較。 表2 - 2飛灰成份分析 a l2 0 3 s i 0 2f e 2 0 3c a o m g o t i 0 2s 0 3k 2 0n a 2 0 成份 最小值 1 6 41 7 32 0o 1o 6o 3o 0 7o 2 8o 1 3 一般 最大值5 8 46 3 62 3 75 0 05 52 32 43 9 5 3 飛灰 中間值 2 54 01 0 24 21 21 11 21 7o 9 特殊困難飛灰 4 7 9 44 2 3 02 4 13 4 2o 5 11 3 9o 2 9o 4 30 0 2 飛灰中n a 。0 成份具有離子導電的作用，它是除硫之外對比電阻影響較大的第二 個關鍵成分，k 。0 也有類似的作用，但較微弱，其作用往往還要通過f e 。魄來發(fā)揮， 它們對電除塵來說是有利的成份，t i o ：也是有益的。從表中可以看出，特殊困難飛 灰中對電除塵有利的成份都要比一般飛灰的低許多。 飛灰中的c a 、m g 屬于高嶺土成分，一方面他們與s 0 。生成硫酸鹽削弱了s o 。調 質作用，另一方面導致飛灰粒度變細，具有雙重不利的影響。s i o 。會削弱n a 。0 的作 用，a l ：o 。形成的細高嶺土灰不但比電阻高而且與s i o ：都具有質量輕粒徑細對二次揚 塵極為敏感的特性，這些都是不利的成份。特殊困難飛灰中這些不利的成份含量要 比一般飛灰高。 該煤灰中s i o 。、a 1 。0 。含量達到了9 0 2 4 ，而n a ：0 、k 。0 、t i o 。的含量甚少，只 有1 8 4 ，這在燃煤鍋爐粉塵中是很少見的，尤其是a 1 ：0 。達到了4 7 9 4 的含量實屬 前所未遇。根據前蘇聯判斷煤種對電除塵器效率影響的指標： k = = ( a ：q + s i q ) w p ( a p + 9 h p ) s p 式中：s i 0 ：、a 1 ：0 。飛灰中的百分含量； a p ，w p ，h p ，s p 煤的灰份，水份，氫和硫元素含量，以常用基準表示。 9 華北電力火學t 程碩士學位論文 k 值愈大愈不利，大致上以5 0 為難易界限，極難捕集的煤灰k 值可達數百以上。通 過計算該煤種的k 值為1 6 4 7 9 ，可以看出這種煙塵的電除塵條件是非常困難的。 2 2 2 飛灰比電阻 困難煤種在電站鍋爐中燃燒后形成的飛灰的比電阻見表2 - 3 。 表2 - 3 飛灰比電阻 溫度( ) 8 01 0 01 2 01 5 01 8 0 比電阻( q c m ) 2 4 x 1 0 29 4 x 1 0 21 7 x 1 0 1 32 6 x 1 0 1 36 3 x 1 0 1 3 當粉塵比電阻高于臨界比電阻1 0 q c m 時，采用常規(guī)電除塵器就難以達到理 想的效率，這是因為外加電壓的大部分消耗于粉塵層中的電壓降，使空間電場強度 減小的緣故。很明顯該煤飛灰屬于高比電阻粉塵，由于其本身具有的不易荷電，不 易放電的特性，使得其電除塵特性變得比較差。 華北電力大學工程碩士學位論文 第三章半工業(yè)性試驗( 模擬) 3 1 極配型式與除塵效率 影響電除塵器性能的結構因素很多，最重要的是電極的形式及其布置的方法。 極配形式與電場強度、板電流密度的分布有密切的關系，極配決定了電場、流場， 并通過其影響粉塵的荷電、沉降和清除。合理的極配形式有助于有效地解決高比電 阻、高濃度、細粉塵等難以收集的問題。 極配形式主要包括：線距、線半徑、極間距、線表面粗糙度等。線距過大將使 電場強度分布不均勻，線距小于某極限值會使電暈線附近的電場相互屏蔽。增大線 半徑，會導致始發(fā)電暈電壓升高，而使電暈線表面的場強降低。極板間的平均場強 隨極間距的增大而迅速增大，板電流密度的均勻度，隨極間距增大而有所改善。 最佳極配形式是相對于某一煙塵條件而言的，因此通過測試各種電暈線在不同 極距下的電氣性能，以及在特殊困難煙塵條件下測試各種電暈線在不同極距下的收 塵性能，對探索電站鍋爐燃用困難煤種時電除塵器較佳的極配形式，降低消耗，提 高除塵效率，指導電除塵器的設計具有十分重要的意義。 3 2不同極配形式的冷態(tài)電氣性能試驗 3 2 1試驗目的 掌握新型麻花、螺旋、r s 、魚骨針、魚骨針加輔助電極、鋸齒線配c 型極板當 同極距3 0 0 m m 、4 0 0 m m 、5 0 0 m m 時的起暈電壓、閃絡電壓、極間電流及板電流密 度分布的均勻性。 3 2 2試驗設施及方法 該試驗在蘭電力修造廠電氣試驗臺上進行。