可实现燃煤电厂超净排放的烟尘治理技术的应用分析

可实现燃煤电厂超净排放的烟尘治理技术的应用分析

啜广毅

（大唐环境产业集团股份有限公司北京100097）

摘要：本文阐述了可实现燃煤电厂超低排放的袋式除尘、静电除尘和电袋组合式三种除尘技术的机理，对三种除尘设备对粉尘的捕集效果进行比较，认为袋式除尘器对燃煤电厂超净排放的潜力最佳。

关键词：燃煤电厂超低排放除尘技术应用分析

一.引言

2015年三部委关于超低排放是指燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本符合燃气机组排放限值（以下简称“超低限值”）要求，即在基准含氧量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3。为鼓励引导超低排放，对经所在地省级环保部门验收合格并符合上述超低限值要求的燃煤发电企业给予适当的上网电价支持。其中，对2016年1月1日以前已经并网运行的现役机组，对其统购上网电量加价每千瓦时1分钱（含税）；对2016年1月1日之后并网运行的新建机组，对其统购上网电量加价每千瓦时0.5分钱（含税）。省级能源主管部门负责确认适用上网电价支持政策的机组类型。超低排放电价政策增加的购电支出在销售电价调整时疏导。上述电价加价标准暂定执行到2017年底，2018年以后逐步统一和降低标准。地方制定更严格超低排放标准的，鼓励地方出台相关支持奖励政策措施。

从国家环保部相继出台的政策和要求可以看出国家对火电厂大气污染物排放控制的信心和决心。目前我国燃煤机组的烟尘排放质量浓度基本控制在10mg/m3以下，部分重点地区烟尘排放质量浓度可达到5mg/m3以下。

二.国内燃煤电厂烟气除尘技术应用概况

在上个世纪，由于当时布袋除尘设备、滤料、脉冲阀等技术还不够成熟，因此我国火电厂锅炉烟气除尘项目以静电除尘技术为主，对满足当时的排放要求起了重要作用。进入二十一世纪后，随着环保要求的提高，以及2001年内蒙丰泰电厂采用德国鲁奇旋转喷吹脉冲袋式除尘器的成功应用，袋式除尘器开始在火电厂得到大力推广和应用。

为达到标准要求，除不断扩大袋式除尘技术的应用外，电除尘器设备厂家也在不断地研发和应用一些新技术，如烟气调质、高频电源、移动电极、电凝聚器、湿式电除尘器等。

三.烟气除尘技术分析

1袋式除尘技术

1.1袋式除尘技术的发展

我国袋式除尘技术的研究起源于上世纪50年代，而五六十年代也是我国袋式除尘技术发展的第一个阶段，其主要就是仿照外国的一些袋式除尘器进行研究，比如在50年代早期是仿制苏联的袋式除尘器，而到了60年代则主要是研究美国和日本的袋式除尘器，并且进行相应的仿照生产，在该阶段中，自身的研究水平存在一定的不足，科技含量不高。

第二阶段主要就是指在上世纪70年代中期逐步的出现了一些能够自主生产袋式除尘器的企业，并且其数量不断增加，尤其是到了八十年代甚至已经能够联合相关的设计院以及学校研究机构来共同生产我国自主产权的袋式除尘器，其中最为典型的一个代表就是大型反吹风布袋除尘器，虽然这一袋式除尘器在一定程度上也受到了国外一些发达国家袋式除尘器的影响，但是其中蕴含的自主研究价值也是应该引起重视的，此后，分室反吹风袋式除尘器和长袋低压脉冲袋式除尘器的研究更是标志着我国袋式除尘器的研究取得了较大程度的进步，其应用的价值也得到了较大程度的体现。

从上世纪90年代开始至今是我国袋式除尘器发展的第三阶段，在该阶段中最为典型的一个标志就是大型脉冲喷吹袋式除尘器的出现，该类型的除尘器研究成功并投入使用在较大程度上提升了我国袋式除尘器发展的水平，其清灰除尘效果也得到了更大程度的提升，并且使用的年限也远远高于其它一些袋式除尘器。进入二十一世纪，袋式除尘器开始在电力行业得到了广泛应用，大量的案例证明：布袋除尘技术是成熟先进、安全可靠的，已成为燃煤电厂锅炉烟气除尘的主流技术。

1.2袋式除尘器清灰机理

袋式除尘器是一种干式滤尘装置。滤料使用一段时间后，由于筛滤、碰撞、滞留、扩散、静电等效应，滤袋表面积聚了一层粉尘，这层粉尘称为初层，在此以后的运动过程中，初层成了滤料的主要过滤层，依靠初层的作用，网孔较大的滤料也能获得较高的过滤效率。随着粉尘在滤料表面的积聚，除尘器的效率和阻力都相应的增加，当滤料两侧的压力差很大时，会把有些已附着在滤料上的细小尘粒挤压过去，使除尘器效率下降。另外，除尘器的阻力过高会使除尘系统的风量显著下降。因此，除尘器的阻力达到一定数值后，要及时清灰。清灰时不能破坏初层，以免效率下降。

