大型超凈電袋復合除塵技術在土耳其的應用

曾曉芳

（福建龍凈環保股份有限公司，國家環境保護電力工業煙塵治理工程技術中心，福建 龍巖 364000）

1 前言

隨著大氣污染問題日益嚴峻，我國的火電廠大氣污染排放標準也日趨嚴格。煙塵排放限值從1996年的200mg/m3（標態干煙氣，含氧量6%，下同），到2003年的50mg/m3，再到2011年的30mg/m3，經歷了“三級跳”。近幾年，霧霾頻發，國家有關部門陸續出臺了《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014～2020年）》《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》等政策，我國進入了史上最嚴的超低排放（≤10mg/m3）時代。標準嚴格程度與發達國家相當，甚至處于領先水平。

同樣，歐洲國家在大氣污染問題爆發后也在不斷嚴格排放標準。20世紀上半期，歐洲快速發展的工業化和城市化進程，誘發了“馬斯河谷煙霧事件”和“倫敦煙霧事件”，造成了嚴重的環境、社會問題和經濟損失。20世紀70年代以來，大氣污染問題成為歐洲的主要政治關切之一，歐洲國家開始通過跨國的大氣合作和本國的空氣質量管理來改善大氣環境質量[1]。歐盟通過實施大型燃燒裝置大氣污染物排放限值指令加強燃煤電廠污染排放控制，出臺多次指令，包括1987年當時的歐洲共同體出臺的首部《大型燃燒企業大氣污染物排放限值指令》（88/609/EEC）以及2002年修訂的《大型燃燒企業大氣污染物排放限制指令》（2001/80/EC）[2]，要求進一步加嚴污染物排放限值，顆粒物排放由50mg/m3降為30mg/m3，降幅達40%[3]，同時規定了各成員國的總量削減目標。此標準與美國的排放要求相當，一般只有安裝高效除塵裝置才能實現達標排放。公認的高效除塵設備主要為電除塵器、袋式除塵器及電袋除塵器[2]。不斷嚴格的排放標準對歐洲國家的大氣環境質量改善起到了重要的作用。經過幾十年的努力，歐洲主要大氣污染物排放量顯著下降，其中：1990～2010年間，二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、非甲烷揮發性有機物（NMVOC）與氨氣（NH3）的排放量分別削減81%、49%、57%和37%；2000～2010年間，細微顆粒物（PM2.5）排放量削減25%[1]。

排放標準的不斷嚴格，促使電廠必須選擇可實現長期穩定保持低排放的除塵技術。超凈電袋復合除塵技術便是近幾年在我國超低排放政策下應運而生的，具有長期穩定低排放、運行阻力低、濾袋使用壽命長、運行維護費用低、排放濃度不受煤質和工況變化的影響等優點，因此在燃煤電廠得到迅速推廣應用。

2 超凈電袋技術

2.1 技術原理

超凈電袋復合除塵技術是基于最優耦合匹配、高均勻多維流場、微粒凝并、高精過濾技術等多項技術組合形成的新一代電袋復合除塵技術[4]，可實現煙塵排放濃度長期穩定小于10mg/m3，甚至可達到小于5mg/m3。也是一種不上濕電而簡化煙氣系統的超低排放工藝技術[5]。該工藝具有占地面積小、設備投資低、運行費用低、操作維護工作量少等優點。

2.2 技術措施

常規的電袋復合除塵器經過十幾年的開發應用及工程經驗積累，技術已相當成熟，超凈電袋復合除塵器與其相比需采取如下主要技術措施[6]：1）保證電區與袋區參數合理匹配。在考慮經濟性的前提下，超凈電袋復合除塵器應根據具體情況確定濾袋區最佳的入口粉塵濃度值；2）強化顆粒荷電，提高電區可靠性。包括采用高放電性能、高場強的電區極配型式，提高顆粒荷電以及電場區除塵效率。并采用前后小分區供電技術，提高電區可靠性；3）采用高精過濾濾料。濾料過濾精度越高，超凈電袋復合除塵器實現超低排放就越可靠，適應工況變化能力也越強，而且中長期運行阻力更低更平穩；4）保證電袋復合除塵器內氣流分布均勻（即袋區各室流量均勻性相對偏差小于5%）。此外，還需在設計、安裝、運行維護等各個環節進行嚴格把關，杜絕一切可能出現的泄漏。

3 工程案例

3.1 機組情況

土耳其澤塔斯三期2×660MW電站工程位于土耳其北部，濱臨黑海，距土耳其首都安卡拉200多公里。本期工程建設2×660MW超臨界燃煤機組，并同步建設濕法脫硫（石灰石-石膏）、脫硝裝置（SCR）。電廠在當前歐盟排放限值基礎上，要求保證除塵器出口的煙塵排放濃度≤10mg/m3。電廠最終選定超凈電袋復合除塵方案。

3.2 煤質分析及飛灰特性

該項目的煤質分析及飛灰特性分析如表1。從表1中可以看出，Na2O含量為0.76%，（Al2O3+SiO2）含量為80.2%，Sar含量為1.2%，根據電袋復合除塵器選型設計規范，得出所需的比集塵面積，最終確定在方案設計上采用一電三袋的結構，在保證出口排放要求的同時，充分提高設備經濟性。

