燃煤電廠煙塵超低排放技術(shù)比較分析研究

龐繼紅

(山西省陽泉市環(huán)境監(jiān)測站，山西 陽泉 045000)

1 研究背景

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及環(huán)境壓力的增加，國務(wù)院于2013年9月印發(fā)《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，并首次制定了治理大氣中可吸入顆粒物(PM2.5)的硬性目標(biāo)。具體的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)主要有兩方面：一是，與2012年相比，計(jì)劃到2017年全國地級及以上城市PM2.5濃度降低10%以上，并且，優(yōu)良天數(shù)目逐年提高；二是，對經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的京津冀、長三角、珠三角地區(qū)的PM2.5進(jìn)行了更為嚴(yán)格的控制，使其PM2.5分別下降25%、20%、15%左右，其中，北京市PM2.5年均質(zhì)量濃度控制在60 μg/cm3[1]。

2015年，環(huán)境保護(hù)部、國家發(fā)展和改革委員會(huì)、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》(以下簡稱《方案》)，對污染物高排放的燃煤電廠的排放標(biāo)準(zhǔn)制定了嚴(yán)格的控制閾值。《方案》要求：到2020年，全國所有具備改造條件的燃煤電廠力爭實(shí)現(xiàn)超低排放(即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放質(zhì)量濃度分別不高于10、35、50 mg/cm3)。并對新建的燃煤發(fā)電廠作出了排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，新建燃煤發(fā)電機(jī)組達(dá)到超低排放水平[2]。作為污染排放大戶的燃煤電廠的污染控制技術(shù)面臨新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇。

為了加強(qiáng)對污染物排放的嚴(yán)格控制，我國的燃煤電廠超低排放技術(shù)改造勢在必行，煙塵的超低排放也發(fā)展出多種技術(shù)，選擇也越來越多，本文對幾種主流煙塵超低排放技術(shù)在詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上加以比較，為燃煤電廠煙塵超低排放提供技術(shù)參考。

2 技術(shù)現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)燃煤電廠煙塵超低排放，以濕式電除塵器和電袋除塵加濕電除塵為主，對其他的技術(shù)還停留在理論研究和試驗(yàn)階段。出現(xiàn)這種情況有時(shí)間上的原因也有技術(shù)不夠成熟的原因。

3 技術(shù)方案

對于技術(shù)方案的選擇，各電廠基本優(yōu)先考慮技術(shù)成熟、成本控制好的技術(shù)，簡單地說就是，運(yùn)行穩(wěn)定、故障率低、方便維護(hù)和運(yùn)行成本低的技術(shù)。

3.1 濕式電除塵技術(shù)

濕式電除塵技術(shù)與干式靜電除塵技術(shù)都是采用高壓電場使煙塵荷電除塵，區(qū)別在于，濕式電除塵技術(shù)采用濕式清灰的方式，能夠有效地控制二次揚(yáng)塵，而干式電除塵通過機(jī)械振打方式清灰。而且，由于經(jīng)過濕式脫硫后的煙塵含濕度較高，與經(jīng)過干式電除塵處理后的煙塵相比，其比電阻更低，更能有效地吸附粒徑較小顆粒，如PM2.5等。因此，濕式電除塵技術(shù)具有更高的除塵效率，除塵效率高達(dá)90%。濕式電除塵技術(shù)的主要工藝參數(shù)：煙氣溫度小于60 ℃，煙氣流速小于3.5 m/s(板式)或小于3.0 m/s(管式)，灰硫比大于100。

缺點(diǎn)是，投資加大的同時(shí)增加了整個(gè)除塵系統(tǒng)的占地面積，維護(hù)復(fù)雜，故障點(diǎn)增加。

3.2 電袋兩級除塵技術(shù)

靜電除塵器和布袋除塵器經(jīng)過長期發(fā)展，技術(shù)上已經(jīng)到了瓶頸期，單一的靜電除塵器和布袋除塵器已經(jīng)無法滿足煙塵超低排放的要求。電袋兩級除塵是靜電除塵和布袋除塵的合理組合，兼具靜電除塵器和布袋除塵器優(yōu)點(diǎn)。一般是“前電后袋”，即，靜電除塵器電場使煙塵荷電，除去80%左右的煙塵，其余比電阻較高、粒徑較細(xì)的煙塵進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)行進(jìn)一步除塵。煙塵經(jīng)過荷電后，形成的煙塵顆粒層更加疏松、透氣，提高了布袋除塵器的過濾效率，靜電除塵與布袋除塵實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的完美結(jié)合，除塵效率極大提高。隨著電袋除塵技術(shù)的發(fā)展，為了適應(yīng)不同煙氣溫度對布袋除塵器濾料的要求，濾料已經(jīng)由單純的PPS發(fā)展為“PPS+PTFE”或“PPS+P84”的復(fù)合濾料。其除塵效率可穩(wěn)定達(dá)到99.0%以上，從而實(shí)現(xiàn)煙塵的超低排放[3]。

