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火电除尘系列专题:欧洲电厂如何除尘实现达标排放

[2015-01-08] 点击:

这是2011年发表的文章,当时我国的排放规定是30毫克/立方米,今年我们国家规定电厂烟尘排放为5毫克/立方米,但下面的采访仍有借鉴意义。

在排放标准更为严格的欧洲,电厂究竟如何选择除尘设备?他们又有什么样的方式,能够保证电除尘的除尘效果呢?对这些问题,来自欧洲的专家做出了解释。Kjell Porle曾工作于瑞典Flakt/ABB/Alstom,从1966年就开始电除尘的研究、生产和应用工作,第6任国际电除尘学会主席;Michael J.Frank现为国际电除尘学会理事,德国E-ON公司Scholven电厂主管,此电厂总装机容量2300MW,是欧洲最大的燃煤电厂之一;Karsten Poulsen 丹麦F.L.Smith公司全球经理,也是全世界最著名的电除尘专家之一。 

记者:您认为如何根据燃煤性质确定电除尘器的选型,以使电除尘器的粉尘出口排放浓度低于30毫克/立方米?

Kjell Porle:目前,世界上很多在运行的静电除尘器出口排放浓度都低于30mg/Nm3。要满足这一标准,电除尘器需要有合适的运行、高效的设计并保证足够大的比集尘面积。现在排放高的问题主要与飞灰的性质有关,尤其是那些高比电阻和难凝并的飞灰都比较难被收集。煤种成分和飞灰特性及锅炉燃烧工况的不同,均可导致飞灰在除尘器内的迁移速度相差5倍之多。电除尘的设计必须同锅炉及其他设备作为一个系统来考虑,因为燃煤锅炉产生的烟气和飞灰性质会影响电除尘器的运行和效率。

西欧目前正在建设的几个大型锅炉所用的燃煤都是从世界各地进口,其粉尘排放浓度需要保证10mg/Nm3左右,除尘设备均为静电除尘器。

Karsten Poulsen:飞灰比电阻是影响除尘效率的关键因素,主要由飞灰成分和燃煤的含硫量决定。通常电除尘器选型是以混煤后得到的最大比电阻作为设计依据,然后比较采用Coromax脉冲发生器(微脉冲放电)和使用传统单相电源(直流放电)并加大集尘面积的经济性。

除了使用良好的放电装置,我们也特别注重气流的分布和避免气体泄漏到收尘区(即放电极和收尘极之间的区域)以外。同时,高效的振打系统和合理的操控也相当重要。

记者:综合考虑成本和排放标准,您认为电厂该如何选择除尘器?欧洲哪种除尘方式使用较多?

Kjell Porle:这个问题很难回答,除尘设备的成本除了建设成本外,在很大程度上也取决于其运营和维护成本,而这个成本对于每个国家甚至每个具体的电厂都是不同的。一般而言,布袋除尘器的投建成本低于电除尘器,但其运营维护成本较高。所以,要根据每个电厂的具体情况来选择除尘设备。

Karsten Poulsen:关键因素还是飞灰的比电阻和运行成本(主要是耗电量)。我们几年前的一项研究表明,在不考虑运行成本的条件下,运用我们的Coromax脉冲供电系统时,布袋除尘主要应用于飞灰比电阻大于1012Ω·cm的工况。但如果考虑电耗,此临界比电阻值是1012Ω·cm的4~5倍。

Michael J.Frank:在欧洲,电除尘器有最广泛的应用。在德国,电除尘器仍然是最常见的选择,烟气脱硫设备已安装了80多套,这也进一步提高了系统的除尘效率,尽管这不是烟气脱硫的目的。这样,德国电厂可以满足10mg/Nm3
的排放标准。德国电厂没有使用大型袋式除尘器,在其他欧盟国家,如意大利近来趋向于安装袋式除尘器,因为那里有更多实际原因,比如场地不够、一些老机组上没有烟气脱硫系统等,所以将电除尘器改造为袋式除尘器。

除尘器的选择依赖于现场的具体要求。袋式除尘器也会排放一定量的微细颗粒,并也有阻力大,维护成本高,对运行条件有一定限制等缺点,但在使用燃料的灵活性和场地要求方面,相对来说优于电除尘器。电除尘器也有其固有的优势。因此,除尘设备的选择应根据整个烟气净化系统而定。

记者:为了满足排放标准,电除尘器需要多大的比集尘面积?如果灰尘的比电阻很高,需要采取怎样的特殊措施?

