煤的多联产项目中高温电除尘器的试验研究

何毓忠，胡露钧，何海涛

(浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江 诸暨 311800)

煤炭是我国国民经济发展的重要支柱［1］，立足于我国以煤为主的能源结构，在发电行业里发展了多种清洁煤技术，其中以煤气化为核心的多联产系统是确保我国未来可持续发展的方向之一［2］。国家《能源法》第三十九条指出“国家鼓励发展热、电、煤气三联供技术，提高热能综合利用率;发展和推广流化床燃烧、无烟燃烧和气化、液化等洁净煤技术，提高煤炭利用效率”［3］。

煤经过气化、液化、热解和燃烧等多种热化学反应可以得到热能、电能或化学品［4］。普通电站锅炉中的煤炭利用形式主要是直接燃烧，即将燃料中的碳、氢等氧化以产生热能，进而转化成电能，这种转化方法效率低且污染严重，造成资源的较大浪费。如果能够在煤燃烧之前，提取其中富氢成分作为优质燃料或高附加值化工原料，剩下的低品质半焦通过燃烧产生热量，用于供热或发电，从而提高煤的利用效率。因此，国家鼓励发展多联产技术以节约资源。

但是，由于多联产系统产生的焦油中含有大量高温烟气粉尘，不利于焦油深加工，所以在焦油进入油水分离前需进行除尘以提高焦油品质。通过调研和试验表明，高温电除尘器是合适的除尘设备，本文对于工况下的高温电除尘器进行了试验研究与分析。

1 高温电除尘器试验平台搭建

1.1 确定本高温电除尘器试验平台的整体方案

根据各相关专业专家及公司技术人员的计算和讨论，确定本高温电除尘器试验平台的整体方案，具体流程见图1。

图1 高温电除尘器整体试验方案图

试验应用12 MW循环流化床锅炉作为热电气焦油多联产中试装置。该装置是利用循环流化床高温循环灰作为热载体来热解原煤，产生焦油、煤气和半焦，主要设计参数见表1。

1.2 高温电除尘器概况

电除尘器的流通面积为10 m2，采用单室两电场设计，试验工况参数见表2。

表1 循环流化床锅炉主要设计参数表

表2 试验工况参数表

高温电除尘器具体参数见表3。

表3 两电场单室电除尘器具体参数表

1.3 试验用高温电除尘器的主要功能要求

1)控制电除尘器的运行温度必须在380℃以上，这是因为烟气中的主要成分为焦油，当烟气温度低于380℃时，气态的焦油会结露析出。同时高温电除尘器的材料必须保证能在500℃的温度下长期可靠运行。

2)电除尘器必须充分考虑防爆。因为烟气中含有大量煤气，所以，要合理设计防爆门，同时严格控制漏风。

2 高温电除尘器试验研究

2.1 第一轮试验

2010年12月中旬，电除尘器在常规燃煤烟气工况和高温煤气工况下分别进行了试投运，在常规工况下电除尘器能正常运行，但在高温煤气工况时发生了短路报警，停炉后进入电除尘器进行仔细检查。

2.1.1 问题检查分析

依据现场情况，经研究讨论后认为，高温电除尘器无法正常投运的原因主要是以下2个方面:

1)实际运行温度超过设计温度较多。此高温电除尘器的设计运行温度为420℃，冲击温度为500℃，而在运行时，实际温度都在 550℃左右，最高达600℃。连续运行3天后，由于实际温度大大超出设计温度，使得电除尘器的阳极系统悬挂方管及进口气流分布板等部件因膨胀间隙不足均产生了比较严重的变形。

2)高温电除尘器进口含尘浓度高且黏性大。电场内部整个空间积灰很多且附着油，特别在瓷套、瓷轴上更为严重，见图2。由于灰体质量轻易飘浮，且含碳量特别高，是引起电场短路的主因。另一方面，为降低烟气温度，在电除尘器前部烟道喷洒较多的水，使灰的黏性大大增加，导致电除尘器内部积灰更为严重，见图3。

