1 项目概况
某煤化工公司热电中心（以下简称热电中心）配3台DGJ480/10.2-Ⅱ煤粉锅炉，锅炉为Π型布置、高压自然循环汽包炉、单炉膛、固态排渣，采用平衡通风、直流式燃烧器切圆燃烧方式，锅炉烟气采用双室四电场电除尘器进行除尘，型号为F4×40-2×92-150（276 m2），由于出口烟尘浓度，满足不了GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》中烟尘浓度≤30mg/m3的要求，于2013年至2014年间对锅炉烟气治理项目进了可行性研究，并将原电除尘改造为电袋复合除尘器，改造后烟尘排放浓度达到了≤30mg/m3的要求。
2 电除尘器改造的必要性
2.1 系统现状及影响
（1）电除尘器效率低、出口烟尘排放浓度超标；2013年3月进行了改造前摸底测试工作，委托西安热工研究院有限公司对电除尘器性能进行试验测试，结论如下：一、在480t/h蒸发量下，除尘器实测除尘效率为99.26%，未达到原设计值保证值99.3%。二、在480t/h蒸发量下，除尘器出口排放浓度为93mg/m3烟尘排放浓度，超过了原设计值77.6 mg/m3 ，更不满足2014年即将实施的《火电厂大气污染物排放标准》GB13223-2011国家环保中烟尘浓度≤30mg/m3的要求。（2）烟尘排放浓度高，石膏品质较低，影响吸收塔的脱硫效率和稳定运行。
2.2 电除尘器存在的主要问题及原因分析
（1）电除尘器设计选型偏小（相对于新标准）；原电除尘器设计时根据当时较低的环保标准设计，设备选型偏小，电除尘器的设计效率较低。原电除尘器设计的设计保证除尘效率≥99.3%，除尘器断面积276m2，设计烟气流速0.94m/s，设计比集尘面积为87.01m2/m3/s，原计排放浓度最高为77.6 mg/m3。（2）煤质变化；原设计煤种灰分最高仅为9.9%，正常运行时煤种灰分最高可达30%，造成除尘器出口排放超标。
综上所述锅炉燃烧煤质变化较大是排放无法达标的根本原因，电除尘器设计选型偏小（相对于新标准）是除尘效率低的次要因素。为了改善目前锅炉电除尘器效率低、烟尘排放浓度超标、影响脱硫系统石膏品质的现状，对锅炉电除尘器进行改造是非常必要的。
3 锅炉电除尘器改造工艺方案选择
3.1 电除尘器改造主要基础设计参数（见表1）
表1 电除尘器改造主要基础设计参数
序号 项目 数值 单位 备注
1 烟气量 91.35 104m3/h 与原设计烟气量相同。
2 入口浓度 35 g/Nm3 实际运行中灰分可达30%，入口浓度可达35g/m3
3 烟气温度 ≤160 ℃ 除尘器入口最高温度142℃，考虑夏季环境温度升高，最高烟气温度按照160℃考虑。
4 排放浓度 ≤25 mg/m3
5 除尘器效率 99.93 %
6 漏风率 2 %
7 阻力 ≤1000 Pa
3.2 电除尘器扩容方案
依据西安热工研究院有限公司测试报告，原电除尘器的驱进速度ω为5.35cm/s，按照电除尘器效率计算公式，除尘器如果保证出口烟尘排放≤30mg/m3时，除尘效率需要达到99.91%的除尘效率，需至少增加2个有效长度为4m的电场，现场条件是不允许的，同时电除尘器由于其除尘器原理决定了排放浓度要到达30mg/m3难度很大（见表2）。
表2 对84台电除尘器排放浓度实测结果
出口排放浓度（mg/m3） 数量（台炉） 占总数百分比
30以下 0 0
30～60 17 20.24%
60～100 32 38.10%
100～120 9 10.71%
120～150 4 4.76%
150以上 22 26.19%
