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北極星大氣網訊:摘要：電源對于電除塵器中顆粒物荷電、能效有效利用至關重要，關系到電除塵器的收塵效率，高頻電源和脈沖電源相對于傳統(tǒng)的工頻電源具有比較大的優(yōu)勢，在水泥工業(yè)顆粒物（PM）排放指標收嚴的背景下，對水泥熟料線窯頭配套電除塵器實施“前電場高頻電源+后電場脈沖電源的組合技術”為主，煙氣調質、入口預除塵改造，及各級電場預荷電+微網捕集器等輔助手段的組合提效改造技術的原理分析和應用案例分析，通過理論計算和結果分析，為行業(yè)提升整治措施提供參考。

電除塵器由于具有處理煙氣量大、運行可靠性高、操作簡單、維護費用低、設備使用壽命長等特點，在我國水泥行業(yè)具有廣泛的應用市場。根據《浙江省生態(tài)環(huán)境廳關于執(zhí)行國家排放標準大氣污染物特別排放限值的通告》（浙環(huán)發(fā)[2 019]14號）的頒布實施，要求自2020年7月1日起，水泥行業(yè)顆粒物（PM）排放濃度不高于20 mg/Nm3。由于水泥廠配置的電除塵器一般僅有三電場，響應特別排放限值排放標準的容錯率低，直接擴容改造成四電場、五電場，場地受限、工程量較大、造價也高，如何充分利用現有場地和設施提升除塵效率、降低顆粒物排放濃度，是水泥廠面臨的直接難題。

近幾年，高壓電源技術有了突破性的發(fā)展，高頻電源、脈沖電源等多種高效電源產品的順利研發(fā)與成功應用，為電除塵器提效改造提供了新的途徑和方法。但在實踐中，單一的電源使用仍具有一定的局限性。根據燃煤電廠電除塵器的改造經驗，充分利用高頻電源、脈沖電源的功能特性，可將高頻電源、脈沖電源在前、后電場有效組合應用作為一種新的電源提效改造方案，既能降低顆粒物排放、滿足達標排放，同時也能節(jié)約改造費用、節(jié)省改造時間，從而實現提效減費的目的。本文以此為主導，對進一步提升除塵效率開展了多技術有效的組合運用，供同行參考。

1 電除塵器提效改造原理

電除塵器除塵效率一般采用修正后的多依奇效率公式來計算。

2 組合提效改造技術路線

要實施電除塵器提效改造，宜將影響除塵效率的各因子充分調整到最佳組合，可以采用多技術組合使用，主要思路包括：（1）從宏觀層面，通過物理性預除塵降低各電場入口PM濃度，提升整體除塵效率；（2）從粒徑影響除塵效率角度，通過增濕煙氣調質使微細PM凝結成較大的粒子，PM粒徑增大，提高驅進速度，提升各級電場和整個電除塵器的除塵效率；（3）從電場強度影響除塵效率角度，可以通過高壓電源提升輸入電場的均值電壓和峰值電壓來實現；（4）從各級電場入口PM濃度呈級數降低和節(jié)約能源角度，通過前電場高頻電源+后電場脈沖電源的角度，實現能效的有效配置。

上述各項技術組合改造路線如圖1所示。

3 提效改造案例分析

3.1 提效改造要求

某水泥廠窯頭配套電除塵器為三電場干式電除塵器，原除塵器設計出口PM濃度＜50 mg/Nm3，已不能滿足現階段PM濃度＜20 mg/Nm3的排放要求，需實施提效改造，做到達標排放。

