燃煤电厂电除尘现状及关键参数设计研究.pdf

燃爆电厂 电除尘器现拔厦菇键参数设针研究 祁君田1 ，吴玉强2 ，吴望民 [ 摘要] [ 关键词] [ 中图分类号] [ 文献标识码] [ 文章编号] [ 瑚 I 编号] ，樊君侠2 ，田改珍2 ，李海波 1 ．西安热工研究院有限公司，陕西西安7 1 0 0 3 2 2 ．西安西矿环保科技有限公司，陕西西安7 1 0 0 7 7 3 ．陕西铜川铝业电厂，陕西铜川7 2 7 1 0 0 2 ，惠志峰3 燃煤电厂现役电除尘器普遍存在烟尘排放不达标的问题，分析认为电除尘器关键参数 设计不合理，尤其比集尘面积小是造成这种问题的最根本原因。在比集尘面积选择合 理的情况下，电除尘器出口烟尘排放浓度达到低于5 0m g ／m 3 的新排放标准时，要求推 荐的比集尘面积范围如下 1 烟尘排放浓度小于1 0 0m g ／m 3 、常规煤种情况下，比集 尘面积≥1 1 0m 2 ／ m 3 ／s ；难收集煤种情况下，比集尘面积≥1 5 0m 2 ／ m 3 ／s 。 2 烟尘 排放浓度小于5 0m g ／m 3 、常规煤种情况下，比集尘面积≥1 2 5m 2 ／ m 3 I s ；特殊煤种情 况下，比集尘面积≥1 8 0m 2 ／ m 3 ／s 。 电除尘器；比集尘面积I 除尘效率；烟尘；排放浓度 T K 2 2 3 ．2 7 A 1 0 0 2 3 3 6 4 2 0 0 9 0 7 0 0 4 7 0 4 1 0 ．3 9 6 9 ／1 ．i s s n ．1 0 0 2 3 3 6 4 ．2 0 0 9 ．0 7 ．0 4 7 S T A T U SQ U OO FE L E C T R o S T A T I CP R E C l P I T A T O R SI N C o A L F I R I N GP O W E RP L A N T SA N DS T U D YO N D D E S I G No FT H E I RK E YP A R A M E T E R S Q IJ u n t i a n l ，W UY u q i a n 9 2 ，W UW a n g m i n 2 ，F A NJ u n x i a 2 ， T I A NG a i ～z h e n 2 ，L IH a i b 0 2 ，H U IZ h i f e n 9 3 1 ．X i ’a nT h e r m a lP o w e rR e s e a r c hI n s t i t u t eC oL t d ，X i ’a l l7 1 0 0 3 2 ，S h a a n x iP r o v i n c e ，P R C 2 ．X i ’a nX i k u a n gE n v i r o n m e n t a lP r o t e c t i o nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yC oL t d ，X i ’a n7 1 0 0 7 7 ，S h a a n x iP r o v i n c e ，P R C 3 ．S e l f s u p p l yP o w e rP l a n tf o rS h a a n x iT o n g c h u a nA l u m i n u mI n d u s t r y ，T o n g c h u a n7 2 7 1 0 0 ．S h a a n x iP r o v i n c e ，P R C A b s t r a c t 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 P i ns e r v i c eo fc o a l f i r i n gp o w e rp l a n t sc o m m o n l yh a v e p r o b l e mo ff a i l i n gt or e a c ht h es t a n d a r ds e tf o rs m o k ee m i s s i o n ．I ti s b e l i e v e df r o ma n a l y s i st h a tt h e m o s tf u n d a m e n t a lc a u s el e a d i n gt os a i dp r o b l e m si su n r e a s o n a b l ed e s i g no fE P ’Sp a r a m e t e r s ，e s p e c i a l l y t h es m a l ls p e c i f i cd u s tc o l l e c t i o na r e a S D C A ．