【技术汇】移动电极技术在改造项目中的运用
2018-07-05 14:48:55   来源：   作者：   评论：0   点击：

关键词：二次扬尘； 移动电极； 清灰； 电除尘器； 改造；

电除尘器的工作机理即利用强电场产生电晕放电，使气体电离产生大量自由电子和离子并吸附在烟气中的粉尘颗粒上 (荷电) ，荷电后的粉尘颗粒在电场力的作用下被推向收尘极 (阳极和阴极) 并聚集，当粉尘聚集到一定厚度以后，通过机械振打或其它清灰方式清除并最终进入灰斗，最终通过排灰系统转移到灰库，从而达到除尘的目的。简言之，电除尘器的基本过程可以概括为创造电场电晕，使粉尘颗粒带电；带电粉尘颗粒在场强的作用下，向极板移动并聚集；清灰和排灰。

电除尘器运行过程中“清灰”是非常重要的步骤，如果聚拢在收尘极上的粉尘过厚，会造成阴极与阳极间的导电性能降低，电晕电流减弱，进而降低粉尘的驱进速度，影响电除尘器效率，若高比电阻的粉尘聚拢到一定厚度后还会造成反电晕，导致电除尘器整体收尘能力不断下滑。

因此，在电除尘器运行过程中，应及时对阴阳极进行清灰，保持阴阳极的清洁。通常，电除尘器是通过机械振打来清除极板上的积灰的，这种清灰方式会造成大量的二次扬尘，从而提高除尘器出口粉尘排放量，降低电除尘器效率。实验研究显示，常规振打结构的电除尘器排放的粉尘中，有20%是清灰的原因产生的，当除尘器出口要求排放浓度进一步降低时，振打清灰产生的影响也进一步加大。

为解决二次扬尘问题，国内外专家进行不同的实验和工程应用研究，先后开发出了欠断电振打技术、导电滤槽技术、关断隔离振打技术等一系列技术，在一定程度上缓解了二次扬尘的影响，提高了除尘器收尘效率，但是都没有能够彻底消除二次扬尘问题。

移动电极技术继承了常规静电除尘器的优势，采用“固定电极电场+移动电极电场”的配置形式。前级3~4个常规结构的电场处理收集绝大多数的粉尘，末级旋转移动电极电场具有独特的清灰方式，能有效保持极板的清洁，彻底解决了二次扬尘问题，从而为电除尘器实现较低粉尘排放提供了一条新的工艺路线。

移动电极电除尘器是常规电除尘器的一种改进技术，其前面几个电场采用的是与常规电除尘器结构一样的结构，主要区别在于最后一个电场的移动电极 (阳极) 结构。移动电极电除尘器末电场的阳极板排采用环形设计，每一个环形板排称为一品，单品阳极板板排通过上部主动轴系和下部从动轴系张紧固定，高度方式布置了一定数量的防摆件，以防止其摆动。旋转清灰装置设置在从动轴的上部的非收尘区，在阳极板正反对阳极板进行清灰。主动轴和清灰装置由设置在电场外面的驱动电机提供动力。工作时，阳极板排通过上部的主动轴驱动缓慢的循环上下运动，这期间带电粉尘不断的被捕集，当阳极板上的粉尘聚集到一定厚度后进入灰斗上部非收尘区，这时，安装在电场下部的清灰刷从正面和反面对极板进行清灰，刷下的灰直接进去灰斗，整个清灰过程不会产生二次扬尘。移动电极电场结构及工作原理如图1所示。

图1 移动电极电场结构及工作原理图

移动电极作为一种针对清灰二次扬尘的改进型技术，相对常规结构的电除尘器具有可有效消除二次扬尘、消除反电晕发生、避免极板挂灰引起的效率波动等优势，为电除尘器实现低排放开辟了新的技术路线。

国外从20世纪70年代就开始加大投入研发具有高效清灰技术的电除尘器技术，1979年日本日立公司 (HITACHI) 研发出了首台移动电极电除尘器 (MEEP) 。此后日立公司一直致力于移动电极电除尘器技术的完善和创新，对移动电极、旋转清灰刷、极板链条等关键结构进行了改良，大大提高了设备运行的可靠性。为了提升除尘器在高浓度工作环境的适应能力，降低设备外形规格，Hiroki Ando等人研发出了抗磨损的极板连接链条，并改进了清灰刷系统，改进后的移动电极电除尘器在某烧结机组中投入使用时，其整体外形结构缩小了一半，大大降低了设备的整体成本。经过三十多年的推广，移动电极技术在各工业领域已经有超过60台投入使用 (主要在日本) 。

我国对移动电极技术探讨和研究起步比较晚，2005年，国内学者在电除尘技术发展讨论会上一致认为，移动电极技术在国内将会有很大的市场需求。但是由于早期环保要求不高，一般电厂采用常规电除尘器既能满足要求，加之移动电极电除尘器初步投资相对较高，也直接影响了该技术在国内大面积推广。

