高压静电除尘器改造为高压静电滤槽复合型卧式除尘器

(山东恒通化工股份有限公司热电厂　郯城276100)
0　前言
山东恒通化工股份有限公司是国家发改委氮
肥工业动力调整试点单位,山东省环保局对公司
动力结构调整工程环境影响报告书进行了批复,
要求按《火电厂大气污染物排放标准》( GB13223
- 2003)第三时段进行控制,烟尘排放浓度最高
不得超过50 mg/m3。公司目前有高压240 t/h循
环流化床锅炉5台,原设计全部采用三电场高压
静电除尘,多次除尘测试不能满足环保要求。为
达到烟尘排放浓度国标要求,根据公司设备实际
情况,以5#高压240 t/h循环流化床锅炉作为改
造试点,将静电除尘器第三电场改造为布袋除尘,
即将高压静电除尘器改造为高压静电滤槽复合型
卧式除尘器(以下简称复合型除尘器) 。
1　240 t/h循环流化床锅炉设备原始设计技术
参数和烟尘监测情况(表1)
2004年6月,由上海市机械工业火电设备质
量监督检测中心任选1台240 t/h锅炉进行除尘
后烟尘排放浓度测试,在实测100%负荷情况下,
排放浓度为174. 2 mg/m3 (标态) ,远远高于国标
火电厂第三时段锅炉烟尘排放浓度最高不得超过
50 mg/m3 (标态)的要求,必须实施除尘改造。
2　三种改造方案的比较
改造前,第五台240 t/h循环流化床锅炉正
在建设过程中,三电场六室高压静电除尘器已安
装就位,若进行设备整体改造难度极大。
(1) 方案一。增加一个电场,改造为四电场
高压静电除尘器。但一个电场长度约5. 9 m,测
算现场空间,不能满足其长度要求;而且,改造为
四电场仍然不能保证满足第三时段环保要求,故
表1　循环流化床锅炉及其燃用煤种、配套 
静电除尘器设计参数 
项目                                  规格 
       型号  YG -240 /9. 8 -M1  
循     额定蒸发量/ ( t·h - 1 )  240  
环     额定蒸汽压力/MPa   9. 8  
流化   额定蒸汽温度/℃   540  
床     给水温度/ ℃   215  
锅     一、二次风温度/℃   200  
炉     排烟温度/ ℃   140  
       设计效率/ %   90. 13   
     
     碳/ %   44. 04  
     氢/ %   3. 11  
     氧/ %   9. 48  
设   氮/ %   0. 77
计   硫/ %   0. 34  
煤   灰分/ % 35. 46  
种   水分/ % 4. 80   
   挥发分/%   30. 00   
  低位发热值/ ( kJ·kg - 1 )  17 010. 00  

高    型号                                   YSC146 -3
压 烟气量/ (m3 ·h -1 )                      ≤450000
静 除尘器入口排烟温度/ ℃                     ≤160
电 烟风流速(m·s -1 )                         0. 856
除 流通面积/m2                                 146
尘 设计除尘效率/%                              99. 6
器   除尘器进口含尘浓度/ ( g·m -3 ,标态)      20～26 
    除尘器出口含尘浓度/ (mg·m -3 ,标态)      ≤100 
   总收尘面积/m2                              8 736 
    除尘器电场数/个                             3
   设备本体阻力/Pa                             ≤300 
  单个电场长度/mm                               5 900 
   除尘器外形尺寸/mm               25 000 ×10 860 ×18 985 (长度包括进出口喇叭口长度, 高度包括灰斗高度)
  清灰方式                                    机械振打
  灰斗加热方式                                 电加热
  壳体材质                                     Q235
   电极材质                                    SPCC
   使用时间/ h       ≥8 000  
不能采用本方案。
(2) 方案二。采用布袋除尘技术,高压静电
除尘器整体改造为低压脉冲袋式除尘器,且由外
部单独提供布袋除尘器的吹灰清灰气源。由于高
压静电除尘器已基本完工,若采用本方案,内部构
件需全部拆除,耗材大,锅炉安装工期也要延长,
需推迟锅炉开车。改造价格为490万元/台左右;
且需要外部单独提供布袋除尘器的吹灰清灰气
源,直接增加吹灰风量,造成引风机风量增大,其
全压不能满足系统要求,需更换引风机及其配用
电机,增加投资80余万元(大型引风机50万元,
开关电缆30 万元,基础1 万元) ,总计约570 万
元/台(气源增加费用未计入) ,造价高,工期长,
不宜采用本改造方案。
(3) 方案三。采用布袋除尘技术,保留高压
静电除尘器第一、第二电场,把第三电场改为卧式
布袋除尘,改造为电- 布复合型除尘器,其清灰吹
灰风采用滤袋后的烟气(引风机之前的烟气经反
吹风机加压后吹灰) 。采用本方案比较好:把第
三电场改为卧式布袋除尘,反吹灰风在引风机前
取风,是滤后的洁净气体,不会产生糊袋现象;滤
后风经加压风机吹灰,不会增加引风机风量,不需
要更换引风机和电机,总投资250万元/台左右,
投资小;且只改造第三电场,拆除内部构件快,其
设计、制作周期、改造施工为3个月。若施工分为
2个班,可在2个月内完工,安装快,工期短,适应
该锅炉总体建设工期,不影响锅炉开车。改造后,
若达到国标规定要求,可对其它锅炉进行改造;若
投运后除尘效果达不到要求,可进一步采取其它
方法进行技术改造。3　除尘器主要改造项目
(1) 引风机改造。采用后向型弯曲式外加小
叶片的方法改造引风机叶轮,改变原风压和风量
不足的状况。改造前、后引风机数据比较见表2。
同时,叶轮强度得到加强,且功率的负荷相应增
大,可用调风门调节功率。
表2　锅炉引风机及配用电机设计参数和 
改造后的比较 

