技术 | 超低排放燃煤电厂电除尘器运行性能分析

北极星火力发电网讯:摘要：通过对 26 台超低排放燃煤电厂配套电除尘器运行性能进行多数据分析， 包括电除尘器设计数据和测试时运行及性能数据， 结果表明： 电除尘器实际运行温度与设计温度偏差不大， 实际处理烟气量与设计值相差约 10%， 设计煤成分与实际燃用煤成分差异较小， 含硫量与粉尘驱进速度正相关， 在足够的比集尘面积下， 电除尘器出口粉尘浓度大部分处于约 15 mg/m3， 基本低于设计出口粉尘浓度 ，电除尘器能耗与总集尘面积成正相关关系。

关键词： 燃煤电厂； 超低排放； 电除尘； 除尘效率； 能耗

0 引言

自 2013 年我国超低排放战略开始实施以来，燃煤电厂超低排放已全面开展并初步完成， 全国超低排放燃煤发电机组的占比约为 80%。 电除尘器， 尤其是低低温电除尘器作为燃煤电厂超低排放颗粒物治理的主流技术， 电除尘器出口粉尘浓度甚至可实现 10mg/m3 以下， 其经济高效稳定性经过了时间的验证， 并得到了广泛应用， 但实际运行效果仍未得到全面分析研究， 亟需开展基于多数据下的电除尘器运行性能分析，尤其是在超低排放要求下的电除尘器实际运行效果， 为我国后续电除尘优化、 在其他行业超低排放的推广， 以及电除尘器在国外尤其是“一带一路”国家的推广提供参考。

1 电除尘器多数据统计

随机抽取在 2013 年之后实行超低排放的 26台燃煤电厂配套电除尘器， 收集分析电除尘器设计燃煤参数、 灰参数、 设计烟气参数、 电除尘器结构参数， 以及电除尘器测试时燃用煤的基本参数、 灰参数、 烟气参数、 在燃用煤下的电除尘器运行性能参数。 为方便数据分析， 将 26 台电除尘器进行项目编号， 其分布地区及机组容量如表 1 所示。

需要说明的是， 由于我国超低排放要求烟囱出口排放颗粒物限值 10 mg/m3（部分地区要求 5mg/m3）， 燃煤电厂中电除尘器后的脱硫设备的除尘效率约为 50%~80%，并且部分电厂在烟囱前设置有湿式电除尘器， 所以电除尘器出口颗粒物浓度一般在10~30 mg/m3。

2 电除尘器设计与运行数据分析

目前国内外最常用的电除尘器效率计算公式为 Deutsch 公式：

式中： η 为除尘效率； Q 为烟气流量； A 为总集尘面积； ω 为驱进速度。

根据 Deutsch 公式， 对电除尘器出口排放影响最大的是驱进速度和比集尘面积， 对驱进速度影响最大的有烟气温度、 以及煤质成分中的 Sar（收到基硫分）、 水分和灰分。 因此， 下文对实际投运电除尘器的烟气温度、 烟气量及主要煤质成分进行统计分析。

2.1 烟气温度

26 台电除尘器中的 15 台测试了进口和出口烟气温度， 如图 1 所示， 其中 8 台电除尘器为运行于酸露点温度以下的低低温电除尘器[18]， 实际电除尘器运行烟气温度与设计温度相近， 电除尘器进出口温差在 3 ℃左右。

2.2 烟气量

电除尘器实际运行烟气量与设计烟气量普遍相差在 10%左右（包含因烟气温度引起的烟气量偏差）， 如图 2 所示， 因为我国电除尘器设计均已考虑了烟气量 10%的余量，所以尽管实际工况偏离了设计值， 但烟气量超出一般在 10%以内，因此， 电除尘器还能满足排放需求。

2.3 煤质成分

文献认为煤质成分中的 Sar， 水分和灰分对电除尘器性能影响较大。 因此， 测试并统计分析了设计煤质和测试时燃用煤质参数如图 3—5所示， 国内近几年实现超低排放的燃煤电厂的燃煤大部分为含硫量在 1.5%以下的中低硫煤， 从统计数据分析可知， 大部分实际燃用煤种与设计煤种差异不大。

