（环境工程专业论文）燃煤电厂电除尘器提效节能技术的分析研究.pdf

呵 l 声明尸明 i l lll ii i ii iii ii i iii il 17 8 5 4 7 9 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文燃煤电厂电除尘器提效节能技术 的分析研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研 究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：一喜喀一一日 期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 翌遁 导师签名： j j q _ 、 - l l ， i 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 本文从电除尘器基础理论出发，分析了影响电除尘器提效节能的主要因素，对 火电厂电除尘器节能减排的原理，高压供电节能减排除尘效率公式，及高压供电节 能效率公式等进行了分析研究，并在此基础上，计算分析了不同煤种占空比调整的 数值。本文还分析了电除尘器高压供电设备与低压控制设备提效节能的技术措施， 提出了节能减排技术方案，为火电厂电除尘器的设计、调试、运行和提效节能提供 参考依据。 关键词：电除尘器提效节能除尘效率高压供电低压控制 a b s t r a c t b a s e do nt h et h e o r yo fe l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r ，t h ep a p e rh a sa n a l y z e dt h em a j o r f a c t o r so ne f f i c i e n c ye n h a n c i n ga n de n e r g y - s a v i n go fe p , s t u d i e dt h ep r i n c i p l e so f e n e r g y s a v i n g e m i s s i o n - r e d u c t i o n ，t h ee ph i g h - v o l t a g ec u r r e n ts u p p l ye n e r g y s a v i n g & e m i s s i o n r e d u c t i o nd u s tr e m o v a le f f i c i e n c yo ff o r m u l a ，a n dh i g h - v o l t a g ec u r r e n ts u p p l y e n e r g y s a v i n ge f f i c i e n c yo ff o r m u l a o nt h i sb a s i s ，t h ep a p e rh a sa n a l y z e dt h en u m e r i c a l v a l u eo fd u t y f a c t o r sa d j u s t m e n ta b o u td i f f e r e n tc o a l s t h ep a p e rh a sa n a l y z e de f f i c i e n c y e n h a n c i n g e n e r g y s a v i n gt e c h n i c a lm e a s u r e so fh i g h - v o l t a g ec u r r e n ts u p p l yd e v i c ea n d t h el o wv o l t a g ec o n t r o ld e v i c e ，t h e np r o p o s e dt h et e c h n i c a ls c h e m e s i ts h o u l db e p r o v i d e ds o m er e f e r e n c e sf o rd e s i g n i n g ，d e b u g g i n g ，o p e r a t i o na n de f f i c i e n c y r a i s i n g e n e r g y - s a v i n go fe pi nt h e r m a lp o w e rp l a n t s k e yw o r d s ：e l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r ； y i nq i ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f h um a n y i n e f f i c i e n c ye n h a n c i n g & e n e r g y s a v i n g ；d u s t r e m o v a le f f i c i e n c y ；h i g h - v o l t a g ec u r r e n ts u p p l y ：l o wv o l t a g ec o n t r o ld e v i c e j 一 华北电力大学硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章引言1 1 1 选题背景- l 1 2 国内外研究现状1 1 3 课题主要研究内容3 1 4 对电除尘器节能减排技术研究的现实意义4 第二章影响电除尘器提效节能的主要因素5 2 1 影响电除尘器除尘效率的主要因素5 2 1 1 我国煤、灰特性的影响5 2 1 2 粉尘特性的影响：5 2 1 3 烟气性质的影响5 2 1 。4 操作因素的影响5 2 1 5 电气与控制特性的影响一5 2 2 影响电除尘器节能的主要因素一5 2 2 1 控制方式的影响6 2 2 2 低压控制特性的影响6 2 2 3 二次电晕功率6 第三章电除尘器提效节能基本理论及公式7 3 1 电除尘器除尘效率公式的研究7 3 1 1 提效节能型e p 除尘效率公式分析研究7 3 1 1 1 依据：7 3 1 1 2 提效节能型e p 除尘效率公式的分析研究8 3 1 1 3 提效节能型e p 除尘效率公式的意义1 2 3 1 2 结论1 2 3 2 电除尘器能耗分析1 3 3 2 1 电除尘理论能耗1 3 3 2 2e p 高压供电二次实际能耗1 4 3 2 3e p 高压供电能耗的分类1 4 华北电力大学硕士学位论文目录 3 3 电除尘器高压供电节能效率公式的研究1 5 3 3 1 特性曲线分析研究1 5 3 3 2 二次电晕功率公式分析研究1 7 第四章电除尘器高压供电设备提效节能技术手段。2 1 4 1 直流供电电除尘器2 1 4 1 1 直流供电电除尘器概述2 l 4 1 2 直流电除尘器的反电晕现象2 1 4 1 3 反电晕的危害2 2 4 2 脉冲供电_ “2 2 4 2 1 脉冲供电工作原理2 2 4 2 2 实际应用中的脉冲供电系统简介2 3 4 2 3s m i d t h 的脉冲供电系统的应用2 5 4 3 间歇供电2 8 4 3 1 间歇供电对反电晕的抑制原理2 8 4 3 2 电除尘器的间歇供电系统的实现2 9 4 3 3 间歇供电对除尘效率的影响。3 l 4 3 4 间歇供电的节能作用3 l 4 3 5 间歇供电在实际运用中的情况举例3 2 第五章电除尘器低压控制设备提效节能技术手段3 4 5 1 电除尘器低压控制系统概述3 4 5 1 1 振打控制系统3 4 5 1 2 卸灰控制系统3 4 5 1 3 加热控制系统3 5 5 2 电除尘器低压控制系统节能减排措施的分析_ 3 5 5 2 1 振打周期的优化3 5 5 2 2 加热装置的改进一3 7 第六章实例分析4 0 6 1 提效节能型e p 除尘效率公式：4 0 6 2 提效节能型电除尘器高压供电节能效率公式g 4 2 6 3 实例分析4 2 膏 华北电力大学硕士学位论文目录 6 3 1 例证1 4 2 6 3 2 例证2 4 5 6 3 3 例证3 4 7 第七章结论与展望6 5 7 1 结论6 5 7 2 尚需完善的问题6 5 参考文献一6 6 致谢6 8 在学期间发表的学术论文和参加科研情况6 9 、 ， - 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题背景 第一章引言 随着我国经济的迅速发展，电力工业也随之得到了快速的发展，在我国的电力 行业中，燃煤电厂仍然占据着主导地位。而作为以煤炭为主要能源的国家【i 】，这种 能源结构长期不会改变，因此我国目前的大气污染总体上还是以煤烟型污染为 主煤燃烧过程中所产生的小于1 0 p , m 的颗粒物是主要污染物之一。由于这些可吸 入颗粒物其表面易于富集大量有毒有害的重金属，对环境造成污染，对人体产生严 重危害。因此，颗粒物的形成和控制问题引起了国内外学者的广泛关注。在工业及 其他行业的各种工艺工程中，颗粒物的形成在所难免，所以，除尘技术的形成和发 展成为必然，已成为我国治理环境污染的重要课题之一。而电除尘器在我国环境保 护事业中起着重要的作用，作为大气污染治理的主要设备之一，被广泛应用于电力、 建材、冶金、化工、轻工和电子等行业的烟气净化。 