工業(yè)電收塵器減排達標(biāo)技術(shù)

  一、 簡述

  多年來電收塵器（ESP）廣泛應(yīng)用于電力、水泥、鋼鐵等各個工業(yè)收塵領(lǐng)域，取得了有目共睹的成果。但隨著國家環(huán)保要求的提高，大量設(shè)備已不能滿足新頒布的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，正面臨著升級改造的抉擇。

  作為國際上技術(shù)領(lǐng)先的電收塵技術(shù)專業(yè)團隊，美國Babcock & Wilcox公司（巴威、B&W）電收塵業(yè)務(wù)部在從業(yè)幾十年來累計了大量電收塵運行和改造經(jīng)驗。巴威與國內(nèi)知名的上海蘇瑞機電有限公司（上?？鲁枪?jié)能環(huán)保科技有限公司）攜手，首先對國內(nèi)各行業(yè)使用的電收塵進行了設(shè)備及工藝評估，認為國內(nèi)大多數(shù)電收塵的機械設(shè)計完全有能力達到10~30mg/m³的排放水平。據(jù)此針對性的提供了在維持現(xiàn)有工藝及機械運行條件不變的基礎(chǔ)上進行單純供電及控制系統(tǒng)改造的方案。

  近年來我們實施完成的超過50個國內(nèi)電收塵改造項目，實際排放檢測全部小于30mg/m³，完全滿足國家GB4915-2013的最新標(biāo)準(zhǔn)。且單臺電收塵的改造周期僅為3-7天。

  二、 技術(shù)概要

  眾所周知，現(xiàn)有的單相可控硅電源由于其原理的局限性以及某些產(chǎn)品性能的不足，具有以下缺點，從而導(dǎo)致了電收塵效率低下：

  a. 平均電壓低 - 傳統(tǒng)單相電源的供電特性決定了負載的二次平均電壓與峰值電壓之間存在25-35%的脈動，而ESP實際瞬間最高電壓又被火花放電所限制，所以往往運行時的平均電壓很低。系統(tǒng)阻抗不匹配，容易產(chǎn)生火花擊穿，容易出現(xiàn)低電流/低電壓運行狀態(tài)，影響整體的除塵效率；

  b. 電能轉(zhuǎn)換效率比較低 - 理論計算效率只有70%，實際為50~66%左右。超過30%的電能無法轉(zhuǎn)換為有用功；

  c. 不平衡供電 - 在四電場或十電場實際應(yīng)用中，配電時其中必然有一個電場的高壓電源，單相380VAC/50HZ輸入，一相工作，另兩相處于空載。電除塵器選用的電源規(guī)格越大，不平衡問題就越嚴(yán)重，無法保證電網(wǎng)的功率因數(shù)指標(biāo)。對于一臺1000mA/72KV的設(shè)備就有271A的電流無法平衡；

  d. 電控系統(tǒng)功能不全，動態(tài)反應(yīng)能力差。

  B&W巴威的新型三相系統(tǒng)主回路（見下圖）是由三組可控硅構(gòu)成的三相移相調(diào)壓電路，高壓硅整流變壓器也是三相輸入、三相輸出、三相整流成一路直流高壓加到電除塵器，如下圖所示。與傳統(tǒng)單相系統(tǒng)相比，三相電源無論從電收塵效率提升還是節(jié)能降耗來說都具有明顯的優(yōu)勢。

  對于電收塵器而言，當(dāng)風(fēng)量（V）和收塵面積（A）確定下來后，收塵效率與驅(qū)進速度ω成正比，而ω的大小取決于供電質(zhì)量的優(yōu)劣，即輸出電壓平均值和峰值的大小。三相電源的輸出電壓接近純直流波（波紋系數(shù)<1.05），即平均電壓幾乎等于峰值電壓，從而有效地提高粉塵的荷電能力，大幅度提升除塵效率。其收塵效果遠好于單相電源

