火電廠除塵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)改造建議

曲增杰，趙麗妮

1.國(guó)電龍?jiān)措娏夹g(shù)工程有限責(zé)任公司，北京 100039

2.北京龍?jiān)蠢鋮s技術(shù)有限公司，北京 100176

2011年，環(huán)保部和質(zhì)檢總局聯(lián)合發(fā)布了新版的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：自2012年1月1日起，新建火電廠煙氣含塵濃度執(zhí)行30mg/Nm3標(biāo)準(zhǔn)；自2014年7月1日起，所有火電廠煙氣含塵濃度執(zhí)行30mg/Nm3標(biāo)準(zhǔn)。相比舊標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)不僅大幅收緊了煙塵的排放限值，而且時(shí)段劃分也更加簡(jiǎn)化。

目前，火電機(jī)組主要的除塵方式仍為電除塵器，部分新建機(jī)組安裝了袋式除塵器。按照新標(biāo)準(zhǔn)，目前大部分現(xiàn)役火電機(jī)組的除塵器可能均面臨著提效改造的需求。

1 電除塵技術(shù)

1.1 電除塵技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀

電除塵技術(shù)是利用強(qiáng)電場(chǎng)電暈放電使煙氣電離、粉塵荷電，在電場(chǎng)力的作用下將粉塵從煙氣中分離出來(lái)的技術(shù)。電除塵的優(yōu)點(diǎn)非常突出：除塵效率高，處理煙氣量大，可用于高溫、高壓和高濕場(chǎng)合，阻力小等；缺點(diǎn)為一次投入大，除塵效率受比電阻影響等。

我國(guó)從20世紀(jì) 60年代起開始電除塵的研究工作，到90年代末，已基本趕上同期國(guó)際先進(jìn)水平。進(jìn)入21世紀(jì)，電除塵作為控制大氣污染、解決環(huán)保與經(jīng)濟(jì)發(fā)展矛盾的主要技術(shù)之一，得到了飛速發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于火電、有色冶金、化工、鋼鐵等行業(yè)，其中火電行業(yè)的用量約占全國(guó)的75%，目前已在1 000MW超超臨界火電機(jī)組中得到了成功運(yùn)用。

1.2 電除塵器改造現(xiàn)狀

目前，許多電廠的電除塵已無(wú)法達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)的要求，需進(jìn)行技術(shù)改造。分析造成除塵器效率低的原因，提出改造方案并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇效率高、投資少的方案十分必要。

造成電除塵器效率低下的原因一般有：

1）時(shí)間長(zhǎng)，漏風(fēng)增加，造成比集塵面積減小，場(chǎng)內(nèi)煙氣流速增大，停留時(shí)間短，影響粉塵的沉積；2）極板腐蝕變形；極板表面銹蝕存在氧化皮，造成積灰污染；陽(yáng)極板之間聯(lián)結(jié)松動(dòng)，同極距發(fā)生變化，二次電壓降低；3）陰極芒刺線磨損、腐蝕，二次電流低；4）振打效果不佳；5）氣流分布設(shè)計(jì)不合理，分布不均；6）電氣元件老化，繼電器、接觸器老化，故障增加等。

針對(duì)上述原因，通常可采取以下改造措施：

1）提高除塵器高度，擴(kuò)大入口面積，使流通面積增加，煙速降低，延長(zhǎng)停留時(shí)間；2）除塵器加長(zhǎng)，由三電場(chǎng)擴(kuò)為四、五電場(chǎng)，比除塵面積減小；3）入口設(shè)均流裝置，出口加裝槽形板，使氣流分布均勻。

1.3 “移動(dòng)電極”新型電除塵技術(shù)

對(duì)于煤質(zhì)穩(wěn)定的電廠，通過(guò)增加電場(chǎng)數(shù)可以達(dá)到50mg/Nm3標(biāo)準(zhǔn)。但對(duì)于高灰分煤、高比電阻粉塵，電除塵器就力不從心了。針對(duì)高比電阻粉塵引起的反電暈、振打引起的二次揚(yáng)塵等問(wèn)題，出現(xiàn)了一種新型的技術(shù)：移動(dòng)電極除塵技術(shù)。

移動(dòng)電極除塵是一種采用固定電極和移動(dòng)電極組合的新技術(shù)，它既彌補(bǔ)了常規(guī)電除塵器對(duì)高比電阻、超細(xì)、高黏度粉塵難收難清、二次揚(yáng)塵等不足，又彌補(bǔ)了布袋除塵阻力大、運(yùn)行費(fèi)用高、維護(hù)工作量大、難以處理高溫高濕煙氣等的缺陷。

