電除塵行業(yè)是我國環(huán)保產(chǎn)業(yè)中能與國際廠商抗衡且最具競爭力的一個行業(yè)，多年來電除塵器一直作為各行業(yè)除塵及氣體凈化的主要設(shè)備。但目前我國電除塵器存在電場數(shù)量偏少、比集塵面積偏小的現(xiàn)象，使少部分電除塵設(shè)備投運后煙塵排放不能達標(biāo)。電除塵器的除塵效率是根據(jù)排放標(biāo)準(zhǔn)和工況條件等要素設(shè)計的，隨著粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，電場數(shù)量偏少、比集塵面積偏小現(xiàn)象越發(fā)顯得突出。對此，中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會組織并委托浙江菲達環(huán)?？萍脊煞萦邢薰矩撠?zé)編寫了《燃煤電廠電除塵器選型設(shè)計指導(dǎo)書》。

該指導(dǎo)書通過煤、飛灰成分對電除塵性能影響分析，在對電除塵器進行適應(yīng)性研究、技術(shù)經(jīng)濟性分析基礎(chǔ)上，結(jié)合30余年的電除塵器實際運行經(jīng)驗撰寫而成。經(jīng)業(yè)內(nèi)18位專家的多次審查，由中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會常委會議審核通過。

《燃煤電廠電除塵器選型設(shè)計指導(dǎo)書》是行業(yè)集體智慧及經(jīng)驗的結(jié)晶，值得向中電聯(lián)、各大電力企業(yè)、電力規(guī)劃院、電力設(shè)計院、電除塵器供貨商、各相關(guān)研究機構(gòu)等相關(guān)部門、組織和企業(yè)推薦。相信該指導(dǎo)書的推廣將有助于推動和引導(dǎo)電除塵行業(yè)技術(shù)進步、規(guī)范行業(yè)市場、提升行業(yè)整體技術(shù)水平、保證設(shè)備性能并滿足排放要求。

近年來，我國電除塵技術(shù)有了長足發(fā)展，但與國際先進水平相比還有一定差距。特別是在電除塵器的選型設(shè)計方面，由于歷史原因，使得我國電除塵器普遍存在電場數(shù)量偏少、比集塵面積偏小的現(xiàn)象，造成部分設(shè)備投運后煙塵排放不能達標(biāo)的現(xiàn)狀。有必要根據(jù)國際先進技術(shù)、國內(nèi)應(yīng)用實際，編制適合我國國情和特點的燃煤電廠電除塵器選型設(shè)計指導(dǎo)文件，保證電除塵器選型設(shè)計科學(xué)合理，設(shè)備性能滿足排放要求，提升行業(yè)整體技術(shù)水平，推動和引導(dǎo)電除塵行業(yè)技術(shù)進步。

中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會組織本行業(yè)主要骨干企業(yè)和技術(shù)專家，通過分析研究我國煤種成分及其對電除塵器運行性能影響、國內(nèi)投運電除塵器實情、國內(nèi)外電除塵器規(guī)范，提出了電除塵器選型設(shè)計的主要流程以及選型設(shè)計的指導(dǎo)意見，希望能為電除塵器供貨商、設(shè)計建設(shè)單位及管理部門科學(xué)合理地選擇電除塵器提供技術(shù)支持。

一、選型設(shè)計條件和要求及其分析

為使電除塵器選型正確，首先必須掌握系統(tǒng)概況、燃煤性質(zhì)、飛灰性質(zhì)、煙氣成分分析、設(shè)計參數(shù)、廠址氣象和地理條件、達到保證效率的條件等選型設(shè)計用基本資料。其次要進行選型設(shè)計條件對電除塵器性能的影響分析及性能要求分析。

影響電除塵器性能的因素很復(fù)雜，對燃煤電廠而言，它不但與工況條件——即燃煤性質(zhì)(成分、揮發(fā)分、發(fā)熱量、灰熔融性等)、飛灰性質(zhì)(成分、粒徑、密度、比電阻、粘附性等)、煙氣成分等有關(guān)，同時與電除塵器的技術(shù)狀況(包括極配形式、結(jié)構(gòu)特點、振打方式及振打力大小、氣流分布的均勻性以及電場劃分情況、電氣控制特性等)有關(guān)，還與運行條件(包括操作電壓、板電流密度、積灰情況、振打周期等)有關(guān)。

