研究院科技信息简报第7期旋转电极专题.docx
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研究院科技信息简报第7期旋转电极专题
科技信息简报
2011年第7期
批准：
孙平
审定：
赵华
审核：
廖海燕
编制：
张金升崔智勇
神华国华研究院技术研究中心
2011年12月30日
目录
1前言1
2常规静电电除尘器的固有缺陷2
3袋式除尘器的固有缺陷3
4移动极板静电除尘器基本原理4
5移动极板静电除尘器技术优势6
6移动极板静电除尘器国内应用实例12
7移动极板静电除尘器应用前景13
神华国华研究院技术研究中心2011年12月30日
旋转电极式电除尘器技术专题
来源：
新技术部
1前言
随着人们环保意识的不断增强以及国家对环境保护事业的日益重视，污染物排放标准也日益提高，目前各行业较早投产使用的部分电除尘器已不能满足环保要求而面临着更新和改造。
以消耗全国煤炭总产量25%、工业烟尘排放占全国35%的火力发电行业为例，如果严格执行50mg/Nm3的排放标准，许多老电厂电除尘器需要更新或改造。
近几年来，部分新建燃煤电厂采用多电场电除尘器并辅以先进的电源控制技术，或者采用袋式除尘器或电袋复合除尘器来满足排放要求。
国家近期出台的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）已将烟尘排放标准降低到30mg/Nm3以下，重点地区要求低于20mg/Nm3，为达到更低的粉尘排放值，常规电除尘器必须在原有基础上进一步提高除尘效率，在没有更先进的技术应用前提下则意味着增加更多的电场数量、更大的比集尘面积，因此在一定程度上降低了其经济性。
而袋式或电袋复合除尘器则存在压力损失大、滤袋使用寿命短、废旧滤袋后续处理困难、运行中易发生破袋等问题。
此外，若将电除尘器改造为袋式除尘器或电袋复合除尘器，其工程量浩大且还可能需更换引风机及相关设备，从而使改造成本增加。
而旋转电极式电除尘器可以较好的规避以上2种电除尘的固有缺陷。
2常规静电电除尘器的固有缺陷
我国工业领域应用最多的是常规静电电除尘器，静电除尘器在国内应用已有30多年的历史，国内许多研究院所及除尘器生产厂家在提高除尘效率方面也作了大量的研究工作，如：
除尘器扩容、烟气调质的研究、极线配置的研究、气流均布的研究、间歇供电的研究，高频电源的研究等等，这些技术成果虽然在提高除尘效率方面有一定的作用，但并没有彻底解决如粉尘二次飞扬、粘灰及反电晕造成的效率损失。
以下几种原因会造成常规电除尘效率损失：
①由于二次扬尘所造成的效率损失。
●振打引起的振打扬尘。
●窜流、漏风引起的气流扬尘。
●大电流、强电晕引起的电气扬尘。
常规电除尘器通过振打、声波等清灰方式来清理集尘极上的粉尘，在清灰过程中，有一部分已被收集到的粉尘会重新返回到气流中，这些扬尘若发生在前级电场，后级电场对这些扬尘还有一次再收集的过程，但是发生在最末级电场时，将无法再次收集，只能任其排放，最终逸出电除尘器，致使粉尘排放增加。
而振打扬尘所占比例超过所有扬尘80%以上。
有案例研究表明，在高效电除尘器出口的粉尘中，约有20%是由清灰过程中的二次扬尘造成的。
②由于极板粘灰所造成的效率损失。
荷电粉尘到达极板后，由于静电吸附力，粘性粉尘的粘合力以及粉尘表面张力等作用，使粉尘颗粒较牢固的粘附在极板上。
当清灰不力时，将造成极板粘灰。
严重的极板粘灰将阻碍电场继续收尘。
③由于反电晕所造成的效率损失。
高比电阻粉尘荷电困难，其放电同样困难。
当极板上的灰尘达到了一定厚度时,就会形成与电场相反的电位差，最终形成反电晕。
反电晕现象导致电场空间负电荷快速减少,运行电压降低，除尘效率急剧下降。
当前燃煤电厂锅炉燃用煤种复杂多变，对于一些较为特殊的煤种（如准格尔煤），该煤种产生的飞灰性质导致不利于常规静电除尘器的捕集，对除尘器除尘效率影响较大。
目前，高比电阻粉尘所导致的反电晕和振打引起的二次扬尘在很大程度上影响了电除尘器的除尘效率，也是目前常规电除尘器面临的主要技术瓶颈。
