国内首台关断振打电除尘器在华润焦作电厂的研究应用
摘要：以国内首台关断振打电除尘器成功在华润焦作电厂应用为案例，应用结果表明关断振打电除尘器可以保持长期稳定低排放要求，在此基础上介绍关断振打电除尘器的方案选型、总体布置、重要结构件设计、关断振打控制逻辑、气流均布实验等方面的研究内容，为今后推广应用关断振打电除尘器提供设计参考。
关键词：关断振打；控制逻辑；气流均布；长期稳定低排放
中图分类号：X701.2 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0250-03
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.151
Abstract： The successful application of the first off-vibration electric precipitator in China was successfully applied in China Resources Jiaozuo Power Plant. The application results show that the off-vibrating electrostatic precipitator can maintain long-term， stable and low-emission requirements. On the basis of this， The selection of dust collector， the overall arrangement， the design of the important structural parts， the control logic of shut-off rapping and the uniform airflow test， etc. to provide the design reference for popularizing and applying the shut-off rapping electrostatic precipitator in the future.
Keywords： Shut-off rapping； Control logic； Airflow uniformity； Long-term，stable，low-emission
電除尘器的振打清灰易导致已被捕集的粉尘重新返回气流而排出，对除尘效率产生负面影响。为研究振打清灰对除尘效率的影响程度，除尘行业对其进行了大量的试验，研究表明，排放浓度的20%是由振打清灰造成的，试验结果如图1所示，排放浓度越低，振打清灰产生的影响越大。[1]国内外环保公司已在积极探索解决二次扬尘问题，国外日本最早研究应用的关断气流断电振打电除尘器（简称：关断振打电除尘器）是解决此问题的有效方式之一，当电除尘器某个室需要振打时，将该室气流关断进行断电振打，防止二次扬尘逃逸，可保证长期有效低排放。为适应国内GB 13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》更低排放的要求，国内龙净环保股份有限公司率先开展关断振打电除尘器的研究，并取得良好应用。
1 关断振打电除尘器的研究应用
华润电力焦作有限公司2×600MW超超临界机组工程，属于新建项目，在2012年项目开展之初，为满足国家日益严格的粉尘排放要求，电厂经过技术调研，对关断振打电除尘器已有了解。通过技术交流，得知龙净环保已在开展关断振打电除尘器方面的研究，经双方多次深入的方案论证，最终确定该项目除尘设备采用龙净环保创新型关断振打电除尘器，一同开拓电除尘器创新应用领域。
2 关断振打技术原理