圖1 移動(dòng)電極除塵技術(shù)示意圖

移動(dòng)電極除塵技術(shù)的特點(diǎn)：

1）高效收集高比電阻粉塵，可以達(dá)到30mg/Nm3標(biāo)準(zhǔn)；2）節(jié)省空間和能耗，一個(gè)移動(dòng)電極相當(dāng)于1.5個(gè)～3個(gè)固定電極；3）適用粉塵范圍廣：如燃煤鍋爐、冶金燒結(jié)機(jī)頭等；4）粉塵二次飛揚(yáng)幾乎為零；5）煙氣溫度最高可達(dá)350℃。

通常來(lái)說(shuō)，常規(guī)電除塵器為達(dá)到30mg/Nm3需要的集塵面積非常大（4或5電場(chǎng)），投資和占地大。而移動(dòng)電極可以以較小的集塵面積實(shí)現(xiàn)較高的除塵效率，以較少的投資達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)收益（1個(gè)移動(dòng)電場(chǎng)大致相當(dāng)1.5個(gè)～2個(gè)固定電場(chǎng)）。而且，移動(dòng)電極技術(shù)不僅可以在新建項(xiàng)目中應(yīng)用，也可應(yīng)用于改造項(xiàng)目，是傳統(tǒng)電除塵器通過(guò)技改滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的新選擇。

在國(guó)外，日本日立（HPT）公司于1979年研制出了第一臺(tái)移動(dòng)極板電除塵器（MEEP技術(shù)），目前已在全球58個(gè)項(xiàng)目上得到了成功應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)，菲達(dá)環(huán)保經(jīng)過(guò)兩年多的研究，掌握了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的旋轉(zhuǎn)式移動(dòng)電極電除塵技術(shù)，并已在國(guó)內(nèi)兩個(gè)300MW等級(jí)燃煤機(jī)組電除塵器改造項(xiàng)目中應(yīng)用。可以預(yù)期，移動(dòng)電極除塵器的出現(xiàn)，將會(huì)延續(xù)電除塵器在未來(lái)高標(biāo)準(zhǔn)環(huán)保要求中除塵技術(shù)的主導(dǎo)地位，代表了電除塵器未來(lái)的發(fā)展方向。

2 袋式除塵技術(shù)

2.1 袋式袋除塵技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀

袋式除塵技術(shù)是利用纖維狀編織物做成的袋式過(guò)濾元件來(lái)捕集煙塵的技術(shù)。與電除塵相比，袋式除塵不受飛灰比電阻的影響，飛灰濃度和粒度的變化、鍋爐運(yùn)行負(fù)荷的變化、煙氣量的波動(dòng)等對(duì)出口濃度的影響也極為有限，出口濃度可以低于50甚至達(dá)到10mg/Nm3。

上世紀(jì)80年代，我國(guó)在多個(gè)電廠開始試用袋式除塵器，但由于濾袋壽命等問(wèn)題，之后的10余年沒(méi)有大的發(fā)展。2001年底，德國(guó)Lurgi公司袋式除塵技術(shù)首次在我國(guó)內(nèi)蒙古豐泰電廠200MW機(jī)組上使用。此后，國(guó)電電科院、武漢天澄、南京龍?jiān)吹纫慌鷨挝患娂娊槿氩即龎m器的研究和應(yīng)用領(lǐng)域。

袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)：

1）除塵效率高，可以≤30mg/Nm3；2）不受粉塵特性的影響；3）可捕集一定量的二噁英和SO2等有害氣體。

不足：

1）阻力大，一般為1 500Pa～2 000Pa，能耗大，運(yùn)行費(fèi)用較高；2）濾袋壽命有限，更換費(fèi)用高，工作量大；3）濾袋不能承受高溫，對(duì)煙氣中的水分和油性物質(zhì)有要求。

布袋除塵器的發(fā)展史基本上是濾料的發(fā)展史。可以說(shuō)濾袋的性能、壽命和造價(jià)在很大程度上決定了袋式除塵器的發(fā)展進(jìn)程。國(guó)內(nèi)濾料的應(yīng)用環(huán)境表現(xiàn)為“四高一大一低”（煙溫高；SO2、NOx、O2含量高；含塵濃度大；要求濾料阻力低）。因此，在濾料的使用上應(yīng)充分考慮國(guó)內(nèi)鍋爐的實(shí)際，有針對(duì)性地選用。

