引言某电厂1号、2号机组为600 MW亚临界机组，2003年投入商业运行，锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产，锅炉型号HG-2008/17.4-YM5，亚临界参数、一次中间再热、控制循环汽包炉，采用平衡通风、直流式燃烧器四角切圆燃烧方式，设计燃料为准格尔烟煤。锅炉尾部烟道配备浙江菲达设计制作的双室五电场除尘器，总集尘面积96 000 m2（1台炉），比集尘面积87.49 m2/(m3/s)，相对本厂其他机组电除尘器比集尘面积113.9 m2/(m3/s)，1号、2号机组电除尘器收尘面积相对较小。随着除尘器设备老化和机组配煤掺烧进行，进入除尘器的烟气量和烟尘成分严重偏离设计值，造成1号、2号机组电除尘器出口烟尘在40~70 mg/m3，高于设计值，掺烧比电阻大、灰分高的煤种时，除尘器出口烟尘浓度高于80 mg/m3，导致总排口颗粒物排放浓度达标控制较难，增大了机组颗粒物排放超标的概率，加大了环保风险，严重影响机组安全稳定运行。针对目前本厂电除尘器运行现状开展现场测试与实验室分析相结合的方法，深入探究影响电除尘器除尘效率的原因。1烟尘排放现状1.1总排口烟尘超限情况2021年1~7月，1号机组烟尘超限（限值10 mg/m3，超限时长5 min）次数为12次，超限时长最长为16 min，1次超限时长超过10 min，最高值达11.85 mg/m3。2号机组烟尘超限次数为42次，超限时长最长为16 min，超限6次超限时长超过10 min，最高值达16.8 mg/m3，瞬时超限频繁，烟尘排放最值较高。2021年1~7月，1号、2号机组总排口烟尘超限次数、次数分布如图1、图2、图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.08.005.F001图11号、2号机组2021年1~7月总排口烟尘超限次数10.3969/j.issn.1004-7948.2022.08.005.F002图21号机组2021年1~7月烟尘超限次数分布10.3969/j.issn.1004-7948.2022.08.005.F003图32号机组2021年1~7月烟尘超限次数分布1.2电除尘器出口烟尘排放浓度情况2021年1~8月，1号机组脱硫入口尘排放浓度大于50 mg/m3的时间占比为93.75%，大于90 mg/m3的时间占比为29.34%，最高值达220 mg/m3，2号机组脱硫入口尘排放浓度大于50 mg/m3的时间占比为52.99%，最高值达189 mg/m3，1号、2号机组脱硫入口烟尘浓度长期大于50 mg/m3，处于高值，总排口颗粒物浓度达标控制较难，增大了排放超标的概率。2电除尘器除尘效率影响分析2.1飞灰比电阻测试比电阻是衡量粉尘导电性能的参数，对电除尘器效率的影响最为突出[1]。比电阻指尘粒在疏松状态下的当量电阻，在数值上等于单位面积、单位厚度粉尘的电阻值。电除尘器最适合的粉尘比电阻范围是104~1011 Ω·cm。粉尘比电阻过大或过小，都不利于电除尘器的稳定运行，对除尘效率有较大影响[2]。测试电压为500 V，不同温度下的电除尘器比电阻测试结果如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.08.005.T001表1不同温度下的电除尘器飞灰比电阻设计要求项目测试温度/℃25.580.0100.0120.0150.0180.0比电阻/（Ω·cm）9.60×10105.80×10112.58×10125.88×10129.40×10123.40×1012测试电压为4 kV，1号机组1号灰斗二电场灰样的比电阻测试结果如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.08.005.T002表21号机组1号灰斗二电场灰样比电阻测试结果项目测试温度/℃105115125135145155165175185195电流/nA0.50.80.91.01.32.52.84.03.32.4比电阻/（Ω·cm）8.00×10135.00×10134.44×10134.00×10133.08×10131.60×10131.43×10131.00×10131.21×10131.67×1013由测试结果与技术协议对比可知，1号机组运行过程中，灰样比电阻值高于除尘器技术协议中灰样比电阻值的要求。2.2高比电阻粉尘对电除尘效率的影响高比电阻粉尘是产生反电晕的直接原因，会降低除尘效率。