3袋式除尘器的固有缺陷
袋式除尘器具有除尘效率高，能捕集微米级粉尘颗粒的优点，因而它与电除尘器都被称为高效除尘器。
与电除尘器相比，其除尘效率不受粉尘成份的影响，且受粉尘浓度和烟气量变化的影响也较小，因而非常适合捕集比电阻高、粉尘粒径细、烟气量和粉尘浓度经常变化的烟尘。
但由于受过滤材料的品质、耐温（一般不超过260℃）和抗腐蚀性影响，在处理高温、高粘性、高湿度和有腐蚀性烟气的粉尘时比较困难，有时可能达到无法使用的程度。
而且其滤材的原材料技术大多被国外公司所控制，导致滤料的成本投入较大、对废旧滤袋的处理较为困难，处理不当将引起严重的二次污染，同时设备的运行阻力高也是一个重要缺陷，从而间接地增加了电耗。
袋式除尘器的滤袋寿命一般2～3年，若每3年更换一套滤袋，对大型袋式除尘器来说其费用高达数百万元，这是一笔不小的维护费用。
从目前单纯电改袋的实施情况来看，多数场合都要加大风机的功率，这不符合当前国家提出的节能减排的总方针。
4移动极板静电除尘器基本原理
移动极板静电除尘器由固定电极和移动电极两部分组合而成，进口端设置为固定电极式，去除粉尘中易于收集的部分，末级电场采用移动电极式，用于收集粉尘中的高比电阻、超细、粘性的粉尘。
移动极板静电除尘器与传统的静电除尘器的区别在于其除尘机理，改传统的振打清灰方式为钢刷清灰。
移动极板静电除尘器的收尘极板是由许多转动的块板组合而成，块状板的两边由链条连接成为一个整体，再由链轮驱动在除尘器的壳体内进行上下缓慢的移动。
放电极安装于收尘区域的收尘极板之间。
当含尘气体通过收尘区域时，粉尘在静电力的作用下被收尘极板收集下来。
移动电极部分的除尘方式是利用安装于设备内的旋转钢刷将沉积于收尘板上的灰尘清除干净。
用于去除粉尘的旋转刷安装于灰斗空间内，该区域属于非收尘区域，没有烟气流过，也不带电，避免了二次扬尘的产生，被收集的粉尘被旋转刷去除，收尘极板始终保持干净，即使处理烟气含高比电阻粉尘也不会影响收尘效率。
而传统的静电除尘器在处理含高比电阻粉尘的烟气时是无法保持恒定的收尘效率的。
日立工业建设公司MEEP技术的性能（该公司的推广资料中获取）
除尘效果：
当进入MEEP的含尘浓度不大于1000mg/m3,此时可以保证出口排放浓度≯50mg/Nm3；
耐高温程度：
可达350℃，长期运行实例330℃；
最大尺寸：
极板有效高度15m时，上下链轮中心距离18.81m；
极板延气流方向长度4.5m,每片极板宽度0.7米；
链轮和链条：
链轮直径460mm，链节长度200mm，极板有效；
高度15m时，共计196节链条，链条长度39100mm；
材料及寿命：
极板---SPCC薄钢板或不锈钢，长期使用；
钢刷：
不锈钢丝，至少8年；
链条：
碳钢淬火处理，无拉紧装置。
已连续使用8年，预计寿命可达15年；
极板运动线速度：
0.5m/分；
电机：
变频1:
10,一台电机带7组极板、17个刷子；
极距和电源电压：
460mm，80kV；
占地：
1000MW机组，烟气量为300万Nm3/h时，采用；
常规ESP+MEEP时，占地25×25m。
图1移动极板静电除尘器与常规电除尘结合使用结构示意图（烟气进入端的第一和第二电场为固定电极系统，出口端部分为移动电极系统）
图2移动极板静电除尘器与常规电除尘结合使用原理示意图
图3移动极板静电除尘器极板及清灰刷安装示意图
5移动极板静电除尘器技术优势
5.1移动极板静电除尘器能够高效收集高比电阻粉尘
静电除尘是利用高压电场产生电晕放电，使气流中的粉尘荷电，并在电场力的作用下，使粉尘从气体中分离，从而使气体得到净化的一种除尘方式。
静电除尘器的收尘效率受粉尘比阻值的影响较大，当高比电阻粉尘存在的情况，传统的静电除尘器收尘效率低下。
其原因在于除尘器的电场间发生了逆电离现象，即我们通常所说的反电晕现象。
