為了貫徹*新的大氣治理環(huán)保政策, 高頻高壓電源電除塵技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)工頻高壓電源電除塵技術(shù)相比, 高頻高壓電源電除塵器能耗更低, 并能進(jìn)一步降低玻璃窯爐煙氣中粉塵的排放濃度, 顯著降低SCR催化劑堵塞和中毒風(fēng)險(xiǎn), 提高催化劑使用壽命。通過(guò)對(duì)四川某日用玻璃窯爐煙氣高溫電除塵+SCR脫硝項(xiàng)目選用的高頻高壓電源電除塵器, 詳細(xì)介紹了高頻高壓電源電除塵器的技術(shù)優(yōu)勢(shì), 分析其節(jié)能減排效果, 闡述環(huán)保效益與經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：高頻電源; 高溫電除塵; 節(jié)能提效;

1 概述

2017年之前, 在非火電行業(yè)電除塵系統(tǒng)中使用高頻電源技術(shù)仍舊十分少見(jiàn), 主要原因是:

(1) 非火電行業(yè)煙氣除塵相關(guān)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)尚未提高至超低排放要求, 傳統(tǒng)工頻電源技術(shù)能夠滿(mǎn)足目前排放標(biāo)準(zhǔn);

(2) 非火電行業(yè)煙氣成分復(fù)雜, 煙塵性質(zhì)各異, 尚不能將燃煤電廠電除塵高頻電源技術(shù)和設(shè)備直接復(fù)制運(yùn)用于非火電行業(yè), 需要進(jìn)行針對(duì)性的技術(shù)優(yōu)化和裝備集成。然而, 提高非電行業(yè)煙氣排放標(biāo)準(zhǔn), 逐步實(shí)現(xiàn)超低排放是大勢(shì)所趨。

2017年2月, 國(guó)家環(huán)保部、發(fā)改委、財(cái)政部、能源局聯(lián)合北京、天津、河北、山西、山東、河南等省市人民政府共同發(fā)布《京津冀及周邊地區(qū)2017年大氣污染防治工作方案》 (即“2+26城市大氣污染防治方案”) , 全面推進(jìn)重點(diǎn)行業(yè)治污升級(jí)改造和排污許可管理, 并要求區(qū)域內(nèi)所有鋼鐵、燃煤鍋爐排放的二氧化硫、氮氧化物和顆粒物大氣污染物執(zhí)行特別排放限值。2018年1月16日, 環(huán)保部印發(fā)《關(guān)于京津冀大氣污染傳輸通道城市執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告》, 要求京津冀大氣污染傳輸通道城市 (“2+26”城市) 將執(zhí)行大氣污染物特別排放限值, 控制范圍從火電、鋼鐵延展至非電全行業(yè) (石化、水泥、有色、化工行業(yè)及燃煤鍋爐項(xiàng)目) 。其中, 玻璃行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)在原有GB 26453—2011《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的基礎(chǔ)上, 進(jìn)一步要求在特殊區(qū)域 (2+26城市) 的玻璃行業(yè)執(zhí)行特別排放限值:玻璃熔窯顆粒物≤20 mg/Nm3、SO2≤100 mg/Nm3、NOx≤400 mg/Nm3。

隨著國(guó)家對(duì)玻璃窯爐煙氣污染物排放控制的日益嚴(yán)格, 傳統(tǒng)玻璃窯爐煙氣除塵技術(shù)將無(wú)法滿(mǎn)足新的排放標(biāo)準(zhǔn), 因此應(yīng)開(kāi)發(fā)和使用更加有效的除塵技術(shù)和裝備。高頻電源電除塵器能夠滿(mǎn)足這一要求, 高頻電源技術(shù)優(yōu)勢(shì)來(lái)源于科學(xué)有效的控制技術(shù)。

主要應(yīng)用效果在于：提高除塵效率的同時(shí)降低系統(tǒng)電耗, 并且能夠減少煙塵對(duì)SCR催化劑的影響, 有效延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。采用該高頻電源技術(shù), 可優(yōu)化除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu), 節(jié)省鋼材用量, 減少本體設(shè)備投資和建設(shè)成本, 提高電除塵技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。我司結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際工況和煙塵特性, 經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì), 將高頻高壓電源運(yùn)用于四川某日用玻璃窯爐煙氣除塵的高溫電除塵系統(tǒng), 項(xiàng)目成功投產(chǎn)并連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行, 對(duì)非火電行業(yè)的煙氣除塵系統(tǒng)的升級(jí)改造和節(jié)能降耗具有一定的借鑒意義。