表1 主要技術參數表

3.3 超凈電袋復合除塵技術方案

該項目采用前置1個電場除塵室，后置3個濾袋除塵室，雙通道，濾袋除塵區可實現在線檢修、換袋。項目處于“一帶一路”倡議的中歐經濟走廊關鍵位置，所供設備進入土耳其要求符合歐盟CE認證，具有“項目起點高、建設標準高、環保要求高”的“三高”特點。鋼結構和鋁結構的施工滿足標準EN1090的要求。所有的就地柜結構，低壓動力柜結構滿足標準《低壓成套開關設備和控制設備》（IEC60439-1）要求。具體的主要技術參數如表2。

3.4 關鍵技術

3.4.1 高精過濾濾料

濾袋是超凈電袋復合除塵器的終端控制環節，是決定其出口排放濃度的關鍵部件，濾袋的過濾精度直接關系到煙塵的排放值。該項目采用（PPS+PTFE）混紡+PTFE覆膜的高精過濾濾料，兩種材質混紡提高了濾袋的綜合性能及使用壽命，微孔覆膜技術大大提高了濾袋的過濾精度。

表2 電袋復合除塵器主要技術參數表

3.4.2 氣流均布技術

氣流分布均勻性是影響除塵效率的重要因素之一，不良的氣流分布可造成除塵效率顯著降低。研究超凈電袋復合除塵器氣流分布均勻性主要有物理模型試驗和數值模擬計算兩種。數值模擬計算方法（CFD）可獲得全流場的數值解，為優化電袋除塵器內部結構提供依據。該項目采用CFD數值模擬技術，采用FLUENT軟件，湍流模型采用標準k-ε模型，整個模擬過程為等溫過程。由于袋室內濾袋數量多、排列緊密，必須生成十分細密的網格才能實現有效的空間離散。在劃分袋室網格時，首先劃分袋室頂部面網格，然后采用Cooper方法劃分袋室的網格，大大減少了網格數量，同時又滿足了計算要求。

從圖1的速度云圖可以看出，除塵器內部氣流組織分布良好，從圖2的袋區上升速度云圖可以看出袋區底部的上升氣流較均勻。除塵器中后袋室的相對流量偏差絕對值≤5%，氣流分布較均勻，滿足了設計要求。

4 工程運行情況

2016年7月，土耳其澤塔斯電廠4#爐660MW機組超凈電袋復合除塵器項目順利投運（如圖3），標志著按照歐盟標準設計制造的首臺超凈電袋復合除塵器正式投產，在機組滿負荷工況下，除塵器出口煙塵排放濃度約7mg/m3，進出口壓差低于500Pa，各項參數均優于合同要求（如圖4）。

圖1 +Z方向速度云圖

圖2 袋區上升速度云圖

圖3 現場運行圖

圖4 上位機運行數據顯示

2017年9月18日，設備制造廠家收到土耳其澤塔斯電廠三期電廠的使用報告（圖5），對超凈電袋復合除塵器的運行狀況、阻力、排放等優異性能表示充分肯定。該項目于2016年6月投運至今已運行一年多，在長期滿負荷運行工況下，除塵器出口煙塵排放濃度穩定低于10mg/m3，平均阻力低于800Pa，完全達到歐盟排放標準。

圖5 土耳其電廠使用報告

5 結語

土耳其超凈電袋項目是國內除塵行業出口的首臺最大型超凈電袋復合除塵器項目，自成功投運以來，以其煙塵濃度排放低、設備能耗低、運行穩定、可靠性高的特性贏得了土耳其澤塔斯電廠及周邊其他電廠用戶的一致好評，將為超凈電袋進一步開拓歐洲及中亞燃煤電廠煙氣治理項目奠定堅實的基礎。

目前，全球煤電行業超凈電袋的應用已達100臺，其中大型機組包括土耳其2×660MW機組和河南平頂山2×1000MW機組等大型電站項目。超凈電袋作為具有中國自主知識產權的新一代除塵技術，在國家火電“綠色一帶一路”倡議中成為一張亮麗名片，未來必將在歐洲及其他國外市場得到進一步推廣。

參考文獻：

[1] 杜譞，程天金，等．歐盟大氣污染物排放清單管理經驗及啟示[J]．環境保護，2014（10）：66-68．

[2] 盛青，武雪芳，等．中美歐燃煤電廠大氣污染物排放標準的比較[J]．環境工程技術學報，2011（11）：512-516．

[3] EU．On the limitations of certain pollutants into the air from large combustion plants，directive 2001/80 /EC of the European parliament and of council [R]．Brussels：European Union，2001．

[4] HJ 2301-2017火電廠污染防治可行技術指南[S]．

[5] 陳奎續．超凈電袋復合除塵技術對劣質煤的適應性分析[J]．中國環保產業，2017（4）：28-31．

[6] 修海明．超凈電袋復合除塵技術實現超低排放[J]．電力科技與環保，2015（2）：32-35．