R e g a r d i n gt oc o m m o n l yu s e dc o a ls o r tf o rp o w e rg e n e r a t i o n ，u n d e rc o n d i t i o no fr e a s o n a b l ye h o i s e dS D C A ，t h ec o n c e n t r a t i o no fs m o k ee m i s s i o na te x i to fE P c a ns a t i s f yt h er e q u i r e m e n to ft h en e we m i s s i o ns t a n d a r d 。b e i n gl o w e rt h a n50m g ／m 3 ．T h er a n g eo f ； ； 收稿日期2 0 0 9 0 5 0 7 E ～m a i l q i j u n t i a n t p r i ．c o m ．c n 4 7 发电技术论坛 vo|鲁，No；}，W魏 趣力发电．二oo九 万方数据 S D C Ai Sr e c o m m e n d e da sf o l l o w s 1 ．i ft h ec o n c e n t r a t i o no fs m o k ee m i s s i o nt ob el e s st h a n1 0 0m g ／m 3 ， u n d e rc o n d i t i o no fc o n v e n t i o n a lc o a ls o r t ，t h eS D C As h o u l d ≥1 1 0m 2 m 3 ／s ；u n d e rc o n d i t i o no fd i f f i c u h l yc o l l e c t i n gc o a ls o r t ，t h eS D C As h o u l d ≥1 5 0m 2 m 3 ／s ；2 ．i ft h ec o n c e n t r a t i o no fs m o k ee m i s s i o n t ob el e s st h a n5 0m g ／m 3 ，u n d e rc o n d i t i o no fc o n v e n t i o n a lc o a ls o r t ，t h eS D C Am u s t ≥1 2 5m 2 m 3 ／s I u n d e rc o n d i t i o no fs p e c i a lc o a ls o r t s ，t h eS D C Am u s t ≥1 8 0m 2 m 3 ／s ． K e yw o r d s E P ；S D C A ；d u s tr e m o v a le f f i c i e n c y ；s m o k e ；c o n c e n t r a t i o no fs m o k ee m i s s i o n 1电除尘器现状 目前，采用电除尘器的燃煤电厂约占火电装机容 量的9 0 ％～9 5 ％。火电厂大气污染物排放标准 G B l 3 2 2 3 2 0 0 3 规定新建燃煤机组最高允许烟尘排 放浓度为5 0m g ／m 3 。对新建燃煤电厂，采用石灰石一 石膏湿法烟气脱硫，除尘器出口烟尘浓度为l O Om g ／ m 3 ，脱硫洗涤塔按5 0 ％除尘效率计算，烟尘排放浓度 仍可控制在5 0m g ／m 3 ；对旋转喷雾半干法和其它干法 半干法脱硫，亦要求烟尘排放浓度为5 0m g ／m 3 ；对无 脱硫装置的要求烟尘排放浓度为5 0m g ／m 3 。调查结 果发现达到设计烟尘排放指标的占3 0 ．4 ％，超过设计 烟尘排放指标≤3 0 ％以内的占3 5 ．7 ％，达不到设计烟 尘排放指标的占3 1 ．4 ％ 烟尘排放指标 3 0 ％ ，其它 占2 ．5 ％。 需要指出的是，上述数据是机组投产1 ～3 个月内 的统计结果，但G B l 3 2 2 3 2 0 0 3 规定，电除尘器验收 应在设备投产6 个月后进行，验收时间提前对验收结 果影响较大。图1 为从日本引进的某机组三电场电除 尘器运行时间与除尘效率的关系曲线。由图1 可以看 出，随着投产时间的推移，除尘效率明显下降。因此， 如果严格按规定时间验收，不达标除尘器的数量将还 有增加。 9 9 摹9 9 熬 笾9 7 9 7 图1 运行时间与除尘效率的关系 2 电除尘器关键参数设计 2 ．1 设计理念 近几年，新投产电除尘器效率基本都在9 9 ．7 ％以 上，有的甚至高达9 9 ．9 ％，其平均比集尘面积约为1 0 0 4 8 m 2 ／ m 3 ／s 。