此外，還存在著諸如飛灰物相組份、顯微結(jié)構(gòu)(灰粒形狀、孔隙率及孔隙結(jié)構(gòu)、表面狀況)、浸潤性等方面對電除塵器性能的影響。雖然對這些方面的系統(tǒng)論述和定量計算還缺乏基礎(chǔ)，但選型時應(yīng)予注意。如:灰的熔融溫度與其成分有密切關(guān)系，灰中Al2O3、SiO2含量越高則灰熔融溫度越高，Na2O、K2O、Fe2O3、MgO、CaO等有利于降低灰熔融溫度。一般地，灰的熔融溫度高，對除塵不利。在飛灰粒徑方面，當(dāng)粒徑＞1μm時，粉塵驅(qū)進速度與粒徑為正相關(guān)，當(dāng)粒徑為0.1μm~1μm時，粉塵的驅(qū)進速度最小，當(dāng)粒徑＜0.1μm時，粉塵驅(qū)進速度與粒徑為反相關(guān)。在飛灰密度方面，當(dāng)真密度與堆積密度之比＞10時，電除塵器二次飛揚會明顯增大，應(yīng)給予注意。飛灰的粘附性，可使微細粉塵凝聚成較大的粒子，這有利于除塵。但粘附力強的飛灰，會造成振打清灰困難，陰、陽極易積灰，對除塵不利。一般地，粒徑小、比表面積大的飛灰粘附性強。

在上述因素中，煤、飛灰成分對電除塵器性能影響最大。在煤的成分中，對電除塵器性能產(chǎn)生影響的主要因素有Sar、水分和灰分。飛灰包括Na2O、Fe2O3、K2O、SO3、Al2O3、SiO2、CaO、MgO、P2O5、Li2O、MnO2、TiO2及飛灰可燃物等成分。

我們通過對2006年~2008年國內(nèi)招標(biāo)的138套電除塵器所使用的122種煤種(含9種混煤)進行分析后，總結(jié)出影響電除塵器性能的國內(nèi)煤、飛灰主要成分含量分布(見表1)。
   
表1 國內(nèi)煤、飛灰樣主要成分含量分布

研究表明，Sar、Na2O、Fe2O3、Al2O3及SiO2對電除塵器性能影響很大，其中Sar、Na2O、Fe2O3對除塵性能發(fā)揮可起到有利影響，Al2O3及SiO2則對除塵性能發(fā)揮有不利影響，煤、飛灰成分對電除塵器性能的影響是其綜合作用的結(jié)果。

K2O、SO3、CaO、MgO、P2O5、Li2O、MnO2、TiO2及飛灰可燃物對電除塵器性能的影響相對較小(美國南方研究所的Bickelhaupt先生的比電阻預(yù)測實驗研究報告中，把Li2O和Na2O的含量之和作為一個影響因素，實驗結(jié)果表明兩者之和雖然很小，但其微小的變化對粉塵比電阻的影響卻很大，但國內(nèi)有關(guān)專家對此觀點存在異議。)，其中K2O、SO3、P2O5、Li2O、TiO2對除塵性能起著有利的影響，CaO、MgO對除塵性能則起著不利的影響。

水分對電除塵器性能的影響是顯而易見的。爐前煤水分高，煙氣的濕度就大，粉塵的表面導(dǎo)電性就會較好，比電阻相對較低。在燃煤含水量很高的鍋爐煙氣中，水分對電除塵器的性能起著十分重要的作用。

煤的灰分高低，直接決定了煙氣中的含塵濃度。對于特定的工藝過程和在一般含塵濃度范圍內(nèi)，驅(qū)進速度將隨著粉塵濃度的增加而增大。但含塵濃度過大，會產(chǎn)生電暈封閉。出口粉塵濃度要求相同時，其設(shè)計除塵效率的要求也越高。煙氣含塵濃度高，所消耗表面導(dǎo)電物質(zhì)的量大，對高硫、高水分的有利作用折減幅度大。綜合來講，高灰分對電除塵器的煙塵排放是不利的。

