燃煤電廠除塵器的應用和選擇研究

連 平，朱 林，方愛民，李 謹

(1.南京信息工程大學環境科學與工程學院，江蘇南京 210044;2.國電科學技術研究院，江蘇 南京 210031)

燃煤電廠除塵器的應用和選擇研究

連 平1，朱 林2，方愛民2，李 謹2

(1.南京信息工程大學環境科學與工程學院，江蘇南京 210044;2.國電科學技術研究院，江蘇 南京 210031)

0 引言

我國的能源結構決定了燃煤電廠在電力行業中的中堅地位。據統計，截至2008年底，我國發電裝機容量達7.925億kW，其中火電為6.013億kW，約占總容量的75.87%［1］。由于火電廠煤燃燒產生的煙塵所造成的煤煙型污染已成為了我國大氣污染的主要形式之一。據統計，2007年我國火電廠煙塵排放總量達297萬t［1］。煙塵的大量排放不僅會損害空氣質量和人體健康，并且還會在一定程度上造成貴重材料的流失，成為制約我國經濟、社會和環境協調發展的重要因素。

在除塵技術的發展過程中，電除塵器因其良好的可操作性，可靠的除塵效果及穩定的運行表現得到了推廣和應用。截至1999年底，我國燃煤電廠使用的除塵器中電除塵器占79.98%，實測除塵效率平均為98.22%［2］。但隨著《火電廠大氣污染物排放標準》(征求意見稿)的提出，燃煤電廠的煙塵排放濃度被限制在30mg/m3以下，這對于我國燃煤電廠中現有的傳統電除塵器無疑是巨大的挑戰，大量老機組電除塵器的改造迫在眉睫。因此，在新的形勢下，對于需要改造的老機組和新建機組，如何根據自身特點和實際選擇適合的除塵設備和工藝，將是各個電廠必須面對和考慮的問題。

1 電除塵器

1.1 電除塵器的原理和特點

電除塵器采用高壓靜電除塵原理，其除塵過程可分為氣體電離、粉塵荷電、荷電粒子的捕集、極線極板的清灰四個部分。其主要過程為:在高壓電場的作用下，放電區的氣體發生電離形成大量的正負離子，含塵氣體進入電除塵器后，與帶電離子發生碰撞從而荷電，荷電后的煙塵粒子在電場力的作用下流向陽極板和陰極線，并在極線和極板上聚集，通過機械振打將粉塵從極板極線上震入灰斗中，通過輸灰系統送至儲灰場做進一步處理。

截至2008年底，我國大多數燃煤電廠的除塵設備依然是傳統的電除塵器，但相當一部分電廠的煙塵排放濃度難以滿足排放標準的要求。調查顯示，以《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223－2003)為基準，對我國投產1至3個月的燃煤電廠電除塵器的排放濃度進行監測，達到排放標準的只占30.4%，未達標排放的占 69.6%［3］。究其原因，主要有以下幾個方面:電除塵器對煤種及粉塵條件的變化較為敏感，煤的含硫量、灰分含量、飛灰比電阻及飛灰金屬含量等都會都電除塵器的除塵效果產生較大影響［4－7］;一般來說，在同等煙氣量下，收塵極板面積越大，除塵效率越高，但出于成本控制的考慮和設計理念的原因，在相同的排放要求下，相比于歐美等國，我國燃煤電廠電除塵器的設計比集塵面積一般偏小，導致我國電除塵器效率相對較低、抗煤種變化能力較差;電除塵器的除塵機理決定了其對PM10等微細粉塵粒子捕集能力的先天不足，因此其除塵效率在一定程度上取決于煙塵中微細粒子的比例［8］。若微細粒子的含量較大則其達標排放存在一定的難度。

1.2 新型電除塵器的應用

1.2.1 移動電極電除塵器的應用

圖1 移動電極電除塵器(MEEP)構造示意

移動電極電除塵器是由日立公司研制的，截至2008年，已有57臺成功運行的案例，最大應用機組為1000MW［9］。移動電極電除塵器與普通電除塵器的區別在于其收塵極是可移動的，并由若干分離開的條狀板材通過鏈條聯接而成，在極板的上部和下部設有鏈輪，通過驅動鏈輪，使收塵極板在上下鏈輪間往復移動，移動速度 0.1 ～1.5m/min［10］。在收塵極板移動到主氣流下方的灰斗區域時，由旋轉電刷將粉塵清理下來落入灰斗中。由于清灰位置無主氣流通過，不會引起二次揚塵，且可以提高高比電阻粉塵的捕集率，避免反電暈。