反电晕就是在集板电极上产生电晕放电的现象，主要是由于携带电荷的高比电阻粉尘在电场力的作用下，到达收尘极后被收集于极板表面，由于粉尘自身比电阻较高，携带的电荷释放缓慢，并残留部分电荷，这不但会排斥随后而至的带有同性电荷的粉尘，影响其沉降，而且随着粉尘层变厚，两电极间造成一个很大的电压降，以致引起粉尘层空隙中的气体被电离，发生电晕放电。
它与放电电极发生的现象类似，也产生成对的离子和电子。
正离子穿过极间区域朝着放电极方向流动，不仅中和了放电极释放出来的电子，而且还使集尘极附近电场强度减弱，导致除尘效率下降。
而在电场力的作用下．利用传统的振打方式又很难将高比电阻粉尘彻底地从收尘极板上清除掉。
由于反电晕的存在，削弱了正常的电场强度，降低了火花放电电压，降低了二次电压，并且导致电场中电流突变，使运行参数不稳，中和了正常电晕所释放出来的负离子，造成粉尘不能被收集，增加了电晕电流，消耗了大量的电能，静电除尘器的收尘效率却大幅下降，所以，当高比电阻粉尘存在的情况下，传统的静电陈尘器无法正常工作，收尘效率低下。
研究表明，粉尘比电阻在高于1011Ω·cm时，会产生明显的反电晕。
为了在高比电阻粉尘存在的情况下，提高静电除尘器的收尘性能，我们通常采用一些技术手段，如采用湿式除尘器、提高或降低烟气温度来改变粉尘的比电阻值、对烟气进行调质处理、对燃料进行必要的混合处理、改变除尘器供电方式等手段，所有这些方法起到一些改善作用，不能根本地解决问题，而移动极板静电际尘器相比较而言是当前解决该问题更为有效的途径。
在移动极板静电除尘器中，由于收尘极板是上下移动的，而极板清灰是靠灰斗内的旋转电刷进行刷除，并且灰斗区域为不带电区域，极板的清灰彻底而干净，极板上没有粉尘的堆积，可有效避免反电晕现象的发生，所以移动极板静电除尘器能够高效收集高比电阻粉尘。
同时由于极板的清灰刷位于灰斗内部，在烟气流经的范围之外，所以清灰刷清除下来的粉尘直接落入灰斗内部，不会再被气流带出电场，形成二次飞扬。
5.2移动极板静电除尘器较为成熟、稳定
自1979年第一台移动极板静电除尘器问世以来，已有近60台的移动极板静电除尘器应用于全球范围内的各行各业的粉尘收集。
该技术随着工程实际的需要不断更新设计，优化和简化除尘器的运行操作和检修维护，使移动极板静电除尘器的整体设计渐趋成熟，运行操作更趋稳定。
最大的燃煤机组做到1100MW，而烧结行业则从50平米到400平米均有成功应用业绩。
日本是较早应用该技术的国家之一，有资料表明日本日立工业建设公司MEEP技术已成功应用于13座电站（见图四）。
国内也有几家电站应用了该技术。
图4日本日立工业建设公司MEEP技术应用情况（数据来源该公司的宣传材料）
5.3移动极板静电除尘器节约能源、节省空间
与传统固定电极式静电除尘器相比，移动极板静电除尘器具有多种优势，它能将除尘器的电力消耗降至67％，将占用场地降至74％。
使用移动极板静电除尘器的业主可以减少土地占用、基础、运行等方面的费用投入。
表l所示为传统静电除尘器和移动极板静电除尘器基于一台100MW燃煤机组锅炉所作的一个比较。
表2100MW燃煤机组锅炉移动与固定电极的比较
因移动极板静电除尘器比固定极板式静电除尘器的占地要少，在改造旧静电除尘器的项目中，很容易在旧的固定电极式静电除尘器的区域增加移动极板静电除尘器。
从以上分析可以得出，移动极板静电除尘器突破了静电除尘器在应对高比电阻粉尘上的收尘局限，拓宽了静电除尘器的应用范围。
并且移动极板静电除尘器更是节省空间节省能源的新除尘技术，它继承了传统静电除尘器的优势，克服了劣势，解决了传统静电难以应对高比电阻粉尘的难题。
5.4几种电除尘技术经济的比较
表3
表4
表5
5.5移动极板静电除尘器技术特点
综上所述，移动极板静电除尘器的技术优势可归纳成几个方面：
（1）高效收集高比电阻粉尘。
独特的刷式清灰方式可以彻底清除附着于极板上的高比电阻粉尘。
（2）有效防止反电晕现象。
由于极板始终于干净的状态，有效地防止了反电晕现象的发生。
（3）不产生粉尘二次飞扬。
电刷清灰位于烟气流之外的灰斗内进行，有效地防止了粉尘二次飞扬的发生。
（4）随着时间的推移，除尘效率下降缓慢。
（5）适应燃料品种更迭的变化。