2 高頻電源工作原理

如圖1所示, 高頻電源是由三相380 V、50 Hz低壓交流供電, 整流濾波后形成約530 V的直流電源, 利用調(diào)制解調(diào)技術(shù), 經(jīng)IGBT全橋逆變后形成20~50 k Hz高頻信號(hào), 驅(qū)動(dòng)高頻整流變壓器, 經(jīng)高頻變壓器升壓至20 k V, 再經(jīng)倍壓整流器, 產(chǎn)生平直的60~90 k V高頻脈動(dòng)負(fù)高壓直流信號(hào), 升壓整流后輸出直流高壓, 為電場(chǎng)提供供電的電源。高頻電源與工頻電源技術(shù)比較見(jiàn)表1。

圖1 工頻電源與高頻電源供電原理  

表1 高頻電源與工頻電壓技術(shù)比較 

頻電源的供電電流由一系列高頻脈沖構(gòu)成, 脈沖寬度為20~50kHz, 與工頻電源50Hz相比，高頻電源具有如下優(yōu)勢(shì):

(1) 高頻電源具有脈沖幅度、寬度及頻率均可以調(diào)整等特點(diǎn), 所以可以給電除塵器提供從純直流到脈沖的各種電壓波形, 因而可以根據(jù)電除塵器的工況, 提供*佳電壓波形;

(2) 高頻電源二次電壓趨近于純直流, 幾乎沒(méi)有紋波, 輸出紋波小。二次電流為尖峰載波使陰極尖端的電場(chǎng)強(qiáng)度的不均勻性更加激烈, 加大電暈電流;

(3) 閃絡(luò)恢復(fù)快, 微秒級(jí)內(nèi)快速關(guān)斷閃絡(luò)電流, 無(wú)閃絡(luò)電流沖擊問(wèn)題, 不會(huì)損傷極板極線, 保護(hù)電場(chǎng)設(shè)備同時(shí)提高除塵效率, 降低能耗。

3 四川某項(xiàng)目概況

四川某玻璃制造有限公司日用玻璃窯爐, 窯爐熔量：158t/d；采用燃料：天然氣；產(chǎn)品：白酒玻璃瓶。生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生含NOx、煙塵、氟化物等污染物的煙氣, 未經(jīng)脫硝、除塵和脫氟治理, 直接排放大氣, 煙氣中NOx、煙塵和氟化物均不能達(dá)標(biāo)排放, 凈化前的排放狀況詳見(jiàn)表2。

為了達(dá)到相關(guān)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)主擬進(jìn)行煙氣除塵脫硝治理，采用工藝路線如圖2所示。玻璃窯爐出口煙氣溫度約320℃，先經(jīng)過(guò)煙氣加熱器，將煙氣溫度提升到約400℃, 再進(jìn)行高溫電除塵+SCR脫硝處理，經(jīng)除塵脫硝處理后，由引風(fēng)機(jī)引至煙囪，排到大氣。經(jīng)高溫電除塵、SCR脫硝處理后, 煙囪出口NOx、煙塵、塵氟排放濃度分別是≤50mg/Nm3、≤20mg/Nm3、≤2mg/Nm3。

表2 處理前煙氣參數(shù)

圖2 煙氣高溫電除塵脫硝流程圖

4 節(jié)能提效分析

4.1 節(jié)能指標(biāo)分析

電除塵器的電能消耗設(shè)備包括高壓電源設(shè)備和低壓控制設(shè)備，低壓控制設(shè)備是包括高壓電源以外的所有用電設(shè)施，主要包括電極振打、卸灰、輸灰、絕緣子恒溫加熱等設(shè)備。該項(xiàng)目電除塵器的電能消耗3639.6kW·h/d，其中，高壓電源設(shè)備電能消耗2928 kW·h/d, 占整個(gè)電除塵系統(tǒng)能耗的80.4%，而振打、卸灰、輸灰、絕緣子恒溫加熱等電除塵設(shè)備電能消耗是711.6kW·h/d，所占份額較小。而且，為了保證設(shè)備正常運(yùn)行, 振打、卸灰、輸灰、絕緣子恒溫加熱等設(shè)備能耗是必須的，因此降耗空間很小。因此， 降低電除塵器能耗的關(guān)鍵在于降低高壓電源設(shè)備能耗。