国家环保总局和国家质量监督检验检疫总局联合发布了新修订的国家污染物 排放标准火电厂大气污染物排放标准( g b l 3 2 2 3 - - 2 0 0 3 ) 。新标准规定了自2 0 0 4 年1 月1 日起，对于火力发电锅炉烟尘最高允许排放浓度将执行5 0 m g m 3 的标准【2 】。 电除尘器( e p ) 只有走科技创新之路，才能适应与满足新形势的要求，如何进 一步挖掘电除尘器的潜力，进一步提高电除尘器的性能，都是摆在我们面前的现实 问题。影响电除尘器性能的三大因素为本体结构、供电控制和运行工况。运行工况 主要包括烟气性质与粉尘性质，其中烟气流速与粉尘比电阻的影响较为突出，电除 尘器运行时二次扬尘与反电晕影响比较严重。电除尘器供电控制设备在适应运行工 况的要求和提高电除尘器整体性能方面也起着至关重要的作用。多年来，燃煤电厂 电除尘器供电控制设备基本上均运行在大功率( 火花自动跟踪或火花整定) 工作方 式下，这种工作方式是否最合理? 电除尘器供电控制设备能否进一步发挥更大作 用，能否使其在提高除尘效率，降低烟尘排放浓度的同时提高电能的有效利用率而 降低能量消耗，这些都是我们面临的重要课题。 目前，我国火电厂配备电除尘器的装机容量已经占到火电机组总容量的9 0 以 上，电除尘器运行消耗的电量约占机组发电量的4 o , - - - - 6 o ，占厂用电的6 9 ， 且随着排放标准的日趋严格，如何使电除尘器符合我国节能减排的战略目标就显得 十分迫切和重要。 1 2 国内外研究现状 华北电力大学硕士学位论文 从1 9 5 5 年以来，采用电除尘技术处理工业烟尘及空气净化工程数量成倍增加， 各国企业界、学术界对电除尘理论与技术进行了大量的研究工作。1 9 8 0 年m a s u d a 等，1 9 9 0 年与川慎太郎等以及2 0 0 1 年王海宁等分别进行了用高电压窄脉冲供电方 式，对烟尘进行了脉冲直流电场的同极性离子荷电凝聚，增大了烟尘荷电量级粒径， 提高了粉尘的荷电凝聚性能，改善了电除尘器的反电晕问题，使捕集高比电阻粉尘 的效率有所提高。1 9 9 2 年，阪本清等采用间歇供电的方法改善了高比电阻粉尘的荷 电凝聚性能，解决了烧结烟气的除尘疑难问题。近几十年电除尘技术在工艺上有了 改进，并在粉尘荷电凝并机理及方法上也有了不少探索性的研究p j 。 我国从事电除尘技术的研究起步较晚，到了2 0 世纪7 0 年代，电除尘器才在我 国得到了应有的重视和比较广泛的应用。 我国燃煤电厂采用电除尘器处理锅炉烟气是从上世纪五十年代开始的【4 】。1 9 5 4 年，保定热电厂l 撑3 拌炉( 2 0 0 t h ) 先后各安装一套东德制造的5 5 m 2 e p 。该e p 为 鱼鳞型收尘极板，星形电晕线，阳极采用撞击式振打，阴极应用凸轮脱钩式振打 高压装置为人工调压机械同步整流供电方式，运行时电场风速达2 0 m s 以上。1 9 5 6 年吉林热电厂l 群、2 群炉2 3 0 ( t h ) 各安装一套苏联制造的2 4 5 5m 2e p 。在此后的 2 0 余年中，韩城、闵行、杨树浦、邵武、永安等电厂先后安装了1 0 余套国产e p 直到1 9 7 9 年，我国燃煤电厂e p 对应的锅炉容量仅占火电厂锅炉总容量的4 3 。由 于这些早期e p 因设计参数偏离较大，设备结构不够合理，运行维护经验欠缺，再 加环保意识不强等种种原因，e p 除尘效率未能达到预期目标。当时，造价昂贵的 e p 与造价低很多的旋风、多管、水膜、文丘里、斜棒栅除尘器等的除尘效率不相上 下，这对e p 声誉造成了严重不良影响。到1 9 7 5 年前近2 0 年间，火电厂再未新建 过e p ，使电力行业e p 的应用不仅远远落后于工业发达国家，还滞后于我国冶金、 建材等行业。但是通过长期实践，经过不断检修与技术改造，锻炼了一批研究开发 电除尘技术的骨干力量，积累了不少宝贵经验，为1 9 8 0 年以后大规模采用e p 打下 了基础。 在此期间，我国各工业部门执行的是工业“三废”排放试行标准( g b j 4 1 9 7 3 ) 。 对于火电厂锅炉，是按不同的烟囱高度规定不同的允许粉尘排放量。用低效率的旋 风、多管等除尘器基本就可以达到排放标准，除尘效率一般在8 0 - - 一9 0 。 随着我国推行改革开放政策，火电也随着国民经济的增长而快速发展。国家制 定了火电厂大气污染物排放标准，标准规定，新建电厂烟尘允许排放浓度为 2 0 0 m g n m 3 ，这一标准比原来要严格得多。 当时，电力部规定，今后单机容量为2 0 0 m w 及以上时，宜配电除尘器。若电 厂位于大、中城市，单机容量为1 0 0 - - 一，1 2 5 m w 时，也应选用电除尘器。 