燃煤電站電除塵器提效改造技術路線的選擇

酈建國，吳泉明，余順利，劉 云，周林海

（浙江菲達環保科技股份有限公司，浙江 諸暨 311800）

1 引言

電除塵器因具有除塵效率高、處理煙氣量大、適應范圍廣、設備阻力小、運行費用低、使用方便且無二次污染等獨特優點，在國內外電力行業中得到了廣泛的應用。我國燃煤電站現有的煙氣除塵技術中，電除塵器也長期占據著主流地位。隨著環境保護要求的日益提高，國家制定了更為嚴格的煙塵排放標準。《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223-2011）規定：一般地區煙塵排放濃度限值為30mg/m3，重點地區煙塵排放濃度限值為20mg/m3，監測位置為煙囪或煙道。為滿足此標準，國內很大一部分燃煤電站現役電除塵器均需要提效改造，因此如何制訂電除塵器提效改造的技術路線成為行業內關注和研究的重點問題。近年來，國內外學者的研究多集中于提高電除塵器性能及電除塵器相關新技術方面，分別在電除塵器的極配型式[1]、清灰技術[2-3]、氣流分布[4-5]、電控[6-7]、適應性[8]、技術經濟性[9]以及新型電除塵技術[10-12]等方面做了大量的研究工作，也取得了豐碩的成果，但在新標準下電除塵器的提效改造技術路線方面研究較少。本文試圖通過分析電除塵器提效改造的主要影響因素，在分析現有提效改造技術及電除塵器對國內煤種除塵難易性評價方法的基礎上，探討了在除塵設備不同出口煙塵濃度限值下的燃煤電站電除塵器提效改造技術路線，并提出了采用電除塵技術路線時的比集塵面積（SCA）值。

2 電除塵器提效改造的主要影響因素分析

電除塵器（ESP）提效改造需要考慮的主要因素包括：1）煤、飛灰成分；2）除塵設備出口煙塵濃度要求；3）原電除塵器的狀況，包括比集塵面積（SCA）、電場數、煙氣流速、目前運行狀況（運行參數、ESP出口煙塵濃度）；4）改造場地情況。此外，還應對改造后除塵設備的技術經濟性、二次污染情況、引風機的壓頭情況進行分析。

對于燃煤電站，在影響電除塵器性能的諸多因素中，包括燃煤性質（成分、揮發分、發熱量、灰熔融性等）、飛灰性質（成分、粒徑、密度、比電阻、黏附性等）、煙氣性質（溫度、濕度、成分、露點溫度、含塵量等）在內的工況條件占據著核心地位，其中，工況條件中的煤、飛灰成分對電除塵器性能的影響最大[8]。

作為提效改造的最終目的，除塵設備需達到的出口煙塵濃度直接影響電除塵器技術改造路線的制定。

原電除塵器的狀況中的SCA及目前ESP出口煙塵濃度是影響提效改造技術路線的關鍵性因素。此外，應分析電除塵器運行是否處于正常狀態以便在改造時對各運行狀況作相應調整。

制定電除塵器提效改造的技術路線必須適用于現有改造場地情況。原電除塵器進、出口端是否可增加電場，并應充分考慮脫硝改造引風機移位后的富余場地。另外，也可考慮加寬改造的可能性。

如何制訂更具技術經濟性的技術路線在電除塵器提效改造中備受關注，因此，對應技術路線的技術經濟性分析應始終貫徹電除塵器提效改造的全過程。除塵設備改造的經濟性應以一次性投資費用即設備費用和全生命周期內即設計壽命30年的年運行費用總和進行評估。年運行費用指除塵設備電耗費用、維護費用與引風機電耗費用之和。除塵設備改造的技術經濟性分析內容如表1所示。

表1 除塵設備改造的技術經濟性分析內容

3 電除塵器提效改造可采用的技術

根據國內電除塵器應用現狀及新技術研發和應用情況，我國電除塵器提效改造可采用的主要技術有：電除塵器擴容、低溫電除塵技術、旋轉電極式電除塵技術、煙塵預荷電微顆粒捕集增效技術（簡稱微顆粒捕集增效技術）、高頻高壓電源技術、電袋復合除塵技術、袋式除塵技術、濕式電除塵技術等。各改造技術的實施方法及主要技術特點如表2所示，各技術的綜合比較如表3所示。

表2 各改造技術的實施方法及主要技術特點

4 電除塵器提效改造技術路線分析

電除塵器提效改造技術路線可分三大類：電除塵技術路線（包括電除塵器擴容、采用電除塵新技術及多種新技術的集成）、袋式除塵技術路線（包括電袋復合除塵技術及袋式除塵技術）、濕式電除塵技術路線。