设备名称 项目 规格 改造后 
 型号　　　　 JLY240 -10ANo. 24D  
 数量/台       2  
引风机 风压/ Pa 5 061  增加10% ～18% , 达5 567～5 972  
 风量/ (m3 ·h -1 ) 235 226  增加约5% , 达246 988  
 型号　　　　 YKK5001 -6  
配用电机 功率/kW 电压/V 电流/A 65  560 6 000 达60～68  
(2) 电源改造。增设380 V /220 V 交流电
源,清灰系统PLC控制柜电压是交流220 V,频率
均为50 Hz。应满足:当电源电压在( + 5% ～ -
10% )额定电压、频率在±2%额定频率范围内变
化时,所有电气设备和控制系统均能正常工作;当
电压在- 22. 5%额定电压,且时间不超过1 min
时,不会造成设备事故。
(3) 增加的反吹清灰系统设备状况(表3) 。
本系统采用脉冲反吹清灰,其脉冲喷吹强度和频
率可进行调节,清灰效果好。
(4) 与常规的圆筒形滤袋不同,滤袋采用扁
圆形进口,滤料应无破洞、无碰撞、无划伤等痕迹,
表3　清灰系统设备状况 
 　　　　　设备名称 规格 配用设备 规格 备　注 
脉动阀/个 1  减速机 1. 1 kW /380 V   
气箱牵引机/个 1  减速电机 0. 37 kW /380 V  除尘器两侧设行程开关,气箱到达端部时,程控柜相应到位灯亮 
反吹风机 风量/ (m3 风压/Pa 温度/℃ 数量/台 ·h - 1 )  27 255 12 207 166 1  风门档板执行器反吹电机 220 V /200 W 160 kW /380 V  1个1台;采用自耦降压启动方式,自耦降压时间为30 s  
程控柜/台 1  控制布袋除尘器的运行参数和清灰 
不允许有油污,表面用PH I配方进行处理,可防水、防油。采用扁形袋笼方式排布,卧式放置(即水平放置) ,密封性能好,换袋方便快速,且降低
占地面积,单位面积内可布置更多的滤袋,提高除
尘效率。
(5) 控制系统的改造。布袋除尘器的脉动清
灰控制采用手动和自动2种方式,自动控制采用
压差(定阻)和定时控制方式,可相互转换。压差
检测点分别设置在除尘器的进、出口总管处,当达
到设定的压差值时或时间周期时,除尘器各排滤
槽依次进行脉动清灰。清灰程序执行由主控柜
PLC自动控制,并采集压差、清灰风机档板开度等
有关数据传至CRT(显示器)上,以对设备运行情
况进行监视,但不能通过原锅炉DCS系统进行操
作控制。
(6) 拆除高压静电除尘器三电场设备构件,
安装布袋除尘系统。改造后布袋除尘器重量增
大,需同步改造除尘器本体,加强基础和立柱支
撑;同时,由于风阻增大,为防止布袋除尘器阻塞
负压大造成除尘器外板受力变形,对撑管、墙板进
行改造加强。
改造后的复合型除尘器,其高压静电除尘部
分的结构主要由收尘极(阳极板) 、放电极(阴极
线) 、高压供电装置、振打装置和外壳等组成,其
工作原理是利用高压静电使尘粒荷电,即灰尘尘
粒通过高压静电场时,与电极间的正负离子和电
子发生碰撞而荷电(或在离子扩散运动中荷电) ,
荷电后的尘粒在高压电场中电场力的作用下向异
性电极运动并积附在异性电极上,通过振打方式
使电极上的灰层脱落至收集灰斗,从而对锅炉排
烟进行除尘预处理,达到收尘的目的。袋式除尘
器也称过滤式除尘器,是一种干式高效除尘器,它
是利用纤维编制物制作的袋式过滤元件来捕集含
尘气体中固体颗粒物的除尘装置,其工作原理是
尘粒在绕过滤布纤维时,因惯性力作用与纤维碰
撞而被拦截,细微的尘粒(粒径为1 μm或更小)
受气体分子冲击(布朗运动)不断改变着运动方
向,由于纤维间的空隙小于气体分子布朗运动的
自由路径,尘粒便与纤维碰撞接触而被分离出来,
从而对锅炉排烟进行精细处理,使得烟尘排放符
合国家排放标准。因此,复合型除尘器兼具静电
除尘器和布袋除尘器工作优点,收尘效果更好。
布袋除尘器设计参数见表4。