該試驗臺電場長度1 5 米，高1 2 米，寬度方向可調，在三塊大c 板的中間一塊c 板貼有9 7 0 m m x l o m m 的銅皮4 0 條， 每條銅皮末端接一塊微安電流表。見圖3 1 。 華北電力大學工程碩士學位論文 挖制柜高辱整流享譬警 舉產r ” ：變趨j 圖3 - 1 電流密度測定裝置 試驗設備及儀器有： g g a s 。- 5 0 m a 1 2 0 k v 高壓控制柜； t r 高壓硅整流變壓器； 電流測試儀表盤； 高壓靜電電壓表( q 4 - v ) ； 數字式萬用表( 電流計) ； 1 4 2 1 記憶示波器； 溫、濕度計； 盒式大氣壓力表等。 測試時將二次電壓控制在比閃絡電壓低3 k v 左右，記錄各線型和極距的電流分 布值，然后用公式( 式3 一1 ) 和( 式3 2 ) 計算出每條銅皮的平均電流密度、整 塊c 板的平均電流和分布均勻性。 i = ( i l + 1 2 + + 1 4 0 ) 4 0( 式3 1 ) 式中：i - - - 4 0 條銅皮的平均電流密度，m a m 3 i l ，1 2 ，1 4 0 每條銅皮的電流密度，m a m 3 華北電力大學 ：程碩士學位論文 仃= 、2 歹 ( 式3 2 ) 式中：i - - - 4 0 條銅皮的平均電流密度，m a m 3 i i - - - - 每條銅皮的電流密度，m a m 3 0 測量c 板的電流密度分布相對標準偏差。 3 2 3 試驗結果 不同極配形式的冷態(tài)電氣性能測試結果見表3 - 1 。 表3 - 1 不同極配形式的冷態(tài)電氣性能測試結果 閃絡電壓電流 測電流密度的 同極起暈電 工作電壓電流 變壓器 序 電暈線線距 均勻 抽頭距壓 號 形狀m m 性 m mk v k v m a m 2 k v k v m a m 3 1 螺旋 5 0 02 5 05 28 4o 5 4 18 00 4 3 20 4 7 81 0 0 2 螺旋 4 0 02 5 04 76 50 6 4 4 6 5 0 4 4 50 5 2 51 0 0 3 螺旋 3 0 02 5 03 95 10 6 1 84 70 4 5 20 6 2 46 0 4 螺旋 5 0 05 0 05 0 8 4 0 4 6 48 00 3 0 1 0 5 9 2 1 0 0 5 螺旋 4 0 05 0 04 37 2 0 5 6 7 6 80 3 1 0o 6 1 91 0 0 6 螺旋 3 0 05 0 03 85 30 4 6 45 0o 3 1 80 7 1 56 0 7 麻花5 0 02 5 04 88 80 5 5 48 40 4 6 40 5 0 0 1 0 0 8 麻花4 0 02 5 04 67 00 5 9 36 80 4 6 90 5 1 9 1 0 0 9 麻花3 0 02 5 04 25 60 5 6 75 30 4 7 50 5 3 06 0 1 0 麻花 5 0 05 0 05 29 60 6 7 09 00 0 6 61 1 2 51 0 0 1 1 麻花 4 0 05 0 04 47 80 6 0 67 40 0 8 80 9 8 61 0 0 1 2 麻花 3 0 05 0 03 95 30 4 1 25 30 3 5 0o 8 5 76 0 1 3 魚骨針5 0 05 0 02 68 20 7 7 38 00 6 3 20 6 4 5l o o l3 華北電力大學工程碩士學位論文 1 4 魚骨針 4 0 05 0 02 37 20 8 2 57 00 7 0 50 6 6 31 0 0 1 5魚骨針3 0 05 0 02 04 80 8 7 64 80 7 4 40 6 9 86 0 1 6 魚加輔 5 0 05 0 03 49 40 5 3 48 40 4 0 50 7 8 9 1 0 0 1 7 魚加輔 4 0 05 0 03 07 60 5 6 77 20 5 0 70 8 4 41 0 0 1 8 魚加輔 3 0 05 0 02 35 30 6 4 45 00 5 5 20 9 5 76 0 1 9r s 直尖5 0 05 0 02 48 20 7 4 78 00 7 5 6 o 5 8 l 1 0 0 齒 2 0 r s 直尖 4 0 05 0 02 26 80 8 0 66 40 8 3 40 6 0 2 1 0 0 齒 2 1 r s 直尖 3 0 05 0 02 04 7o