2 ， 华北电力大学硕士学位论文 1 9 7 9 年元宝山电厂购迸了2 0 0 m w 褐煤机组配套的德国2 台1 7 3 m 2 e p ，这是我 国第一个大机组现代化除尘设备，成为我国火电行业学习国外先进技术的样板。 1 9 7 9 1 9 8 2 年，在电力部关注下，在福建邵武发电厂先后设计建造了两台7 5 t h 锅炉的e p ，并组织了以西安热工研究院为主，兰州电力修造厂、华北电力大学、福 建电力科学研究院和邵武电厂等单位组成的e p 试验研究小组，开展了多项研究工 作，当时该电厂成了电力部的电除尘试验基地。 在这2 0 多年里，我国在多年自主试验研究以及上世纪七、八十年代的几次国家 技术攻关基础上，又先后引进瑞典、德国、美国等技术。1 9 8 5 年起，自行研发出微 机控制供电技术。这样，我国e p 本体及供电技术基本达到了国际先进水平。 e p 供电控制技术不断更新，可控硅调压设备迅速取代了老式调压设备，控制系 统由分立元件一模拟电路一微机控制，逐步升级，上位机逐渐推广应用。e p 高压电 源的控制特性基本上是火花自动跟踪( 火花整定) 供电方式【5 】。 国家制定了新的g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 火电厂大气污染物排放标准，从2 0 0 4 年1 月1 日起执行。新标准规定，新上火电项目烟尘排放浓度要控制在5 0 m g n m 3 以下。 烟尘排放标准由2 0 0 m g n m 3 下降至5 0 m g n m 3 ，我国燃煤电厂e p 面临严峻考验。 在国家节能减排和建设创新型国家政策的激励下，电除尘界广大科技工作者迎难而 上，展开了学习创新之热潮，取得了不少可喜成果，推动了电除尘技术的进步与发 展。 提效节能型高压电源研发成功。在学习国内外先进控制技术基础上，经过数年 攻关，国电南自等单位于2 0 0 6 年自主研发成功具有提效节能智能优化控制功能的 新一代e p 高压电源阳1 。该种高压电源的主要特点是：以脉冲供电为主的多种供电 方式；智能优化控制，自动调整占空比与幅比，能自动适应并跟踪工况变化，能 有效克服反电晕危害；降功率振打优化；单电场粉尘比电阻实时测试技术。 除了提效节能型高压电源外，反电晕自动控制技术，高频、中频、三项高压电 源的研发，降压、降功率、停电振打优化技术，活动电极、活动钢刷技术等均在研 发当中。 1 。3 课题主要研究内容 本课题旨在研究火电厂电除尘器节能减排的原理，分析研究节能减排除尘效率 等数学模型，分析高压供电系统和低压供电设备节能减排的有效技术措施，并提出 节能减排技术方案，为火电厂电除尘器的设计、调试、运行和节能减排提供参考依 据。 1 分析影响电除尘器除尘效率的因素 华北电力大学硕士学位论文 2 电除尘器提效节能效率公式及高压供电设备节能公式的分析和研究 3 分析电除尘器高压供电设备中有效的节能减排技术措施。如：脉冲供电，间歇供 电等。 4 分析电除尘器低压供电设备中有效的节能减排技术措施。如：优化振打周期，加 热装置的改进等。 5 确立节能减排技术方案 1 4 对电除尘器节能减排技术研究的现实意义 目前，在我国燃煤电厂中，配备电除尘器的机组容量占总装机容量的9 0 以上， 而随着环保要求的日趋严格，绝大多数火电厂都面临着烟尘排放量超标的问题。因 此，相应的有效提高除尘效率的技术方法成为必需。再者，能源是国民经济的命脉， 也是人类社会存在与发展的物质基础。建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础 上的能源体系极大地推动了人类社会的发展。然而，人们在物质生活和精神生活不 断提高的同时，也越来越感悟到大规模使用化石燃料所带来的严重后果：资源日益 枯竭，环境不断恶化。因此，人类必需寻求一种平衡，在发展的前提下，尽可能的 节约能源，节能也日趋被提上了日程 我国经济正在快速持续发展，但同时面临着有限的化石燃料资源和更高的环境 保护要求的严峻挑战。坚持节能优先，提高能源效率；优化能源结构。以煤为主多 元化发展；加强环境保护，保障能源安全；开发利用新能源和可再生源等，是我国 长期的能源发展战略，也是我国建立可持续能源系统最主要的政策措施。 随着我国电力工业的高速发展，电除尘器( e p ) 已成为燃煤电厂安全发电和环 境保护必不可少的设备。e p 的电能消耗所占电厂厂用电的比例很小，但是电能消耗 的绝对数值还是比较大的。经统计计算，在电除尘器的实际运行中，实际消耗的电 能约为理论值的1 5 0 0 倍。由此可见，为了达到节能减排的目的，通过改进相关技 术，开提高电除尘器有效电能所占的比例，降低无效电能成为必需。 综上所述，由于目前资源的日益枯竭，环保标准的日趋严格，对电除尘器节能 减排技术的研究势在必行，且已经取得了一些可喜的成果。