近年來(lái)，袋式除塵技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，主機(jī)、濾料、自動(dòng)控制水平都有了很大提高，對(duì)于煙氣的高溫、高濕、高濃度、微細(xì)粉塵、吸濕性粉塵、易燃易爆粉塵等有了更強(qiáng)的適應(yīng)性，在加強(qiáng)清灰提高效率、降低消耗、減少故障、方便維修方面達(dá)到一個(gè)新的高度。

2.2 袋式除塵器的應(yīng)用展望

隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的日益提高，袋式除塵器成為理所當(dāng)然的選擇，其最大優(yōu)點(diǎn)是效率高，對(duì)粉塵特性不敏感，對(duì)亞微米粒徑的細(xì)塵有較高的除塵效率，而這些均為電除塵的弱項(xiàng)。在一些鋼廠和水泥廠將電除塵改造為袋式除塵器后，排放濃度、維修工作量都低于電除塵器。可以預(yù)期，袋式除塵器將在火電行業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用，這與國(guó)外的發(fā)展趨勢(shì)是一致的。

3 電-袋復(fù)合除塵技術(shù)

電除塵器和袋式除塵器均屬高效除塵器，但它們又都分別存在著不足。因此，一種新的電－袋復(fù)合式除塵技術(shù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。它集電除塵和袋式除塵的優(yōu)點(diǎn)于一身，成為高效除塵的新選擇。

3.1 電一袋復(fù)合除塵器的設(shè)計(jì)構(gòu)思

電－袋除塵器在前部設(shè)置一個(gè)電場(chǎng)的電除塵，收集大部分粉塵，而在后部裝設(shè)濾袋，使含塵濃度大大降低的煙氣通過(guò)濾袋進(jìn)一步除塵。具體思路如下：

1）采用與常規(guī)除塵器相同的占地和布置方式；2）前級(jí)布置電除塵器,收集的粉塵占總量的80%～90%；3）后級(jí)采用袋式除塵器，此時(shí)粉塵負(fù)荷大大降低，濾袋阻力減少、清灰周期延長(zhǎng)；同時(shí)袋式除塵對(duì)粉塵特性要求低、效率高的優(yōu)點(diǎn)得以發(fā)揮，收集的粉塵占總量的10%～20%。

電－袋除塵器與傳統(tǒng)除塵設(shè)備相比，具有效率高（可以實(shí)現(xiàn)30mg/Nm3）、不受粉塵特性影響、能滿足不同工況條件運(yùn)行要求、高效穩(wěn)定、阻力低、濾袋粉塵負(fù)荷小、濾袋壽命長(zhǎng)、維護(hù)量小等特點(diǎn)。有研究顯示，純袋式除塵器的粉塵沉積在濾袋表面時(shí)呈密實(shí)平整結(jié)構(gòu)，而帶電荷的粉塵積聚在濾袋表面時(shí)呈現(xiàn)凹凸不平的松散結(jié)構(gòu)，更有利于氣流的通過(guò)，降低濾袋阻力[1]。

3.2 電除塵器改造為“電-袋”復(fù)合除塵器

電－袋除塵器不僅適合新建項(xiàng)目，而且適用于現(xiàn)有設(shè)備的提效改造。在排放標(biāo)準(zhǔn)小于30mg/Nm3時(shí)，它的投資可低于單獨(dú)采用袋式除塵器或電除塵器時(shí)的投資[2]。

電除塵器進(jìn)行“電-袋”改造時(shí)，改造思路如下：

1）保留原電除塵器的進(jìn)口喇叭和第一電場(chǎng)，鋼支架、灰斗、殼體和保溫設(shè)施；2）原第一電場(chǎng)進(jìn)行殼體、陽(yáng)極板排清洗，更換極線，并調(diào)整校正極距，對(duì)振打裝置和電場(chǎng)進(jìn)行檢修；3）拆除原后面的電場(chǎng)陰陽(yáng)極系統(tǒng)，改為袋式除塵，安裝導(dǎo)流裝置以保證煙氣流過(guò)布袋時(shí)的氣量分配；4）為保護(hù)濾袋，采用噴水降溫法；5）設(shè)預(yù)除灰裝置。

在電－袋除塵器中，電除塵能捕集大量粉塵，沉降高溫?zé)煔庵形聪绲母邷仡w粒，緩沖均勻氣流；濾袋串聯(lián)在后，收集細(xì)粉塵，嚴(yán)把排放關(guān)。同時(shí)，兩除塵區(qū)域中任何一方發(fā)生故障時(shí)，另一區(qū)域仍保持一定的除塵效果，具有較強(qiáng)的彌補(bǔ)性。