高壓電源設(shè)備能耗與玻璃窯爐煙氣煙塵比電阻有關(guān)，玻璃窯爐煙氣煙塵比電阻較高，當(dāng)帶離子電荷的高比電阻煙塵在運(yùn)行過(guò)程中粘附在集塵極，會(huì)造成反電暈現(xiàn)象，導(dǎo)致除塵效率下降，由此可見(jiàn)，高壓電源設(shè)備運(yùn)行的能耗并不是與除塵效率遵循正比例線性關(guān)系，因此，根據(jù)煙塵的性質(zhì)選擇合適的高壓電源設(shè)備就尤為重要。

該項(xiàng)目電除塵器所選擇的高頻高壓電源，不僅能提高電除塵器的除塵效率，還能降低高壓電源能耗。高壓供電設(shè)備轉(zhuǎn)換效率是直接影響電除塵器能耗的因素，采用的高頻電源轉(zhuǎn)換效率是0.94，而一般工頻電源設(shè)備轉(zhuǎn)換效率只有0.7，較高的轉(zhuǎn)換效率使高頻電源增加了電量的有功功率, 減少了電量的無(wú)功功率, 而且經(jīng)過(guò)電除塵器本體優(yōu)化設(shè)計(jì), 將工頻電源改為高頻電源后，電除塵器電場(chǎng)數(shù)量由3個(gè)變?yōu)?個(gè)，節(jié)約電除塵器建設(shè)成本近70萬(wàn)元，還減少1個(gè)電場(chǎng)的能耗。該項(xiàng)目高頻電源與工頻電源能耗對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 高頻電源與工頻電源能耗分析

據(jù)表3計(jì)算, 采用高頻電源后, 每臺(tái)電除塵器輸入功率減少126kW, 節(jié)約電除塵器供電電能50%, 電除塵器節(jié)約電能108.14kW·h, 節(jié)約運(yùn)行成本74.08萬(wàn)元/年。由此可見(jiàn), 高頻電源能量的損耗相對(duì)工頻電源要小很多, 投資成本也相對(duì)較少, 對(duì)節(jié)能減排工作有巨大的貢獻(xiàn), 其有效優(yōu)良的技術(shù)性能, 讓技術(shù)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 提效指標(biāo)分析

影響除塵效率的主要因素有3個(gè):電除塵器的比集塵面積、電除塵器的處理煙氣量及帶電粒子在電場(chǎng)中的驅(qū)進(jìn)速度。

電除塵效率的計(jì)算一直是沿用多依奇公式:

式中:h—電除塵器的效率;

A—電除塵器的比集塵面積;

Q—電除塵器的處理煙氣量;

w—帶電粒子在電場(chǎng)中的驅(qū)進(jìn)速度。

高頻電源的供電電流由一系列高頻脈沖構(gòu)成, 脈沖寬度為20~50kHz, 不同工況下的高頻電源電除塵器脈沖幅度、寬度及頻率均可以自動(dòng)調(diào)整，可根據(jù)不同工況選擇*適合的電壓波形， 可以提高煙塵荷電量, 增加煙塵驅(qū)動(dòng)力，加快驅(qū)進(jìn)速度, 提高除塵效率。工頻電源電除塵器捕集高比電阻煙塵, 將在電場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生“反電暈”現(xiàn)象, 會(huì)導(dǎo)致除塵效率下降。而使用高頻電源是純直流供電方式， 具有電壓波動(dòng)小、電暈電壓高、電暈電流大等特點(diǎn)，能夠抑制“反電暈”現(xiàn)象的產(chǎn)生, 拓寬捕集高比電阻范圍， 設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中, 都處于無(wú)火花放電有效狀態(tài)中, 確保除塵器出口排放濃度≤20mg/Nm3。

高頻電源采用脈沖供電方式運(yùn)行, 通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電壓、導(dǎo)通率等, 在滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)實(shí)現(xiàn)*優(yōu)化控制。該項(xiàng)目在電除塵器進(jìn)口和煙囪處各安裝1臺(tái)在線監(jiān)測(cè)儀, 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高溫電除塵處理前后煙塵和NOx濃度。在所有電場(chǎng)的高頻電源均正常且節(jié)能工作模式時(shí), 煙囪的煙塵平均排放濃度為17.3mg/Nm3 (≤20mg/Nm3) , 滿(mǎn)足特殊排放標(biāo)準(zhǔn)。高頻電源電除塵器優(yōu)異良好的除塵效果、連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行方式, 顯著降低SCR催化劑堵塞和中毒風(fēng)險(xiǎn), 延長(zhǎng)SCR催化劑壽命。