2006年常州廣源熱電廠2臺75t/h循環流化床鍋爐(相當于2×7MW機組)引進該技術，電除塵器采用單室三電場設計，其前兩個電場為固定極板，第三電場為移動極板。移動電極電除塵器出口濃度僅為21mg/m3，完全達到排放要求。

1.2.2 高頻電源電除塵器的應用

高頻電源電除塵器是近年來發展的一種新型高效除塵技術。瑞典ALSTOM公司已生產銷售高頻電源 2000 余套，最大規格為 120kV/1.2A［4，10］。與傳統工頻電源相比，其主要具有以下優勢:高頻電源運行平均電壓為工頻電源的1.3倍，運行電流為工頻電源的2倍，有利于提高除塵效率;對于高比電阻煙塵，高頻電源采用類似脈沖的“間歇供電”，利于抑制反電暈;電源轉換效率高，體積小，性價比高。

2 袋式除塵器

2.1 袋式除塵器的原理和特點

袋式除塵器是一種依靠過濾材料來實現分離含塵氣體中粉塵的收塵裝置，其主要過濾機理包括截留、慣性沉降、擴散沉降、重力沉降及靜電沉降幾個方面。含塵氣流進入袋式除塵器后，在濾料的作用下完成對煙塵粒子的捕集，而附著在濾料上的灰層在積累到一定的程度后可以通過清灰控制系統進行清除，從而實現含塵氣流的凈化。與電除塵器相比，袋式除塵器主要有以下優點:對煤種和粉塵特性的適應性強;對不同粒度的粉塵均有較高的捕集率;可同時脫除多種有害氣體。袋式除塵器不僅可實現對粉塵的控制，而且對燃煤排放有害氣體(如SO2、重金屬和VOCs等)有一定脫除效果［11］。

2.2 袋式除塵器的發展和應用

袋式除塵器在發達國家起步較早，應用較廣泛。截至2004年，澳大利亞燃煤電廠中袋式除塵器占有率達80%以上［12］。我國燃煤電廠袋式除塵器研究起源于20世紀80年代，在經歷了短暫的失敗后［13－15］，近年又重新應用起來。2001 年，內蒙古豐泰發電公司2×200MW機組將原有電除塵器改造為袋式除塵器，這也是我國第一臺成功投運的大型燃煤機組袋式除塵器［16－18］。據統計［19－21］，截至2008年底，我國燃煤電廠中袋式除塵器已經較多地應用于新建的200MW和300MW機組上，而幾臺600MW機組袋式除塵器也已投入運行。

河南焦作電廠于2002年將廠內4號爐220MW機組原三電場電除塵器改造為袋式除塵器［19，22］。該廠主要煙氣參數為［19，22］:煙氣量 1600000m3/h，排煙最高溫度165℃，灰分平均含量為20.41%，灰分成分分析顯示SiO2含量占46.799%，Al2O3含量占32.464%，飛灰粒度分布顯示PM2.5含量超過40%。改造前電除塵器出口濃度在500mg/m3以上，改造后出口濃度能夠保持在30mg/m3以下，效果良好。近些年來袋式除塵器在我國燃煤電廠的應用越來越多，并取得了一些成功運行的經驗。隨著煙塵排放標準的不斷嚴格，以及國內對于袋式除塵技術研究的不斷深入，袋式除塵器必將在燃煤電廠得到更廣泛的應用，袋式除塵器也將逐漸成為我國新建燃煤電廠煙塵治理的首選工藝。

3 電袋復合除塵器

3.1 電袋復合除塵器的原理和特點

電袋復合除塵器是一種綜合了靜電除塵和布袋除塵兩種除塵理論而提出的一種新型除塵技術［23］，按其結構不同主要可以分為串聯式和嵌入式兩類，目前國內外研究較多的主要是串聯式。其除塵原理為:采用常規電除塵器的第一電場作為前級處理單元，處理煙氣中70% ～80%的粗顆粒，再利用后級的袋式除塵單元處理余下的10%～20%左右的細顆粒，實現了顆粒的分級捕集。且結合了電除塵器和袋式除塵器的優點，電除塵單元起到了粉塵預收集和預荷電的作用，同時減輕了后級袋式除塵單元的負擔，不僅起到了保護布袋的作用，也在一定程度上降低了系統阻力［24］，而后級的袋式除塵單元則可以充分發揮其對微細粒子收集效率高和對粉塵性質適應能力強的特點，輕松完成對剩余部分煙塵的捕集。電袋復合除塵器通常除塵效率極高，可以達到99.9%以上，出口濃度能夠保持在30mg/m3以下，是一種新型、高效的煙塵處理工藝。

3.2 串聯式電袋復合除塵器的應用

我國對于電袋復合除塵器的研究和應用起步較晚，僅對荷電后的粉塵影響布袋捕集效率的關系進行研究［25］。2004年，電袋復合除塵器第一次應用到了燃煤電廠的改造工程中［23］，目前在火電行業中，最大的應用機組已達到600MW。