3.3 電－袋除塵器存在問(wèn)題及應(yīng)用前景

電－袋復(fù)合除塵器并不是電除塵和布袋除塵的簡(jiǎn)單疊加，有一系列工程實(shí)際問(wèn)題需要解決：

1）解決同一除塵器內(nèi)同時(shí)滿足電除塵和布袋除塵工作的條件；2）解決電場(chǎng)與布袋之間的氣路聯(lián)接和氣流分布問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)后置袋式除塵各個(gè)濾袋流量和粉塵濃度均勻分布，降低系統(tǒng)阻力；3）根據(jù)煙氣工況及特點(diǎn)選擇壽命較長(zhǎng)的濾袋；4）根據(jù)運(yùn)行特點(diǎn)，保證前級(jí)電場(chǎng)高效投運(yùn)，解決電場(chǎng)的結(jié)構(gòu)問(wèn)題和高壓電氣的控制問(wèn)題；5）因燃煤變化而引起的煙氣工況變化導(dǎo)致的濾袋阻力控制問(wèn)題；6）解決鍋爐出現(xiàn)各種故障時(shí)濾袋的保護(hù)問(wèn)題。

從工程實(shí)踐來(lái)看，想要同時(shí)取得電除塵和袋式除塵的雙重優(yōu)點(diǎn)并非輕而易舉：

1）做到氣流分布均勻并不容易。煙氣均布非常重要，不但影響電除塵的效率，而且影響濾袋的壽命。對(duì)電除塵來(lái)說(shuō)，最佳情況是煙氣平進(jìn)平出，而袋式的最佳情況是下進(jìn)風(fēng)，兩者很難同時(shí)達(dá)到最佳；2）臭氧對(duì)聚苯硫醚（PPS）的腐蝕影響。由于性價(jià)比較高，PPS目前是電廠袋式除塵器濾料的首選，但其抗氧化性較差，一般應(yīng)運(yùn)行在160℃和含氧量9%以下。電除塵電暈放電必然產(chǎn)生臭氧，在高溫和一定濕度下，臭氧對(duì)PPS的腐蝕進(jìn)而對(duì)濾袋壽命的影響不可忽視[3]。

但是，電－袋除塵器作為提高除塵效率和有效控制微細(xì)粒子粉塵的新一代環(huán)保產(chǎn)品，已經(jīng)顯示出巨大的市場(chǎng)需求和強(qiáng)大的生命力。隨著環(huán)保要求的提高以及對(duì)微細(xì)粒子強(qiáng)化控制的要求，新上火電和技改項(xiàng)目中采用電－袋復(fù)合除塵技術(shù)的比例將會(huì)進(jìn)一步增加。

4 結(jié)論

1）隨著國(guó)家煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，國(guó)內(nèi)大量火電企業(yè)面臨著現(xiàn)有除塵技術(shù)和設(shè)備升級(jí)的需求；

2）隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)目前以傳統(tǒng)電除塵器為主的局面將得到改變，包括袋式除塵、電-袋復(fù)合除塵技術(shù)等將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用；

3）電除塵器在應(yīng)對(duì)更高要求排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)并非無(wú)所作為，以移動(dòng)電極為代表的等新型電除塵技術(shù)有望得到進(jìn)一步發(fā)展；

4）電-袋復(fù)合式除塵技術(shù)作為時(shí)下最流行、最為關(guān)注的除塵技術(shù)，其實(shí)際運(yùn)行效果需要更多的實(shí)踐和更長(zhǎng)時(shí)間的檢驗(yàn)，出現(xiàn)的問(wèn)題應(yīng)該及時(shí)總結(jié)解決。有關(guān)問(wèn)題在未形成定性結(jié)論前大面積推廣存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

[1] 黃煒，林宏，鄭奎照，等.電-袋復(fù)合式除塵技術(shù)及應(yīng)用[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2006(4)：39-41.

[2]蔡銘，劉練波，陳俊峰.燃煤電廠電除塵器改造方案[J].中國(guó)電力，2006(7)：74-77.

[3]江得厚，孫寧，董雪峰，等.燃煤電廠電-袋復(fù)合除塵器不是最佳組合[D].中國(guó)電力2009年火電廠環(huán)境保護(hù)綜合技術(shù)研討會(huì)論文集，2009，42：179-183.