通过对电除尘器的研究， 期望能使得电除尘器由高效高能耗进入到高效低能耗时代。通过我国电除尘技术的 理论、技术和设备等的发展，期望将电除尘器建造成节能达标的低碳型绿色环保设 备。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章影响电除尘器提效节能的主要因素 2 1 影响电除尘器除尘效率的主要因素 2 1 1 我国煤、灰特性的影响 我国燃煤电厂燃烧的煤种多种多样，其中以煤的含硫量、灰分、水分、煤的低 位发热量、煤的元素分析成分等对电除尘器的运行性能有直接的影响，进而影响电 除尘器的除尘效率。 2 1 2 粉尘特性的影响川 粉尘的粒径分布对电除尘器除尘效率有较大的影响。粉尘的黏附性、比电阻、 化学成分等对电除尘器的除尘效率也有很大的影响。 2 1 3 烟气- 陛质的影响 烟气的温度和压力、烟气的成分、含尘浓度等对因素对除尘效率也产生影响。 2 1 4 操作因素的影响 锅炉的漏风率、锅炉负荷等因素也会影响电除尘器的除尘效率。 2 1 5 电气与控制特性的影响 电除尘器的除尘效率在很大程度上取决于电气条件，如供电电压、电压波形、 控制特性及控制方式等。其中，影响电除尘器性能的诸多因素也互相关联，在许多 方面互相促进或制约，互为因果。以反电晕为例，如图2 - 1 所示： 图2 1 反电晕现象的因果关系 2 2 影响电除尘器节能的主要因素 华北电力大学硕士学位论文 2 2 1 控制方式的影响 1 火花整定工作方式 对于e p 常规高压供电装置，为了使e p 除尘效率尽量高，烟尘排放浓度尽量低， 往往工作在火花整定( 火花自动跟踪) 工作方式下，使其运行电压u ：尽量接近火花 闪络电压，二次电流尽量大，即“大功率高能耗 工作方式。不论各燃煤电厂的燃 用煤种性质有多大不同，也不论水泥行业、冶金等行业的工况有多大区别，e p 高压 供电装置几乎均运行在火花整定工作方式之下。 2 脉冲供电 脉冲供电工作方式，使火花击穿电压提高，运行电压峰值提高。大幅度减少了 电除尘器运行过程中无效和反效电能的消耗，在提高或保证除尘效率的基础上实现 电除尘器的节能运行，从而降低电除尘器的运行电耗。 3 间歇供电 间歇供电就是利用常规电源的控制线路，对原有的全波整流输出进行调控，周 期性地阻断某些供电波，调整好充电时间和放电时间的比例，在反电晕始发时间到 达之前停止供电，并且在粉尘层电压下降至初始的低电压时再恢复供电，使电除尘 器能在反电晕得到抑制的条件下运行。 2 2 2 低压控制特性的影响 1 振打制度 理想的清灰应该是能够将具有各种不同特性的粉尘成块地从极板极线上振落 下来。振打会引起粉尘二次飞扬，导致除尘效率降低。振打过度频繁，容易使阳极 板和振打装置疲劳损坏，并且消耗大量的电能，适当延长振打周期就可以节能减排。 2 加热控制方式 对电除尘器的阴极支撑绝缘子和阴极振打瓷轴采取密封和加热保温措施，使该 处的温度保持在烟气露点温度之上，可以避免灰尘的凝固，压缩或结块导致的堵塞。 在加热的条件得以保证时，节能提效又显得非常重要。电除尘器的绝缘子加热控制 方式有连续加热控制、恒温加热控制和区间加热控制。选择合适的加热控制方式， 则就会对能源进行合理的利用，不会造成浪费。 2 2 3 二次电晕功率 电除尘器实际运行能耗的多少一般由运行功率来表示，即二次电晕功率。而影 响电除尘器二次电晕功率的因素是二次电流的平均值和二次电压的平均值。因此， 若想降低电除尘器的实际运行能耗，即降低二次电流与二次电压的平均值。 6 华北电力大学硕士学位论文 第三章电除尘器提效节能基本理论及公式 3 1 电除尘器除尘效率公式的研究n 6 1 1 9 2 2 年，多依奇通过严谨的数理方法推导出了著名的多依奇( d e u t s c h ) e p 除 尘效率公式： 一生。 ，7 = 1 一eq = l e 一向公式( 3 1 ) 式中：，7 一除尘效率( ) ；a 一总集尘面积( m 2 ) ；q 一处理烟气量( m 3 s ) ； t 国一有效驱进速度( m s ) ；f - 比集尘面积( m 2 m 3 s ) ，f = a q ，即一秒钟净化 一立方米烟气所需的集尘面积。 怀特依据驱进速度缈与有用电晕功率相联系的理念，得出与电晕功率成正比的 除尘效率公式： 一k 丝 ，7 = l e 。q公式( 3 2 ) 式中：，7 一e p 除尘效率( ) ；p 2 - e p 高压供电有用电晕功率( w ) ； 见：厶毕 公式( 3 - 3 ) 式中：厶一总电晕电流( a ) ；圪、圪一二次电压峰值及最小值( v ) 有效驱进速度：国：毛粤( m s )公式( 3 4 ) 。4 式中：彳一e p 总集尘面积( m 2 ) ；毛一参数，其含义为单位比功率下的驱进速度， 其值与烟气、粉尘性质及e p 设计等因素有关。 