1、背景
2013年初，我國多地出現(xiàn)了多日霧霾天氣，部分城市居民明顯感受到了呼吸道不適，能見度降低，公共交通及市民的生活受到影響，引起了全民對(duì)于空氣污染治理的警覺。除去汽車尾氣排放、建筑行業(yè)等露天作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的揚(yáng)塵外。我國的高污染行業(yè)，例如火電、鋼鐵、有色金屬及水泥等生產(chǎn)企業(yè)基本都配備了除塵設(shè)備。其形式主要為靜電除塵器、布袋除塵器以及電袋復(fù)合式除塵器。其中，靜電除塵器的發(fā)展時(shí)間zui久，*zui高。同時(shí)，因其維護(hù)工作量小、設(shè)備可靠性高，廣受污染治理企業(yè)的好評(píng)。但是，現(xiàn)有的靜電除塵器在項(xiàng)目建設(shè)時(shí)期，多數(shù)遵從50mg/Nm3出口排放標(biāo)準(zhǔn)，還有為數(shù)不少的早期項(xiàng)目遵從了100～150mg/Nm3出口排放標(biāo)準(zhǔn)。已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)有需求。隨著火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，重點(diǎn)地區(qū)火電廠排放降至20mg/Nm3，非重點(diǎn)地區(qū)降至40mg/Nm3。國內(nèi)現(xiàn)有火電機(jī)組均不同程度地面臨粉塵排放技改局面。
同時(shí)，已建項(xiàng)目的改造條件基本都具有如下共同點(diǎn)：場(chǎng)地受限、工期較短、希望盡量減少土建施工和設(shè)備更換、不可預(yù)期的煤質(zhì)變化。這些都向我國的靜電除塵技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。
2、主要除塵改造技術(shù)
2.1 國內(nèi)技術(shù)
2.1.1 傳統(tǒng)靜電除塵改造
傳統(tǒng)靜電除塵器改造路線以增加收塵面積為原則，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，增加電場(chǎng)數(shù)、增加除塵器的有效寬度和增加除塵器有效高度為手段。上述方法的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、可靠性高、對(duì)于配套設(shè)備無特殊要求。在增加電場(chǎng)數(shù)可滿足排放的條件下，高壓電源及控制柜可做獨(dú)立增設(shè)，對(duì)原有系統(tǒng)的改動(dòng)較少。缺點(diǎn)是目前有充分場(chǎng)地富裕量的項(xiàng)目偏少。適用的項(xiàng)目范圍較窄。同時(shí)，由于除塵器灰斗的改變，原有的輸灰系統(tǒng)需要做增設(shè)或輸灰路線改造。
2.1.2 機(jī)電多復(fù)式雙區(qū)技術(shù)
機(jī)電多復(fù)式雙區(qū)電除塵器的設(shè)計(jì)， 前級(jí)電場(chǎng)采用常規(guī)結(jié)構(gòu)； 在末級(jí)電場(chǎng)內(nèi)將其設(shè)計(jì)成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)復(fù)式雙區(qū)結(jié)構(gòu)。即*個(gè)荷電區(qū)+ *個(gè)收塵區(qū)， 第二個(gè)荷電區(qū)+ 第二個(gè)收塵區(qū)。同一電場(chǎng)內(nèi)， 荷電區(qū)與收塵區(qū)供電電源分開， 荷電區(qū)用一套高壓電源， 收塵區(qū)用另一套高壓電源。
從電除塵原理上分析，此項(xiàng)技術(shù)的目的是利用荷電區(qū)的高電流增加粒子荷電，利用收塵區(qū)的高電壓增加場(chǎng)強(qiáng)，從而提高收塵效率。并且通過分區(qū)，使每個(gè)供電電源所需支持的收塵面積減小，國內(nèi)的高頻電源就可滿足。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，這種改造方案與常規(guī)結(jié)構(gòu)電場(chǎng)相比的優(yōu)點(diǎn)是：一是捕集粉塵的平均效率比較高； 二是能夠捕集到更為細(xì)小的荷電塵粒； 三是擁有較大表面積的管式陰極線， 可以捕集荷正電的塵粒； 四是對(duì)煙塵的適應(yīng)性比較廣， 適合收集高、中、低比電阻粉塵。
同時(shí)，其缺點(diǎn)是：一是由于電源采用高頻電源，因而受到高頻電源性能的制約，大型機(jī)組的適應(yīng)性還有待驗(yàn)證。二是雙區(qū)改造區(qū)域必須對(duì)內(nèi)件進(jìn)行改造，將陰極改造為管狀線。改造工作量相對(duì)較大。三是電氣部分將原有的一個(gè)供電區(qū)一分為二，必須對(duì)原供電區(qū)的高壓部分進(jìn)行更換和增設(shè)，上位機(jī)等一系列的信號(hào)通訊等，都需要更新。
2.1.3 濕式靜電除塵器改造技術(shù)
濕式靜電除塵器在結(jié)構(gòu)上有兩種基本型式：管式和板式。管式濕式靜電除塵器的集塵極為多根并列的圓形或多邊形金屬管，放電極均布于極板之間。板式靜電除塵器的集塵極呈平板狀，可獲得良好的水膜形成的特性，極板間均布電暈線，板式濕式靜電除塵器可用于處理水平或垂直流動(dòng)的煙氣。