當(dāng)處于高Sar煤條件時，Sar的含量對電除塵器的性能起著主導(dǎo)作用，而低Sar煤條件時，Sar的影響相對減弱，主要取決于飛灰中堿性氧化物的含量、煙氣中水的含量及煙氣溫度等。

二、電除塵器適應(yīng)性研究

1964年，瑞典專家S·麥茲(Sigvard　Matts)對經(jīng)典的電除塵器設(shè)計公式Deutsch公式進行了修正，使用了表觀驅(qū)進速度ωk概念。簡單地說，可以將ωk看成是一個“收塵難易參數(shù)”

(Precipitation　Parameter)，由于它克服了眾多應(yīng)用中的粒徑分布問題而使其使用更加方便。經(jīng)驗表明，相對于原始Deutsch公式中的驅(qū)進速度，常數(shù)值ωk具有更廣的除塵效率范圍。

正如前文所說的那樣，煤、飛灰成分直接影響著電除塵器的除塵性能，且其對電除塵器除塵性能的影響是其綜合作用的結(jié)果。當(dāng)然，電除塵器的性能在很大程度上也依賴其電控技術(shù)。

若直接用煤、飛灰成分分析其對電除塵器性能的影響，則只能作定性的分析。

一般情況下，煤、飛灰成分直接影響著ωk值，ωk值的大小可評價電除塵器對粉塵的收塵難易程度，如表2所示。ωk值越大，電除塵器對粉塵的收集越容易。

表2 電除塵器對煤種的除塵難易性評價

我們對2006年~2008年國內(nèi)招標(biāo)的138套電除塵器所使用的122種煤種(含9種混煤)的煤、飛灰樣的ωk值進行計算，得出ωk的變化范圍為20~63.11，其平均值為45.26。ωk值所對應(yīng)的煤種及項目統(tǒng)計結(jié)果參考值如表3。

表3   ωk值所對應(yīng)的煤種及項目統(tǒng)計結(jié)果

同時我們又對國內(nèi)2004年7月至2009年12月所測試的100套300MW以上機組配套電除塵器測試結(jié)果進行統(tǒng)計，得出:

a)實測除塵效率達到設(shè)計保證效率的電除塵器占總數(shù)的96％；

b)在電場數(shù)量基本上為4個、比集塵面積(SCA)＜110m2/(m3/s)的情況下，出口粉塵濃度≤50mg/m3的電除塵器數(shù)占總數(shù)的60％，其中≤30mg/m3的電除塵器數(shù)占總數(shù)的18％。

說明對于中國多數(shù)的煤種，在適當(dāng)增加電場數(shù)量和SCA的情況下，達到50mg/m3甚至30mg/m3的低排放是完全可以實現(xiàn)的。

通過綜合煤、飛灰成分對電除塵器性能影響分析、國內(nèi)煤、飛灰樣ωk值統(tǒng)計結(jié)果及電除塵器實測結(jié)果分析，我們認為，在排放標(biāo)準(zhǔn)已提高的今天，電除塵器仍有著廣泛的適應(yīng)性，分析結(jié)果見表4、表5。

表4    50mg/m3粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)下電除塵器的適應(yīng)性分析

表5    30mg/m3粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)下電除塵器的適應(yīng)性分析

三、選型設(shè)計及修正

如何確定電除塵器的大小，以符合粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)是電除塵器應(yīng)用上的一個主要問題。選型過大，會增加成本，造成浪費；選型過小，會造成排放不達標(biāo)，滿足不了設(shè)計要求，后果則更為嚴(yán)重。

如上所述，電除塵器性能的發(fā)揮取決于多種客觀因素，這些不斷變化的因素，對決定電除塵器比集塵面積(SCA)大小，造成了復(fù)雜影響。

眾所周知，在決定比集塵面積時，驅(qū)進速度ω是關(guān)鍵參數(shù)。在上世紀(jì)80年代初，世界上很多知名的電除塵器公司，例如美國的Lodge－Cottrell　公司，西德的Lurgi公司等都認為不能用理論計算的辦法來求得ω值，因為為了選型而要精確地確定上述因素的定量關(guān)系，是非常困難的。但美國Research－Cottrell　公司等另外一些公司也提出可以采用理論計算的方法，求得一個初始驅(qū)進速度ω，然后經(jīng)專家修正后確定設(shè)計ω值。