目前平板玻璃行業(yè)執(zhí)行GB 26453—2011《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求, 從目前執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)看, NOx排放限值偏高, 仍有較大減排空間, 顆粒物也有進(jìn)一步提高排放控制要求的潛力, 因此, 在2017年6月, 針對(duì)重點(diǎn)地區(qū) (京津冀及周邊“2+26”城市) , 國(guó)家環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等20項(xiàng)國(guó)家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)修改單, 對(duì)玻璃熔窯增加特別排放限值。面對(duì)GB 26453—2011《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)的提高, 高頻電源電除塵技術(shù)突破了傳統(tǒng)工頻電源的瓶頸, 不僅能在較低的建設(shè)成本情況下, 滿(mǎn)足玻璃熔窯特別排放標(biāo)準(zhǔn)要求, 而且可以產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益。

現(xiàn)將GB 26453—2011《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和特別排放限值、以及該項(xiàng)目排放值匯總, 數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和該項(xiàng)目排放值

表4中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 該項(xiàng)目的高頻電源電除塵器在節(jié)能模式下運(yùn)行, 煙塵濃度排放值比現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)限值低32.7mg/Nm3, 僅是現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)限值的1/3, 比特別排放標(biāo)準(zhǔn)限值低2.7mg/Nm3。NOx濃度排放值比現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)限值低602mg/Nm3, 只是現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)限值的1/7, 比特別排放標(biāo)準(zhǔn)限值低302mg/Nm3, 是特殊排放標(biāo)準(zhǔn)限值的1/4。相比現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)限值, 減少煙塵排放量6875t/年, 減少NOx排放量12.7萬(wàn)t/年。通過(guò)對(duì)表4分析可知, 采用高頻電源電除塵器, 煙塵和NOx排放濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)限值, 略低于《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的特殊排放標(biāo)準(zhǔn)限值, 除塵效率顯著提高。同時(shí)在低煙塵濃度煙氣工況下, 減少SCR催化劑中毒與堵塞的風(fēng)險(xiǎn), 能夠選擇小孔徑的催化劑, 提高還原劑氨氣的利用率, 保證SCR脫硝效率。高頻電源電除塵器體現(xiàn)了優(yōu)良的環(huán)保效益, 是對(duì)社會(huì)有利的一項(xiàng)重要舉措。

5 結(jié)語(yǔ)結(jié)合電除塵器技術(shù)、高頻電源技術(shù)及實(shí)際運(yùn)行狀況, 對(duì)電除塵器高頻電源控制技術(shù)參數(shù)優(yōu)化調(diào)整, 分別對(duì)高頻電源電除塵器節(jié)能降耗、提有效率、節(jié)約成本進(jìn)行探討, 得出:

(1) 高頻電源進(jìn)一步提高了電除塵器的性能和運(yùn)行效率, 顯著減少電除塵器輸入功率, 降低了除塵器能耗, 每臺(tái)電除塵器運(yùn)行功率只有工頻電源電除塵器的一半, 節(jié)約運(yùn)行成本74萬(wàn)元/年。

(2) 高頻電源電除塵器除塵效果良好, 提高了除塵效率, 減少了煙氣中塵氟排放濃度, 煙塵濃度排放值是現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)限值的1/3, 且低于平板玻璃行業(yè)的特殊排放標(biāo)準(zhǔn)限值。經(jīng)過(guò)高頻電源電除塵器之后的低煙塵濃度煙氣, 保障了后續(xù)脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行, 延長(zhǎng)了SCR脫硝催化劑使用壽命。

(3) 該項(xiàng)目使用高頻電源電除塵器之后, 減少了電除塵器電場(chǎng)數(shù)量, 每臺(tái)電除塵器本體由3個(gè)電場(chǎng)變?yōu)?個(gè)電場(chǎng), 節(jié)約建設(shè)成本近70萬(wàn)元, 提高經(jīng)濟(jì)效益。