同等效率情况下，欧美地区电除尘器比 集尘面积为1 4 0 ～1 6 0m 2 ／ m 3 ／s ，个别有难收集粉尘 的达到1 8 0m 2 ／ m 3 I s ，有的甚至高达3 0 0m 2 ／ m 3 ／ s 。这些电除尘器烟尘排放浓度均低于5 0m g ／m 3 ，有 些甚至低于3 0m g ／m 3 。对此，原规定烟尘排放浓度为 2 0 0m g ／m 3 时，比集尘面积一般在8 0m 2 ／ m 3 I s 左 右；当G B l 3 2 2 3 2 0 0 3 把烟尘排放浓度提高到5 0 m g ／m 3 时，通常认为只要比集尘面积增加到1 0 0m 2 ／ m 3 ／s 即可。实际上，对于高效率电除尘器，从低效 到高效，绝对不是参数简单地放大，尤其是比集尘面 积，这种设计理念的错误是造成近6 7 ％投产电除尘器 达不到设计指标的根本原因。 2 ．2 电场烟气流速度 电除尘器的除尘效率一般常用多依奇公式计算 ’7 1 一r 舍。 1 式中A 为集尘板总表面积，m 2 ；Q 为烟气量，m 3 ／s ；珊 为有效驱进速度，m ／s 。 由式 1 看，烟气流速与除尘效率无关，但根据多 年实际经验，对于燃用常规煤种的锅炉高效电除尘器 来说，电场烟气流速与除尘效率有某些关系，因此电场 烟气流速数值建议按表1 选取[ 1 ] ，特殊煤种电场烟气 流速应小于0 ．8m ／s 。 2 ．3 粉尘驱进速度 粉尘驱进速度是多因素的函数，， c o z - 、z z 、z 。 ⋯z 。，即烟气含尘浓度、燃料化学成分、粉尘的化学成 分、粉尘的粒径分布、介电常数、粉尘颗粒表面形状及 表面积、粉尘的粘附力、粉尘凝聚力、粉尘比电阻、电场 强度、收尘极同极距离、施加电压、运行电流大小、放电 发电技术论坛一穗力发电．二oO九 一 第∞卷 第7 期 ， 万方数据 极线的线间距、放电极和收尘极形状、烟气化学成分、 烟气水露点和酸露点、气流分布均匀性、放电极和收尘 极清洁程度、收尘极振打周期、放电极振打周期和净化 后烟气含尘浓度等2 2 个因素都对粉尘驱进速度有影 响。目前，还无法用数学方程式表示上述因素对电除 尘器的影响关系，也无法确定它们之间的相互量值关 系。 准确地确定粉尘驱进速度是电除尘器设计的基 础。但由于粉尘驱进速度值的确定非常困难，设计人 员不得不舍弃粉尘驱进速度转而以比集尘面积作为首 选确定参数。 宽泛粉尘驱进速度选取值为3 ．O ～1 2c m ／s 。 2 ．4 比集尘面积 比集尘面积的物理意义是每秒每立方米烟气所需 要的收尘极板面积，是电除尘器设计中最直观、最重要 的参数，它选取的正确与否决定电除尘器投产后的效 率。 对于相同的烟气量来说，收尘极板面积越大，除尘 效率越高，但收尘极板面积并非越大越好，收尘极板面 积增加意味着制造成本增加。因此，合理准确地选择 比集尘面积尤为重要。 图2 是美国东部烟煤和我国主要烟煤在不同除尘 效率下，燃煤含硫量与比集尘面积的关系曲线n ] ，其中 带U 字的是美国东部烟煤曲线，带C 字的是我国主要 烟煤曲线。为方便比较，将比集尘面积都换算到同极 距离为3 0 0m m 。另外，迄今为止，我国设计和实际运 行的电除尘器效率达到9 9 ．9 ％的很少，无法进行相同 效率下的比较，因此只好将电除尘效率降至9 9 ．8 ％。 从图2 可以看出，在相同燃煤含硫量下，美国东部烟煤 除尘效率9 9 ．9 ％、我国主要烟煤除尘效率9 9 ．8 ％的情 况下，美国的电除尘器比集尘面积要比我国的电除尘 器比集尘面积大许多。我国设计效率为9 9 ．8 ％的除尘 器，比集尘面积一般都在1 0 01 2 1 2 ／ 1 2 1 3 ／S 左右。并且， 实际验收是在停一个供电区工况下运行的效率，这样 对应比集尘面积应减少8 ％～1 0 ％，也即实际比集尘 面积只有9 0m 2 ／ r l 1 3 ／S 左右；在除尘效率为9 9 ．5 ％ 情况下，美国电除尘器的比集尘面积也大于我国，但只 是偏差小一些；除尘效率为9 9 ．0 ％时，两者相差较小。 根据我国动力用煤灰分分析，烟尘排放浓度达到5 0 ～ 1 0 0m g ／m 3 时，其除尘效率均应在9 9 ．8 ％左右。因此， 比集尘面积小是造成我国近6 7 ％电除尘器不达标的 最根本原因，也是我国电除尘器抗煤种变化能力差的 4 9 主要原因。 ■ 芝 E 一 ● g 肇 暄 刽 硎 丑 图2 燃煤含硫■与比集尘面积的关系 图3 是根据多年实践总结的S i 0 。 C a O A I O ， 含量与比集尘面积的关系规律。需要指出的是，S i 0 C a O A l 。0 。与比集尘面积并不是简单的线性关 系，它还受到粉尘及其它化学成分和矿物相组成的影 响，例如，碱性物质的含量、氧化铁含量、粉尘矿物相组 成等。