表3 各改造技術的綜合比較

4.1 電除塵器提效改造技術路線的決定性因素—煤種的除塵難易性

電除塵器提效改造的最終目的為提高除塵效率以滿足煙塵排放要求，而電除塵器的除塵效率主要取決于其對所燃用煤種的除塵難易性，因此煤種的除塵難易性成為改造技術路線的決定性因素。電除塵器對煤種的除塵難易性評價方法主要有：1）按煤種名稱評價。由于很多煤種沒有名稱，因此該方法的覆蓋面較小，且相同名稱的煤種成分也存在一定的差異。2）按煤、飛灰成分評價。該方法的準確性存在一定偏差，且不能涵蓋所有煤種，僅供參考。3）按表觀驅進速度ωk評價。該方法較科學，但需專業軟件進行計算。

按煤種名稱評價ESP對國內煤種的除塵難易性如表4所示；按煤種煤、飛灰成分評價ESP對國內煤種的除塵難易性如表5所示；按表觀驅進速度ωk值的大小評價ESP對國內煤種的除塵難易性，如表6所示。

4.2 改造技術路線分析

對于既定的除塵設備出口煙塵濃度限值要求，電除塵器提效改造時需要優先分析煤種的除塵難易性及原有電除塵器的狀況（以比集塵面積SCA和目前電除塵器的出口煙塵濃度為主要考慮因素），在考慮滿足現有改造場地的前提下，以具備最佳技術經濟性為原則來確定改造技術路線。

表4 按煤種名稱評價ESP對國內煤種的除塵難易性

表5 按煤、飛灰成分評價ESP對國內煤種的除塵難易性

表6 按ωk評價ESP對國內煤種的除塵難易性

（1）除塵設備出口煙塵濃度限值為50mg/m3時改造技術路線。

1）煤種除塵難易性評價為“一般及以上”時，優先采用電除塵技術路線。可對電除塵器擴容或采用電除塵新技術和多種新技術的集成。

2）煤種除塵難易性評價為“較難”時，宜通過可行性研究后選擇除塵技術路線。

3）煤種除塵難易性評價為“難”時，優先采用袋式除塵技術路線。

上述技術路線如表7所示。

表7 除塵設備出口煙塵濃度限值為50mg/m3時改造技術路線

（2）除塵設備出口煙塵濃度限值為30mg/m3時改造技術路線。

1）煤種除塵難易性評價為“容易或較容易” 時，優先采用電除塵技術路線。可對電除塵器擴容，或采用電除塵新技術和多種新技術的集成。

2）煤種除塵難易性評價為“一般”時，宜通過可行性研究后選擇除塵技術路線。

3）煤種除塵難易性評價為“較難或難”時，優先采用袋式除塵技術路線。

上述技術路線如表8所示。

表8 除塵設備出口煙塵濃度限值為30mg/m3時改造技術路線

（3）除塵設備出口煙塵濃度限值為20mg/m3時改造技術路線。

1）煤種除塵難易性評價為“容易或較容易”時，優先采用電除塵技術路線。可對電除塵器擴容，或采用電除塵新技術和多種新技術的集成。

2）煤種除塵難易性評價為“一般”時，宜通過可行性研究后選擇除塵技術路線。

3）煤種除塵難易性評價為“較難或難”時，優先采用袋式除塵技術路線。

上述技術路線如表9所示。

表9 除塵設備出口煙塵濃度限值為20mg/m3時改造技術路線

（4）要求煙塵排放濃度≤10mg/Nm3，且對SO3、霧滴、PM2.5排放有較高要求時，可采用濕式電除塵技術。

（5）當煤的成分或工況條件滿足下列條件之一時，不宜采用袋式除塵技術路線。

1）非循環流化床鍋爐且除塵器前端未設置脫硝裝置，同時除塵器入口煙氣溫度長期高于180℃時。

2）燃煤含硫量Sar≥3.0%，且除塵器前端未設置脫硫裝置時。

3）引風機全壓裕量不足且無法改造時。

5 小結

本文在分析燃煤電廠電除塵器提效改造的主要影響因素基礎上，結合國內電除塵器改造可采用的主流技術及國內煤種的除塵難易性評價，探討了除塵設備出口煙塵不同濃度限值下的燃煤電廠電除塵器提效改造的技術路線。主要結論有：

（1）電除塵器提效改造的主要影響因素包括煤、飛灰成分，除塵設備需達到的出口煙塵濃度，原電除塵器的狀況（比集塵面積SCA和目前電除塵器的出口煙塵濃度為主要考慮因素）以及改造場地情況等。

（2）一般電除塵器的除塵效率主要取決于其對所燃用煤種的除塵難易性，因此煤種的除塵難易性成為電除塵器提效改造技術路線選擇的決定性因素。本文介紹的電除塵器對煤種的除塵難易性評價方法具有一定的指導意義，可供參考。

（3）除塵設備出口煙塵濃度限值為50mg/m3，煤種除塵難易性評價為“一般及以上”時，優先采用電除塵技術路線，可對電除塵器擴容或采用電除塵新技術和多種新技術的集成；而煤種除塵難易性評價為“難”時，則優先采用袋式除塵技術路線。除塵設備出口煙塵濃度限值為30mg/m3、20mg/m3，煤種除塵難易性評價為“容易或較容易”時，優先采用電除塵技術路線；而煤種除塵難易性評價為“較難或難”時，則優先采用袋式除塵技術路線。

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