关断振打电除尘器在各室进口喇叭前设置独立的进口风门、出口喇叭后设置独立的出口风门，并在进、出口喇叭和壳体内设置隔墙，把除尘器分隔成多个独立的隔离室。当某个隔离室需要振打清灰时，通过控制系统关闭相对应的进、出口风门，阻断该隔离室的气流，实现离线清灰，让振打系统对该室放电极和收尘板断电连续振打清灰，保证放电极和收尘板彻底清理干净，同时避免二次扬尘，振打清灰完毕，打开相对应的进、出口风门，该隔离室单元归位继续投入运行。关断振打电除尘器的关键在于气流分布、关断与振打联动控制的设置。[2]
3 项目煤灰参数分析及对策
从本项目实际工况及煤质、灰成分参数特点，分析其对电除尘性能影响较大的有以下几个因素：
3.1 灰份含量
煤中的灰份含量直接影响到除尘器的入口含尘浓度的高低，对除尘器而言，一般含尘浓度>30g/Nm3，前电场容易发生电晕封闭，降低除尘器效率。本项目煤种灰分含量30.46%，除尘器入口含尘浓度也达到42.383g/Nm3，应注意前电场电晕封闭的发生。采用龙净高频电源及特有的两线一板的极配型式等技术可有效防止电晕封闭的发生。
3.2 含硫量、氢、水分含量
煤中的硫在燃烧时高温下大部分被氧化成二氧化硫（SO2），其产生的数量取决于煤中硫的含量、锅炉炉型、燃烧工艺和工况，大约有0.5%～1%的SO2氧化成SO3，在低温状态下SO3能与H2O结合产生H2SO4并吸附在飞灰上，就能大大地降低飞灰的比电阻[3]。我国燃煤含硫量的变化范围在0.11%～5.13%之间，平均值在0.87%左右，本项目煤种含硫量为1.89%，属于高硫煤的范围，只要合理控制烟气温度，可有效降低飞灰比电阻，提高电除尘效率。
煤中的氢和水分含量愈高，则烟气的水蒸气体积含量愈高。烟气中水分高可以抓住电子形成重离子，使电子的迁移速度下降，从而提高间隙的击穿电压，降低表面比电阻，提高除尘效率。经计算本项目燃煤的烟气中水蒸气体积比在7%左右，能结合烟气中的三氧化硫适当降低飞灰比电阻，并提高粉尘的荷电除尘效率。综合上述几项分析，合理控制烟气温度，充分发挥燃煤中的含硫量及氢、水分含量对粉尘的比电阻的调节作用，能有效提高电除尘器荷电收尘的效率。
3.3 飞灰成分中的SiO2、Al2O3含量
SiO2和Al2O3都是高熔点、导电性差的物质，其含量高低直接影响飞灰比电阻，从而影响电除尘器收尘效率。一般当灰成分中SiO2和Al2O3的含量超过85%的时候，飞灰比电阻较高。本项目燃煤SiO2+ Al2O3的含量约为81%，说明其飞灰工况比电阻略高，应注意振打清灰不利及后级电场反电晕带来的不利影响。采用关断振打技术，能实现电场内部阴阳极的彻底清灰，杜绝反电晕的发生，同时抑制二次扬尘，进一步提高除尘效率[4]。
4 电除尘技术方案
通过对煤灰参数的分析，该项目采用龙净特有的LSC调温节能装置结合四电场关断振打电除尘器方案，能够确保烟囱出口烟尘的低排放。具体方案如下：
（1）电除尘器总体采用双列四室四电场关断振打结构。顶部电磁锤振打技术能够每个振打点相互独立、控制灵活，结合关断振打技术，能最大限度实现阴阳极清灰和降低二次扬尘确保除尘器出口的低排放。
（2）在电除尘器进口喇叭前烟道设置LSC调温节能装置，将烟气温度降到低低温状态，使粉尘比电阻下降，提高除尘效率。
（3）针对本项目除尘器入口浓度高的特点，在第一电场采用高频电源供电方式，不但能够提高除尘效率，还能达到节能降耗的目的；
（4）全电场均采用两线配一板的极配形式，能够获得更加均匀的电场，保证不出现电晕死区。针对粉尘在电场内部的分布特性，在前三个电场采用放电性较强的针刺线，强化前级电场的荷电收尘，减轻后电场的收尘压力。由于后级电场粉尘较细，容易发生返电晕，采用放电能力比较温和的波形线，保证对细微粉尘的收集效率。
（5）电气控制采用“工况自动分析”、“反电晕自动检测控制”和“节能控制”等软件包，确保达到除尘效果最优、节能最佳的目的。
5 电除尘器整体布置
