工業(yè)電收塵器減排達(dá)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(gè)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(jí)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(tuán)隊(duì)，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(jì)了大量電收塵運(yùn)行和改造經(jīng)驗(yàn)。巴威與國內(nèi)知名的上海蘇瑞機(jī)電有限公司（上?？鲁枪?jié)能環(huán)保科技有限公司）攜手，首先對(duì)國內(nèi)各行業(yè)使用的電收塵進(jìn)行了設(shè)備及工藝評(píng)估，認(rèn)為國內(nèi)大多數(shù)電收塵的機(jī)械設(shè)計(jì)完全有能力達(dá)到10~30mg/m³的排放水平。據(jù)此針對(duì)性的提供了在維持現(xiàn)有工藝及機(jī)械運(yùn)行條件不變的基礎(chǔ)上進(jìn)行單純供電及控制系統(tǒng)改造的方案。

  近年來我們實(shí)施完成的超過50個(gè)國內(nèi)電收塵改造項(xiàng)目，實(shí)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(tái)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(diǎn)，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(fù)載的二次平均電壓與峰值電壓之間存在25-35%的脈動(dòng)，而ESP實(shí)際瞬間最高電壓又被火花放電所限制，所以往往運(yùn)行時(shí)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(yùn)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(jì)算效率只有70%，實(shí)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(shí)際應(yīng)用中，配電時(shí)其中必然有一個(gè)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(duì)于一臺(tái)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(dòng)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(duì)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(jìn)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(yuǎn)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(dá)到95.2%，而傳統(tǒng)單相電源最高只能只有70.7%，實(shí)際負(fù)載運(yùn)行時(shí)還會(huì)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(shí)候電網(wǎng)都是平衡的，是最科學(xué)合理的用電模式

  因?yàn)殡娔苻D(zhuǎn)換效率比單相電源提高25%，三相完全平衡輸入，單臺(tái)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?？赏ㄟ^安裝電度表的方式實(shí)測節(jié)電效果和投資回報(bào)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(gè)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(gè)過零點(diǎn)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(dòng)重新計(jì)算慢上升率，以維持在任何工況下能穩(wěn)定地運(yùn)行。投入使用后，全自動(dòng)運(yùn)行，始終檢測并調(diào)整到最佳工況點(diǎn)，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(hù)

  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(shí)際意義，將使施工量大幅降低，同時(shí)保證了設(shè)備長期運(yùn)行穩(wěn)定性

  三、 熱電行業(yè)改造項(xiàng)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(tái)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(shí)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(shí)還摻燒廢棄污泥，這是一項(xiàng)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(jìn)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(hù)費(fèi)用高、引風(fēng)機(jī)可能需增容改造、需要一定停機(jī)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(dòng)控制技術(shù)和直流補(bǔ)償技術(shù)，首先對(duì)3號(hào)爐電收塵實(shí)施了改造。電收塵器改造前設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù)如下：

  從比收塵面積來看，該收塵器原始設(shè)計(jì)偏小。如按常規(guī)機(jī)械本體改造進(jìn)行，需要增加近30%的收塵面積，即增加一個(gè)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(duì)該電收塵進(jìn)口及出口進(jìn)行了粉塵排放測試，并出具正式監(jiān)測報(bào)告，結(jié)果如下。隨后幾次測試結(jié)果也進(jìn)一步證實(shí)了本次改造成果的真實(shí)性和持續(xù)性

  超出用戶預(yù)計(jì)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(hào)爐和4號(hào)爐，以及省內(nèi)長江熱能和廣達(dá)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(xiàng)目

  “世界水泥看中國，中國水泥看海螺”! 海螺水泥集團(tuán)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(huì)責(zé)任，面臨著性能提效和環(huán)保達(dá)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(dòng)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(tuán)開始對(duì)舊線的電收塵器進(jìn)行排放達(dá)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(jī)系統(tǒng)并同時(shí)運(yùn)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(diǎn)。

  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(dòng)態(tài)變化而實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)的全自動(dòng)運(yùn)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(duì)比以及實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)。該電收塵運(yùn)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(tuán)又對(duì)窯尾雙風(fēng)機(jī)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(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)線是水泥行業(yè)比較早期的設(shè)計(jì)，電收塵特點(diǎn)是：1）高濃度 - 無旋風(fēng)筒，因此在生料磨關(guān)閉時(shí)電收塵進(jìn)口濃度可達(dá)400~600g/m³甚至更高；2） 高負(fù)壓 - 尾排風(fēng)機(jī)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(duì)節(jié)能降耗起到了巨大的作用，但同時(shí)也使窯頭收塵變得更加困難。余熱鍋爐運(yùn)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(duì)性的提供了提效方案，并在包括南京、杭州等排放重點(diǎn)監(jiān)控地區(qū)在內(nèi)的多個(gè)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(jī)電有限公司（上海柯城節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰荆y手巴威為海螺水泥已完成和即將進(jìn)行改造的已有100多臺(tái)電收塵器,更換三相電源530多套，其高效性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性得到了廠方的一致好評(píng)。

  五、 結(jié)論

  通過大量改造實(shí)例可以看出，一個(gè)設(shè)計(jì)合理且運(yùn)行正常的電收塵器配合先進(jìn)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(dá)到國家最新環(huán)保要求。

  B&W 三相電源系統(tǒng)及電容補(bǔ)償技術(shù)對(duì)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(duì)于無明顯設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，性價(jià)比較高且改造周期最短。