图2 瓷轴附油情况图

图3 电除尘器内部积灰情况图

2.1.2 应对措施

结合系统实际运行情况以及高温电除尘器在投运过程中出现的问题，对高温电除尘器作了如下改进:

1)顶部瓷套及阴极振打传动装置瓷轴处设热气吹扫，以防止绝缘瓷件结灰短路。

2)适当增大振打锤头，提高阴阳极振打加速度，以提高清灰效果。

3)根据现场外壳体实际密封情况，对所有可能漏风部位再次密封，确保外壳体等部位密封性良好。

4)内保温局部修复，顶部大梁内保温施工时，确保阳极悬挂梁有热伸缩空间。

5)现场调整进、出口气流分布板，以防止堵灰，同时保持气流均匀性。

2.2 第二轮试验

高温电除尘器经优化整改后，在2011年3月再次开展了热态调试工作。高温电除尘器正常投运3天，调试期间共产生焦油约35 t。经焦油品质含尘量前后对比分析，专家评审讨论初步确定高温电除尘器除尘效率达到了90%以上。后因高温电除尘器短路报警、放灰堵塞等原因停运，随后多联产停运。

这次投运时间虽然不算很长，却有着重大意义，它表明在煤的多联产中利用高温电除尘器来除尘具有可行性。但从试验结果看，此高温电除尘器仍有很多待完善的地方。比如整个系统在操作规程的控制上要进一步加强，在相关配套要求以及高温电除尘器本身运行可靠性和卸灰等方面需改进提升。

2.2.1 存在问题及解决方法

1)电场短路报警。主要原因分析:电场短路主要由于绝缘瓷件结油爬电、击穿引起。根据现场温度表显示瓷套吹扫蒸汽温度为300℃左右，电瓷转轴在250℃左右，而焦油在380℃左右时就会析出，因此，绝缘瓷件结油主要是由于吹扫衡器温度偏低，导致焦油析出造成的。

2)灰斗堵灰，卸灰不畅，见图4。主要原因分析:a)原卸灰口径为d200 mm，偏小。b)灰斗口下部天方地圆，无保温和加热，导致灰流动性下降，甚至结块。c)电场顶部内保温有大块脱落，造成堵塞。d)电场内部结灰比较严重，尤其出口槽形板几乎被堵塞。

图4 灰斗堵灰情况图

2.2.2 高温电除尘器优化方案

完善整改措施:

1)更换因结油爬电击穿的绝缘瓷件。

2)控制吹扫蒸汽温度在400℃以上，对管路漏点检查堵漏以保证蒸汽流量。

3)卸灰阀更换为双层气动金属双闸板阀，卸灰口径为d300 mm。

4)灰斗口下部天方地圆大小节增设保温。

5)灰斗内底部敷设不锈钢板，以保证灰斗壁光滑增加灰的流动性及保持下部灰的温度。

3 结论

通过高温电除尘器的多次运行试验可以看出，试验项目在总体设计思路上是正确的。说明400℃以上的高温工况下电除尘器只要选型得当，设计合理，运行流程严格按规程执行，高温电除尘器的除尘效率是能够达到设计要求的。但在高温工况下的电除尘器(特别是煤气焦油工况下)，设计、制作、安装调试、运行控制及运行可靠性等各个方面比常规电除尘器都有更高的要求，大规模工业推广应用还有待进一步试验和研究。

［1］蔺王萍.山西省煤炭行业循环经济发展研究［J］.山西焦煤科技，2011，11(11):51－53.

［2］倪维斗，李 政，薛 元.以煤气化为核心的多联产能源系统－资源/能源/环境整体优化与可持续发展［J］.中国工程科学，2000，2(8):59－68.

［3］中国政府门户网站.中华人民共和国节约能源法［M/OL］.http://www.gov.cn/banshi/2005－08/31/content_68768.htm，［2005－08－23］.

［4］王勤辉，方梦祥，骆仲泱，等.煤的热电气焦油多联产技术的研究与开发［J］.热电技术，2010，1(105):1－5.