Michael J.Frank:在近期的绝大部分情况下,我们正在安装的电除尘器比集尘面积在120~150m2/(m3/s)之间,同极间距为400mm。这适用于低含硫量的煤,粉尘排放为10~20mg/Nm3。

如果灰尘的比电阻很高,最常见的方法是采用SO3烟气调质系统,但是,这需要燃料质量相对稳定,即硫的产生量相对恒定。否则,为了达到合适的SO3浓度来保证除尘的有效性,SO3需要经常进行调节。

作为一般建议,我们将安装具有间歇供电和自动反电晕检测及处理功能的电除尘器控制器。

记者:中国和世界的电除尘市场都需要继续着眼于实现降低能耗的同时提高收尘效率,关于电除尘器的节能问题您有何最新研究进展?

Karsten Poulsen:利用Coromax脉冲系统处理中高比电阻粉尘,可以达到较好的除尘效率,并且能耗很低,一般为2~5W/m2,而如果采用单相电源,能耗将是Coromax脉冲系统的5~6倍。如果采用传统的单相直流电源和开关式电源,可以根据具体处理过程,通过间歇供电的方式降低能耗。

收集低比电阻的粉尘(比如,造纸和有色金属行业的粉尘)时,必须要有较高的电晕功率。当含尘量低或在较好的工况下,可以将浊度仪的监测信号传输到电源的自动控制系统,降低输出功率,降低能耗。这一过程可以通过能量管理控制系统(EMCS)来实现。

记者:您认为,电除尘器在使用过程中还要考虑哪些重要问题?

Kjell Porle:电除尘器中烟道进出口的设计;电除尘器内的气流分布,如果一个电厂内不只有一个室,还要考虑室与室之间的气流分布;要确保每个室都有相似的烟气进口条件,包括温度、湿度和烟气浓度等。颗粒物粒径分布必须要已知或者可以预测,锅炉内的火焰温度可以改变超细颗粒物的产生量,进而影响电除尘器的运行。机械设计需要保证较长的运行寿命和较高的可用性。合理的设备维护和有效的人员培训,也是保证高效除尘的关键。

Karsten Poulsen:电除尘器应用中应该主要考虑的问题包括工艺条件(烟气温度、湿度、烟气成分、含尘量等)和粉尘比电阻。基于这些条件,还需要选择最好的电气条件。根据颗粒物迁移速度可以确定所需的集尘面积,然后根据工艺条件确定放电极、收尘极板、灰斗、振打系统、加热系统和输灰系统的类型。

记者:在电力行业之外,电除尘器在其他工业部门中还有哪些应用?在这些应用中,还要注意哪些问题?

Kjell Porle:电除尘器在很多领域都是唯一的选择。比如,造纸工业中回收锅炉的尾气治理,冶金工艺中高温烟气治理等。同时,电除尘器也广泛应用于燃油锅炉的颗粒物收集处置。对于大多数应用领域,使用电除尘器都可以满足10毫克/立方米的排放标准。

Karsten Poulsen:电除尘器在水泥厂、有色金属厂、炼铁厂、造纸厂等都有应用。根据温度和粉尘性质,静电除尘器非常适合于处理水泥熟料冷却塔产生的粉尘。如果客户要求使用布袋除尘器,布袋上游需要安装一个热交换器,但熟料灰尘的腐蚀性会缩短热交换器的使用寿命。

造纸厂的碱回收炉是电除尘器的另一个主要应用。碱回收炉产生粉尘的比电阻很低,要达到较高的除尘效率,必须要提高电晕功率。而由于这种粉尘很容易堵塞,所以布袋除尘器并不适用。如同其他种类的低比电阻粉尘,平稳的高电压(低波纹)更有利于满足高电晕功率的需求。有些电除尘器采用高频高压电源,也称SPMS开关电源,但是我们公司更倾向于使用三相电源。SPMS结构紧凑,其内部的电损耗要求使用更为复杂的冷却系统,而三相电源质量和所占空间虽然都相对较大,但是其运行更为简单可靠。与SMPS的有限输出(额定电压和电流)相比,三相电源的操作电压和电流更高。(来源:中国环境报)

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