注：西安热工研究院有限公司2010年统计
3.3 电除尘改造为旋转极板电除尘器方案
转动极板电除尘器的工作原理与传统电除尘器一样，仍然是依靠静电力来收集粉尘，一般是将末级电场的阳极板改造成可以回转的形式，该技术能提高电除尘器的除尘效率，降低排放浓度。但解决不了微细粉迅速尘荷电和有效收集的关键技术难题，对微细粉尘PM2.5难以有效去除，要达到≤25mg/m3的排放标准是几乎不可能的。
3.4 电除尘器改为布袋除尘器和电袋复合除尘器方案比较
（1）除尘工艺对比：布袋除尘和电袋除尘效率不受烟气成份、含尘浓度、颗粒分散度及粉尘比电阻等粉尘性质的影响，对微细粉尘捕集率一般可达99.9%以上，排放浓度≤25mg/m3甚至更小。
（2）运行阻力对比：相同运行工况下，电-袋复合除尘器的运行阻力要低于布袋除尘器（见图1）。电-袋复合除尘器运行阻力通常为800～1000Pa，布袋除尘器运行阻力通常为1000～1500Pa。
图1 电-袋复合除尘器和袋式除尘器运行阻力对比
（3）经济性对比（见图2）
图2 电袋除尘器与布袋除尘器经济性对比
注：数据来源《热电中心锅炉烟气治理项目可行性研究报告》。
通过以上几个方案对比得出如下结论：采用电除尘器扩容和转动极板电除尘器无法保证除尘器出口≤25mg/m3的排放要求。采用电-袋复合除尘器、布袋除尘器都能确保烟尘排放浓度≤25mg/m3。但电-袋复合除尘器改造方案的设备投资费和运行成本要低于布袋除尘器改造方案。因此热电中心电除尘改造优选电-袋复合除尘器改造方案。 4 电-袋复合除尘器主要技术参数和改造实施过程
4.1 电场区主要技术参数和改造实施过程
（1）电场结构形式和电场风速选择；原一电场左右室保留，阳极板规格不变，进行清灰除锈利旧，损坏的进行更换，原阴极线芒刺磨损严重，按照原规格更换为新阴极线。由于除尘器入口烟尘浓度较高，为防止二次扬尘，电场风速控制在0.94 m/s。保持原阴阳极侧部机械振打系统不变。（2）电场的供电电源选择；将原一电场左右室2台额定容量为1.2A/72KV的高压工频整流变压器电源拆除，更换为2台额定容量为1.2A/72KV的高压高频整流变压器电源。左右室保持独立供电。
4.2 袋区主要技术参数和改造实施过程
拆除二～四电场内部阴、阳极系统及高低压设备，其原壳体保留，在其空间布置滤袋，将其作为布袋除尘区。布袋除尘区每台除尘器在宽度方向分为2列、每列分为3个室、每台除尘器共分6个室。每室安装2台气动提升阀可以控制所在室的投入与退出，每个室之间相互独立。在运行中如果某个室出现故障，关闭该室的提升阀、打开人孔门在严格安全防护下实现不停炉分室检修（即可以实现不停炉进行损坏布袋更换）。布袋区布袋除尘采用外滤式，清灰系统选用低压脉冲、固定行喷吹。脉冲阀规格为3寸淹没式进口电磁脉冲阀，脉冲压力0.2～0.6MPa可调，由于是本厂气候所属北方天气，选择的脉冲阀能够适应严寒气候，不因冰冻影响脉冲阀动作灵敏性（要求脉冲阀在环境温度为-31.4 ℃至50℃正常工作）；阀门防护等级 IP65。日常运行中采用了在线定压清灰控制方式，同时也可以在运行时关闭某个室提升阀，实现离线清灰，保证清灰效果。过滤风速选取1.05m/min，保证除尘器在阻力≤1000 Pa运行，布袋规格：Φ165×8250，材质以PTFE为基布，面层材质采用50%PPS+50%PTFE。袋龙规格：Φ155×8200，表面采用有机硅喷涂烘烤工艺，提高防腐性能，袋笼笼口需采用法兰式防护套结构，避免高速喷吹气流冲刷滤袋口，有效防止袋口损坏。在除尘器左右室入口各设置预涂灰装置，在除尘器投运前在滤袋表面喷涂一层干燥粉煤灰，防止系统启动时的低温油、湿烟气粘污滤袋导致初始阻力增大或糊袋。在一电场左右室顶部设置了左右旁路烟道可以在系统烟气出现异常时（如系统在燃油点火、超高温、超低温）保护滤袋，烟气直接经旁路到除尘器出口从而达到保护滤袋。左右旁路烟道装置分别由2台气动旁路提升阀进行控制。