  三相電源功率因素（輸入/輸出電能轉(zhuǎn)換效率）可達到95.2%，而傳統(tǒng)單相電源最高只能只有70.7%，實際負載運行時還會更低。以1200mA/72kV變壓器為例，單相電源的輸入電流為325安培，而三相電源只需138安培

  三相電源各相電壓，電流，磁通的大小相等，相位上依次相差120°。任何時候電網(wǎng)都是平衡的，是最科學(xué)合理的用電模式

  因為電能轉(zhuǎn)換效率比單相電源提高25%，三相完全平衡輸入，單臺額定輸入電流可減小55%以上，輸出二次平均電壓比單相電源提高15%左右，有效提高除塵效率。這些因素都直接轉(zhuǎn)化成節(jié)能的效果。可通過安裝電度表的方式實測節(jié)電效果和投資回報率

  巴威SQ300i_3ph電控系統(tǒng)領(lǐng)先的電火花響應(yīng)（美國專利），能在檢測到發(fā)生火花的同一個半波內(nèi)迅速停止導(dǎo)通可控硅。這樣可大大減少由于需要在下一個過零點熄滅火花，而產(chǎn)生破壞電暈功率的電弧。每次火花發(fā)生后，B&W電控系統(tǒng)能自動重新計算慢上升率，以維持在任何工況下能穩(wěn)定地運行。投入使用后，全自動運行，始終檢測并調(diào)整到最佳工況點，無需人為修改參數(shù)

  三相電源的設(shè)備成套性、制造工藝、安裝使用方式都與單相電源類此，用戶無需任何額外培訓(xùn)即可直接操作和維護

  三相電源的接地系統(tǒng)可按單相電源的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行，這在電收塵改造中具有實際意義，將使施工量大幅降低，同時保證了設(shè)備長期運行穩(wěn)定性

  三、 熱電行業(yè)改造項目

  江蘇省內(nèi)建有許多熱電廠為紡織行業(yè)配套供熱，其中常州廣源熱電有限公司共4臺為75t/h循環(huán)流化床鍋爐。

  循環(huán)流化床鍋爐除常規(guī)燃煤外，同時添加3~7%的石灰石CaO作為爐內(nèi)脫硫的脫硫劑。另外廣源熱電同時還摻燒廢棄污泥，這是一項高效低硫的燃燒技術(shù)。但這種煙塵特性給電收塵帶來了不利影響 - 粉塵粘度變大、粉塵比電阻升高、進口粉塵濃度增加…

  廠方曾就電袋一體復(fù)合式除塵器等多種改造方案做過技術(shù)調(diào)研。電袋一體復(fù)合式除塵器因其壓差可能逐漸升高、后期維護費用高、引風(fēng)機可能需增容改造、需要一定停機施工周期等原因暫不采納。

  最終廠方采用了B&W專利的閃絡(luò)自動控制技術(shù)和直流補償技術(shù)，首先對3號爐電收塵實施了改造。電收塵器改造前設(shè)計及運行參數(shù)如下：

  從比收塵面積來看，該收塵器原始設(shè)計偏小。如按常規(guī)機械本體改造進行，需要增加近30%的收塵面積，即增加一個電場。這將使改造成本和施工周期大幅度上升。

  改造于2014年2月上旬完成施工及調(diào)試并投入使用。2014年4月常州市環(huán)境監(jiān)測中心對該電收塵進口及出口進行了粉塵排放測試，并出具正式監(jiān)測報告，結(jié)果如下。隨后幾次測試結(jié)果也進一步證實了本次改造成果的真實性和持續(xù)性

  超出用戶預(yù)計的改造結(jié)果起到了良好的示范帶頭作用，2014年內(nèi)我們有陸續(xù)完成了該廠2號爐和4號爐，以及省內(nèi)長江熱能和廣達熱電的電收塵改造，排放均滿足國家最新環(huán)保要求。