表4　改造后的布袋除尘器设计参数 
项目 规格 
设备名称                             复合型除尘器
设备型式                           干式、卧式、板式静电(预)除尘器与布袋除尘器组合

过滤风速/ (m·m in -1 )                0. 706
过滤面积/m2                            10 621
滤袋规格/mm                    4 000 ×400 ×40
滤袋材质                         国产覆膜ETW F -900 (国产玻璃纤维滤料) ,基布YN 配方处理
滤槽骨架材质                         Q235
滤袋数量/条                           3 410
除尘器室数/个                         106
单室滤袋数量/条                      3 392
滤袋使用温度/℃             ≤260 (最高短暂允许使用温度280)
耗气量/ (m3 ·h -1 )                   371
滤袋使用寿命/a                           ≥3
 布袋除尘器阻力/ Pa                   ≤1 200
设计除尘效率/%                         99. 98
入口烟气量/ (m3 ·s -1 )             125 (设计煤种)
进口含尘浓度/ ( g·m -3 ,标态)          40
出口含尘浓度/ (mg·m -3 ,标态)   ≤40 (反吹清灰时间除外)
进口烟气温度/℃                      170
除尘器漏风率/%                      ≤3
清灰方式                           脉冲反吹
脉冲阀数量/台                     1
喷吹时间/ s                          1 920
喷吹压力/kPa                            12
喷吹压差/kPa                             2
气源品质                      洁净烟气,通过反吹风机从引风机入口引入
耗气量/ (m3 ·m in -1 )                 371
喷吹间隔/ s   14 400 (设计定时控制) 
       
4　复合型除尘器的运行及性能分析
4. 1　运行分析
(1) 因煤种变化等原因,烟气量变化大,采用
定时清灰,时间长,容易造成压差超过规定值,时
间短则吹灰系统启停频繁,降低设备使用寿命,且
浪费较大,故反吹清灰一般采用压差控制方式。
设计吹灰压差2 000 Pa,实际控制1 700 Pa即进行反吹清灰,在一、二电场正常运行情况下,布袋
除尘器压差上升慢,虽然有时压差未达到规定值,
但运行8 h仍然吹灰1次;当一、二电场中的1个
或2个同时因设备缺陷停用,布袋除尘器的除尘
效用增加,吹灰次数增多。
(2) 锅炉烘炉初期燃用木柴,中后期燃用柴
油和煤,燃油退出前,为防止油灰粘结在极板、极
线和布袋上,规定不能将除尘器投入运行。但因
设计无旁路烟道,布袋除尘器实际已投入运行。
(3) 锅炉点火采用燃油加热和助燃,油灰极
易沾染在干净的滤袋上而糊袋。建议在锅炉停炉
后,滤袋上应保留适当灰底,在下一次锅炉点火运
行时,油灰粘结在灰尘上,烟气温度高,油尘粘结
物易板结破碎清理,易清除。锅炉点火及助燃用
油采用10#轻柴油。
(4) 复合型除尘器吹灰用单风箱高约13. 5
m,上下跨度大,与布袋安装支架在除尘器内受
160 ℃的烟气加热,受热膨胀,极易造成风箱与布
袋支架之间的间隙不足而影响风箱左右移动,必
须做好间隙调整;另外,风箱上下移动导轨横梁必
须平行,各旋转活塞必须转动灵活,防止风箱运行
卡涩、运动困难,造成不易反吹清灰。
(5) 脉动阀是反吹系统的重要部件,需保持
减速机和阀板的同行度,以保证转动灵活,运行可
靠。
4. 2　改造后复合型除尘器对锅炉的使用影响
(1) 锅炉点火采用燃油加热和助燃,高压静
电除尘器不能投入运行,烟囱排气林格曼黑度大,
污染环境;而复合型除尘器布袋除尘部分可投入
运行,烟囱排气林格曼黑度小,烟气状况良好。
(2) 改造除尘器后的锅炉总体工况及相关数
据比较,见表5。
分析比较表5中相关数据,在相同的负荷状
况下,改造后的引风机电流高出4～5 A,未超过
引风机额定65 A的电流。改造后的锅炉符合改
造最终要求,能够满足锅炉满负荷生产。
5　除尘器改造前、后的性能比较
5. 1　性能比较
(1) 复合型除尘器效率高,能捕集比电阻高,
可收集电除尘难以回收的尘粒,见表6、表7。

