某电厂净烟气烟尘排放浓度偏高原因分析

某电厂净烟气烟尘排放浓度偏高原因分析

一.电除尘器除尘机理及影响因素

电除尘的主要应用机理为电晕放电,即在电除尘器内部的阴极(绝大多数电除尘采用阴极产生电晕)附近电离空气。空气电离出数量巨大的带正、负电荷的离子,而细小颗粒物通过与正负离子间存在的静电引力作用,实现了细小颗粒物的荷电。

1.电晕的产生

不平滑、不规则的导体,由于外形的特殊性,能够产生不均匀的电场。导体平面弯曲程度越大,意味着曲率越大,则带电体所携带的电子密度越大。在不均匀的电场中,较大曲率的电极附近电压升高到一定值时,自由电子就会获得足够的能量,与其周围存在的气体的分子产生剧烈的碰撞,气体分子(中性粒子)受到高能电子的激发,分解为正离子和电子。由于电子体积小质轻,自由行程长,容易加速和获得能量,继而在电场力的作用下,与新的气体分子进行碰撞,分解出更多的正离子和电子,该过程类似于雪崩式不断累积,产生了电晕现象,同时电晕外围的带电离子形成了电晕放电电流。

此时,含尘气体处于电场中时,气体中的颗粒物与具有较大运动速度的电子碰撞实现荷电的过程,从而在电场力的作用下,向电场阳极进行移动,并从气体中分离出来,宏观上达到了除尘的目的。

2. 电晕闭塞

电除尘器在运行过程中,由高压电源提供能量,电晕极(阴极线)周围形成电晕区,产生电晕电流。但电除尘器内部空间存在的荷电粉尘粒子电除尘器内部所产生的空间电荷对电晕电流有明显的影响。

当电除尘器内部空间内粉尘浓度较高、粉尘粒径较小时,存在的荷电粉尘粒子(负粒子)总量远远大于洁净气体电离产生的负离子的量。荷电粉尘粒子体积较负离子大,运动速度远低于负离子,其对电场场强的影响要大于负离子对场强的影响,这会极大地削弱电晕极附近的场强,甚至能把电晕极附近的场强减少到电晕的始发值,电晕电流大大降低,甚至会趋于零,这种现象定义为“电晕闭塞”。

电除尘器运行过程中烟气含尘量过高,则会导致电晕闭塞现象的发生,严重影响电晕极的电离效果,无法形成大量的负离子,最终会大大降低除尘效率,电除尘器出口烟尘浓度偏高或超标。因此,在电除尘器设计时,根据设计煤种中的灰分含量,确定电晕极线的极间距和形式,通常会采用较小的极间距、放电效果好的芒刺线、鱼骨线,以保证良好的电晕效果及增加电风影响。此外,还要注意阴阳极振打装置的正常运行、振打加速度及振打频率满足清灰需要,保证电晕极本体的清洁,从而能够减少或防止电晕闭塞现象的发生。

二.净烟尘排放浓度偏高现象描述

2020年2月25日1∶30,某电厂5号机组净烟尘从2.9mg/Nm³逐渐升高,最高至5.95mg/Nm³,灰水运行人员检查电除尘、湿除运行正常,负荷由215MW减至195MW,5∶30净烟尘开始逐渐下降,8∶00下降至2.8mg/Nm³,恢复正常,其间净烟尘小时值未超标。

1..演变过程

2月24日21∶45,净烟气NOx从50mg/Nm³突降至17mg/Nm³,维持到22∶24,然后逐渐降至2mg/Nm³,此时分析为脱硝SCR喷氨(NH₃)过量。2月25日2∶25,净烟气NOx恢复正常。

根据相关技术标准《JBT5910-2013电除尘器》,NH₃作为常用的烟气调质技术,经精确计量,向烟气中喷入微量NH₃蒸气,NH₃分子与部分H₂O+SO₃分子化合生成硫酸氢铵(ABS;NH₄HSO₄),氨及其化合物能提高电场内空间电荷和击穿电压,增强运行电压,消除反电晕现象,且利用粉尘凝并作用,可以减小二次扬尘,从而达到大幅度提高电除尘器效率的效果。2月24日22∶30-23∶30,5号机组静电除尘器电场参数二次电压普遍升高13kV,此时净烟尘逐渐下降,最低至1.7mg/Nm³。