Research－Cottrell　公司根據(jù)多年來實際電站的測試數(shù)據(jù)和小型電除塵器的試驗結(jié)果，開發(fā)出計算表觀驅(qū)進速度ωk的程序。其結(jié)果反映在以下4個煤、飛灰指標(biāo)上，包括ASI(酸、堿度指數(shù))，AI(堿性指數(shù))、BI(表明飛灰收集難易程度的指數(shù)，數(shù)值越高表示粉塵越難以收集)、BIS(考慮了含硫量影響后的BI指數(shù)，即修正了的BI指數(shù))。

其中的ASI(酸、堿度指數(shù))，AI(堿性指數(shù))這兩個指數(shù)用于比較煤、飛灰的性質(zhì)以及指導(dǎo)、估算、檢驗計算出的ωk理論值。當(dāng)這兩個指標(biāo)的數(shù)值低(即堿性氧化物Na2O、Fe2O3、K2O等含量少，或者酸性氧化物含量高)時，粉塵就較難以收集。進行評價時，一般主要參考AI指標(biāo)。

對我國電除塵器供貨商而言，以上方法可以作為參考。在實際應(yīng)用中，利用修正因數(shù)對偏差進行糾正是比較實用的。而修正因數(shù)可分為過程修正和設(shè)計修正。

過程修正需要考慮的因素包括:煙氣溫度及密度、煙氣成分、顆粒尺寸分布、粉塵成分及比電阻、含塵量、碳氫化合物、未燃燒的低比電阻顆粒等。其中，粉塵成分及比電阻這兩個因素對驅(qū)進速度的影響顯著，也是選型設(shè)計的首要因素。而高的粉塵濃度本身并不是高效除塵的一個限制因素，電除塵器在含塵量超過2000g/m3時仍然得到成功的應(yīng)用。

設(shè)計修正則需要考慮電極類型、振打、在長度上的供電分區(qū)數(shù)量、供電分區(qū)大小、長高比、煙氣流速等。其中，振打形式對電除塵器的設(shè)計非常重要。在復(fù)雜工況中采取不合理振打?qū)?dǎo)致陽極板粉塵的堆積從而降低除塵效率。這些都是影響除塵性能或驅(qū)進速度的因素。

四、技術(shù)經(jīng)濟性分析

為客觀地選擇綜合經(jīng)濟性更好的除塵設(shè)備，在選型設(shè)計完成后，有必要對電除塵器與其它燃煤電廠用高效除塵設(shè)備(如袋式除塵器、電袋復(fù)合除塵器)進行技術(shù)經(jīng)濟性比較。比較項目包括技術(shù)特點(除塵效率、壓力損失、適用范圍等)、總費用(設(shè)備初始投資費用、電耗費用、年維修費用)、安全可靠性、占地面積。通過對在達到相同除塵效率前提下，各種除塵設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟性分析可得出如下結(jié)論:

從投資角度看，對于國內(nèi)大部分常用煤種，電除塵器都具有較好的技術(shù)經(jīng)濟性，運行管理壓力也比袋式除塵器、電袋復(fù)合除塵器輕。另外，電除塵器采用配套的實用技術(shù)(先進的電控設(shè)備、煙氣調(diào)質(zhì)、粉塵凝聚器、移動電極電除塵器、機電多復(fù)式雙區(qū)電除塵技術(shù)等)會進一步擴大其適用范圍。

從運行成本看，電除塵器的阻力低，風(fēng)機運行能耗低，不需要濾料的更換，實際能耗也不高，節(jié)能運行后能耗明顯低于其它除塵設(shè)備，所以運行費用電除塵器是比較低的。

電除塵器的技術(shù)經(jīng)濟性往往與燃用煤種、飛灰特性及煙氣成分等有著密切的關(guān)系?？陀^地說，各除塵設(shè)備的投資、運行的技術(shù)經(jīng)濟性與項目特定的情況密切相關(guān)，具體項目應(yīng)具體分析。