管式濕式除塵器的優(yōu)勢(shì)在于可以與濕法脫硫塔做一體化設(shè)計(jì)，在脫硫改造時(shí)，可以將除塵器的占地面積降至零。對(duì)于場(chǎng)地條件受限制的火電及鋼鐵行業(yè)是*的選擇。其缺點(diǎn)是，管狀濕式靜電除塵器只能用于處理垂直流動(dòng)的煙氣。
2.2*
2.2.1 大功率三相電源
從電除塵原理的根本出發(fā)，增加場(chǎng)強(qiáng)是在本體不做改動(dòng)的情況下，zui有效的提高收塵效率的方法。大功率三相電源的成功研發(fā)，將此設(shè)想變?yōu)榭赡堋Ｍ瑫r(shí)，三相電源與高頻電源的控制部分，在功能上，同樣可實(shí)現(xiàn)節(jié)能調(diào)節(jié)。因而，在實(shí)際能耗使用上，與采用高頻電源相近。并且，因三相電源采用可控硅進(jìn)行整流變的控制，比高頻電源所采用的IGBT逆變整流來得更加可靠。更為重要的是，三相電源可以將輸出電壓做的更高，更接近擊穿電壓，以達(dá)到zui高的靜電除塵器內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)。因此，在歐洲，大功率三相電源在靜電除塵器的改造上得到了廣泛應(yīng)用。
2.2.2 低低溫除塵技術(shù)
在電除塵器上游設(shè)置熱回收裝置，使得電除塵器入口煙氣溫度降低，從而使除塵器性能提高的技術(shù)稱為低低溫電除塵技術(shù)。此種技術(shù)在日本得到了較高的推廣，并有多項(xiàng)工程實(shí)例，據(jù)資料顯示，已有1000MW機(jī)組的成功案例。
低低除塵器改造更多的是結(jié)合脫硫、脫硝系統(tǒng)的整體工藝進(jìn)行考慮。其主要工藝流程如下圖所示。該系統(tǒng)由兩個(gè)主要設(shè)備組成，一是低低溫電除塵器，二是低溫?fù)Q熱器。低溫?fù)Q熱器的目的主要就是降低煙氣溫度至92℃，降低粉塵比電阻，提高收塵效率。在國內(nèi)的設(shè)計(jì)院，還有一種做法是選用低溫省煤器，直接降低鍋爐出口煙氣溫度，再通過低低溫除塵器進(jìn)行除塵。日本的工程實(shí)例證明，粉塵出口排放可降低至30mg/Nm3以內(nèi)。
從除塵器的單體上分析，需要注意煙氣降溫后的設(shè)備防腐問題。此種技術(shù)的應(yīng)用更大的意義還是在于整個(gè)煙氣凈化系統(tǒng)工藝改造上。
3、技術(shù)對(duì)比
上述介紹的各項(xiàng)技術(shù)都具有了成功案例，可見對(duì)于減排都有其適用的范圍。從工程造價(jià)看，我們以改造為例，一臺(tái)600MW火電機(jī)組。傳統(tǒng)電除塵改造、機(jī)電多復(fù)式雙區(qū)、移動(dòng)極板改造未電場(chǎng)的建設(shè)成本均達(dá)到了1000萬人民幣左右。濕式除塵器的改造和低低溫除塵器的改造價(jià)格相當(dāng)于新建除塵器，因而價(jià)格更高。三相電源的改造依據(jù)不同工況，其改造價(jià)格在100至1000萬人民幣內(nèi)不等。因此，具有一定的市場(chǎng)空間。
從技術(shù)方案看，機(jī)電多復(fù)式雙區(qū)、移動(dòng)極板改造均在末電場(chǎng)進(jìn)行，當(dāng)排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提高時(shí)，將無提升的空間。而三相電源的改造可以隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，進(jìn)一步增加更換的高壓系統(tǒng)的臺(tái)數(shù)。根據(jù)歐洲某650MW機(jī)組的改造實(shí)例看，僅以更換相當(dāng)于我國雙室五電場(chǎng)的除塵器全部10個(gè)供電區(qū)的高壓系統(tǒng)，就可達(dá)到出口排放5mg/Nm3的效果。可見此項(xiàng)技術(shù)，具有較大的應(yīng)用前景。
4、結(jié)論
我國目前的靜電除塵器技術(shù)多是于八、九十年代從歐美引進(jìn)。根據(jù)我廠2012年，與歐洲*技術(shù)公司的合作交流發(fā)現(xiàn)，歐洲的靜電除塵器技術(shù)已經(jīng)做了較大的調(diào)整。其高壓組件得到了發(fā)展，為提高除塵器內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)提供了保障。同時(shí)，也使得本體結(jié)構(gòu)的用鋼量得以減少，結(jié)構(gòu)更緊湊。內(nèi)件也不再拘泥于過去的極板寬度和陰極線形式，與高壓電源配套做了改進(jìn)。目前，可以達(dá)到出口排放5～10mg/Nm3，與國內(nèi)的布袋除塵技術(shù)相媲美。
從日本引入的低低溫除塵器也在國內(nèi)引起了熱議。由于此種技術(shù)對(duì)于設(shè)備防腐的要求很高，所以，造價(jià)及我國原材料和生產(chǎn)、安裝工藝上是否可滿足需求是此項(xiàng)技術(shù)在中國推廣的關(guān)鍵。
綜合中國國情，考慮業(yè)主對(duì)于設(shè)備造價(jià)接受程度、運(yùn)行后的維護(hù)成本以及我國對(duì)于節(jié)能減排、綠色環(huán)保的政策指導(dǎo)。發(fā)展高壓組件及更新極配形式以優(yōu)化靜電除塵器性能應(yīng)成為我國火電機(jī)組除塵器改造的方案。
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