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  四、 水泥行業(yè)改造項目

  “世界水泥看中國，中國水泥看海螺”! 海螺水泥集團作為世界最大的水泥生產(chǎn)企業(yè)也承擔(dān)了更多的環(huán)保社會責(zé)任，面臨著性能提效和環(huán)保達標(biāo)的壓力。

  近年海螺超過30條的新建5000噸及12000噸生產(chǎn)線均使用B&W公司的SQ300i自動電壓控制器作為電收塵核心控制系統(tǒng)，并取得了滿意的效果。

  從2014年開始，為滿足國家最新環(huán)保要求（2015年7月1日起執(zhí)行，窯頭、窯尾收塵器粉塵排放濃度限定在30mg/Nm3以內(nèi)），巴威和上海蘇瑞配合海螺集團開始對舊線的電收塵器進行排放達標(biāo)改造，將原有的單相供電系統(tǒng)改造為B&W三相供電及控制系統(tǒng)。

  以宣城海螺1線（5000噸）窯尾為例，為典型的三風(fēng)機系統(tǒng)并同時運行余熱發(fā)電裝置，有“聯(lián)合操作”和“直接操作”兩種工藝模式，存在工藝條件變化大的特點。

  這種復(fù)合工藝使電收塵電控系統(tǒng)面臨著及其嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。為保證較高以及長期穩(wěn)定的收塵效率，電控系統(tǒng)必須具備全新的低波紋純直流電的供電特性，根據(jù)工況動態(tài)變化而實時調(diào)整參數(shù)的全自動運行能力，以及精度速率要求極高的電火花檢測響應(yīng)功能。

  三相電源改造改造于2014年7月中旬完成施工及調(diào)試并于投入使用。以下為改造前后參數(shù)對比以及實際運行數(shù)據(jù)。該電收塵運行至今，經(jīng)過多次正式監(jiān)測，排放始終維持在20mg/m³以下

  隨后海螺集團又對窯尾雙風(fēng)機高濃度電收塵器以及窯頭電收塵器提出了改造要求。

  雙風(fēng)機系統(tǒng)生產(chǎn)線是水泥行業(yè)比較早期的設(shè)計，電收塵特點是：1）高濃度 - 無旋風(fēng)筒，因此在生料磨關(guān)閉時電收塵進口濃度可達400~600g/m³甚至更高；2） 高負壓 - 尾排風(fēng)機壓頭一般在10000~12000PA左右

  窯頭電收塵器的工作環(huán)境近年來也發(fā)生了較大的變化。隨著水泥工藝的革新大量生產(chǎn)線安裝了了余熱發(fā)電裝置，對節(jié)能降耗起到了巨大的作用，但同時也使窯頭收塵變得更加困難。余熱鍋爐運行之后，電收塵器工作溫度為100℃左右，且濕度很低，造成了粉塵比電阻極高 - 大于10¹²ohm-cm，是影響電收塵效果的主要因素。

  我們也針對性的提供了提效方案，并在包括南京、杭州等排放重點監(jiān)控地區(qū)在內(nèi)的多個分廠完成了改造，排放均長期保持在20mg/m³左右。

  目前上海蘇瑞機電有限公司（上海柯城節(jié)能環(huán)保科技有限公司）攜手巴威為海螺水泥已完成和即將進行改造的已有100多臺電收塵器,更換三相電源530多套，其高效性、可靠性和經(jīng)濟性得到了廠方的一致好評。

  五、 結(jié)論

  通過大量改造實例可以看出，一個設(shè)計合理且運行正常的電收塵器配合先進的供電和電控系統(tǒng)可以使出口粉塵排放降低至10~30mg/m3甚至更低，完全有能力達到國家最新環(huán)保要求。

  B&W 三相電源系統(tǒng)及電容補償技術(shù)對于國內(nèi)現(xiàn)有窯尾電收塵改造有著較好的適應(yīng)性和普遍性。對于無明顯設(shè)計缺陷的老舊電收塵器來說，可以通過電源及控制系統(tǒng)的改造實現(xiàn)達標(biāo)排放，性價比較高且改造周期最短。