五、燃煤電廠電除塵器選型設(shè)計指導(dǎo)意見

通過綜合考慮，將表觀驅(qū)進速度值(即ωk值)作為基準(zhǔn)，結(jié)合工程經(jīng)驗進行電除塵器選型設(shè)計是合理的。由于我國燃煤資源緊缺，部分電廠實際燃用煤種偏離設(shè)計值的情況較為突出，嚴(yán)重制約了這些電廠電除塵器的正常使用。為避免這種情況下所出現(xiàn)的電除塵器出口粉塵濃度超標(biāo)問題，電除塵器選型設(shè)計時應(yīng)適當(dāng)增大比集塵面積和電場數(shù)量，也可采用配套實用技術(shù)，從而最大限度地為電除塵器長期高效運行提供條件。

另外值得注意的是，國家標(biāo)準(zhǔn)所要求的粉塵排放指的是煙囪排放，而不是電除塵器的出口粉塵濃度。事實上電除塵器后續(xù)的脫硫系統(tǒng)具有一定的除塵效果(大機組以濕法煙氣脫硫系統(tǒng)為主，其除塵效率一般可達60％左右)。

如前文所述，煤、飛灰成分中的Sar、Na2O、Fe2O3、Al2O3及SiO2對電除塵器性能影響最大，且其對除塵性能的影響是煤、飛灰成分綜合作用的結(jié)果。因此很難直接由煤、飛灰成分對電除塵器的選型設(shè)計作具體的指導(dǎo)意見，這里的定性分析可供參考。

當(dāng)滿足下列至少一個條件時，其煤、飛灰的除塵性能一般較好:Sar含量＞2％(如西南地區(qū)的高硫煤)；Na2O或Fe2O3的含量遠高于平均值(如晉北煤)；Al2O3或SiO2的含量遠低于平均值(如神府東勝煤)；Sar、Na2O、Fe2O3含量均偏高，而Al2O3、SiO2均偏低。

當(dāng)滿足下列至少一個條件時，其煤、飛灰的除塵性能一般很差:Sar含量＜0.3％；Na2O或Fe2O3的含量遠低于平均值(如兗州煤)；Al2O3或SiO2的含量遠高于平均值(如準(zhǔn)格爾煤)；Sar、Na2O、Fe2O3含量均偏低，而Al2O3、SiO2均偏高(如大同塔山煤)。

當(dāng)滿足Sar含量＜0.3％、Na2O含量＜0.2％、(Al2O3＋SiO2)的含量＞90％或Fe2O3含量＜2％四個條件中的一個及以上時，電除塵器的除塵性能很差，一般可稱為困難狀態(tài)，選型時應(yīng)特別注意。

燃煤電廠電除塵器選型設(shè)計指導(dǎo)意見(表6、表7):

表6    50mg/m3粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)下的燃煤電廠電除塵器選型設(shè)計指導(dǎo)意見

表7    30mg/m3粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)下的燃煤電廠電除塵器選型設(shè)計指導(dǎo)意見

參考文獻:

①《火力發(fā)電廠電除塵器規(guī)范書》(DG－CC－95－40)

②歐洲暖通空調(diào)協(xié)會聯(lián)盟(Rehva)/CostG3組織工業(yè)通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)備指導(dǎo)書——《電除塵器——工業(yè)應(yīng)用》

【注】:本指導(dǎo)書中規(guī)定的粉塵排放濃度均指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干煙氣(過?？諝庀禂?shù)為1.4)的數(shù)值。指導(dǎo)書適用于燃煤電廠干式、板式、臥式電除塵器。不適用于半干法脫硫后的電除塵器、其它行業(yè)的電除塵器以及使用其它燃料的電站電除塵器。

本指導(dǎo)書由中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會負責(zé)解釋。主要起草人及評審專家:酈建國，劉衛(wèi)平、閆克平、黎在時、王勵前、張德軒、石培根、林國鑫、張濱渭、梁可新、蔣亞彬、陳宇淵、蔣慶龍、林尤文、趙信志、解標(biāo)、翟鴻平、李寧。