電袋兩級除塵技術(shù)運(yùn)行可靠穩(wěn)定，其除塵效率不受煙塵工況、煤質(zhì)變化的影響，是老舊燃煤電廠超低排放方案的首選。出口煙塵質(zhì)量濃度可以達(dá)到5.0 mg/m3。

超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)的主要工藝參數(shù)：進(jìn)口煙氣量小于7.0×106m3/h，處理煙氣溫度小于250 ℃，風(fēng)速小于0.95 m/min。

3.3 低低溫電除塵技術(shù)

低低溫電除塵器，是以低低溫省煤器(DGGH)+電除塵器為核心技術(shù)，其原理為：當(dāng)煙塵通過低低溫省煤器時(shí)，高溫?zé)焿m與冷媒發(fā)生熱交換，高溫?zé)煔庖贿M(jìn)入電除塵器煙氣溫度會(huì)降至酸露點(diǎn)溫度以下，然后進(jìn)入電除塵器進(jìn)行除塵；大部分高溫SO3煙氣在低溫環(huán)境中迅速降溫冷凝形成硫酸霧，由于粉塵具有巨大的比表面積，因此能夠黏附大量的硫酸霧，最后，堿性物質(zhì)中和得以去除。硫酸霧能夠改善粉塵的物理特性，并大大降低了其比電阻，提高了對小顆粒污染物的去除率[4]。

低低溫電除塵器同時(shí)配合濕法脫硫系統(tǒng)時(shí)，煙氣溫度降低還能提高脫硫效率。低低溫電除塵系統(tǒng)采用低溫省煤器降低煙氣溫度，省煤、省電，節(jié)能降耗。煙氣溫度降低有利于煙氣脫汞，提高脫汞效率。回收的熱量可回收利用。

采用低低溫電除塵器，高硫煤煙氣中的SO3高，容易腐蝕電除塵器。SO3黏附在粉塵上和堿性物質(zhì)結(jié)合，所收集的灰塵容易堵塞灰斗。

3.4 吸收塔除塵技術(shù)

吸收塔漿液噴淋系統(tǒng)的除塵技術(shù)缺乏研究應(yīng)用，一般認(rèn)為，吸收塔的除塵效率不超過50%。煙塵經(jīng)過除塵器，粒徑較大的煙塵基本去除，剩下PM2.5及粒徑更小的細(xì)顆粒占有很大的比重。常規(guī)吸收塔漿液噴淋系統(tǒng)對PM2.5及以下的煙塵顆粒的分級除塵效率較低，除塵效率受限。吸收塔一般都是單側(cè)進(jìn)氣，塔內(nèi)煙塵流場分布不均，容易發(fā)生煙塵斷流效應(yīng)，從而大大降低除塵效果。其原因分析為：由于單側(cè)進(jìn)氣，因此會(huì)出現(xiàn)吸收塔內(nèi)布?xì)獠痪鶆虻默F(xiàn)象，導(dǎo)致塔壁與塔中心產(chǎn)生很大的氣流密度差；密度大的塔中心氣流的阻力也會(huì)變大，塔壁情況正好與此相反，所以，塔壁處的煙塵會(huì)大量的溢出，從而降低了除塵效率。為了實(shí)現(xiàn)煙塵的超低排放要求，有必要對吸收塔進(jìn)行改進(jìn)。

3.4.1 噴淋增效環(huán)技術(shù)

常規(guī)的吸收塔除塵技術(shù)容易發(fā)生煙塵溢出情況，降低了工藝的處理效率。在常規(guī)吸收塔的每層噴淋層增設(shè)噴淋增效環(huán)，就可以使這一問題得以解決。其基本原理是，噴淋增效環(huán)的作用是將塔壁處的煙塵棄流導(dǎo)流進(jìn)入塔中心處，從而有效提高除塵效率。

3.4.2 高效噴淋層技術(shù)

與普通噴淋層技術(shù)相比，高效噴淋技術(shù)因具有較低的噴嘴流量和更低的霧化顆粒粒徑范圍。高效噴淋層采用雙頭雙向高效空心錐，單頭流量為20 m3/h～35 m3/h，僅為普通噴嘴流量的一半，與普通噴淋技術(shù)霧化粒徑范圍相比，漿液霧化粒徑范圍降低至33.3%～36.4%，因此大大地提高了處理效率。

高效噴淋層的噴淋覆蓋率是普通噴淋層的2倍，除塵效率大幅度提高。相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，高效噴淋層與噴淋增效環(huán)配合應(yīng)用時(shí)，煙塵的粒徑范圍越小，其除去率越小；煙塵的粒徑范圍越大，其除去率越高。

