靜電除塵和電袋除塵技術研究對比分析(附案例)

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本文對靜電除塵和電袋除塵這兩種目前應用較為廣泛的除塵技術進行了對比研究,對靜電除塵及所用高頻直流電源進行了詳細闡述,就工作機理、除塵效率和節能效果等進行了分析研究,并給出了電袋除塵機理和優勢,分析了其工作特點。根據華能汕頭電廠采用的兩種除塵方式的實際效果進行分析比較,得到其具有的不同優勢。
燃煤火力發電是我國的主要電力供應模式,煙塵的排放會造成嚴重的環境污染。2012年1月1日起實施的國家標準GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標準》的要求:2014年7月1日起現有火力發電鍋爐煙塵排放濃度≤30mg/m3,重點地區≤20mg/m3。火力發電廠在競爭日益激勵的市場經濟條件下,不僅要考慮產出,也要考慮投入,以盡量少的資源?a href='http://www.3898z.com/baike/224/280430.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>度牒突肪炒凼迪志】贍艽蟮牟觶惺底齙澆讜擠⒄埂⑶褰嚳⒄埂踩⒄埂⒖沙中⒄埂8咝Ы諛艿幕鵒Ψ⒌緋С舊璞敢丫苯佑跋斕餃嗣袢褐詰娜粘I睿夜睪醯僥茉垂ひ檔目沙中⒄埂1疚南晗阜治雋司駁緋競偷绱菊飭街種饕痙絞降撓帕櫻⒏雋擻τ檬道右苑治觥?BR> 1、靜電除塵
靜電除塵是在接有直流高壓電的陰極與陽極板之間電場通過煙塵氣體,電離煙塵氣體。負電氣體離子向陽板運動過程中與煙塵結合使其帶負電向陽極運動并沉積于陽極板上。可控硅電源是比較傳統的靜電除塵方式,通過變壓器將工頻交流電升壓然后半控整流,這種方式輸出脈動較大,由于輸出電壓的峰值不能高于擊穿電壓,所以輸出電壓平均值比擊穿電壓低。
隨著全控型功率器件的發展,尤其是高壓大電流的IGBT快速發展,電除塵器高頻電源得到極大發展,成為具有新一代優異性能的電除塵器供電裝置。電除塵器高頻電源采用逆變方式,可提供脈沖寬度為微秒級的電流脈沖給電除塵器供電,是開關頻率高輸出電壓脈動小的直流電,輸出電壓平均值高于可控硅電源,具有更大的電場強度,更高的粒子荷電量和更高的除塵效率,可減少煙塵排放40%~70%,并且可減少電除塵器供電功率50%~80%。高頻電源的火花控制特性好,在火花放電嚴重的場合,可控硅為半控功率器件,會縮小其導通角,使得電源輸出功率下降,而高頻電源在幾個開關周期內能恢復供電,保證了輸出功率。另外,高頻電源根據電除塵器的工況可提供較為合適的輸出電壓;高頻電源的效率通常能達到90%以上;高頻電源由于采用高頻變壓器,具有體積小重量輕的特點,可高度集成,重量僅為工頻電源的1/4;高頻電源輔助設備少,安裝方便,節省了費用;高頻電源采用三相交流供電,無缺相損耗,對電網影響小。高頻電源目前有兩種形式,一種是PWM關高頻電源,一種使用串聯諧振電路實現軟開關的高頻電源。
串聯諧振高頻電源是將PWM移相控制與諧振變換控制相結合,通過兩橋臂之間移相角的控制來調節輸出電壓,通過恒頻控制實現功率開關管的零電壓零電流軟開關,大大減小了開關損耗和噪聲干擾,實現較高的開關頻率,并具有類似恒流源的特性,能有效抑制除塵電場火花的大電流沖擊,并快速熄滅火花并恢復電場的能量。
串聯諧振高頻電源電路如圖1所示。其中,Uc1為電容C1的端電壓,由電網經三相全橋整流得到,Q1~Q4組成全橋逆變電路,Cr為諧振電容與變壓器分布電容折合到變壓器原邊的等效電容,Lr為諧振電感與變壓器漏感串聯得到的等效電感。整個電路的諧振頻:

當開關頻率f與諧振頻率fr相等時,得到最大諧振峰值電壓,輸出功率達到最大。

Q1與Q2的驅動信號相位相差180°,中間有死區;Q3和Q4之間相差也是180°,中間有死區。只有在Q1、Q4同時導通或Q2、Q3同時導通時,逆變器橋才能通過變壓器向副邊傳遞能量。通過改變移相角,就可以改變Q1、Q4及Q2、Q3的導通時間,通過調整這2組驅動信號脈沖之間的相位移θ,就可以改變輸出功率。由于Q3和Q4相對于Q1和Q2先通斷,所以Q3和Q4為超前臂,Q1和Q2為滯后臂。
僅通過高頻變壓器實現的電壓抬升是不足以滿足電除塵的電壓等級要求,因此需要進行整流電路的電壓抬升。為串級倍壓整流電路。圖2為變壓器倍壓整流電路,整流電路所用二極管一般為高壓硅堆。