表5　改造后的锅炉工况及相关数据比较 
项目 工况一 工况二 备注 
锅炉蒸汽出力/ ( t·h  -1 )  226. 75  230. 25  
 收到基碳/ %  55. 40  54. 38  
 收到基氢/ %  2. 66  2. 57  
 收到基氧/ %  4. 34  5. 01  
实 收到基硫/ %  1. 73  1. 38  
物    
           收到基氮/ %  0. 82  0. 80  
煤    
分         收到基灰分/%  26. 35  26. 66  
析         收到基水分/%  8. 7  9. 2  
           干燥无灰基挥发分/%  26. 16  24. 86  
           收到基低位发热值/ ( kJ·kg-1 )  21 220  20 866  
燃料消耗量/kg                 31 850  33 962 
 排烟温度/℃                     174  165
1#一次风机档板开度/ %           55. 8  55. 8
 2#一次风机档板开度/ %          53. 6 56. 1
1#二次风机档板开度/ %           37. 3 41. 2
2#二次风机档板开度/ %           28. 7 29. 7
一次风总风量/ (m3 ·h -1 ,标态) 128 157. 6 127 037. 2
二次风总风量/ (m3 ·h -1 ,标态) 117 185. 4 122 025. 4
返料风总风量/ (m3 ·h -1 ,标态) 7 654. 7 7 486. 8
燃烧总风量/ (m3 ·h -1 ,标态)     252 997. 7 256 549. 4  
1#引风机档板开度/%  64. 0  65. 9  其它锅炉 78  
2#引风机档板开度/%  73. 5  72. 5  相似工况 88  
1#引风机电流/A  57  58  下引风机 53  
2#引风机电流/A  58  59  相应工况 54  
注:山东省临沂市能源监测中心检测分析数据   
 　　　表6　飞灰比电阻表　　　　Ω ·m  
名称 Ca /S  设计煤种 校核煤种 
 (摩尔比)    
比电阻 0. 0  1. 50 ×1012  ～1. 05 ×1013  3. 85 ×1013  
(烟温 2. 4  9. 25 ×1012  ～3. 90 ×1013  - 
150 ℃)  2. 2   - 5. 00 ×1013  
高压静电除尘器适宜运行的粉尘比电阻最适
合的范围是1 ×104 ～2 ×1010 Ω·cm,表6中所列
比电阻,无论是否进行炉内脱硫,均已超过此范
围,影响了除尘效率。
分析表7,使用高压静电除尘器,锅炉烟尘排
放浓度远远高于排放浓度标准50 mg /m3标准要
表7　除尘效率比较表 
项目 高压静电除尘器 复合型除尘器 
检测检测 检测检测 
 数据1 数据2  数据3 数据4  
负荷/ ( t·h -1 )  240  220  190  235  
除尘器前烟尘排放浓度/ (mg·m -3 )  17 424  17 958  27 366  27 504  
除尘器后烟尘排放浓度/ (mg·m -3 )  174. 2  545  40. 6  46. 5  
除尘效率/ %  99. 00  96. 97  99. 85  99. 83  
数据1:上海市机械工业火电设备质量监督检测中心检测
数据2:临沂市能源监测中心检测
数据3、4:临沂市环保监测站检测
求;改造后,锅炉烟尘排放浓度低于排放标准要
求;锅炉停炉后,检查除尘器出口喇叭处无积灰,
相对于静电除尘器后积灰比较严重的情况,直观
上观察除尘效果较好。检测数据2是加入石灰石
脱硫后测得的数据,由于循环流化床锅炉进行炉
内脱硫或炉外干法/半干法脱硫,都需要使用碱性
粉末,对粉尘比电阻影响较大,且烟气含尘量增
大,颗粒变细小,高压静电除尘器除尘效果降低。
检测数据4为加入电石泥脱硫后测得的数据,除
尘器除尘效果仍然满足第三时段环保要求。
(2) 布袋除尘部分耗用钢材少,钢的性能要
求低,无高压变电和整流设备,电压低,投资相对
较低。
(3) 静电除尘器阳极板与芒刺线间距要求很
严格,芒刺线在运行过程中易脱落,机械振打故障