3.2 具體實施方案說明

3.2.1 電源部分改造

電源部分改造主要采用：前電場布置高頻電源+后電場布置脈沖電源。通過雙電源系統(tǒng)實現前電場在高電壓下強放電，后電場在高電壓下的弱放電。

（1）針對前電場PM粒徑大、濃度高、易發(fā)生火花閃絡等特點，利用高頻電源提高前電場的平均電壓、供電功率，增加前電場的二次電壓及二次電流，使粉塵充分荷電。具體方法為：采用三相交流輸入整流為直流電源，經逆變?yōu)楦哳l交流，最后整流輸出直流高壓，直流供電時其二次電壓波形幾乎為一條直線，提供了幾乎無波動的直流輸出。通過提高二次電壓平均值，提高粉塵驅進速度，使得前電場粉塵能夠充分荷電并被收集下來，大幅提升除塵效率。高頻電源可在幾十微秒內關斷輸出，在很短的時間內使火花熄滅，以毫秒級恢復全功率供電，如圖2和圖3所示，平均輸出高壓無下降。

（2）針對后電場PM粒徑小、濃度低、不易發(fā)生火花閃絡的特點，實際運行中的情況通常是二次電流大、二次電壓無法提升到足夠的高電壓，而后電場的微細粉塵的捕集，需要更大的電場強度才能有效捕集，因此利用脈沖電源提高后電場的峰值電場，進而使微細顆粒物被充分收集。

脈沖電源在基礎電源上疊加極窄的高壓脈沖電壓，二次電壓和二次電流獨立控制。疊加的脈沖電源提供微秒級瞬間高壓能量，由于脈沖電壓的上升以及持續(xù)時間很短，雖然瞬時總電壓提升很高，但供電前期間隔保持較低的電荷密度，維持了電場的絕緣，不會形成閃絡通道，有效抑制了火花閃絡，峰值電壓接近電場擊穿電壓，脈沖電源瞬時高壓使電暈放電全面均勻，避免了反電暈的產生，可有效提高粉塵荷電效率和荷電量，大幅提高微細粉塵的捕集能力，除塵效率顯著提高，符合弱電流下的高電壓低排放要求。

相對于傳統(tǒng)直流供電，高壓脈沖電源供電脈沖電壓上升時間極短，提高了電場擊穿電壓，電場能獲得幾倍于傳統(tǒng)直流電源的峰值電壓，利于粉塵粒子荷電提高除塵效率。此外，針對常規(guī)直流電源電流用于對PM荷電以及在頻繁的火花放電過程中形成浪費，脈沖電源僅在脈沖輸出時才產生電流，脈沖寬度窄，電場中離子流和電子流間歇脈動，電場無火花，如圖4所示。

（3）電源改造說明：拆除頂部一、二電場的工頻變壓器和高壓隔離開關；拆除配電室內一、二電場用工頻電源控制柜內控制器及輔控回路、可控硅等，保留母排、斷路器等，增加小母排將工頻電源控制柜改造成高頻電源。拆除頂部三電場的工頻變壓器和高壓隔離開關；拆除配電室內三電場用工頻電源控制柜內控制器及輔控回路、可控硅等，保留母排、斷路器等，增加小母排將工頻電源控制柜改造成高頻+脈沖電源配電柜。動力電纜改造部分：利舊，將原工頻電源動力電纜改造成滿足高頻電源、高頻+脈沖電源三相供電的需求。新增信號電纜，高頻電源和高頻+脈沖電源到DCS的控制電纜、信號電纜，將改造后電源的開關量信號（運行信號、準備好信號、綜合報警信號、啟動/停止信號）和模擬量信號（二次電壓、二次電流）接入主生產系統(tǒng)DCS。

3.2.2 煙氣調質

煙氣調質主要有兩方面的作用：一是通過噴射蒸汽進行煙氣調質，降低粉塵比電阻，提高除塵效率；二是因為濕度增加可以使微細顆粒物凝結，提高顆粒物驅進速度，提升除塵效率。

煙氣調質改造說明：在余熱鍋爐出口省煤器集箱取熱水，通過閃蒸罐將帶壓熱水閃蒸為低壓蒸汽，產生的低壓蒸汽經過閃蒸器汽水分離后噴入電場入口煙道水平混合聯箱內。為避免噴入到電除塵器入口的蒸汽帶水，導致粉塵結塊，增加一臺閃蒸罐。從省煤器出口集箱接出的熱水，由于帶有一定溫度和壓力，進入到閃蒸罐后壓力迅速降低，熱水閃蒸為蒸汽狀態(tài)。閃蒸罐內的蒸汽通過罐頂的蒸汽管道接入蒸汽噴射裝置，閃蒸罐內少量未蒸發(fā)的水分通過底部的接口接入連排管道。通過電動閥控制煙氣調質系統(tǒng)的開關，通過手動閥調節(jié)蒸汽流量。煙氣調質改造如圖5所示。