1.3超净布袋技术

滤袋是决定除尘器出口排放值的关键的部件，它的过滤精度直接关系到烟尘排放指标。为了达到袋式除尘器出口烟尘浓度值不高于20mg/m3以下

1.3.1梯度滤料

采用1dtex*51mmPPS/PTFE纤维形成底层、迎尘层纤度梯度（填充密度20%）；迎尘层表面加固一层致密层与其形成密度梯度（纤度不变），填充密度50%；基布优选PTFE长丝（130g/m2）；梯度结构滤料过滤效率达99.95%。

1.3.2分级高速高密针刺：采用高密度分级针刺法复合工艺，不仅促进迎尘面形成高过滤精度的高孔隙率致密层，而且降低了加工过程对基布的损伤；滤料断裂强度经向1000N，纬向1500N，对PM2.5μm微细粉尘过滤效率近95%。

1.3.3PTFE复合乳液渗膜处理：根据PPS与PTFE纤维性能与燃煤电厂特异性环境参数（高温、氮氧化物、硫氧化物等），开发专用滤料表面强化剂（含有PTFE乳液），不仅提高有效提高其耐高温、耐腐蚀、易清灰性能，运行阻力减小20%左右，对PM2.5过滤效率达到95%。

1.3.4针刺高温热熔覆膜工艺：我公司滤袋生产过程采用德国进口高温热熔覆膜设备，对于滤袋的缝线针眼进行高温覆膜涂覆，其具有良好的耐温性、耐酸碱性，能够有效的适应运行工况，同时，该膜具有高度密封性能，可以降低细微粉尘通过针孔、侧缝直接排放，降低细微粉尘的排放浓度，达到超净排放要求。

2静电除尘技术

上世纪80年代我国先后引进了瑞典FLAT公司、德国LURGI公司、美国GE和EE公司的先进技术，电除尘器在各工业部门得到了大量应用。特别是在电力行业，燃煤锅炉烟气除尘大多数都采用电除尘器。

2.1电除尘器的除尘机理

电除尘器是在两个曲率半径相差较大的收尘极和放电极上，通上高压直流电，维持足以使气体电离的静电场。在放电极（负极）上施加高压电使其电晕放电，气体产生电离，生成大量的电子和离子，并吸附在粉尘上，在电场力的作用下，带有正、负离子的粉尘分别向放电极和收尘极运动而沉积在电极上。当粉尘沉积到一定厚度时，借助于振打机构振动使粉尘落入下部灰斗。

2.2影响电除尘器性能的主要因素

鉴于电除尘器的除尘机理，其应用范围受粉尘比电阻的限制，比电阻在104～2×1010Ω-cm时，电除尘器的捕集性能良好。如果＜105或＞1011Ω-cm时，采用电除尘器不仅性能低，有时甚至是不可能的。

由电除尘器的除尘机理看出，影响电除尘器性能的因素很多，主要有以下三个方面：

（1）粉尘特性：主要包括粉尘的粒径分布、成分和比电阻等。

（2）烟气性质：主要包括烟气温度、成分、湿度和含尘浓度等。

(3)结构因素：包括极板、极线形式、比收尘面积、气流分布等结构参数。积、气流分布等结构参数。

这些因素直接影响粉尘荷电、极板收尘效率，同时又影响清灰效果，清灰不好又影响收尘。所以这些因素制约着电除尘器在当今严格的排放要求下的进一步应用，只有在这几个方面有技术上的突破，方能使电除尘器的除尘效率有所提高。

2.3提高静电除尘器除尘效率的新技术

2.3.1低(低)温静电除尘技术

低(低)温静电除尘技术通常是在静电除尘器前增加一级换热器，将烟气温度降低到酸露点(85～95℃)以下运行的静电除尘器．相比传统静电除尘技术，该技术烟气温度降低，烟尘比电阻、烟气流量和流速降低，除尘效率提高，脱硫系统进、出口温差减小，耗水量降低;此外，由于该技术回收了烟气余热，还具有节能效果．但由于低(低)温静电除尘技术比电阻下降，烟尘黏附力降低，二次扬尘会适当增加，此外还存在灰斗容易堵塞等问题．针对使用中设备可能出现低温腐蚀的问题，国内外研究及实践表明，当D/S〔ρ(粉尘)/ρ(SO3)〕大于100时，烟气温度低于酸露点温度，形成的硫酸可被飞灰中的碱金属包裹，不会形成低温腐蚀;对于高硫、低灰煤种，如D/S≤50，硫酸雾可能未被完全吸附，则应考虑设备存在低温腐蚀的风险．

2.3.2旋转电极技术

旋转电极安装在末电场，为若干个小块极板固定在板链上的低速旋转机构。极板由原来的整体压型板改为小块极板，固定在板链上形成。下部极板两侧有一对正反旋转的螺旋刷，以清除极板两面的积灰。该项技术已在包头、兰州、合肥等电厂应用，其效果正在考核中。