该项目烟气经空预器、前置的烟气降温装置，进入到水平段烟道，水平烟道前设联通烟箱，分2路进入关断振打电除尘器。关断振打除尘器的进口喇叭小口为12m×2.8m；大口为35.35m×14.79m，为有史以来最大的喇叭口，内设隔板将其分割成与电场内隔离室相对应的4个完全独立的空间。进入电场区间，每列电除尘器沿气流方向共设4个电场，垂直气流方向共设4个独立隔离室。出口喇叭与进口喇叭一致，内部同样设置隔板将其分割成与电场内隔离室相对应的4个完全独立的空间。（见图2电除尘立面图布置）。
前烟道采用单轴单挡板门，后烟道采用单轴双挡板门+单轴单挡板门。前烟道挡板门主要起阻流作用；后烟道第一道挡板通密封风，主要起密封作用，确保零泄漏；后烟道第二道挡板主要起调节风量作用。
6 关键技术的研究应用
6.1 CFD气流分布数值模拟研究+物模验证
本项目采用关断振打电除尘器结构，合理的導流布置是保证排放效果的重要因素之一，该项目一台炉配置两列除尘器，共八个独立隔离室，要确保隔离室全开，以及每个隔离室关断后，共计九种工况下，都能达到既定的流量分配及第一电场断面气流分布相对均方根差值≤0.2，按常规的固定导流方式是无法实现的，龙净环保通过创新设计，采用在出口喇叭位置设置两层挡板门的方式来解决此问题，其一，在隔离室关闭时，第一层挡板门起主要密封作用，第二层挡板门起辅助密封作用，双管齐下，确保密封；其二，在隔离室打开时，第一层挡板门全开，辅助起到导流作用，关键在于第二层挡板门，通过合理控制其开度，调整烟气流量，结合前端进口喇叭设置的均流孔板，就可达到在九种工况下，各隔离室的流量分配及气流均布。
通过CFD气流分布数值模拟技术，龙净环保对隔离室全开，以及每个隔离室关断后的九种工况，做了大量的模拟调整工作，确定出各工况下，各隔离室出口喇叭第二层孔板的最佳开度，同时确定进口烟道内的导流板布置、以及进口喇叭内三层孔板的开孔率。最后搭建按比例缩小的实物模型加以实验验证，在项目实际应用中起得了良好效果。
6.2 关断与振打联动控制研究
隔离室的开合与振打机制的配合是关断振打电除尘器又一重要因素，只有关断与振打合理联动，才能保证极板清灰干净、有效抑制二次扬尘。
对此，龙净环保组织专业人员开展了详细研究分析，从常规隔离室打开时各电场的振打策略、各隔离室关闭振打的周期、各隔离室关闭时末电场的振打次数、振打启停与高压启停、隔离室开合的时间间隔等方面都制定了方案，特别设置了常规振打模式和关断振打模式，在隔离室全开的正常运行状态下，执行常规振打模式，此时末电场不加入振打，杜绝二次扬尘，当进入关断振打状态时，执行关断振打模式，此时重点对被关断的隔离室进行末电场连续振打，确保阴阳极清洁。
在项目运行调试阶段，与电厂人员一同对制定的关断与振打联动方案进行了现场测试和完善，将联动机制调整到适应现场工况的最佳状态。同时，在电气控制上，将关断振打次数、关断振打时间、隔离室的开合时间均设置为可调参数，以此更好的适应现场工况变化的需求。
7 测试及运行效果
从项目投运后测试结果看，在机组负荷660 MW下，A、B列关断振打电除尘器出口烟尘排放浓度分别为28.58 mg/Nm3和27.43mg/Nm3，远小于合同要求的烟尘排放浓度不大于40 mg/Nm3的排放值，从后期长期运行情况来看，截止2014年开始投运止至今，排放持续稳定在30mg/Nm3，符合国家标准要求的低排放限定值，运行效果良好。
8 小结
关断振打电除尘器通过实践应用，可有效满足国家新污染物排放标准的要求，特别是关断振打电除尘器采用独有的技术措施杜绝了二次扬尘，避免常规干式电除尘器在末电场振打时出现的粉尘排放峰值，为电厂时时稳定确保粉尘低排的需求带来了技术革新。
参考文献
[1]Nichols， G. B.， Current Status of Rapping Technology， MEGA Symposium， August 20-23， 2001， Chicago， IL.
[2]藤岛英胜，土屋喜重，西田定二等.低低温EP適用による石炭火力用排煙処理システムの合理化設計[J].三菱重工技报，1994，1（4）：4.
[3]罗如生.关断气流断电振打电除尘器流场模拟及优化[J].机电技术 ，2016， （3） ：68-70.