3.2.3 入口預收塵改造

在進口煙箱均布板前部增設一層C型內渦迷宮預收塵裝置，收集粗顆粒粉塵，降低入口PM濃度，提高預收塵效果。同時起到氣流均布作用，避免電場入口截面中下部粉塵濃度過高，速度過大。

3.2.4 預荷電+微網捕集器改造

根據除塵效率公式（1），從宏觀角度出發(fā)，通過對各電場入口PM濃度進行物理捕集可以降低各級電場入口PM濃度，提升綜合除塵效率。而且配置簡單，僅需在除塵器進出口及各電場之間安裝微孔金屬網。

預荷電改造主要是配合各級微網捕集器使用，提升微網捕集器的捕集效率。一電場的入口前增設預荷電裝置，使粉塵在進入電場前就帶上電荷，提高整個電場的收塵效率；在三電場末端增設預荷電裝置，使PM在進入微網捕集裝置之前帶上電荷，提高微塵捕集能力，減少二次揚塵。

3.2.5 其他改造

對陰極線、陽極板及電除塵器內部各部件積灰情況檢查，對積灰嚴重部位作進一步分析，采取改進措施。陽極板矯正，并進行加固處理，調整間距和同極距。陰極線全部更換為新型芒刺線，調校變形的陰極大、小框架，調整極間距（同極、異極）包括非電場間距。調整陽極振打同軸度，陽極振打軸進行解體檢修，更換磨損的陰極陽極振打耐磨套、螺栓，對所有的陽極振打錘進行更換。陰極振打系統(tǒng)：調整振打器工作中心，檢查振打桿露出長度、垂直度、同軸度。殼體常規(guī)檢查修復：檢查各人孔門和保溫箱的漏風、密封材料的老化、鎖緊螺栓等，更換損壞密封材料，檢查煙道、煙箱、殼體、灰斗等有無漏風漏灰并處理。

3.3 改造前后參數對比

某5 000 t/d水泥熟料線窯頭電除塵器改造前后主要參數對比見表1。

3.4 提效估算和測試結果分析

1）改造前除塵效率η

改造前電除塵器PM進口濃度≤30 g/Nm3，出口濃度≤50 mg/Nm3。除塵效率為：

η=1-50/30 000=99.83%

2）改造后除塵效率η'

參照既往成功改造經驗，依方案實施改造后，可提高粉塵驅進速度，預計改造后驅進速度提高20%~30%左右，改造后按提升下限比集塵面積20%計算。根據公式（1），改造后除塵效率：

結果表明：改造后除塵效果穩(wěn)定；除塵效率達99.96%，出口PM排放濃度測試值全面低于20 mg/Nm3，通過高效電源的應用組合，并結合增加預荷電+微網捕塵裝置，入口預收塵裝置，均化氣流分布，陽極板、陰極線及振打裝置調整等，滿足了改造目標要求。

4 結論與建議

依據影響除塵器除塵效率的主要因素，主要采用“前電場高頻電源+后電場脈沖電源”技術，配合煙氣調質、除塵器入口預收塵裝置，各級電場預荷電+微網捕集器等技術的組合使用，從宏觀和微觀方面全面提升除塵效率，充分挖掘現有電除塵器的潛力，提升除塵效率。結合具體實例，從原理和方法兩方面展開論述，結合理論計算和實測結果分析，組合提效改造技術除塵效果穩(wěn)定，顆粒物排放濃度可穩(wěn)定在20 mg/Nm3以下，為水泥廠窯頭電除塵器實現提標改造提供參考。

作者單位：浙江南方水泥有限公司，浙江省生態(tài)環(huán)境科學設計研究院

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