同时，还要考虑烟气流速、电场数等之间的关 系。因此，不能简单地套用曲线中数据。 ■ 邑 0 E 鏖 暄 刊 球 丑 图3S 1 0 2 C a O A 1 20 3 含量与比集尘面积关系 推荐比集尘面积范围如下 1 烟尘排放浓度小于1 0 0m g ／m 3 、常规煤种情 况下，比集尘面积≥1 1 0m 2 ／ m 3 ／s ；难收集煤种情况 下，比集尘面积≥1 5 0m 2 ／ m 3 ／s 。 2 烟尘排放浓度小于5 0m g ／m 3 、常规煤种情况 一 v o I ．3 8 发电技术论坛一扭力发电．二OO九 万方数据 发 电 技 术 论 坛 第 3 8 卷 第 7 舰 、 奇 、i 扭 力 发 电 ● 二 o o 九 下，比集尘面积≥1 2 5m 2 ／ m 3 ／s ；特殊煤种情况下， 比集尘面积≥1 8 0m 2 ／ m 3 ／s 。 2 ．5 单电场长度与电场数 电场长度划分主要考虑单电场长度与除尘效率的 关系，以及单台高压整流设备所覆盖的收尘极板面积 等。建议单电场长度以4 ～5m 为宜，推荐值为4 m n l ；电场数按总收尘面积结合电场长度划分原则确 定，建议容量≤6 0 0M W 机组配4 ～5 电场，推荐5 电 场，特殊煤种5 ～7 电场；容量10 0 0M w 机组配5 ～6 电场，推荐6 电场，特殊煤种6 - - - - 8 电场。 3 湿法脱硫副产品 湿法烟气脱硫产生的副产品石膏与除尘效率关系 密切。除尘效率的高低不但直接影响石膏的综合利用 价值，还间接影响脱硫效率、设备使用寿命以及维护管 理费用等。 对于3 0 0M W 机组的10 2 5t ／h 锅炉，燃用煤种含 硫量1 ％，年运行按55 0 0h 计算，产生石膏约为4 ．5 ～ 5 ．0 万t ／年。到2 0 1 0 年我国将有占火电装机容量近 5 0 ％超过3 亿千瓦的燃煤机组采用石灰石一石膏法脱 硫，届时将产生50 0 0 ～60 0 0 万t ／年脱硫石膏副产 品‘2 ’。如果这些石膏不能得到综合利用而废弃的话， 会造成巨大的资源浪费和环境污染。因此，提高除尘 上接第3 9 页 研究。结果表明，模糊M F A C 具有较快的响应速度和 较强的抗干扰能力，其不仅保持了M F A C 较强的适应 性和鲁棒性，而且控制器模块化设计，参数设置简单， 计算量小。． [ 参考文献] [ 1 - 1 金以慧，方崇智．过程控制I - M ] ．北京清华大学出版社 社，1 9 9 3 ． [ 2 ]王耀南．智能控制系统[ M ] ．长沙湖南大学出版社， 1 9 9 6 ． [ 3 ] 韩志刚，王德进．无模型控制器E J ] ．黑龙江大学自然科学 学报，1 9 9 4 ，1 I 4 2 9 3 5 ． [ 4 ] 韩志刚．无模型控制器理论与应用进展[ J ] ．自动化技术 5 0 器效率，降低除尘器出口烟尘排放浓度，提高脱硫石膏 品质，拓宽石膏综合利用途径等是解决问题的关键。 4结论 1 对于一般动力煤种，在比集尘面积选择合理的 情况下，电除尘器出口烟尘排放浓度可以达到低于5 0 m g ／m 3 的新排放标准要求。 2 电除尘设备投产后基本不能通过调整来改善 性能。因此，电除尘器主要参数选择的正确与否是决 定其除尘效率的关键。降低电场烟气流速，增大比集 尘面积，更是最重要的环节。 3 不论从解决湿法脱硫石膏综合利用，还是减少 粉尘排放角度看，降低除尘器出口烟尘排放浓度都有 现实和长远意义。 [ 参考文 献] [ 1 ] 祁君田，等．现代烟气除尘技术[ M ] ．化学工业出版社， 2 0 0 8 ． [ 2 ] 2 0 0 7 年火电厂脱硫脱硝行业发展报告[ J ] ．中国电力环 保，2 0 0 8 5 ． [ 3 ] G B l 3 2 2 3 - - 2 0 0 3 ，火电厂大气污染物排放标准[ s ] ． [ 4 ] 祁君田．燃煤电厂电除尘器设计中值得注意的问题[ J ] ． 热力发电，2 0 0 4 1 2 ． 与应用，2 0 0 4 ，2 3 2 1 5 ． [ 5 ] 杨天华，刘耀鑫，李润东，等．循环流化床多联产系统的模 型研究与性能预测[ J ] ．热力发电，2 0 0 7 ，3 4 1 0 1 4 1 6 ． [ 6 ] 于希宁，王慧，王东风，等．模糊控制在循环流化床锅炉床 温控制中的应用[ J ] ．华北电力大学学报，2 0 0 5 ，3 2 3 4 3 4 6 ． [ 7 ] 郑龙．循环流化床锅炉先进控制系统的研究与应用[ D ] ． 浙江大学硕士论文．2 0 0 7 ． [ 8 ] 罗万金．电厂热工过程自动调节[ M ] ．北京中国电力出 版社，1 9 9 1 ． [ 9 ] 孙献斌，李光华．蒋敏华．循环流化床锅炉技术领域几个 前沿课题的研究E J ] ．热力发电，2 0 0 5 ，3 4 1 1 1 5 ． 万方数据