CN108889452B - 一种烟气深度降温的静电除尘器选型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烟气深度降温的静电除尘器选型方法，通过对现有煤种和设计参数要求，计算灰硫比、取煤种的表观驱进速度、计算提效作用影响因子、计算表观驱进速度提效作用影响因子、计算旋转电极对表观驱进速度提高作用影响因子，通过电除尘器除尘效率计算式，计算电除尘器所得集尘面积，选择合适的电除尘器型号。本发明的优点是：挖掘得出了烟气深度降温电除尘器除尘效率的主要影响因素和规律，并给出了具体的计算式，精确计算烟气深度降温电除尘器除尘效率和具体型号，避免了因选型设计偏小导致的出口粉尘排放超标和因选型设计偏大导致的材料、场地、运行电耗等浪费问题。

Description

一种烟气深度降温的静电除尘器选型方法
技术领域
本发明涉及一种烟气深度降温的静电除尘器选型方法。
背景技术
目前，随着燃煤电厂“超低排放”政策和标准的全面实施，烟气深度降温的电除尘器(也被称为低低温电除尘器)已成为燃煤电厂主流除尘设备，但其除尘效率受煤、灰成分，烟气条件等复杂因素影响，且各因素间相互关联、相互作用。
与此同时，现有常规电除尘器除尘效率计算方法有Deutsch公式和Matts公式，均通过煤种的驱进速度计算电除尘器效率，但未给出驱进速度的具体计算方法，国内外大部分厂家通过经验判断驱进速度再结合Deutsch公式或Matts公式计算电除尘器效率，但是目前通过这些方法存在一些问题：
1)电除尘器的除尘效率受煤、灰成分，烟气条件等复杂多因素影响，缺少实用可操作的选型计算方法；
2)电除尘器在烟气深度降温后除尘效率提高明显，但没有定量评价提高幅度的计算方法；
3)没有旋转电极式电除尘器的除尘效率计算方法，更没有“烟气深度降温 +旋转电极”电除尘结合计算的定量选型计算方法；
4)现有部分电除尘器存在设计偏小、配置不规范以及电除尘器烟气深度降温改造方案选择不当，而导致部分设备投运后烟尘排放不能达标的现象。
5)电除尘器大部分存在设计偏大，钢厂、场地、安装、运行电耗等因余量大而存在浪费现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烟气深度降温的静电除尘器选型方法，能够有效解决现有方法无法准确选择合适的电除尘器，造成设计偏小排放不达标或者设计偏大造成浪费的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种烟气深度降温的静电除尘器选型方法，包括以下步骤：
(1)明确烟气深度降温电除尘器的设计煤种、校核煤种，测出煤、灰成分，得到Sar、Al2O3、SiO2、Na2O成分；测出烟气条件主要参数，得到进口含尘浓度、烟气量、燃煤量；
(2)确定电除尘器采用的单一技术还是结合技术；
(3)确定入口烟气温度；
(4)计算灰硫比CD/S；
(5)选取煤种的表观驱进速度ωk；
(6)计算提效作用影响因子f(CD/S)；
(7)计算表观驱进速度提效作用影响因子g(ωk)；
(8)计算旋转电极对表观驱进速度提高作用影响因子t(ρ)；
(9)通过电除尘器除尘效率计算式，计算电除尘器所得集尘面积A；
将以上步骤计算得出的灰硫比提效作用影响因子f(CD/S)、表观驱进速度对作用影响因子g(ωk)、旋转电极对表观驱进速度提高作用因子t(ρ)、系统要求的电除尘器电除尘效率η、烟气量Q代入电除尘器除尘效率计算总式，计算得电除尘器烟气深度降温电除尘器所得比基础面积A/Q，具体公式为：
η：电除尘器电除尘效率，f(CD/S)：灰硫比提效作用影响因子，g(ωk)：表观驱进速度对作用影响因子，t(ρ)：当末电场采用旋转电极时，表观驱进速度提高幅度；
根据以上步骤得出的电除尘器烟气深度降温电除尘器所得比基础面积A/Q 和烟气量Q，计算得出集尘面积A，选择合适的电除尘器型号。