未來(lái)期望結(jié)合高頻高壓電源先進(jìn)技術(shù), 進(jìn)一步優(yōu)化除塵器本體設(shè)計(jì), 做到更加節(jié)能有效, 縮減本體設(shè)備投資和系統(tǒng)運(yùn)行成本, 為非火電行業(yè)煙氣電除塵領(lǐng)域提供行之有效的超低排放可選技術(shù)。

高頻電源電除塵器使用后, 為電除塵器技術(shù)優(yōu)化提供了很好的控制平臺(tái), 對(duì)玻璃窯爐煙氣除塵治理行業(yè)節(jié)能提效具有重要意義。

本文發(fā)表于全國(guó)性建材科技期刊——《玻璃》2018年　第9期　總第324期

作者：楊崎峰 周永信 楊長(zhǎng)鈁 陳國(guó)寧 王愛(ài) 詹馥蔓 韋艷玲 黃宣宣

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河北威美環(huán)保設(shè)備科技有限公司，立足河北邯鄲武安工業(yè)園區(qū)，占地面積10000多平方米，生產(chǎn)配套設(shè)備車(chē)間7500平方米，專(zhuān)注于煙氣污染深度治理領(lǐng)域，致力于濕式靜電除塵器、電除霧器及脫硫脫硝等煙氣處理領(lǐng)域環(huán)保工程技術(shù)咨詢(xún)、設(shè)計(jì)、制作、安裝等相關(guān)技術(shù)服務(wù)，威美環(huán)保在化工、建材、冶煉、鍋爐、制糖、化肥、陶瓷、煤電等行業(yè)均有大量成功運(yùn)行案例，隨后附上部分案例的運(yùn)行前后對(duì)比情況：

山西建材廠濕式靜電除塵器煙氣量不大于100000m3/h，設(shè)計(jì)氣速為1m/s。以下是濕電投入前后對(duì)比圖

山西建材廠濕式靜電除塵器煙氣量不大于100000m3/h，設(shè)計(jì)氣速為1m/s

氰尿酸生產(chǎn)線電除霧器運(yùn)行前后對(duì)比：該公司是中國(guó)*早生產(chǎn)氰尿酸的廠家之一，公司專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)各種規(guī)格氰尿酸及副產(chǎn)品硫酸銨，產(chǎn)品主要出口國(guó)外，在環(huán)保形勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)峻的情況下，該公司提前加裝電除霧除塵設(shè)備，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。以下是電除霧器運(yùn)行前后效果對(duì)比圖

威美氰尿酸行業(yè)濕式靜電除塵器運(yùn)行前后對(duì)比

回轉(zhuǎn)窯廢氣經(jīng)沉降室除塵、多級(jí)表冷除塵器、脫硫塔、洗滌塔處理，蒸餾爐廢氣經(jīng)余熱鍋爐、布袋除塵器處理后濕式電除霧器，經(jīng)濕電處理后，滿(mǎn)足環(huán)保排放要求，可以正常生產(chǎn)，以下是運(yùn)行前后對(duì)比圖：

寧夏鋅冶煉項(xiàng)目濕式靜電電除塵器運(yùn)行前后對(duì)比

以下是我司云南糖廠第二臺(tái)生物質(zhì)鍋爐濕式靜電除塵器運(yùn)行案例，濕式靜電除塵器入口煙塵含量150㎎/m³，出口煙塵含量≤25㎎，目前已通過(guò)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)驗(yàn)收

本套設(shè)備是為山東客戶(hù)200000m³/h煤矸石煙氣濕式靜電除塵器WESP，該高壓靜電濕式靜電除塵器為塔后安裝方式，是利用高壓脈沖直流電、電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)煙氣內(nèi)微細(xì)煙塵，使其加速沉降于陽(yáng)極表面，以除去煙氣中的塵粒、霧滴、氣溶膠及部分異味等，從而達(dá)到對(duì)煙氣的凈化。

該濕式靜電除塵器入口煙氣含塵量200mg/m³，出口煙氣含塵≤15mg/m³，除塵效率≥92%，已通過(guò)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)驗(yàn)收。

山東制磚煙氣濕式靜電除塵器投入前后效果對(duì)比

35t+45t糖廠鍋爐煙氣濕式電除塵器投入使用，煙氣量分別為11萬(wàn)氣量和14萬(wàn)氣量，進(jìn)氣方式來(lái)下進(jìn)上出，以下是來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的效果圖

制糖鍋爐煙氣濕式靜電除塵器使用效果圖