[4]王涌.电除尘器顶部振打控制系统研究[D]. 杭州：浙江工业大学， 2009.
收稿日期：2017-12-26
作者简介：程小峰（1984-），男，本科，中级工程师，研究方向为大气治理。
关键词：关断振打；控制逻辑；气流均布；长期稳定低排放
中图分类号：X701.2 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0250-03
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.151
Abstract： The successful application of the first off-vibration electric precipitator in China was successfully applied in China Resources Jiaozuo Power Plant. The application results show that the off-vibrating electrostatic precipitator can maintain long-term， stable and low-emission requirements. On the basis of this， The selection of dust collector， the overall arrangement， the design of the important structural parts， the control logic of shut-off rapping and the uniform airflow test， etc. to provide the design reference for popularizing and applying the shut-off rapping electrostatic precipitator in the future.
Keywords： Shut-off rapping； Control logic； Airflow uniformity； Long-term，stable，low-emission
電除尘器的振打清灰易导致已被捕集的粉尘重新返回气流而排出，对除尘效率产生负面影响。为研究振打清灰对除尘效率的影响程度，除尘行业对其进行了大量的试验，研究表明，排放浓度的20%是由振打清灰造成的，试验结果如图1所示，排放浓度越低，振打清灰产生的影响越大。[1]国内外环保公司已在积极探索解决二次扬尘问题，国外日本最早研究应用的关断气流断电振打电除尘器（简称：关断振打电除尘器）是解决此问题的有效方式之一，当电除尘器某个室需要振打时，将该室气流关断进行断电振打，防止二次扬尘逃逸，可保证长期有效低排放。为适应国内GB 13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》更低排放的要求，国内龙净环保股份有限公司率先开展关断振打电除尘器的研究，并取得良好应用。
1 关断振打电除尘器的研究应用
华润电力焦作有限公司2×600MW超超临界机组工程，属于新建项目，在2012年项目开展之初，为满足国家日益严格的粉尘排放要求，电厂经过技术调研，对关断振打电除尘器已有了解。通过技术交流，得知龙净环保已在开展关断振打电除尘器方面的研究，经双方多次深入的方案论证，最终确定该项目除尘设备采用龙净环保创新型关断振打电除尘器，一同开拓电除尘器创新应用领域。
2 关断振打技术原理
关断振打电除尘器在各室进口喇叭前设置独立的进口风门、出口喇叭后设置独立的出口风门，并在进、出口喇叭和壳体内设置隔墙，把除尘器分隔成多个独立的隔离室。当某个隔离室需要振打清灰时，通过控制系统关闭相对应的进、出口风门，阻断该隔离室的气流，实现离线清灰，让振打系统对该室放电极和收尘板断电连续振打清灰，保证放电极和收尘板彻底清理干净，同时避免二次扬尘，振打清灰完毕，打开相对应的进、出口风门，该隔离室单元归位继续投入运行。关断振打电除尘器的关键在于气流分布、关断与振打联动控制的设置。[2]