寧夏大壩發電有限責任公司3號爐機組容量為300MW，原配套除塵器為2臺雙室三電場電除塵器［26］，但在運行多年后，由于煤種變化、設備老化及本體漏風嚴重等問題導致電除塵器腐蝕、磨損嚴重，除塵效率降低，出口煙塵濃度高達705mg/m3。在對幾種改造方案進行技術和經濟分析后決定保留原有電除塵器一電場，將二、三電場改為袋式除塵區，組成串聯式電袋復合除塵器。改造完成后實測出口煙氣濃度降低到了22.2mg/m3，且除塵器阻力特性良好，運行穩定可靠。

3.3 嵌入式電袋復合除塵器的應用

圖2 嵌入式電袋復合除塵器示意

嵌入式電袋復合除塵器是電袋復合除塵技術的最新研究成果，美國北達科他大學的能源與環境研究中心(EERC)在這方面做了大量的研究工作。這種先進的除塵工藝是將電除塵與袋式除塵技術緊密結合，在電除塵中嵌入濾袋，在放電極和濾袋之間布置多孔板作為收塵極，既起到有效收塵的目的，又能防止濾袋受到放電極的電損傷。而在濾袋清灰時，飛灰又能及時地被電區的極線和極板捕集，避免了二次揚塵問題，從而達到高效除塵的目的。

1999年，EERC開始對這種除塵技術進行中試試驗，從2002年10月起將該技術應用到了意大利某水泥廠和美國南達科他州某發電廠，運行結果顯示，總顆粒物的質量濃度由入口處的5362mg/m3降低至0.21mg/m3，除塵效率達到99.996%。運行時過濾風速可達3.0m/min以上，是一般脈沖袋式除塵器的3倍左右。因此嵌入式電袋復合除塵器的結構較一般袋式除塵器更加緊湊，并且可以大大減少濾袋數量，達到降低成本的目的。

我國目前對嵌入式電袋復合除塵器的研究尚處于起步階段。徐慶等人［27］對嵌入式電袋復合除塵技術的開發與工程化設計進行了一系列的研究，許秦坤等人［28］提出了一種新穎的嵌入式電袋復合除塵器結構，但這些研究大多只停留在理論和實驗研究層面，目前尚沒有實際運行的案例。

4 結語

(1)隨著煙塵排放標準的日趨嚴格，傳統電除塵器已經越來越難滿足標準的要求，大量燃煤電廠面臨著除塵器改造的問題。但由于電除塵器自身除塵機理及改造場地的限制，加寬加高電除塵器使除塵器擴容的改造方法并不能從根本上解決問題，因此不推薦采用該方案。只有煤種和粉塵條件穩定，飛灰性質適合電除塵器的電廠可考慮擴容。

(2)對于需要進行電除塵器改造的燃煤電廠來說，采用移動電極或高頻電源等新技術是比較好的選擇。這類改造動作小，投資省，工期短，但并不能克服電除塵器除塵機理上抗煤種波動能力差及對微細粒子捕集能力弱的缺陷，并且在國內沒有太多的應用實例，尚缺少一定的運行經驗和說服力。因此，對于機組容量不大，煤質條件較好，排放濃度超出標準不多的電廠可考慮選用。

(3)對于排放超標嚴重的電廠，建議在保留原電除塵器外殼的條件下，將電除塵器改為袋式除塵器或串聯式電袋復合除塵器。就改造費用來說，電袋復合除塵器相對袋式除塵器具有一定的優勢，并且在保證濾袋壽命的前提下，前者的運行費用也相對較少［26］。但從以往的改造實例來看，電區和袋區的結合處氣流分布措施處理不當及濾料選用不合適容易造成電袋復合除塵器的濾袋壽命低于袋式除塵器，造成了費用的增加［2，29］。因此電廠應該根據自身條件分析確定改造方案，在可以保證濾袋壽命的前提下，建議優先考慮電袋復合除塵器。

(4)對于新建電廠來說，電除塵器、袋式除塵器及電袋復合除塵器都是可以考慮的選擇。但由于電除塵器除塵效率受限制因素較多且不穩定，而電袋復合除塵器工藝相對復雜，可能給設計工作及日后的運行維護管理帶來不必要的麻煩，因此建議優先考慮袋式除塵器。

［1］《火電廠大氣污染物排放標準》編寫組.《火電廠大氣污染物排放標準》編制說明(征求意見稿)［R］.北京:2009.

［2］龔立賢，張哲軍.除塵器在火電廠中的應用及發展趨勢［J］.熱電技術，2010，(2):1 －6.