优选的，所述步骤(4)中灰硫比CD/S计算方法为：
其中，CD/S：灰硫比，
CD：热回收器入口粉尘浓度，单位mg/m3，
热回收器入口SO3浓度，单位mg/m3，
η1：燃煤中收到基硫转化为SO2的转化率(煤粉炉一般取90％)，
η2：SO2向SO3的转化率(约为0.8％～3.5％，一般取1.8％～2.2％)；
M：锅炉燃煤量，单位t/h，
Sar：煤中收到基含硫量，单位％，
q：锅炉机械未完全燃烧的热损失(在灰硫比估算时可取0％)；
Q：烟气流量，单位m3/h。
优选的，所述步骤(6)中将灰硫比CD/S代入电除尘器烟气深度降温的烟气状态转变后的提效作用影响因子f(CD/S)，
其中，CD/S：煤种的灰硫比值，
f(CD/S)：灰硫比提效作用影响因子，
式中，CD/S取值范围一般为50～1700，当CD/S＞1700时，取1700计算，当 CD/S＜50时，取50计算。
优选的，对于步骤(7)，将表观驱进速度ωk代入表观驱进速度提效作用影响因子计算式，得出表观驱进速度ωk对应电除尘器烟气状态转变后的表观驱进速度提效作用影响因子g(ωk)，
ωk：煤种的表观驱进速度，单位为m/s，
g(ωk)：表观驱进速度提效作用影响因子，
式中，ωk取值范围一般为10～50，当ωk＞50时，取50计算，当ωk＜10 时，取10计算。
优选的，对于步骤(8)，通过测量得到粉尘工况比电阻ρ，并代入旋转电极对表观驱进速度提高作用影响因子计算式，得出表观驱进速度提高作用影响因子t(ρ)，
t(ρ)＝0.018(lgρ-7.5)2+1.15
ρ：120℃时，粉尘工况比电阻，单位为Ω·cm。
优选的，所述步骤(10)中，先选定电除尘器台数N1和每台电除尘器室数 K，根据电除尘器功率选择电除尘器电场长度L、电场高度H、同极间距T和电场数量，然后根据以下公式计算单室电场有效宽度B，B必须为T的整数倍，一般不大于48，初步选定电除尘器型号，
式中：A为集尘面积，单位m2；Li表示第i个电场的电场长度，单位m；H 为电场高度，单位m；B为单室电场有效宽度，单位m；K为室数；T同极间距，单位m。
优选的，根据计算出的单室电场有效宽度B，对气流在电场中的流动速度V 进行校验，需保证V在0.4m/s～1.2m/s之间，如果不满足对电除尘器参数重新选择，
优选的，根据初步选定的电除尘器型号，对单室电场有效宽度B需满足电除尘器长高比核对，确保长高比在1.0～2.0之间。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1.挖掘得出烟气深度降温电除尘器除尘效率的主要影响因素和规律，并给出了引入主要影响因子的计算方法。
2.给出了精确计算常规电除尘器除尘效率、旋转电极式电除尘器除尘效率以及结合技术的除尘效率。
3.提供了一种系统的烟气深度降温电除尘器选型设计方法，包括集尘面积计算、入口烟气温度选定、电场数量、长高比等，可精确选定烟气深度降温电除尘器具体型号。
4.通过烟气深度降温电除尘器选型设计方法，可避免因选型设计偏小导致的出口粉尘排放超标和因选型设计偏大导致的材料、场地、运行电耗等浪费问题。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面以某电厂2*1000MW新建机组，根据当地环保政策要求及该电厂炉后污染物去除系统的总体设置，烟囱出口烟尘须控制在5mg/Nm3及以下，电除尘器出口烟尘控制在15mg/Nm3及以下(在一个供电分区停止工作情况下保证)。本工程主要设计煤、灰成分如表所示，烟气深度降温电除尘器入口烟气参数及性能要求如下表所示。
主要煤、灰成分表
烟气深度降温电除尘器入口烟气参数及性能要求表
注：本示例仅计算设计煤种，实际选型应把所有校核煤种以相同方法计算。具体步骤为：
(1)得到基本输入参数