借助 Deutsch 公式， 对多个项目测试得到的除尘效率和调研得到的电除尘器比集尘面积数据反推驱进速度， 忽略其他影响因素， 将驱进速度与煤质主要成分的相关性进行数据分析， 如图 6所示， 得到煤质的含硫量与驱进速度存在明显的正相关关系。

3 电除尘器运行性能分析

3.1 漏风率和烟气阻力

漏风率和烟气阻力是电除尘器性能考核的指标， 也反映了电除尘器对引风机的间接能耗和对下游设备处理烟气量的影响。

对多台电除尘器测试得到： 实际电除尘器压力降大部分处于 100~200 Pa， 漏风率 在0.5%~3%， 如图 7 所示。 根据设计经验， 电除尘器压力降主要取决于气流和进出口喇叭设计， 漏风率主要取决于振打孔和人孔门等开孔数量、 密封性能、焊接质量等。

3.2 出口粉尘浓度

26 台电除尘器测试时实际运行出口粉尘浓度在 6~30 mg/m3， 大部分约在 15mg/m3， 如图 8所示。

在烟气温度变化控制在设计烟气温度 3 ℃以内， 煤质参数主要的 Sar， 水分、 灰分变化在一定范围以内， 漏风率保证在设计范围内， 选用足够比集尘面积的电除尘器时，实际运行的电除尘器可在30 mg/m3 的出口排放量以下运行， 基本在设计出口粉尘浓度以下， 结合后续烟气治理设备的除尘功能， 可满足粉尘超低排放的要求。

对图 8 分析并结合电除尘器厂家调研发现，当电除尘器设计出口粉尘浓度在 50mg/m3 左右时， 实测电除尘器出口一般约 30 mg/m3， 该部分电除尘器实测与设计参数偏差较大， 主要原因初步分析为： 由于近几年电除尘器厂家制作安装技术和数值模拟技术的提高， 电除尘器漏风率降低， 气流均布性提高， 在适当的比集尘面积下，电除尘器可较易地实现 30 mg/m3 左右的出口粉尘浓度要求。

3.3 能耗

对 10 台电除尘器能耗与电除尘器主要数据进行规律分析， 在机组满负荷运行下， 发现电除尘器能耗与其总集尘面积成正相关关系， 如图9所示。 由于电除尘器能耗影响因素复杂， 且在多数据分析时无法控制单一变量， 对这 10 台电除尘器进行分析后未发现其他明显能耗影响因素和规律。

3.4 不同负荷下电除尘性能对比

对某 600 MW 机组电除尘器采用前四电场高频电源和末电场脉冲电源的配置， 进行不同负荷下的性能测试和对比， 如表 2 所示。

为满足用于超低排放测试的适应性和准确性，电除尘器出口粉尘浓度通过低浓度采样头采样，采用 JB/T 836-2017《固定污染源废气 低浓度颗粒物的测定 重量法》[20]的采样方法进行测试。

由于不同负荷下电除尘器运行负压相差不大，因此在低负荷和满负荷下的漏风量基本相同， 而不同负荷下电除尘器总烟气量相差较大， 从而导致在低负荷时漏风率几乎成倍增加。当运行负荷降低后， 处理烟气量减少， 烟气流速降低， 漏风率增加， 除尘效率提高， 出口粉尘浓度降低。 低负荷下达到要求出口粉尘浓度下的电除尘器电耗降低，但用电率（电耗/发电量）增加。

4 结论

（1）电除尘器处理烟气量与设计烟气量普遍相差 10%左右， 现有常规 10%烟气余量的选型设计可满足实际工况变化需求。

（2）实测数据表明燃煤煤质的含硫量与粉尘驱进速度成正相关关系。

（3）电除尘器出口粉尘浓度基本在 15 mg/m3上下并满足设计出口粉尘浓度要求， 低负荷下除尘效率更高， 可满足机组变负荷运行工况。

（4）初步得出满负荷下电除尘器能耗与总集尘面积成正相关关系， 低负荷下达到要求出口粉尘浓度下的电耗降低， 但用电率增加。 电除尘器能耗与其他因素的影响关系有待进一步研究。