摆脱了静电除尘器收尘效率不稳定的缺点。
（6）节省空间、节省能源。
可适用于旧有机组的改造，提升旧有除尘器的除尘效率。
（7）可长期、稳定、可靠地运行。
通过工程应用和技术的不断改进更新，设备易于维护、维修、和保养，使其更具有市场竞争力和经济优势。
（8）可广泛用于收集燃煤锅炉、钢厂烧结机、水泥粉尘、污泥焚烧炉、玻璃熔化炉等。
6移动极板静电除尘器国内应用实例
2006年在中国常州广源热电厂投入了2台套移动极板静电除尘器。
常州广源项目为两台75T燃煤锅炉+掺烧城市污泥的除尘项目，其燃烧产生的粉尘细且比电阻值高，是采用移动极板静电除尘器比较合适的项目。
采用单室三电场结构静电除尘器，前两个电场为固定电极，后一个电场为移动电极式。
投入运行之初国家环保局就对该除尘器进行了排放浓度的检测，检测排放结果为21mg／Nm3。
时隔两年多以后，广源热电厂又重新对该静电除尘器的性能进行了详细的再检测，检测的排放结果为29mg／Nm3。
这期间没有对除尘器进行过任何重大调整，停机等操作。
两次检测表明：
移动极板静电除尘器是一种能够长期稳定维持收尘效率的一种除尘设备。
广东佛山江南发电厂12#炉改造工程，锅炉额定负荷130t/h，原电除尘器排放浓度一直大于200mg/Nm3。
由于场地限制，在不能新增电场和不改变原有布置的条件下，利用原电除尘器壳体进行提效改造。
具体改造方案为：
更换前两个电场的阴极和阳极，阴极线采用放电性能好的RSB线，阳极板采用C480型，阳极振打采用侧部振打，第三电场采用转动极板技术。
在除尘器出口处增加槽型收尘极板。
电气设备采用原有的变压器，更换高、低压控制柜。
经过改造后于2010年1月投运，投运后的电除尘器运行平稳，没有检修、维护的工作，除尘器排放一直保持在29～43mg/Nm3。
2010年10月在内蒙包头第三热电厂300MW燃煤锅炉使用该技术。
拆除原有电除尘器的第4电场的内件（包括阴、阳极系统，阻流板，振打系统，灰斗），在此位置安装转动极板，把原来的第4电场改造成转动极板电场。
改造进口气流分布装置，保证流速的标准方差σ<0.2。
出口加装新型槽板（双层），这种槽板带有振打清灰装置。
主要技术参数见下表。
表1转动电极除尘器的应用实例（包头第三热电厂）
序号
名称
单位
参数
1
锅炉蒸发量
t/h
1024
2
电场数量
个
3个常规电场+1个转动电极电场
3
同极间距:
mm
405
4
有效断面积
㎡
2X312
5
阴极线型式
芒刺线
6
一、二、三电场振打方式
整体侧部振打
7
四电场振打方式
阴极侧部振打，阳极无振打
8
处理烟气量
m3/h
2128064m3/h
9
进口含尘浓度
g/Nm3
≤18.2
10
原粉尘排放值
mg/Nm3
≥280
11
设计粉尘排放值
mg/Nm3
≤45
12
实际粉尘排放值
mg/Nm3
≤40
7移动极板静电除尘器应用前景
移动极板静电除尘器是一种较成熟、稳定的新型静电除尘器，能够达到较高的收尘效果，操作维护简单方便，运行成本低于常规静电除尘器及布袋除尘器。
可以实现应用相对较小的集尘面积达到更好的除尘效果。
在大、中型机组上采用移动极板静电除尘器，设备的初期造价比常规静电除尘器略高一些，但结合长期的运行成本来看，综合了电力消耗等因素在内后，移动极板静电除尘器有着较高的性价比。
该技术在日本十几个电站得到应用，据推广文献介绍该技术是成熟、稳定的。
在国内,该技术应用的历史较短，一些设备的疲劳损坏期未知，全寿命周期的检修维护费用不确定；因装置有部分转动设备安装在除尘器内部，比如链轮、旋转电极、钢刷等，一担损坏，不便于检修更换，给应用带来一定的风险。
根据国家新的大气污染物排放标准之要求，当前一些技术较为落后的除尘设备需要通过必要的技术改造才能满足要求。
由于动极板静电除尘技术的特点比较适用于排放要求高、无需扩容场地的除尘设备改造，在除尘器改造市场有较大的应用前景。
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