高比电阻粉尘到达阳极形成粉尘层时，所带电荷不易释放，会在阳极粉尘层面上形成一个负离子层[3]。由空间电荷对电场的影响可知，其屏蔽了部分通往电晕极的电力线，削弱电晕极附近的电场强度，提高阳极板面处的电场强度，造成电晕区电离减弱，电晕电流下降[4]。阳极板表面积灰厚度的增加以及残余电荷分布不均匀，会发生局部击穿和电离。如果局部击穿现象出现频率较高，发生的电离会产生大量的电子和正离子，电子进入阳极，正离子进入电场，使原电场负空间电荷的影响大幅度降低，电晕的电离加强，电晕电流增大。电晕外区的低场强区汇聚了大量正、负离子，正离子引入后加快了复合，导致电流增大，击穿电压大幅度降低。这种异常的电流减小或增大、电压下降的现象就是典型的反电晕[5]。如果粉尘比电阻过高，粉尘层中的压降骤增，达到一定程度后会导致粉尘层局部击穿，产生火花放电，发生反电晕。其结果是二次电流增大，二次电压降低，粉尘飞扬严重，导致除尘器收尘性能显著恶化，除尘效率下降[6]。2.3除尘器灰斗灰样粒径测试4个电场灰样粒径较小的烟尘占测试数量的10%，平均为2.75 μm；大粒径的烟尘占测试数量的90%，平均为23.83 μm；大粒径的烟尘对电除尘的烟尘捕集较容易，小粒径烟尘对电除尘的烟尘捕集较困难。随着颗粒物分级粒径增大，脱硫协同除尘效率明显增加，900 μm粒径液滴群对10 μm颗粒物的脱除效率可达70%，但对1 μm颗粒物的脱除效率低于5%。除尘器灰样粒径测试数据如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.08.005.T003表3除尘器灰样粒径测试数据样品编号取样位置测试结果平均粒径D10D50D90NT21008-0031电场3号灰斗8.832.626.6417.60NT21008-0012电场1号灰斗6.801.704.9415.60NT21008-0043电场5号灰斗18.103.8614.8340.32NT21008-0024电场1号灰斗10.582.946.6524.42NT21008-0055电场7号灰斗9.272.636.0221.16μm2.4粉尘粒径对电除尘效率的影响粉尘颗粒在电除尘器内的速度由烟气提供的初始速度和电场力施加的增量速度叠加而成，在初始速度和电极电压不变的情况下，粉尘粒径越小，相应增量速度以及总速度就越小，导致颗粒的速度方向在空气阻力的作用下发生偏转。根据斯托克斯定理，若速度环量不为0，该区域必然存在漩涡。随着粉尘颗粒直径的增加，粒子的增量速度及合速度大幅度增加，使粒子突破空气阻力沿原方向继续运动的能力越来越强，涡流的强度随之降低。由于增量速度增大，粒子合速度的方向大幅偏向收尘极板，此时收尘效率会大幅度提高[7]。本厂电除尘器在役时间长，除尘器容量偏小，随着配煤掺烧的进行，进入除尘器的烟气量和烟气成分严重偏离设计值，高浓度、高比电阻烟尘对电除尘器运行产生较大危害，造成的主要问题有：（1）高浓度的飞灰具有较强的磨损性，对电除尘器的气流分布装置造成严重磨损，导致除尘器入口流场不均，降低除尘效率。（2）高浓度飞灰的空间电荷效应对电极产生强烈的电晕抑制作用，在相同运行电压下，电晕电流明显降低，降低除尘效率。（3）高浓度飞灰会使电极积累更厚的粉尘层，粉尘层越厚电压降增大，有效电晕功率降低，进一步降低除尘效率。（4）高浓度飞灰增加了电除尘器输灰系统的负担，对输灰系统的稳定性提出了更高的要求。（5）高比电阻粉尘会产生反电晕现象，反电晕产生极性相反的电荷中和飞灰电荷，导致被中和的飞灰颗粒不能被捕集，除尘效率严重降低。（6）高比电阻飞灰会导致当前电除尘器运行电压、电流、火花率行为的改变。因此，应根据烟气参数的变化及时进行电除尘提效改造，确保达标排放。3除尘器入口流场模拟优化除尘器入口流场优化前，外侧烟道烟气流场存在贴壁旋转现象，两侧入口烟道烟气流量不均匀。除尘器入口流场优化前速度流线如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.08.005.F004图4除尘器入口流场优化前速度流线除尘器入口流场优化后：外侧烟道烟气流场不存在贴壁旋转现象，两侧入口烟道烟气流量基本均匀。除尘器入口流场优化后速度流线如图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.08.005.F005图5除尘器入口流场优化后速度流线流场优化前后参数对比如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.08.005.T004表4流场优化前后参数对比项目压降/Pa入口流量比优化前387.91.18优化后359.61.064电除尘器提效改造电除尘器改造方案包括本体优化提效、电源改造、本体扩容改造、湿式电除尘器、电袋复合除尘器、袋式除尘器等。