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改造方案的对比分析及提高微细颗粒的脱除效率

2020-07-30 18:16:25

{一}、改造方案的对比分析

为了选择合适的湿式静电除尘器改造方案、降低改造的成本、减少投资和运行维护费用,对改造方案进行技术经济。下面从技术性能特点和经济性两方面对三种静电除尘器的改造方案进行对比分析。

对于比较适合静电除尘器收尘的粉尘,静电除尘器具有除尘效率较高、阻力小、运行成本低、维护方便等优点。当场地条件和粉尘特性允许时,增加电场是较容易实现的改造方案。但对于较难收集的低硫煤、高铝、高硅、低钠这种粉尘时,即使静电除尘器增加至5一6个电场,也很难达到新的排放标准的要求。因此,增加电场的改造方案有较大的局限性。与静电除尘器相比,袋式除尘器不受粉尘特性的影响。它具有除尘效率高、对亚微米粒径的细微颗粒有较高的分级除尘效率、结构简单、维护方便等优点;但也存在运行阻力大、滤袋容易腐蚀、受烟气温度条件限制大等局限性。在改造为袋式除尘器时,可以充分利用原有静电除尘器的壳体等材料。

静电袋式复合除尘器是静电除尘器和袋式除尘器的有机结合,前电后袋,既具有静电除尘器压力降小、运行成本低的优点,又具有袋式除尘器对煤种不敏感、徽细粉尘收集效率高的优点。它占地面积小、除尘效率高。在应用于静电除尘器改造时,可以充分利用原有的材料,而且不受场地条件的制约。

静电除尘器改造方案的经济性主要体现在设备投资费用、运行维护费用以及排污(烟尘)收费等方面。增加电场的方案和改造为袋式除尘器的方案都能利用原有的一些材料,在设备投资方面二者相差不大,改造为静电袋式复合除尘器的方案由于使用的滤袋数量少设备投资大大降低。静电除尘器虽然风机能耗较小,但电场能耗大;袋式除尘器运行阻力大,滤袋寿命相对较短、风机能耗也大;静电袋式复合除尘与袋式除尘器相比,可以减少滤袋、袋笼、脉冲阀的数量,其运行阻力、清灰压缩空气耗量、滤袋寿命等均低于袋式除尘器,所以运行维护费用较低。静电除尘器的烟气出口含尘浓度通常高于100mg/m3,袋式除尘器的烟气出口含尘浓度一般在50mg/m3,静电袋式复合除尘器的烟气出口含尘浓度很低,能达到30mg/m3,因此它在排污收费方面也有较大的优点。

随着我国环保标准的日益严格,越来越多的燃煤电厂静电除尘器需要进行改造;增加电场的改造方案既受到场地条件的限制,又受到粉尘特性的制约,而且除尘效果不及其它两个方案;随着滤袋滤料技术的成熟,袋式除尘器将在我国燃煤电厂中得到广泛的应用,改造为袋式除尘器的方案将很多地得到采用;对于现役机组配套静电除尘器来说,静电袋式复合除尘器是较经济、也是效果较佳的方案,静电袋式复合除尘技术是未来我国除尘技术的发展方向之一。

{二}、提高微细颗粒的脱除效率

微细颗粒物质量轻、粒径小、流动跟随性好、吸附性强且较难脱除,是造成大气能见度降低、灰霾天气、酸雨、气候变化等重大问题的重要因素,由其引发的污染已成为我国突出的大气环境问题,而燃煤电厂是引起我国大气环境中微细颗粒物浓度增加的重要污染源之一。干式静电除尘器(DESP)具率高、能耗低、烟气处理量大等优点,目前我国有90%~95%的燃煤电厂采用DESP对燃煤烟气进行除尘处理,但由于微细颗粒(粒径小于10μm)荷电效果差,电迁移率低,其脱除效率并不理想,通常不超过90%;此外,DESP靠振打清灰,易出现二次扬尘及反电晕现象,也大大降低了对细颗粒物脱除效率。目前工业多采取增加电场数、增加除尘器的宽度和增加除尘器的高度等手段来增加收尘面积,从而提高静电除尘器配件的脱除效率,但该改造方案需增加占地面积、投资运行费用较高,适用的项目范围较窄阵,且振打导致的颗粒物脱除效率降低的关键性问题依旧没有解决。