公式( 3 2 ) ( 3 4 ) 式表明，e p 电晕功率与有效驱进速度及除尘效率成正比。 但人们逐渐发现，( 3 - 2 ) 式在某些场合适用，而在另外一些场合则不宜使用，这就 需要对电除尘理论，尤其是怀特有关电除尘高压供电的理论进行全面系统地分析研 究，结合我国e p 运行现状，提出更结合实际的e p 除尘效率公式，更好地继承和发 扬怀特理论。 3 1 1 提效节能型e p 除尘效率公式分析研究 3 1 1 1 依据 1 怀特有关e p 高压供电理论 e p 本体和e p 高压供电等电气系统是影响e p 性能的两大主体设备。在多依奇 除尘效率公式中a 、q 反映了e p 本体结构参数，虽然彩中内含了本体、电气及烟 华北电力大学硕士学位论文 气与粉尘性质等参数，但对e p 高压供电的电气参数反映不明显。因此，怀特指出： ( 1 ) 驱进速度缈是e p 除尘效率与电气因素间的基本联系环节； ( 2 ) 驱进速度可以用如下数种方式与供电联系起来： a 用供电的峰值电压和平均电压； b 用电除尘的平均电流； c 用有用的电晕功率。 ( 3 ) 脉冲供电能提供较高的峰值电压，在多种场合应用中有较高的除尘效率。 2 e p 运行现状一单一的火花整定工作方式 目前，我国燃煤电厂的燃用煤种大多灰分大，含硫量低，发热量低，煤种多变。 燃煤灰分有的高达4 0 5 0 甚至以上；e p 运行中，产生反电晕的约占8 0 左右， 这给e p 的运行和达标排放造成了较大的困难。对于e p 常规高压供电设备，为了使 e p 除尘效率尽量高，其运行电压v 2 尽量接近火花闪络电压，二次电流尽量大。不 论各燃煤电厂的燃用煤种性质有多大不同，也不论水泥行业、冶金等行业的工况有 多大区别，e p 高压供电设备几乎均运行在单一的火花整定工作方式下，e p 的高压 供电设备运行处于“大功率高能耗状况【4 l ，而除尘效果往往欠佳。这一现象很值得 深思与探讨。 3 提效节能智能优化控制 国内一些单位研究开发出了具有提效节能智能优化控制( 简称提效节能) 功能 的新一代e p 常规( 5 0 h z ) 供电控制设备。这种设备能有效克服反电晕危害。它的 开发指导思想是依据e p 本体结构及烟气与粉尘性质的变化，努力提高运行电压， 自动优化电压波形，即自动调节占空比与幅比。这里所指的电压不是指二次平均电 压，而是指峰值电压。电压波形主要是指电压的峰值，均值，谷值以及二次电压脉 动频率等，使二次电压，电流波形始终处于本体与工况所需的最佳状态。在上述四 项功能的支持下，使e p 除尘效率进一步提高，烟尘排放浓度进一步减小，同时使 电能消耗大幅度降低。经过大量工程实践证明，这种设备能够使e p 在原有基础上， 进一步提高除尘效率，降低烟尘排放浓度3 0 以上，有的高达6 0 以上，同时节能 可达7 0 以上，甚至8 0 以上，单电场有的节能可达9 0 以上。粉尘比电阻越高， 反电晕越强烈，提效节能效果越显著。因此，迫切需要能够反映e p 高压供电提效 节能智能优化控制功能的e p 除尘效率公式，用以总结并指导e p 高压供电的提效节 能研究设计与运行。 3 1 1 2 提效节能型e p 除尘效率公式的分析研究 1 理论驱进速度 8 华北电力大学硕士学位论文 经过数学推导可得出荷电尘粒理论驱进速度表达式： 国：一2 d o a e c e p ( m s ) 3 缈o ce f e p 公式( 3 - 5 ) 公式( 3 6 ) 式中：c o 一理论驱进速度；e 。一尘粒荷电( 荷电区) 场强，v m ；e 。一尘粒收尘( 收 尘区) 场强，v m ； 从( 3 5 ) 式和( 3 6 ) 式可以看出，理论驱进速度与尘粒荷电场强及收尘场强 成正比，即尘粒荷电场强及收尘场强越高，则荷电尘粒的驱进速度越大，除尘效率 越高。通过理论研究与大量的实践证明，在同一电除尘环境下，荷电场强与二次电 压峰值成正比，收尘场强与最小电压成正比，尤其是在提效节能智能优化控制工作 方式下。 2 有效驱进速度可以用如下数种方式与提效节能供电方式联系起来 ( 1 ) 用供电产生的粉尘荷电场强与收尘场强； ( 2 ) 用供电的峰值电压和最小电压； ( 3 ) 用提效节能供电方式与火花整定工作方式的峰值电压及最小电压的比值； ( 4 ) 用提效节能供电方式与火花整定工作方式的粉尘荷电场强及收尘场强的比 值。 3 提效节能型有效驱进速度及e p 除尘效率公式的分析研究 通过以上分析研究和大量实践，有如下几点考虑： ( 1 ) 将提效节能与火花整定工作方式作比较 因为火花整定工作方式已运行数十年，同时提效节能工作方式是在火花整定工 作方式基础上发展起来的，它继承了火花整定工作方式运行稳定等优点，改进了消 耗能量过大，效率欠佳等不足。 ( 2 ) 引入荷电场强与收尘场强理念 由于理论驱进速度与收尘空间的荷电场强及收尘场强成正比，这一规律是符合 客观实际的，所以将其引入到公式中。供电理论和大量实践表明： 鱼堡公式( 3 7 ) e h 。 一e r p 堡 公式( 3 8 ) e h p 9 华北电力大学硕士学位论文 e t co cv , ，e t p 芘，e 。o c ，e 幼芘 公式( 3 9 ) 式中：、一分别表示提效节能工作方式t - - 次电压的峰值和最小值； 、k 一分别表示火花整定工作方式下二次电压的峰值和最小值； e 亿、e n 一分别表示提效节能工作方式下荷电场强与收尘场强； e 。、e 。一分别表示火花整定工作方式下荷电场强与收尘场强； 可见，二次电压峰值与最小值代表了荷电场强与收尘场强，二种工作方式下的 峰值电压与最小电压之比，则代表了荷电场强与收尘场强之比。 ( 3 ) 不将电晕电流引入公式 电除尘过程所需电晕电流很小，大量实践表明，电晕电流大并不能表示除尘效 率就一定高，在不少场合，电晕电流增大时，除尘效率反而不变甚至下降。 ( 4 ) 不将平均电压引入公式 平均电压只是电压波形一个特征参数，平均电压大小并不能代表除尘效率的高 低。在电除尘复杂的工况和环境下，真正影响除尘效率的是电压的峰值、最小值以 及电压波形形状和脉动频率当然，对于全波整流的火花整定工作方式，平均电压 能反映电压峰值与最小值特征，对于其他工作方式如脉冲供电间歇供电等则不能反 映。 ( 5 ) 将高压供电对提效节能起重要作用的主要电气参数从有效驱进速度中以某 种形式分离出来 通过以上分析研究，e p 高压供电的提效节能工作方式下有效驱进速度表达式如 下： 吩= q 。x = 。b ( 毒老，2 。( ， k = 毒= 苦薏，= 以。，hy my i l l i k 芘争争 u “ 公式( 3 1 0 ) 公式( 3 11 ) 公式( 3 1 2 ) 式中： 矫一e p 高压供电提效节能智能优化控制工作方式下的有效驱进速度( m s ) ： 纸一e p 高压供电火花整定工作方式下的有效驱进速度( m s ) ： k 一驱进速度提升系数；x l ，系e p 高压供电在提效节能智能优化控制工作方式 1 0 华北电力大学硕士学位论文 下，由于的提高而使有效驱进速度增加的比例，如k = i ，国不增加，k = i 1 ， c o 增加1 0 ，k 与本体结构，电气特性，烟气及粉尘性质以及e p 运行状况等有关， k 值由e p 实际运行效果确定。 b 一比例系数，无量纲，数值接近于1 ，由e p 现场运行效果与参数确定。 d 一比提升系数，( 1 ( k v ) 2 ) ，由e p 现场运行效果与参数确定。 d ：上 公式( 3 1 3 ) 公式( 3 1 4 ) e p 高压供电的提效节能工作方式是以脉冲供电为主要特征，其占空比与幅比自 动优化调整，幅比的两个极限即最大与最小值分别对应火花整定与间歇供电工作方 式，所以公式( 3 1 0 ) 包含了火花整定、间歇供电、脉冲供电等多种供电方式。当 e p 高压供电设备工作在火花整定工作方式时，b - k = i 。 将驱进速度公式( 3 1 0 ) 式代入多依奇除尘效率公式，得到： r = 1 一e q 。 一一脚 = 1 叫?公式( 3 - 1 5 ) ；1 一e 一舍苦芒嘞 ：1 - e - 西“以哳峨 r o ca , 西1 、a , r 、魄、k 、( 每惫) 、( 。) 、b 、d 公式( 3 - 1 6 ) 公式( 3 1 5 ) 表明，除尘效率卵除与a ，1 q 成正比外，还与e p 高压供电提效 节能智能优化控制工作方式及火花整定工作方式下的有效驱进速度坼、魄以及二种 工作方式下的峰值电压和最小电压之比、提效节能工作方式下峰值电压和最小电压 以及系数k 、b 及d 成正比。该公式除适用于脉冲供电工作方式外，宜适用于火花 整定、间歇供电等工作方式。 该公式表明，应努力提高e p 高压供电提效节能智能优化控制方式下的峰值电 压和最小电压，以获得除尘效率的提高。该公式中无电晕电流1 2 参数，但亦包含了 1 2 含义。如v f 越高，瞬间场强越大，电晕放电越强烈，其脉冲( 峰值) 电压瞬间二 次电流亦越大，粉尘荷电量大，驱进速度及除尘效率越高。但由于占空比及幅比不 嘉 一( = b 华北电力大学硕士学位论文 同，平均电流1 2 可能很小，电能消耗很小，实现了提效与节能的有机结合与统一。 另外，该公式主要体现的是提效节能工作方式与火花整定工作方式相比之效果，这 种效果主要包含在系数k 、b 及d 之中，虽然r 与d 、( ) 成正比，亦不表明 板间距越大肯定越好。 