3.4.3 高效除霧器技術(shù)

經(jīng)過吸收塔除霧器處理凈化后的霧滴中仍然含有大量的固體顆粒和溶解鹽，該固體顆粒是導(dǎo)致煙塵產(chǎn)生的重要因素之一。為了降低吸收塔出口煙塵濃度，提高除塵效率，應(yīng)當(dāng)從控制除霧器出口的霧滴含量著手。

主要的改進(jìn)方案為，管式除霧器與屋脊式除霧器組合技術(shù)法。具體的技術(shù)組合形式：一是在原有屋脊式除霧器的下層加裝1套管式除霧器，管式除霧器能夠彌補(bǔ)屋脊式除霧器去除大霧滴效率低的缺陷；二是對原有的2層屋脊式除霧器進(jìn)行整體改進(jìn)設(shè)計(jì)，通過在屋脊式除霧器頂部加裝了1套沖洗水系統(tǒng)，增加了整個(gè)系統(tǒng)的處理效率。

由于噴淋層產(chǎn)生的超過80%的霧滴都是粒徑在500 μm以上的大霧滴，第一種組合技術(shù)，增加了管式除霧器后可以去除該部分霧滴。然后，通過屋脊式除霧器沖洗時(shí)流下的水將管式除霧器上的大霧滴沖洗干凈，沖洗時(shí)管路可以自身旋轉(zhuǎn)，從而大大提高了沖洗效果。管式除霧器還能夠起到均勻布?xì)獾淖饔茫_(dá)到高效除霧的效果。

管式除霧器之后安裝屋脊式除霧器，可設(shè)計(jì)為二級或三級。沖洗系統(tǒng)對煙氣進(jìn)行沖擊時(shí)使液滴分離，通過葉片的導(dǎo)流作用可以改變煙氣的流向方向，使得液滴在葉片上形成水膜，回流到吸收塔，實(shí)現(xiàn)去除霧滴的目的。通過這層除霧器去除粒徑在18 μm以上的霧滴，通過調(diào)整霧器的葉片間距和葉片形狀，使除霧效果達(dá)到最佳。

通過改進(jìn)現(xiàn)有現(xiàn)除霧器設(shè)計(jì)，在現(xiàn)有除霧器出口增設(shè)一層沖洗水，從而形成4層沖洗水，前3層沖洗水仍隨著吸收塔液位自動(dòng)投入運(yùn)行，加裝的第4層按實(shí)際需要進(jìn)行沖洗使用。在保證了除霧器出口液滴含量達(dá)標(biāo)的前提下同時(shí)將沉積的灰垢沖洗干凈。改進(jìn)后的除霧器減小了堵塞風(fēng)險(xiǎn)。

改造后的除霧器，除霧效果顯著提高，除霧器出口的液滴濃度下降了30%左右，達(dá)到小于60 mg/m3。而且，管式除霧器不但可以降低整個(gè)系統(tǒng)的堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，還能夠除去噴淋產(chǎn)生的大粒徑霧滴與石膏顆粒。改造前，需要人工對其進(jìn)行高壓水沖洗；改造完成后，只需在檢修時(shí)同時(shí)進(jìn)行人工高壓水沖洗，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.4.4 托盤/雙托盤技術(shù)

美國最先應(yīng)用多孔托盤技術(shù)，并取得了較高的除塵效果。主要技術(shù)手段是，在吸收塔進(jìn)口上沿與第1層噴淋層之間或在2層噴淋層中間增設(shè)多孔托盤。其基本技術(shù)原理是，利用煙塵和漿液在托盤上

發(fā)生交匯時(shí)產(chǎn)生的氣泡層，氣泡層的形成能夠增加煙塵與漿液的接觸面積，在多種作用機(jī)理下煙塵顆粒被有效地去除。

在托盤上漿液產(chǎn)生的重力與托盤下氣流向上壓力平衡作用下，使吸收塔內(nèi)流場分布更加均勻，從而保證了吸收塔截面上煙塵脫除效率的均勻性。如果設(shè)計(jì)采用雙托盤技術(shù)，則能進(jìn)一步提高吸收塔除塵效率。

4 結(jié)論

無論是理論上還是在實(shí)際應(yīng)用中，電袋兩級除塵由于除塵效果好，技術(shù)成熟，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)方便，是各燃煤電廠煙塵超低排放的技術(shù)方案首選。而濕電除塵還很少單獨(dú)應(yīng)用，往往只是配合布袋除塵，成本較高。低低溫電除塵技術(shù)要求高，還沒有廣泛推廣。高效吸收塔除塵在國外已有應(yīng)用，在國內(nèi)還基本處于探索階段。在選擇煙塵超低排放方案時(shí)，要根據(jù)具體的實(shí)際情況選擇合適的除塵器設(shè)計(jì)。