根据项目背景，明确烟气深度降温电除尘器的设计煤种、校核煤种，测出煤、灰成分，得到Sar、Al2O3、SiO2、Na2O成分；测出烟气条件主要参数，得到进口含尘浓度、烟气量、燃煤量；
(2)明确电除尘器采用的技术
明确电除尘采用单一技术或结合技术：
本示例选定：选项(2)：烟气深度降温电除尘技术，单一技术；
总除尘效率计算式中的t(ρ)＝1；
(3)烟气深度降温电除尘器入口烟气温度确定
本例因业主明确要求电除尘器入口烟气温度为85℃，在符合烟气深度降温电除尘器条件的情况下(电除尘器入口烟气温度低于酸露点温度)，符合烟气深度降温电除尘器选型计算方法，因此，本项目烟气深度降温电除尘器入口烟气温度T＝85摄氏度。
(4)计算灰硫比CD/S；
将以上步骤计算得出的燃煤量M，煤中收到基含硫量Sar，烟气流量Q，入口粉尘浓度CD代入以下计算式，计算得出灰硫比CD/S。
CD/S：灰硫比，
CD：热回收器入口粉尘浓度，单位mg/m3，
热回收器入口SO3浓度，单位mg/m3，
η1：燃煤中收到基硫转化为SO2的转化率(煤粉炉一般取90％)，
η2：SO2向SO3的转化率(约为0.8％～3.5％，一般取1.8％～2.2％)；
M：锅炉燃煤量，单位t/h，
Sar：煤中收到基含硫量，单位％，
q：锅炉机械未完全燃烧的热损失(在灰硫比估算时可取0％)；
Q：烟气流量，单位m3/h，
本示例计算过程：
计算得到灰硫比CD/S：设计煤种为440。
(5)选取煤种的表观驱进速度ωk；
将以上步骤得到的Sar、Na2O、Al2O3、SiO2代入表观驱进速度ωk取值表，选取得出煤种的表观驱进速度ωk。
本示例数据代入后的结果：
因此，设计煤种的表观驱进速度ωk为37。
(6)计算提效作用影响因子f(CD/S)
将以上步骤计算得出灰硫比CD/S，代入电除尘器烟气深度降温的烟气状态转变后的提效作用影响因子f(CD/S)，
CD/S：煤种的灰硫比值，
f(CD/S)：灰硫比提效作用影响因子，
式中，CD/S取值范围一般为50～1700，当CD/S＞1700时，取1700计算，当CD/S＜50时，取50计算。
本示例设计煤种计算过程：
同理，
计算得到f(CD/S)：设计煤种的f(CD/S)均为0.49。
(7)计算表观驱进速度提效作用影响因子g(ωk)
将以上步骤得出的表观驱进速度ωk代入表观驱进速度提效作用影响因子计算式，得出表观驱进速度ωk对应电除尘器烟气状态转变后的表观驱进速度提效作用影响因子g(ωk)，
ωk：煤种的表观驱进速度，单位为m/s，
g(ωk)：表观驱进速度提效作用影响因子，
式中，ωk取值范围一般为10～50，当ωk＞50时，取50计算，当ωk＜10时，取10计算。
本示例计算过程：设计煤种的表观驱进速度ωk为37，代入上式：
(8)计算旋转电极对表观驱进速度提高作用影响因子t(ρ)
通过测量得到粉尘工况比电阻ρ，并代入旋转电极对表观驱进速度提高作用影响因子计算式，得出表观驱进速度提高作用影响因子t(ρ)。
t(ρ)＝0.018(lgρ-7.5)2+1.15
t(ρ)：旋转电极对表观驱进速度提高作用影响因子
ρ：120℃时，粉尘工况比电阻，单位为Ω·cm，
本例t(ρ)＝1。
(因未采用旋转电极技术，为示例，假设采用，计算过程如下：
t(ρ)＝0.018(lgρ-7.5)2+1.15＝0.018[lg(1.40×1013)-7.5]2+1.15＝1.5)
(9)通过电除尘器除尘效率计算式，计算电除尘器所得集尘面积A 将以上步骤计算得出的灰硫比提效作用影响因子f(CD/S)、表观驱进速度对作用影响因子g(ωk)、旋转电极对表观驱进速度提高作用因子t(ρ)、系统要求的烟气深度降温电除尘器电除尘效率η、烟气量Q代入电除尘器除尘效率计算总式，计算得出烟气深度降温电除尘器所得集尘面积A。
η：电除尘器电除尘效率，
f(CD/S)：灰硫比提效作用影响因子，
g(ωk)：表观驱进速度对作用影响因子，