（1）旋转电极的作用是：

极板上的粉尘直接刷在灰斗内，避免了二次飞扬，减少了粉尘排放；

提高了高比电阻、高粘性粉尘的清灰效果，起到了提高末电场除尘效率的作用：

（2）旋转电极的应用效果分析

从旋转电极的结构和工作原理看，由于采用辊刷清除极板上的粉尘，清灰效果好，同时避免了粉尘二次飞扬，对提高除尘效率毫无疑问是有一定效果的。从对几台300MW机组电除尘器末电场安装旋转电极的情况来看，运行初期效果还是明显的。从结构上看，如果在设计、制造和安装调试等环节不严加注意和把关，出现运转故障是难免的。因为结构上的故障点本来就多，任何一个环节稍有疏忽，故障率就很高，甚至会发生断链、极板变形、机构卡滞、极板掉落等严重故障。

2.3.3新型电源的应用

燃用常规煤质的电厂主要采用三相电源和高频电源．相对于工频电源，三相电源具有系统供电平衡、功率因数高、输出直流电压更平稳、波动小等特点．高频电源平均电压比工频电源提高了25%～30%，在高压脉冲条件下，高频电源可提高烟尘荷电量、克服反电晕、提高场强，进而提高除尘器效率.

2.3.4烟气调质技术

在除尘器前对烟气进行调质处理，可以降低比电阻，使烟气条件适合电除尘器的工作环境，以提高除尘效率。

烟气调质技术是通过向烟气中注入调质剂SO3，改变烟尘的一些物理化学特性，降低比电阻、粘性等，从而提高电除尘器除尘效率。目前应用较多的调质剂是三氧化硫（SO3），也可采用氨法烟气调质，或三氧化硫加氨法即双调法，效果会更好一些。

烟气调质的缺点：其一，应用具有一定的局限性，不是所有的工况都适合使用，也会受烟气条件和粉尘性质的影响和制约，其对煤种、烟气条件的适应性往往须经理论分析后，再经试验来确定；其二，投资高、系统结构复杂，运行不正常时，可能腐蚀设备，且会带来一定量的二次污染。

2.3.5微细粉尘静电凝并技术

细微颗粒通过不同的方式相对运动，彼此间发生碰撞接触结合成为较大的颗粒的过程成

为凝并。在一些特定条件下，凝并对除尘设备有着重要的意义，因为小颗粒凝并成大颗粒后,更容易被除尘器捕集，可以节省能源，也可以减少设备投资。

静电凝并的缺点：除尘器前烟道直管段要求有10多米长，风速一般12～15m/s，其使用受到一定限制；在氧化铝、氧化硅较高时存在磨损以及灰沉积等问题；此技术仍保留有电除尘器的部分缺点，长期运行效率可能会下降，目前在国内仍需在大机组工业试验。

4.电袋组合除尘器

电袋组合除尘器即前部电除尘器和后部袋式除尘器的组合电袋复合式除尘器包括电除尘器区和袋式收尘区2大部分。电除尘器适合捕集大颗粒粉尘，布袋除尘器适合捕集细小颗粒的粉尘，在电袋复合除尘器中，先由电场捕集烟气中大部分粉尘，再由布袋收集剩余细微粉尘。电袋复合除尘器有机结合了电除尘器与布袋除尘器的优点，前级电场的预除尘和荷电为提高电袋复合除尘器的性能起到了重要作用。电袋除尘器的效率不受粉尘比电阻及粒径的影响，排放质量浓度可以保证在20mg/m3以下，且长期稳定，预除尘降低了滤袋的粉尘负荷量，从而降低了阻力上升速率。由于滤袋收集的粉尘量少，阻力上升缓慢，因此可延长滤袋的清灰期，节省清灰能耗。经过前几年的应用，不可否认，它起到了一定的环保作用。但是，众多的案例说明，电袋组合式除尘器由于臭氧的腐蚀、运行阻力的攀高以及投资较多、占地面积大、滤袋寿命相对较短等诸多缺陷，其应用将逐步减少，被成熟可靠的袋式除尘器和技术上有所突破的电除尘器取代是不可避免的。

4．三种除尘器的技术经济性比较

电除尘器按五电场方案、电袋组合除器按二电场二袋区方案比较，见表1

四、结论

从上述三种除尘设备的技术分析和综合性能对比可明显地看出：

1.袋式除尘器：由于过滤除尘机理先进、滤料性能优越、设备设计制造技术保证措施齐全可靠，经众多的应用案例证明：袋式除尘器是新建机组和电除尘器改造的首选设备。可稳定实现达标排放。

2.电除尘器：由于其除尘效率受烟气条件影响较大，难以达标排放。如果煤质稳定、特性较好时可考虑采用，但比收尘面积等设计参数必须满足除尘效率要求，同时还要采用低低温、烟气调质、新型电源等提高效率的新技术才能达到超低排放。

3.电袋组合式除尘器：根据对比分析，电袋组合除尘器在达标排放、运行阻力、滤袋寿命、投资和运行费用以及操作维护等诸多重要方面都不如全布袋除尘器，且存在臭氧腐蚀的风险。

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