燃煤電廠協同除塵技術應用

范秀方，姜肇雨，馬德亮，時　　俊

燃煤電廠協同除塵技術應用

范秀方，姜肇雨，馬德亮，時俊

（華能日照電廠，山東日照276826）

為適應燃煤電廠對煙塵排放的嚴格要求，需要對新建或原有鍋爐的煙塵處理系統進行重新設計優化，并運用環保研究新技術，通過多個系統的共同作用，將凈煙氣煙塵排放濃度降到10 mg/m3以下。對目前燃煤電廠有成功運用的煙氣協同處理技術、對低低溫省煤器的安裝運用、電除塵的改造提效、增加濕法脫硫的除塵能力以及濕式除塵器的應用等方面進行分析，闡述各系統互相配合對煙塵進行協同處理，達到超低排放的目的。

燃煤電廠；環保；協同除塵

0　　引言

近幾年，環境保護約束愈加嚴格，對火力發電廠污染物排放限值達到世界最高標準，重點地區煙塵排放濃度執行20 mg/m3限值。部分地方標準更是高于國家標準，燃煤電廠正在進行“超低”、“近零”排放改造，就煙塵來說，單靠傳統的電除塵技術已無法達到這樣的要求。為達到排放標準，對新建或現有鍋爐設備的設計與改造，本著安全、經濟、可靠的原則，優化組合脫硝、低低溫省煤器、電除塵器、脫硫島、濕式除塵器等系統的配置及選定方法，充分利用每個系統的特點，分擔除塵功能，以求達到大系統協同控制的能力，如圖1所示［2］。結果證明，可有效將煙塵質量濃度控制在5 mg/m3以下，日常運行在1～3 mg/m3之間。

圖1　　協同除塵流程

1　　低低溫電除塵技術分析

研究表明，通過煙氣冷卻器或煙氣換熱系統降低電除塵入口煙氣溫度至酸露點以下（一般在90℃左右），使煙氣中大部分的SO3在煙氣冷卻器中冷凝成硫酸霧并粘附在煙塵表面，使煙塵性質發生了較大變化，可大幅提升除塵效率，并同時能去除大部分的SO3，同時解決了SO3引起的酸腐蝕問題。

在鍋爐空預器后設置低低溫省煤器，使進入除塵器入口的煙氣溫度降低，能明顯提高電除塵效率。

1.1低低溫電除塵優點

煙氣溫度的降低使煙塵比電阻下降。低低溫電除塵器將煙氣溫度降低到酸露點以下，由于煙氣溫度的降低，特別是由于SO3的冷凝，可大幅度降低煙塵的比電阻（如圖2）［1］，消除反電暈現象，從而提高除塵效率。除塵器性能測試表明：在增設換熱裝置后，煙塵排放從原約60 mg/m3下降到20 mg/m3，除塵效率明顯提高。這種模式下在非重點地區，可以省略濕式電除塵器（WESP）。

圖2　　煙氣溫度與比電阻的關系

煙氣溫度降低使擊穿電壓上升。排煙溫度降低，使電場擊穿電壓上升，除塵效率提高（如圖3）。排煙溫度每降低10℃，電場擊穿電壓上升約3%。

圖3　　煙氣溫度與除塵效率的關系

煙溫降低可去除絕大部分SO3。在除塵裝置中，煙溫已降到露點以下，而煙氣含塵質量濃度很高，一般為15 000～25 000 mg/m3左右，平均粒度僅有20～30 μm，因而總表面積很大，為硫酸霧的凝結附著提供了良好的條件。通常情況下，灰硫比（即煙塵濃度與硫酸霧濃度之比）大于100，煙氣中的SO3去除率可達到95%以上，SO3質量濃度將低于3.72 mg/m3。解決了濕法脫硫工藝中SO3腐蝕的難題，有良好的經濟效益。

煙溫降低使節能效果明顯。對1臺1 000 MW機組低低溫電除塵系統的節能效果計算分析，煙氣溫度降低30℃，可回收熱量1.64×108kJ/h，減少濕式脫硫系統水耗，同時，煙氣溫度降低后，實際煙氣體積流量大大減少，這不僅可以降低下游設備規格，而且使引風機的電耗約減小10%，脫硫用電率由原來的1.2%減小到1.0%。

1.2低低溫電除塵存在問題和對策

由于前期的烤制使葡聚糖分子量下降，再加上沖食不能完全使內部的葡聚糖釋放出來，即食燕麥片沖食的黏度不夠大，但如果多泡一會兒，黏度就會逐漸上升。

灰斗堵塞問題。由于溫度較低，使灰流動性降低而引起灰斗堵塞。目前的對策有：增加灰斗的卸灰角；灰斗保溫，在下部進行有效加熱，以保證下灰通暢；灰斗內壁增涂增加光滑度的材料。

二次揚塵問題［6］。在低低溫電除塵系統中，由于煙塵比電阻較低，煙塵的附著力也相應降低，形成二次揚塵。現有的措施有：合理設置振打間隔時間，使煙塵能成片狀或塊狀下落；提高電壓等級，并控制在相對較高的運行電壓下，以適當加強煙塵的吸附力；出口封頭內設置收塵板式的出口氣流分布板，使部分來不及捕集或二次飛揚的煙塵進行再次捕集；監視煙氣溫度是否在設計值范圍內。