3 项目煤灰参数分析及对策
从本项目实际工况及煤质、灰成分参数特点，分析其对电除尘性能影响较大的有以下几个因素：
3.1 灰份含量
煤中的灰份含量直接影响到除尘器的入口含尘浓度的高低，对除尘器而言，一般含尘浓度>30g/Nm3，前电场容易发生电晕封闭，降低除尘器效率。本项目煤种灰分含量30.46%，除尘器入口含尘浓度也达到42.383g/Nm3，应注意前电场电晕封闭的发生。采用龙净高频电源及特有的两线一板的极配型式等技术可有效防止电晕封闭的发生。
3.2 含硫量、氢、水分含量
煤中的硫在燃烧时高温下大部分被氧化成二氧化硫（SO2），其产生的数量取决于煤中硫的含量、锅炉炉型、燃烧工艺和工况，大约有0.5%～1%的SO2氧化成SO3，在低温状态下SO3能与H2O结合产生H2SO4并吸附在飞灰上，就能大大地降低飞灰的比电阻[3]。我国燃煤含硫量的变化范围在0.11%～5.13%之间，平均值在0.87%左右，本项目煤种含硫量为1.89%，属于高硫煤的范围，只要合理控制烟气温度，可有效降低飞灰比电阻，提高电除尘效率。
煤中的氢和水分含量愈高，则烟气的水蒸气体积含量愈高。烟气中水分高可以抓住电子形成重离子，使电子的迁移速度下降，从而提高间隙的击穿电压，降低表面比电阻，提高除尘效率。经计算本项目燃煤的烟气中水蒸气体积比在7%左右，能结合烟气中的三氧化硫适当降低飞灰比电阻，并提高粉尘的荷电除尘效率。综合上述几项分析，合理控制烟气温度，充分发挥燃煤中的含硫量及氢、水分含量对粉尘的比电阻的调节作用，能有效提高电除尘器荷电收尘的效率。
3.3 飞灰成分中的SiO2、Al2O3含量
SiO2和Al2O3都是高熔点、导电性差的物质，其含量高低直接影响飞灰比电阻，从而影响电除尘器收尘效率。一般当灰成分中SiO2和Al2O3的含量超过85%的时候，飞灰比电阻较高。本项目燃煤SiO2+ Al2O3的含量约为81%，说明其飞灰工况比电阻略高，应注意振打清灰不利及后级电场反电晕带来的不利影响。采用关断振打技术，能实现电场内部阴阳极的彻底清灰，杜绝反电晕的发生，同时抑制二次扬尘，进一步提高除尘效率[4]。
4 电除尘技术方案
通过对煤灰参数的分析，该项目采用龙净特有的LSC调温节能装置结合四电场关断振打电除尘器方案，能够确保烟囱出口烟尘的低排放。具体方案如下：
（1）电除尘器总体采用双列四室四电场关断振打结构。顶部电磁锤振打技术能够每个振打点相互独立、控制灵活，结合关断振打技术，能最大限度实现阴阳极清灰和降低二次扬尘确保除尘器出口的低排放。
（2）在电除尘器进口喇叭前烟道设置LSC调温节能装置，将烟气温度降到低低温状态，使粉尘比电阻下降，提高除尘效率。
（3）针对本项目除尘器入口浓度高的特点，在第一电场采用高频电源供电方式，不但能够提高除尘效率，还能达到节能降耗的目的；
（4）全电场均采用两线配一板的极配形式，能够获得更加均匀的电场，保证不出现电晕死区。针对粉尘在电场内部的分布特性，在前三个电场采用放电性较强的针刺线，强化前级电场的荷电收尘，减轻后电场的收尘压力。由于后级电场粉尘较细，容易发生返电晕，采用放电能力比较温和的波形线，保证对细微粉尘的收集效率。
（5）电气控制采用“工况自动分析”、“反电晕自动检测控制”和“节能控制”等软件包，确保达到除尘效果最优、节能最佳的目的。
5 电除尘器整体布置
该项目烟气经空预器、前置的烟气降温装置，进入到水平段烟道，水平烟道前设联通烟箱，分2路进入关断振打电除尘器。关断振打除尘器的进口喇叭小口为12m×2.8m；大口为35.35m×14.79m，为有史以来最大的喇叭口，内设隔板将其分割成与电场内隔离室相对应的4个完全独立的空间。进入电场区间，每列电除尘器沿气流方向共设4个电场，垂直气流方向共设4个独立隔离室。出口喇叭与进口喇叭一致，内部同样设置隔板将其分割成与电场内隔离室相对应的4个完全独立的空间。（见图2电除尘立面图布置）。