4.3 输灰系统扩容
输灰系统仍采用正压浓相气力输灰系统。原每台电除尘器8个灰斗利旧，原有除尘器灰斗设气化风系统，配置气化风机、电加热器及灰斗气化板利旧。拆除一电场容积为0.7m3仓泵，拆除二电场容积为0.5m3仓泵，拆除三、四电场容积为0.158m3和0.08m3仓泵，拆除一电场DN140输灰管道。扩容改造为一电场仓泵更换为3m3，管道更换为DN150；二、三、四电场仓泵更换为1m3，二、三、四电场共用一根DN140输灰管道由于磨损不严重利旧，只更换弯头。
5 改造后效果
2014年委托包头钢铁设计院对本厂#1-3锅炉的电-袋复合除尘器进行性能测试，3台除尘器出口排放浓度≤25 mg/m3、运行阻力≤1000 Pa，改造达到了预期效果。此文仅以#3电-袋复合除尘器测试结果为例介绍改造后除尘效果（见表3）， #1、2电-袋复合除尘器测试结果此文不再列表。
表3 #3锅炉电-袋复合除尘器测试结果表
序号 时间 电袋除尘器左室出口 电袋除尘器右室出口
排放浓度（mg/m3） 除尘器效率% 漏风率% 阻力（kPa） 排放浓度（mg/m3） 除尘器效率% 漏风率% 阻力（kPa）
1 2014-9-3 13.74 99.95 0.86 0.8301 12.5 99.97 0.79 0.6530
2 2014-9-4 12.10 99.95 0.83 0.7756 11.94 99.95 0.60 0.6852
3 2014-9-5 11.73 99.95 0.82 0.9371 12.02 99.95 0.73 0.8817
注：数据来源于包头钢铁设计院热电中心#3电-袋除尘器性能测试报告
6 改造总结
（1）电袋除尘器中电除尘区起着极其重要的作用，它直接影响着后级布袋区的各项运行性能及滤袋使用寿命，本改造工程为了提高一电场的除尘性能，在设计时采用将一电场的电源改造为高频电源方式，来提高电除尘区的除尘效果。（2）设计电袋除尘器时一定要考虑除尘器的滤袋数量设计裕量，本项目在电场区故障退出运行和其中任一个布袋区退出运行时，除尘器出口排放浓度、运行阻力仍能达标，同时每个袋室都要设计差压显示仪，实时监测每个袋室的运行状况。（3）布袋除尘器区的阻力占整个除尘器阻力约70%，布袋虑速的选择不宜过高，本项目除尘器选择过滤风速为1.05m/min，基本满足了运行需要。（4）本项目电除尘器改造为电袋复合除尘器时运行阻力增加了约700pa，因此选择电袋除尘器改造方案时对引风机出力要进行校核，防止阻力增加，锅炉达不到额定出力。（5）布袋材质的选择一定按照除尘器的烟气温度、高硫、高氧等最恶劣工况选择，防止布袋损坏，造成烟气排放浓度超标，影响生产的稳定运行。（6）滤袋安装完之后一定要做莹光粉渗透实验。以确保滤袋安装的严密性，同时可检测出花板上面净气室内结构的严密。（7）运行中一定要严格的进行预涂灰，保护滤袋。定期抽取几条滤袋送到滤袋检测机构进行检测，提前判断滤袋的老化程度。
7 结语
本次3台锅炉除尘器改造后，实现了热电中心烟尘达标排放的预期目标，经过一年的运行时间检验，烟尘长期达标排放，为下游的脱硫系统正常稳定运行创造了条件，减少了脱硫系统浆液的污染，提高了脱硫效率，此次改造最大限度的对原除尘器的壳体、设备基础、平台走梯、人孔以及输灰系统管道等都进行了利旧，节约了改造投资费用。