由于硫酸氢铵(ABS;NH₄HSO₄)的生成,黏性大,逐渐附着在静电除尘器极板极线上,导致电场参数下降,除尘效率逐渐下降,净烟尘浓度逐渐升高。2月24日23∶30-2月25日5∶30,净烟尘从2.9mg/Nm³逐渐升高,最高至5.95mg/Nm³,其间净烟尘小时值未超标。

由于静电除尘器阴阳极不断振打,喷氨(NH₃)量、硫酸氢铵(ABS;NH₄HSO₄)的生成得到有效控制,静电除尘器参数逐渐恢复,2月25日5∶30净烟尘开始逐渐下降,2月25日8∶00下降至2.8mg/Nm³,恢复正常。

2月25日8∶00-15∶00,5号机组锅炉负荷950t/h左右,净烟尘在2.21-2.86mg/Nm³之间波动。5号机组烟尘浓度值见表1。

表1 5号机组净烟尘排放数值

2.净烟气烟尘排放浓度偏高原因分析

由于净烟尘排放浓度偏高,现场主要调阅了包括机组负荷曲线、空预器出口烟气含氧量、入炉煤质化验数据、引风机运行曲线等各种运行参数,同时对问题发生前的一段时间内的电除尘器电场运行参数记录、除尘器内部阴阳极系统的振打方式及振打周期记录、输灰系统运行及检修记录等进行了查阅。核实了电除尘器设计参数及电除尘入口烟温,发现出现问题的时段内,入炉煤质较差,空气干燥基硫份在1.9%左右,锅炉系统入口NOx浓度达460mg/Nm³,为了使氮氧化物达标排放,运行过程中,喷入过量的氨气,造成大量的氨逃逸现象。综合分析,总结归纳了以下几个导致净烟气烟尘排放浓度偏高的原因。

（1）5号机组净烟尘高的原因:静电除尘器出力降低;

（2）静电除尘器出力降低的原因:电场运行参数降低;

（3）电场运行参数降低的原因:硫酸氢铵(ABS)生成较多,黏性大,黏着在静电除尘器极板极线,造成“阴极肥大”产生电晕闭塞现象;

（4）硫酸氢铵(ABS)生成较多的原因:依据2月24日22∶40-2月25日1∶45,净烟气NOx低于10mg/Nm³,分析为脱硝SCR喷氨(NH₃)过量;

（5）喷氨过量的原因:液氨温度降低之后,部分液氨未充分气化,含有部分液氨颗粒,导致氨蒸气调整门调整精度变差,过量的氨喷入锅炉烟道。

（6）液氨温度降低原因:2月24日16∶13运行停运B液氨蒸发器,此时B液氨蒸发器入口电磁阀旁路门处于开启位置,部分液氨未经加热。

 

3.防范措施

集控运行保持液氨蒸发器热备用(关闭入口门,出口门开启,电加热保持运行状态)。当净烟尘超过4.5mg/Nm³时,开启二级吸收塔除雾器冲洗水抑尘(程控冲洗),提高湿式电除尘器运行参数(电流极限)至15%-20%,以观察净烟尘变化,及时协调各专业部门,若净烟尘持续升高,每次提高5%电流极限,同时,申请降低机组负荷。

三.结语

5号机组净烟尘排放数值偏高,主要原因由于运行不合理,电除尘器上游的脱硝系统,为了满足氮氧化物的达标排放而过量喷氨,导致副产物对电除尘器本体造成了极大的影响,从而使电除尘器除尘效率下降明显,无法适应锅炉负荷变化及原煤性质。随着国家对环保要求的不断增高,合理优化运行方式及达标排放的统筹考虑是解决类似问题的关键。 

（来源：科技经济导刊）