前烟道采用单轴单挡板门，后烟道采用单轴双挡板门+单轴单挡板门。前烟道挡板门主要起阻流作用；后烟道第一道挡板通密封风，主要起密封作用，确保零泄漏；后烟道第二道挡板主要起调节风量作用。
6 关键技术的研究应用
6.1 CFD气流分布数值模拟研究+物模验证
本项目采用关断振打电除尘器结构，合理的導流布置是保证排放效果的重要因素之一，该项目一台炉配置两列除尘器，共八个独立隔离室，要确保隔离室全开，以及每个隔离室关断后，共计九种工况下，都能达到既定的流量分配及第一电场断面气流分布相对均方根差值≤0.2，按常规的固定导流方式是无法实现的，龙净环保通过创新设计，采用在出口喇叭位置设置两层挡板门的方式来解决此问题，其一，在隔离室关闭时，第一层挡板门起主要密封作用，第二层挡板门起辅助密封作用，双管齐下，确保密封；其二，在隔离室打开时，第一层挡板门全开，辅助起到导流作用，关键在于第二层挡板门，通过合理控制其开度，调整烟气流量，结合前端进口喇叭设置的均流孔板，就可达到在九种工况下，各隔离室的流量分配及气流均布。
通过CFD气流分布数值模拟技术，龙净环保对隔离室全开，以及每个隔离室关断后的九种工况，做了大量的模拟调整工作，确定出各工况下，各隔离室出口喇叭第二层孔板的最佳开度，同时确定进口烟道内的导流板布置、以及进口喇叭内三层孔板的开孔率。最后搭建按比例缩小的实物模型加以实验验证，在项目实际应用中起得了良好效果。
6.2 关断与振打联动控制研究
隔离室的开合与振打机制的配合是关断振打电除尘器又一重要因素，只有关断与振打合理联动，才能保证极板清灰干净、有效抑制二次扬尘。
对此，龙净环保组织专业人员开展了详细研究分析，从常规隔离室打开时各电场的振打策略、各隔离室关闭振打的周期、各隔离室关闭时末电场的振打次数、振打启停与高压启停、隔离室开合的时间间隔等方面都制定了方案，特别设置了常规振打模式和关断振打模式，在隔离室全开的正常运行状态下，执行常规振打模式，此时末电场不加入振打，杜绝二次扬尘，当进入关断振打状态时，执行关断振打模式，此时重点对被关断的隔离室进行末电场连续振打，确保阴阳极清洁。
在项目运行调试阶段，与电厂人员一同对制定的关断与振打联动方案进行了现场测试和完善，将联动机制调整到适应现场工况的最佳状态。同时，在电气控制上，将关断振打次数、关断振打时间、隔离室的开合时间均设置为可调参数，以此更好的适应现场工况变化的需求。
7 测试及运行效果
从项目投运后测试结果看，在机组负荷660 MW下，A、B列关断振打电除尘器出口烟尘排放浓度分别为28.58 mg/Nm3和27.43mg/Nm3，远小于合同要求的烟尘排放浓度不大于40 mg/Nm3的排放值，从后期长期运行情况来看，截止2014年开始投运止至今，排放持续稳定在30mg/Nm3，符合国家标准要求的低排放限定值，运行效果良好。
8 小结
关断振打电除尘器通过实践应用，可有效满足国家新污染物排放标准的要求，特别是关断振打电除尘器采用独有的技术措施杜绝了二次扬尘，避免常规干式电除尘器在末电场振打时出现的粉尘排放峰值，为电厂时时稳定确保粉尘低排的需求带来了技术革新。
参考文献
[1]Nichols， G. B.， Current Status of Rapping Technology， MEGA Symposium， August 20-23， 2001， Chicago， IL.
[2]藤岛英胜，土屋喜重，西田定二等.低低温EP適用による石炭火力用排煙処理システムの合理化設計[J].三菱重工技报，1994，1（4）：4.
[3]罗如生.关断气流断电振打电除尘器流场模拟及优化[J].机电技术 ，2016， （3） ：68-70.
[4]王涌.电除尘器顶部振打控制系统研究[D]. 杭州：浙江工业大学， 2009.
收稿日期：2017-12-26
作者简介：程小峰（1984-），男，本科，中级工程师，研究方向为大气治理。