2、電袋除塵
除了靜電除塵器外,布袋除塵器也是應用較為廣泛的高效除塵器[2]。布袋除塵器的優點:除塵效率高,出口排放能達到30mg/Nm3左右;通過濾料提高處理細微煙塵的能力;適于凈化帶有火花的煙塵氣體;除塵效率與運行時間成正比關系。布袋除塵器的缺點:運行阻力大,容易造成布袋堵塞,導致縮短使用壽命,因此需要吸風機;吸風機功率較大,能耗高;更換濾袋導致使用成本提高,增加了工作量;濾料和濾袋大多不能經受高溫煙氣。
將電除塵器與布袋除塵器結合起來的電袋除塵器能有效解決其局限性,如圖3所示。電袋除塵器工作原理:煙塵氣體在氣流分布板的作用下均勻進入除塵器,電場使煙塵大部分帶負電荷,并在電場力作用下向陽極移動并沉積于陽極板上,經過電除塵處理后含有少量煙塵的煙氣少部分通過多孔板進入濾袋收塵區,其余大部分煙氣向下部,然后由下而上進入布袋除塵區,煙塵被滯留在濾袋表面上,經過兩次除塵的純凈煙氣經提升閥進入煙道排出。電袋除塵提高了除塵效率,進一步降低了發電廠除塵成本。因此,電袋除塵器對于發電廠除塵器改造意義重大,而且和脫硫技術相結合可以提高脫硫效率。

電袋除塵方式相對其它方式有如下特點:
(1)電袋除塵器效率高且穩定。電袋復合除塵器發揮了布袋除塵器對煙塵特性適應范圍廣泛的特點,不再受煙氣煙塵特性變化的影響,含塵煙氣先經電除塵器除去大部分煙塵,再由布袋除塵器除去煙氣中殘余的微細煙塵,即彌補了電除塵器除微細煙塵效果不高的缺陷,又降低了布袋除塵器的壓力,提高了煙塵的凈化效率。
(2)與純布袋除塵器相比,在運行過程中電袋除塵器運行阻力低,由于前方靜電除塵器,大部分煙塵在到達布袋除塵器以前已被清除,袋除塵煙塵負荷低,壓力損失小,并且荷電煙塵改變了濾袋粉餅結構,煙塵之間排列蓬松有序、透氣性好,使濾袋阻力變小,因而可以選擇較長的清灰周期和較低的噴吹壓力。
(3)電袋除塵器運維費用低,電袋復合除塵器結構緊湊,電除塵單元除去了大部分的煙塵,大幅降低了濾袋負荷,因而可以選擇較高的過濾風速,濾袋除塵區中,濾袋數量少,減少了布袋收塵部分的成本和延長了濾袋的使用壽命,從而降低了濾袋的更換維護費用。降低了運行阻力并節省了引風機的電耗。清灰周期比一般除塵器大幅延長,節省壓縮空氣消耗量,減少空壓機的電耗費用。
3、應用實例
以華能汕頭電廠除塵改造作為實例對電袋除塵與采用高頻電源的靜電除塵進行比較。華能汕頭電廠#1、#2機組爐除塵器原配套兩臺雙室四電場臥式除塵器,設計除塵效率≥99.2%,極板型式為大C型板,極線型式全部為螺旋線,出口設槽極板,振打方式全部采用側部饒臂錘振打;其一、二、三、四電場高壓供電和整流變壓器;工程于1995年底通過168h滿負荷試運,1996年完成性能考核試驗工作。為了實現節能減排,采用電袋除塵方式進行除塵改造,電袋除塵器方案陰陽極振打方式為頂部電磁振打。華能汕頭電廠#3機組為600MW機組,機組采用兩臺靜電除塵器,每臺除塵器為二通道四電場結構,以機組負荷的測量值作為閉環反饋控制信號。本體及電控系統設備均由福建龍凈生產,機組于2005年09月投入運行。為了實現節能減排,改造工程對電除塵器第一和第二電場工頻整流電源進行改造,更換為高頻高壓電源,同時對振打及加熱控制系統整合,通過改造以達到降低除塵器耗電率、降低煙塵排放的目的。具體數據如表1所示。從表中,可以得到電袋除塵在除塵效率和漏風率上優于靜電除塵,靜電除塵在風阻和節能方面優于電袋除塵。

4、結束語
本文重點分析了靜電除塵和電袋復合除塵兩種除塵方式的工作機理、除塵效果。說明了在靜電除塵方式中,高頻電源相對傳統可控硅電源的優勢,給出了其電路結構和工作機理。給出了電袋復合式除塵方式相對其它方式的特點。通過華能汕頭電廠的兩種除塵改造的應用實例加以分析,對比得到了兩種除塵方式的優缺點。