t(ρ)：当末电场采用旋转电极时，表观驱进速度提高幅度，
本示例计算过程：
(1)将设计煤种g(ωk)＝1.22，f(CD/S)＝0.49，除尘效率η＝99.95％，带入式：
根据本示例附加的性能要求：在一个供电分区停止工作情况下保证出口排放保证出口排放≤15mg/Nm3，比集尘面积按停供电分区的比例 (三室五电场时，共15个分区，14个分区运行时需达到135m2/(m3/s) 的比集尘面积)得出推荐的烟气深度降温电除尘器比集尘面积为≥144.6m2/(m3/s)。
(10)烟气深度降温电除尘器型号选定
根据以上步骤得出的电除尘器电除尘器所得比基础面积A/Q和烟气量Q，集尘面积A。并按以下步骤选型：
1)电除尘器台数N1确定方法：300MW机组等级以上优选2台，300MW机组等级一下优选1台；
2)电除尘器室数K确定方法：600MW机组等级以下优选2室，600MW机组等级以上优选3室
3)电除尘器电场长度L确定方法：3米、3.5米、4米、4.5米、5米；机组越大，优选越大的电场长度；
4)电除尘器电场高度H确定方法：300MW机组等级以上优选15米、15.5米；优选15.5米；机组越大，优选越大的电场长度；
5)同极间距T确定方法：250mm～600mm，优选400mm；旋转电极电场优选 460mm。
6)电除尘器电场数量N2确定方法：4～7；
7)单室电场有效宽度B确定方法：B必须为T的整数倍，一般不大于48：集尘面积A计算式：
式中：A为集尘面积，单位m2；Li表示第i个电场的电场长度，单位m；H 为电场高度，单位m；B为单室电场有效宽度，单位m；K为室数；T同极间距，
单位m；
8)气流在电场中的流动速度V为0.5m/s～1.2m/s
9)单室电场有效宽度B需满足电除尘器长高比(电场长度比电场高度)为 1.0～2.0，当无法满足电除尘器长高比时，调整电场数量。
10)最终型号确定。
本示例选型过程：
A.电除尘器台数N1确定：每台炉配2台电除尘器；
B.电除尘器室数K确定：本项目为1000MW机组，选3室；
C.电除尘器电场长度L确定：本项目为最大1000MW机组，选4.5米；
D.电除尘器电场高度H确定：本项目为最大1000MW机组，选15.5米；
E.同极间距T确定：选400mm。
F.电除尘器电场数量N2确定：4～7；
G.电除尘器单室电场有效宽度B确定：
根据以上步骤，在保证除尘效率下，烟气深度降温电除尘器需要的比集尘面积为≥144.6m2/(m3/s)，本项目设计煤种烟气量Q＝582m3/s，因此，
将以上计算得出的烟气深度降温电除尘器集尘面积A代入下式：
因B/0.4必须为整数，因此，B/0.4取37
根据计算得出的B值，反推修改原设计数据。
根据电除尘器行业标准JB/T 5910一2013，电除尘器型号表示方法为：
本项目初步型号为：2D 3×5(400)—3×14.8—15.5
(9)单室电场有效宽度B需满足电除尘器长高比核对：
符合1.0～2.0的要求。
因此，本项目烟气深度降温电除尘器型号为：
2D 3×5(400)—3×14.8—15.5。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (8)

1.一种烟气深度降温的静电除尘器选型方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)明确烟气深度降温电除尘器的设计煤种、校核煤种，测出煤、灰成分，得到Sar、Al2O3、SiO2、Na2O成分；测出烟气条件主要参数，得到进口含尘浓度、烟气量、燃煤量；
(2)确定电除尘器采用的单一技术还是结合技术；
(3)确定入口烟气温度；
(4)计算灰硫比CD/S；
(5)选取煤种的表观驱进速度ωk；
(6)计算提效作用影响因子f(CD/S)；
(7)计算表观驱进速度提效作用影响因子g(ωk)；