1.3低低溫省煤器流程

低低溫省煤器流程如圖4所示。低低溫省煤器從1、2號（末兩級）低壓加熱器取凝結水（部分）經升壓泵升壓后進入4個煙道的換熱器，回到3號低壓加熱器出口。將煙氣溫度從135℃降到96℃，進入電除塵。凝結水溫度從75℃提高到93℃。

2　電除塵器提效改造策略

電除塵器改造時應優先考慮除塵器本體擴容改造方案，適當增大比集塵面積和電場數量，其次可采用低低溫除塵技術、高效電源或移動電極技術等。電除塵器改造時，除塵器出口煙塵排放濃度宜按一般地區不大于40 mg/m3、重點地區不大于30 mg/m3設計。應用低低溫除塵技術加高效電除塵器本身除塵效率就可達到99.9%以上，除塵器出口濃度可達到20 mg/m3以下［5］。

圖4　　低低溫省煤器流程

國內主要幾種成熟的電除塵器改造技術如下。

1）對于原除塵器設計出口煙塵排放小于50mg/m3，而實際運行時除塵器出口煙塵排放50～100 mg/m3的機組，應優先考慮實施高效電源及控制系統的改造。

2）對于原除塵器設計出口煙塵排放小于50 mg/m3，而實際運行時除塵器出口煙塵排放大于150 mg/m3的機組，應首先考慮通過增加電場、加高加寬除塵器等方式提高除塵器比集塵面積，其次可考慮實施高效電源及控制系統的改造。

3）電源改造時原則上建議第一、第二電場改為高效電源，新增電場改造按照小分區供電考慮。

4）使用移動電極技術。對于原除塵器設計出力較大、設備健康水平較好的除塵器提效改造，如無擴容空間，可在充分論證后采用移動電極技術。對于煤質波動較大的機組不建議選用移動電極技術。

5）應用袋式除塵器改造技術。對于循環流化床機組可優先考慮采用袋式除塵器。對于高硫煤或高煙氣溫度（排煙溫度大于145℃）機組不宜采用袋式除塵器。當電除塵器擴容改造方案空間受限、投資過高或除塵器提效改造無法實現達標排放時時，可采用袋式除塵器改造方案。采用袋式除塵器改造方案時，除塵器出口煙塵排放濃度應按小于20 mg/m3設計［3］。

電除塵改造示例。日照電廠一期原除塵器為雙室四電場，電氣控制多次改造，排放能達到99.1%的除塵效率，但出口煙塵含量在215 mg/m3左右，不能達到最新排放要求，在檢修準中進行了改造，方案為：增加第五電場；一、二電場更改為阿爾斯通高頻電源，三、四電場更換為高效電源。運行測試數據為：在低低溫除塵器投入的情況下，入口煙塵濃度為30 g/m3，出口煙塵濃度為35 mg/m3。

3　脫硫裝置的除塵性能

就除塵而言雖然是由電除塵器和脫硫裝置及濕式除塵器分擔，但電除塵器應起主要作用。脫硫裝置入口煙塵允許濃度要求根據電除塵器除塵性能，設計應小于50 mg/m3。

低低溫電除塵器改造后，出口煙塵濃度可控制在30 mg/m3以下。濕法脫硫根據入口煙塵濃度，有30%～50%的除塵率，這與塔內煙氣流速、噴淋的密度有關。隨著干式電除塵效率的增高，脫硫入口煙塵濃度降低，脫硫系統對除塵率的貢獻也將降低，一般為30%左右。

隨著環保對脫硫效率的要求加大，原有脫硫系統需要進行增容改造，填料層厚度提高以及噴淋量的加大也可提高除塵效率。

吸收塔出口為降低霧滴含量，設置了煙道除霧器，此裝置同時降低了煙塵排放濃度。除霧器的除塵效果與除霧器層數、布置方式、結構有關。

在保證脫硫達到重點地區排放指標的情況下，脫硫出口煙氣煙塵排放濃度應控制在20 mg/m3左右。

日照電廠一、二期原設計有海水煙氣脫硫（FGD）裝置，但排放達不到重點地區要求，現已對SO2排放濃度按照低于50 mg/m3標準進行了改造，更換內部填料，增高填料高度，增加1臺海水升壓泵，對原海水管道進行改造，增加上塔海水流量，在降低出口含硫量的同時，也增加了除塵效果。吸收塔出口設置單級平板式除霧器，同時具備除塵性能。根據測試結果，投入低低溫省煤器，脫硫入口煙塵濃度在45 mg/m3時，出口濃度為32 mg/m3，不投入低低溫省煤器，脫硫入口煙塵濃度在70 mg/m3時，出口濃度為40 mg/m3，脫硫除塵效率為30%～40%。