根据该厂电除尘器运行情况，分析比对以下改造方案：（1）电源改造：本电厂1号、2号机组于2003年建成投产，原除尘器电源均为工频电源。2014年，1号、2号机组1电场、2电场进行了高频电源改造；2020年，2号机组3电场进行了高频电源改造。目前，1号机组电除尘器1、2电场为高频电源，3电场、4电场、5电场为工频电源，2号机组电除尘器1电场、2电场、3电场为高频电源，4电场、5电场为工频电源。1号、2号机组2021年1~8月除尘器平均二次电流、二次电压运行曲线如图6、图7所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.08.005.F006图61号、2号机组电除尘器2021年1~8月二次电流运行曲线10.3969/j.issn.1004-7948.2022.08.005.F007图71号、2号机组电除尘器2021年1~8月二次电压运行曲线由图6可知，2台机组二次电流运行基本偏差较小，波动范围集中700~1 300 mA，1号机最高电流1 500 mA，2号机最高电流为1 400 mA，电源柜额定二次电流1.4 A，运行二次电流偏高。由图7可知，2台机组二次电压运行基本偏差较小，波动范围集中40~60 kV，1号最高电压机102.7 kV，2号机最高电压67.4 kV，电源柜额定二次电压80 kV，运行二次电压在正常范围内。因此，1号、2号除尘器电源无再改造优化必要性。（2）除尘器本体扩容改造：1号、2号机组现有设备不进行改造，除尘器各室出口缩口后，烟道直接进入烟道联箱，联箱出口烟道向下进入引风机房，与引风机入口烟道连接，空间有限，不满足电除尘本体单电场长度4 m的要求，故不推荐除尘器本体扩容改造方案。（3）袋式除尘器改造：袋式除尘器除尘效果好，但需要增加阻力1.5~2.0 kPa，引风机压头裕量1.75 kPa。如果采用袋式除尘器，增加阻力大于引风机压头裕量，故不推荐袋式除尘器改造方案。（4）湿式电除尘改造：湿式电除尘器布置形式主要包括立式布置、卧式布置，布置位置主要有脱硫塔顶部、零米位置、吸收塔出口水平烟道。在脱硫塔顶部布置立式管式湿式电除尘，需要对吸收塔本体进行改造，在吸收塔内除雾器以上的空间增设管式湿式电除尘，吸收塔出口到烟囱入口的烟道也需要改造。该布置方式需要对吸收塔基础进行加固，改造工程量大，适用于新建吸收塔项目，不适用于运行机组二次改造。布置立式或卧室的湿式电除尘器烟道改造的工程量较大，会增大烟气阻力[8]。吸收塔出口水平烟道布置径流式湿式电除尘器，该方案与前两种布置方式比，具有改造工程量少、阻力增加值小的优点，因此推荐径流式湿式电除尘器改造方案。（5）电袋复合除尘器改造：结合本厂1号、2号机组情况，保留现有电除尘器第一、二电场，拆除后3个电场顶部支架、内、外顶盖以及内件，保留并移位内顶盖大梁，内部增设花板、布袋、龙骨。除尘器利用1电场、2电场电除尘器去除70%~80%的大颗粒烟尘，利用后级布袋除尘器除去剩余20%~30%微细粒烟尘，形成“2电+3袋”电袋复合除尘模式[9]。综上，本厂除尘器改造可考虑湿式电除尘器和电袋复合除尘器2种改造方案。（6）本体优化提效：在电除尘器升级改造的同时，对电除尘器本体进行优化提效。除尘器入口烟道流场优化，保证除尘器入口流场均匀，对烟风道进行防磨喷涂和涂防磨泥处理，有效提高烟风道抗磨性，消除漏点降低漏风率，有利于整体除尘效率；对阴极芒刺线、螺旋线进行升级改造，采用抗腐蚀性更强、强度更强、不易断线的材质，对连接处进行加强处理，降低断线率，延长使用寿命，提高电场可靠性；对振打装置进行改造优化，提高振打装置的可靠性，优化振打周期，使振打效果更佳；针对高浓度高比电阻飞灰问题，可以考虑斜气流技术、宽极距配高等级电压电源、间隙供电、烟气调质、静电凝聚、旋转极板等技术，根据实际情况解决高浓度高比电阻飞灰问题[10-11]。5结语为了降低发电成本，配煤掺烧在燃煤电厂中的应用愈发普遍，随着环保要求愈发严格，对燃煤电厂除尘器运行要求提出了更高的要求。除尘器提效优化改造迫在眉睫，针对某电厂电除尘器运行情况，通过现场烟气烟尘测试、入口流场优化模拟、飞灰比电阻、粒径测试等方法，深入探究了影响电除尘器除尘效率的原因，为电除尘器提效改造提出了建议措施。