随着环保要求的提升，特别是当标准要求粉尘排放小于30mg/Nm³时，由于常规电除尘器难以克服二次扬尘，而袋式除尘器的运行成本又居高不下，移动电极技术在控制二次扬尘，实现低排放中的优势逐渐被国内厂家重视，并开始大力推广。

河南某电厂3号炉135MW机组，于2003年7月投产发电，机组原配套的是一台257m²双室四电场静电除尘器，设计除尘效率≥99.6%。电除尘器技术参数表如表1所示。

由于实际燃煤与原设计燃煤差距较大，且电除尘器设备运行时间较长，设备故障率增加，除尘效率下降，电除尘器实际出口排放超过120mg/Nm³，脱硫后粉尘排放超过60mg/Nm³，大大超出环保要求，迫切需要对除尘设备进行提效升级来满足新的环保要求。

由于电除尘器设计容量较小，投运后期由于设计煤种采购困难，机组实烧煤种灰分高、热值低，燃煤粉尘的比电阻高，导致除尘器运行电流电压低，除尘效率极低。根据机组实际燃煤及粉尘性质分析，结合实际测试结果修正，若采用常规电除尘器改造，最终需要在原电除尘器后端增加一个6m的电场，并将原除尘器整体抬高2m左右才能满足除尘器出口排放小于40mg/Nm³的要求。此方案整体工作量大、成本高、施工工期长，无法满足电厂要求，可行性低。

专家小组多次到现场踏勘，经过几番论证及对比分析，最终确定了在原除尘器出口端新增一个移动电极电场的改造方案。将原烟道支架第一排立柱往后平移，相应对烟道等设备进行同步改造。移动电极和常规电除尘器改造方案对比如表2所示。

表2 常规电场改造方案和移动电极改造方案对比表

综合上述对比，移动电极改造方案无论在改造工期还是整体费用上，都具有明显的优势，具体改造内容如下:

(1) 在原除尘器第四电场出口端新增一个移动电极结构的电场，将原4电场常规结构的除尘器改造成4+1移动电极电除尘器。首先，移动电极高效的清灰方式能够彻底消除末电场清灰产生的二次扬尘问题；其次，清刷后的阳极板能够保持干净、清洁，从而解决反电晕问题。

(2) 增加移动电极电场后，相应新增第五电场下部灰斗、钢支架及气力输送系统，并对原混凝土烟道支架进行改造，满足布置移动电极电场的要求。

(3) 对原四电场电除尘器内部结构进行恢复性检修，调整极距，更换已损坏部件。

(4) 对供电电源及电气控制系统设计，满足改造后控制要求。

改造后电除尘器出口粉尘浓度满足小于40mg/Nm³，经过湿法脱硫进一步除尘后满足烟囱排放小于20mg/Nm³的要求。改造方案图如图2所示。

图2 改造后移动电极电除尘器外形图

经过为期2个月的安全施工，2014年1月初移动电极电除尘器改造工程顺利完成，机组稳定运行4个多月后，电厂于2014年5月组织了性能验收测试实验。测试期间，当机组负荷约为123MW，电除尘器电气按正常节能运行，实测电除尘器A、B两室的出口标况含尘浓度分别为23.4mg/Nm³、28.8mg/Nm³，平均为26.1mg/Nm³，远低于原设计改造要求的40mg/Nm³。经过湿法脱硫后粉尘浓度进一步降低，根据脱硫后CEMS监控数据显示，实际烟囱入口粉尘浓度仅为15.6mg/Nm³，整体工程实现了超低排放目标。具体测试结果见表3、表4。

表3 改造后测试结果

表4 测试期间电气运行参数

从表3测试期间烟气及粉尘统计数据可见，当机组负荷为123MW时，除尘器入口烟量为总859375m³/h，已经超过原设计的818900m³/h，但除尘器出口粉尘浓度依然远低于原设计要求的40mg/Nm³。

从表4测试期间电气运行参数同样可以看出，测试期间移动电极第五电场二次电流和二次电压都要明显高于固定电极的第四电场。这主要是因为移动电极电场采用的旋转清灰方式，能够彻底清除阳极板上的积灰，使阳极板保持干净清洁，抑制了反电晕的发生。

移动电极电除尘器能够有效解决二次扬尘、消除反电晕发生，从而大大提高了电除尘器的整体效率。河南某电厂3号炉移动电极改造的成功投运，验证了该技术电厂超低排放改造中的技术优势，特别是在场地比较局限的老机组项目中，移动电极技术能够最大限度地利用原有设备，降低改造投资成本。随着移动电极电除尘器技术研究的不断完善，将进一步巩固电除尘器在大气粉尘污染物控制中的主导地位，并在未来电厂提效改造项目中发挥重要作用。