为适应新排放标准,提高微细颗粒的脱除效率,在传统DESP除尘技术上发展新型除尘技术成为研究趋势,新型静电除尘增效技术主要包括移动极板技术、低低温技术、电袋复合式除尘技术和湿式静电除尘技术。但在实际工业应用中,移动极板技术阳极板机械结构过于复杂,制作、运行成本高,设备维护困难;低低温电除尘器技术加装热交换装置会带来系统流体阻力增加及设备占地面积增加等问题,同时由于烟气温度降低到酸结露以下,换热器及电除尘器均存在酸腐蚀风险。

电袋复合式除尘技术在实际运行中难以处理高温烟气,易出现“烧袋”现象,且对锅炉运行烟气湿度及含氧量要求高,辅助系统复杂,故障率较高。

而WESP与常规的DESP除尘原理及结构基本相同,使用喷淋系统在收尘极形成水膜代替传统DESP的振打清灰系统,兼具DESP的优点且克服了反电晕和二次扬尘问题,结构简单同时又没有以上增效技术存在的问题,具有很高的除尘效率,随着火电厂大气污染物排放标准的日趋严格,湿式电除尘器在燃煤电站的应用越来越广泛,针对湿静电除尘器脱除微细颗粒的问题近年国内外学者也开展了大量的研究。

用ELPI测试不同电场强度、停留时问、颗粒粒径下微细颗粒在湿式电除尘器内的脱除效率,研究发现,随着停留时问增长,脱除效率从57%上升至96%,随着电场强度增大,脱除效率提高。同初始微细颗粒浓度对脱除效率的影响,随着颗粒物初始浓度降低,脱除效率有所下降,分级脱除效率整体成U型分布。

新型湿式电除尘器,除尘器荷电区与收尘区分开,发现荷电区对细颗粒物脱除效率为10%,提高荷电区与收尘区电压及减少收尘区极问距均对脱除效应具有促进作用,可高达99.7%。水膜对微细颗粒静电脱除效率的影响规律,结果表明粒径为0.5μm时的脱除效率较低,随着颗粒直径的增大或减小,颗粒脱除效率都将增大。水膜能够显著提高小颗粒的静电脱除效率,当颗粒直径小于0.1μm颗粒脱除效率提高约50%,对大颗粒的脱除效率也有较显著的促进作用高约8%。以上研究,多为湿式电除尘器污染物脱除宏观效率试验,缺乏对于湿式电除尘器内部颗粒的分布、受力与运动特性等方面的研究,而这对于优化湿式电除尘过程进一步提高微细颗粒脱除效率至关重要。

通过ELPI对电除尘器除尘过程中微细颗粒的浓度分布进行实时测量,基于颗粒浓度变化研究分析了水膜对微细颗粒在静电除尘器内的分布状况、运动轨迹、沉积情况、分级效率及力学行为等的影响,揭示水膜影响微细颗粒脱除效率的机理,为湿式电除尘器脱除微细颗粒奠定理论基础。

改进电场结构在单区静电除尘器中,粒子的荷电和捕集都在一个区内完成,而双区静电除尘器的粒子荷电部分和收尘部分是分开的。前区安装电晕极,粉尘在此区内荷电,后区安装收尘极,粉尘在此区内被捕集。双区电除尘技术是在末电场中,将单一的高压电尘荷电区和收尘区,并用不同的高压电源供电。根据需要,有所区别地向这两个区供应适宜的运行电压强化其荷电和收尘功能。荷电区主要是对粉尘进行荷电同时又在阳极板上收集带负电荷的粉尘。收尘区则使颗粒从烟气中分离,将绝大部分的颗粒吸附到收尘板上;同一些带正电荷的颗粒吸附至其阴极(又称辅助电极)。双区电场由于荷电与收尘区分开后,在荷电区可以比较灵活地调整电压,通过减小极间距,可以在较低的电压下能使尘粒充分地荷电,运行也很。在收尘区,可大大地提高收尘电场的均匀性,有利于提高除尘效率。对双区电场对粉尘驱进速度的提高系数研究表明,为防止电除尘器发生反电晕问题并提高除尘效率,在末电场采用双区电场结构,将粉尘荷电、收尘的过程及其电源供电设备分开,使两个区域的电气运行参数分别达到较佳化。通过实验研究表明,与传统卧式电除尘器相比,双区电场可使粉尘平均驱进速度提高20%左右;除尘效率则随之上升,并将粉尘排放浓度降低到50mg/m³以下。