3 1 1 3 提效节能型e p 除尘效率公式的意义 1 有效驱进速度及提效节能型e p 除尘效率与高压供电设备提供的峰值电压及 最小电压成正比，即将e p 高压供电设备的电气性能与其联系了起来，充分表明了 高压供电性能的重要性； 2 该公式采用e p 高压供电提效节能智能优化与火花整定两种工作方式下有效 驱进速度以及峰值电压及最小电压之比的形式，充分体现了提效节能智能优化工作 方式的提效节能效果； 3 该除尘效率公式指明了欲想达到提效节能的良好运行效果，需努力追求二次 电压高峰值和尽量高的最小值，改变了以往只追求高电压( 平均值) ，大电流( 平 均值) 的大功率高能耗的运行方式，为e p 的提效节能运行提供了依据； 4 提效节能型e p 除尘效率公式中，除有效驱迸速度外，彳、q 为e p 本体参 数，、k 、b 及d 为高压供电电气参数，充分表明，e p 是由e p 本体系统与e p 高压供电等电气系统这两大主体系统构成，体现了电气设备对e p 整 体性能所起的极其重要的，e p 本体所不能替代的重要作用； 5 e p 高压供电的提效节能功能对e p 本体是极大的技术支持，它可适当缓解严 格的烟尘排放标准对e p 本体的压力，改变了以往一旦提起提高e p 效率降低排放浓 度，就只单纯想到增加本体集尘面积和增大e p 本体体积的传统观念，有些e p 技改 项目，主要依靠e p 电气系统的改造亦可达标完成。 3 1 2 结论 ( 1 ) 提效节能型及怀特电晕功率型e p 除尘效率公式表明了提高e p 除尘效率 有二种途径，一是努力提高电晕功率，二是优化二次电压波形与脉动频率，即努力 提高e p 高压供电的峰值电压和最小电压，第二种途径更科学合理，更符合我国e p 运行现状。 ( 2 ) 提效节能型e p 除尘效率公式表明，二次电压峰值及最小值与除尘效率成 正比，反映了e p 高压供电提效节能智能优化控制特性，为e p 高压供电设备的设计 研究及运行提供了理论依据。 ( 3 ) 提效节能型e p 除尘效率公式适用于高压供电的脉冲供电、间歇供电以及 火花整定等工作方式，亦适用于有无反电晕的广泛场合。 1 2 华北电力大学硕士学位论文 ( 4 ) 提效节能型e p 除尘效率公式指明了欲想达到提效节能的良好运行效果， 需努力追求二次电压高峰值和尽量高的最小值，改变了以往只追求高电压( 平均 值) ，大电流( 平均值) 的大功率高能耗的运行方式，为e p 的提效节能运行提供了 依据。 ( 5 ) 提效节能是电除尘技术的发展方向，由于e p 高压供电提效节能智能优化 控制功能，可以达到节能减排的良好效果，该公式为提效节能提供了理论依据，亦 为我国燃煤电厂e p 高压供电由大功率高能耗的火花整定工作方式转移到提效节能 工作方式提供了理论依据。 3 2 电除尘器能耗分析n 刀 3 2 1 电除尘理论能耗 在电除尘器中，烟气中的尘粒荷电后，在电场力作用下向收尘极板运动， 根据斯托克斯定律阳3 ，一个球形尘粒在运动过程中所受到的摩擦阻力f 。为： 昂= 6 n r l a c a 公式( 3 - 1 7 ) 式中：i l 空气介质的粘度；a 尘粒半径；荷电尘粒驱进速度。 使荷电尘粒向着收尘极板运动所经过的距离为s 时所消耗的功为： 形= 昂j = 6 n - r l a c o s 公式( 3 - 1 8 ) 燃煤电厂飞灰粒径分布的中位径通常为1 0 2 5 1 x m ，现假设尘粒直径为1 0 1 x m ， 向着收尘极板运动所经过的距离s = 5 c m ，荷电尘粒的驱进速度( ) = 3 0 c m s ，则根据公 式( 3 1 8 ) ，可以得到所消耗的功为： 形= 6 m t a c a s = 6 1 r 1 8 1 0 _ 4 5 x 1 0 - 4 3 0 x 5 = 2 5 4 x 1 0 - 4 ( 尔格) 我国燃煤电厂锅炉产生的烟气含尘浓度一般为1 0 4 0 9 m 3 ，所以，进一步再假 设烟气中的含尘浓度c 为2 0g m 3 ，尘粒的密度p 为1g m 3 ，则单位烟气量中的尘粒 数量n 。为： n o 而c 面= 石丙高篙丽丽= 3 8 2 x 1 0 1 。( 个m 3 ) 因此，使1 m 3 烟气中全部尘粒分离所需的功为： = 形n o = 2 5 4 x 1 0 一x 3 8 2 x 1 0 1 0 = 9 7 0 x 1 0 6 ( 尔格) = 0 9 7 0 ( 焦耳) 一台6 0 0 m w 机组锅炉产生的烟气量约为3 2 x 1 0 5 m 3 h ，从这样大烟气量中分离 全部尘粒( 假设粒径为1 0 1 a m ) ，所需的功率w 。为： 錾 华北电力大学硕士学位论文 形= 甄q = 9 7 0 1 0 6 3 2 1 0 5 3 6 0 0 - - 8 6 4 ( 尔格s ) = s 6 4 ( w )公式( 3 一1 9 ) 可见，这是一个很小的数值，分离6 0 0 m w 机组锅炉烟气量的尘