率高,振打锤及受打击部位易损坏和变形,振打电
机易损坏;布袋除尘设备运行稳定可靠,布袋滤布
耐热性能良好,可耐高温,耐热度可达到250 ～
350 ℃,且经处理后可防水、防油,适应大烟气量
锅炉除尘使用需要。
5. 2　可靠性比较
(1) 增加布袋除尘后,能长期保证除尘后烟
气排放浓度低于50 mg/m3 ,其工作过程不受比电
阻的影响,锅炉采用炉内石灰石或电石泥脱硫处
理,不影响布袋除尘器除尘,提高了除尘器的总体
可靠性。
(2) 滤布性能良好,具有特定的致密度、透气
性,良好的耐腐蚀性、耐热性及较高的机械强度,
滤料使用寿命达3年以上。(3) 脉冲阀内径根据实际需要设计,为进出
口管道的50%～100% ,使用寿命长。
5. 3　维护方便性
采用间歇式反吹,间隔时间较长。改造后的
布袋除尘器内部无电气设备,各辅机的配套电器
设备出现故障时,检修不影响除尘器运行,维护保
养极为方便。
5. 4　经济性比较
(1) 烟尘排放费用比较
根据国家有关文件,按年运行时间为8 000 h
计,除尘器处理烟气量为450 000 m3 /h。排放烟
尘当量数见式(1) :
当量数=该污染物的排放量( kg) /该污染物
的污染当量值(1)
其中:烟尘排放的污染当量值为2. 18。
按表7中检测数据1,高压静电除尘器除尘
效率为99. 00% ,排放浓度为0. 017 42 kg/m3时,
年排放总量为:
0. 017 42 kg/m3 ×450 000 m3 /h ×8 000 h ×
(1 - 0. 99) = 627 120 kg
根据式(1)计算年污染当量数: 627 120 kg ÷
2. 18 = 287 669. 7 kg
烟尘的排污收费为0. 6元/kg。
则年排污收费为: 287 669. 7 kg ×0. 6 元/kg
= 172 601. 8元
按表7中检测数据3,高压静电滤槽复合型
除尘器效率为99. 85% ,排放浓度为0. 027 366
kg/m3时,年排放总量为:
0. 027 366 kg/m3 ×450 000 m3 /h ×8 000 h ×
(1 - 0. 998 5) = 147 776. 4 kg
根据(1)计算年污染当量数: 14 776. 4 kg ÷
2. 18 = 67 787. 3 kg
则年排污烟尘收费为: 67 787. 3 kg ×0. 6元/
kg = 40 672. 38元
使用高压静电滤槽复合型除尘器后,可降低
烟尘排放费用:
172 601. 8元- 40672. 38元= 131 929. 42
元
(2) 增减电气设备前、后的耗电量对比
耗电量对比参见表8。
改造后增加电费: (391 126 - 332 320) kWh ×注: (1)硅整流变压器功率为计算值,其它设备功率为额定值
(2)本表仅供参考
0. 385元/kWh = 22 640. 31 元,即增加了运行费
用。
6　结论
高压静电除尘器改造为复合型除尘器,提供
了静电除尘器改造的一种有效方式,改造工期短,
投资小,除尘不受炉内碱性脱硫后的影响,除尘效
率综合性能提高,经济效益好。
表8　耗电量对比表 
          设备名称 数量/ 台 功率/ kW  年运行时间/ h  年耗电量/kW h  合计/ kW h  
第      硅整流变压器    1     32         8 000        256 000 
       阳极振打电机     1    0. 37       8 000        2 960         332 320
三     阴极振打电机     1    0. 37       8 000        2 960 
       绝缘子加热器     4    2. 2        8 000        70 400  
电 
场 
      
布     反吹风机     1         160         440         70 400
袋     脉动阀电机   1         1. 1        440          484
除     风箱 转动电机1         0. 55       440          242      391 126  
尘
器     引风机      改造后增加功率约40 kW   8 000    320 000