4　濕式除塵器的應用

燃煤機組在濕法煙氣脫硫裝置后采用濕式電除塵器，是保證煙塵達標排放的一個重要解決方案。其特點是能除去SO3酸霧，并除去石膏雨中二水硫酸鈣煙塵以及硫酸銨煙塵、PM2.5煙塵和重金屬，凈煙氣煙塵排放可控制在5 mg/m3以內。

濕式電除塵器在國內燃煤機組發展比較快，目前已經發展并應用的有3種形式：金屬極板濕式電除塵器、柔性陽極濕式電除塵器和導電玻璃鋼濕式電除塵器（分立式、臥式兩種），各種技術均有表現的空間，沒有哪種具有絕對優勢，建議適量開展，不斷總結，但應注意解決濕式電除塵器帶來的廢水處理、腐蝕嚴重、材料選擇困難等問題［4］。

濕式除塵應用。日照電廠濕式除塵項目采用TPRI-162型除塵器，陽極管采用六邊形的導電玻璃鋼材料（如圖5），鋸齒狀鈦合金陰極線（如圖6），一電場四分區垂直布置。設計煙氣流速2.4m/s，停留時間2.1s。陽極管清灰采用間斷水沖洗，耗水量小于10 t/d。

圖5　濕式除塵器陽極管

圖6　　濕式除塵器陰極及懸掛系統

系統采用4臺高壓變壓器為4個分區提供高壓電源，具備火花監測功能，當系統沖洗時可自動降壓運行，沖洗完畢后自動恢復。目前日照電廠4臺機組均已改造完畢，投入正常運行，以一期2臺350 MW機組為例，測試情況為：濕除塵入口煙塵濃度37 mg/m3；凈煙氣煙塵排放濃度3.5 mg/m3；PM2.5排放濃度0.95mg/m3；PM2.5脫除效率90%；總汞脫除效率37%。

5　　結語

煙囪排放凈煙氣煙塵含量的降低，不是某一個環節或設備的除塵能力的結果，而是多個設備協同工作的結果，下一組設備的除塵能力，必須保證上一組設備運行正常，出口煙塵含量達標才能實現。低低溫省煤器的作用是非常明顯的，經過降溫后的煙氣，大大提高了電除塵的除塵效率，而電除塵經過提效，保證其出口煙塵濃度不高于50 mg/m3，從而減少脫硫及濕除塵的壓力，經過后面設備后，煙塵含量逐步降低，才能達到超低排放的目的。

低低溫省煤器后煙氣溫度逐步降低，最后經過濕式除塵至煙囪排放的溫度只有25℃，北方電廠冬天凈煙氣排放溫度有時不到20℃，加上煙氣濕度大，造成煙囪排放煙羽過大，形成視覺污染，為解決這種問題，濕式除塵器裝置出口也可設置MGGH（熱媒水煙氣再熱系統）。通過熱媒水密閉循環流動，將從降溫換熱器獲得的熱量去加熱凈煙氣，使其溫度升高到70℃以上。可大大減少煙囪“冒白煙”的狀況，同時解決下游設備（如煙囪）的防腐難題。

［1]蔡偉龍，胡恭任，羅祥波.我國燃煤電廠除塵技術路線選擇問題分析［J］.環境工程，2015，35（5）：101-102.

［2]沈又幸，卞卡，鄒道安.燃煤電站煙氣超清潔排放技術路線研究及應用［J］.電站系統工程，2015，31（1）：45-46.

［3］ 李奎中，莫建松.火電廠電除塵器應用現狀及新技術探討［J］.環境工程技術學報，2013（3）：232-233.

［4］ 劉媛，閆駿，井鵬，等.濕式靜電除塵技術研究及應用［J］.環境科學與技術，2014，37（6）：84-85.

［5]趙子瑋 胡志光，李慶.適用于電除塵器改造的新技術［J］.華北電力技術，2015，45（3）：61-62.

［6]酈建國，酈祝海，李衛東.燃煤電廠煙氣協同治理技術路線研究［J］.中國環保產業，2015，21（5）；53-54.

Application of Cooperative Dust Removal Technology in Coal Fired Power Plant

FAN Xiufang，JIANG Zhaoyu，MA Deliang，SHI Jun
（Huaneng Rizhao Power Plant，Rizhao 276826，China）

In order to adapt to strict requirements of dust emissions，it is necessary to re-design and optimize the dust handling system for new or existing boiler.Together with the environmental protection in recent years，new technology by means of combined effect of multiple systems，net smoke emissions has to be controlled to reach 10 mg/m3.Under discussion is the successful application of coal fired power plant flue gas treatment technology，from installation and application of low temperature flue gas heat exchanger，improvement of electric dust removal efficiency，increase wet FGD dust removal capacity and the application of WESP.It is expounded how the system is to cooperate with each other to deal with the dust，and to achieve the strict requirement of low emission.

coal fired power plant；environmental protection；coordination dust removal

X701.2

B

1007-9904（2016）06-0070-04

2016-01-10

范秀方（1973）男，工程師，從事電站鍋爐環保研究工作；姜肇雨（1975）男，高級工程師，從事電站熱控自動化研究工作；馬德亮（1978）男，工程師，從事電站電氣工程研究工作；時俊（1979）男，工程師，從事電站鍋爐環保研究工作。