(8)计算旋转电极对表观驱进速度提高作用影响因子t(ρ)；
(9)通过电除尘器除尘效率计算式，计算电除尘器所得集尘面积A；
将以上步骤计算得出的灰硫比提效作用影响因子f(CD/S)、表观驱进速度对作用影响因子g(ωk)、旋转电极对表观驱进速度提高作用因子t(ρ)、系统要求的电除尘器电除尘效率η、烟气量Q代入电除尘器除尘效率计算总式，计算得电除尘器烟气深度降温电除尘器所得比基础面积A/Q，具体公式为：
η：电除尘器电除尘效率，f(CD/S)：灰硫比提效作用影响因子，g(ωk)：表观驱进速度对作用影响因子，t(ρ)：当末电场采用旋转电极时，表观驱进速度提高幅度；
(10)根据以上步骤得出的电除尘器烟气深度降温电除尘器所得比基础面积A/Q和烟气量Q，计算得出集尘面积A，选择合适的电除尘器型号。
2.如权利要求1所述的一种烟气深度降温的静电除尘器选型方法，其特征在于：所述步骤(4)中灰硫比CD/S计算方法为：
其中，CD/S：灰硫比，
CD：热回收器入口粉尘浓度，单位mg/m3，
热回收器入口SO3浓度，单位mg/m3，
η1：燃煤中收到基硫转化为SO2的转化率(煤粉炉一般取90％)，
η2：SO2向SO3的转化率(为0.8％～3.5％)；
M：锅炉燃煤量，单位t/h，
Sar：煤中收到基含硫量，单位％，
q：锅炉机械未完全燃烧的热损失(在灰硫比估算时可取0％)；
Q：烟气流量，单位m3/h。
3.如权利要求1所述的一种烟气深度降温的静电除尘器选型方法，其特征在于：所述步骤(6)中将灰硫比CD/S代入电除尘器烟气深度降温的烟气状态转变后的提效作用影响因子f(CD/S)，
其中，CD/S：煤种的灰硫比值，
f(CD/S)：灰硫比提效作用影响因子，
式中，CD/S取值范围一般为50～1700，当CD/S＞1700时，取1700计算，当
CD/S＜50时，取50计算。
4.如权利要求1所述的一种烟气深度降温的静电除尘器选型方法，其特征在于：对于步骤(7)，将表观驱进速度ωk代入表观驱进速度提效作用影响因子计算式，得出表观驱进速度ωk对应电除尘器烟气状态转变后的表观驱进速度提效作用影响因子g(ωk)，
ωk：煤种的表观驱进速度，单位为m/s，
g(ωk)：表观驱进速度提效作用影响因子，
式中，ωk取值范围一般为10～50，当ωk＞50时，取50计算，当ωk＜10时，取10计算。
5.如权利要求1所述的一种烟气深度降温的静电除尘器选型方法，其特征在于：对于步骤(8)，通过测量得到粉尘工况比电阻ρ，并代入旋转电极对表观驱进速度提高作用影响因子计算式，得出表观驱进速度提高作用影响因子t(ρ)，t(ρ)＝0.018(lgρ-7.5)2+1.15
ρ：120℃时，粉尘工况比电阻，单位为Ω·cm。
6.如权利要求1所述的一种烟气深度降温的静电除尘器选型方法，其特征在于：所述步骤(10)中，先选定电除尘器台数N1和每台电除尘器室数K，根据电除尘器功率选择电除尘器电场长度L、电场高度H、同极间距T和电场数量，然后根据以下公式计算单室电场有效宽度B，B必须为T的整数倍，一般不大于48，初步选定电除尘器型号，
式中：A为集尘面积，单位m2；Li表示第i个电场的电场长度，单位m；H为电场高度，单位m；B为单室电场有效宽度，单位m；K为室数；T同极间距，单位m。
7.如权利要求6所述的一种烟气深度降温的静电除尘器选型方法，其特征在于：根据计算出的单室电场有效宽度B，对气流在电场中的流动速度V进行校验，需保证V在0.4m/s～1.2m/s之间，如果不满足对电除尘器参数重新选择，
8.如权利要求6所述的一种烟气深度降温的静电除尘器选型方法，其特征在于：根据初步选定的电除尘器型号，对单室电场有效宽度B需满足电除尘器长高比核对，确保长高比在1.0～2.0之间。
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