［3］祁君田，吳玉強，吳望民，等.燃煤電廠電除塵器現狀及關鍵參數設計研究［J］.熱力發電，2009，38(6):47 －50.

［4］黃三明.電除塵技術的發展與展望［J］.環境保護，2005，(7):59－63.

［5］何向偉，吳志平，高素玲.燃煤電廠鍋爐配套的除塵設備的應用與開發［J］.中國科技博覽，2009，(20):122 －123.

［6］姜雨澤，宋榮杰.火電廠除塵技術的發展動態研究［J］.環境科學與技術，2008，31(8):59 －64.

［7］胡滿銀，趙 毅，劉 忠.除塵技術［M］.北京:化學工業出版社，2006.

［8］Zhuang Y，Kim Y J，Lee T G，et a1.Experimental and theoretical studies of ultra－fine particle behavior in electrostatic precipitators［J］.Journal of Electrostatics，2000，(48)21 －27.

［9］周晨霞.日立MEEP移動極板靜電除塵器應用和運行費用分析［J］.冶金環境保護，2009，(3):53 －56.

［10］黃三明.適應新環保要求的實用電除塵技術［C］.第12屆全國電除塵學術會議論文集.石家莊:2007.

［11］向曉東.現代除塵理論技術［M］.北京:冶金工業出版社，2002.

［12］姚群，陳隆樞，韋鳴瑞，等.大型火電廠鍋爐煙氣袋式除塵技術與應用［J］.安全與環境學報，2005，5(4):1 －4.

［13］朱法華.袋式除塵技術的發展及其在燃煤電廠煙氣處理中的應用［J］.中國電力，2002，35(8):56 －60.

［14］宋七棣，徐天平，陳安琪.燃煤鍋爐煙氣除塵［C］.2004中國國際脫硫脫硝技術與設備展覽會及技術研討會論文集.北京:2004.

［15］肖寶恒.袋式除塵器的發展及其在燃煤電廠的應用前景［J］.電力環境保護，2001，17(3):44 －46.

［16］肖寶恒.豐泰發電公司2×200 MW機組袋式除塵器運行總結［J］.電力環境保護，2005，21(3):18 －19.

［17］陳秋.布袋除塵器在火電廠應用的技術分析［J］.河北電力技術，2008，27(6):29 －31.

［18］肖寶恒.燃煤電廠電除塵器增效改造的途徑［J］.電力環境保護，2007，23(6):13 －15.

［19］劉貫連，張積秋，邊彩霞.布袋除塵器在670 t/h燃煤鍋爐上應用的技術經濟分析［J］.電力環境保護，2005，21(1):30 －33.

［20］江德厚，郝黨強，王勤.燃煤電廠袋式除塵器發展趨勢及其運行壽命的影響因素［C］.2007年火電廠環境保護綜合治理技術研討會論文集.鄭州:2007.

［21］中國環境保護產業協會袋式除塵委員會.我國袋式除塵行業2008年發展綜述［J］.中國環保產業，2009，(5):4－11.

［22］趙江翔，張積秋，高樹嶺.大型低壓脈沖袋式除塵器在220MW燃煤鍋爐上的應用［C］.全國袋式除塵技術研討會論文集.撫順:2007.

［23］高志東.電袋復合除塵器在燃煤電廠的應用［J］.電力設備，2007，8(12):41 －43.

［24］黨小慶，李 偉，馬廣大.電袋復合除塵器性能對比試驗研究［J］.電力環境保護，2007，26(6):1 －3.

［25］張秀琨，鄭剛.電袋復合除塵器研究與應用［J］.能源技術與管理，2007，(3):74 －76.

［26］聶孝峰，方建文，李強，等.300MW機組電袋復合除塵器的應用探討［J］.電力科技與環保，2010，26(2):37 －39.

［27］徐慶.靜電布袋緊密混合除塵技術開發與工程化設計［D］.清華大學:2008.

［28］許秦坤，張鳳林.一種新穎電袋復合除塵器的提出及其除塵機理研究［J］.南方金屬，2007，(2):30 －34.

［29］江得厚，孫寧，董雪峰，等.燃煤電廠電袋復合除塵器不是最佳組合［C］.2009年燃煤電廠環境保護綜合治理技術研討會論文集.鄭州:2009.

Study on application and selection of dust collector in coal－fired power plant

對目前我國燃煤電廠中使用較多的幾種除塵器——電除塵器、袋式除塵器及電袋復合除塵器的原理、發展及應用進行了介紹和闡述，并結合幾種除塵器的特點和國內外運行實例，就我國燃煤電廠除塵器的選擇提出了建議。關鍵詞:燃煤電廠;除塵器;應用;工藝選擇

The mechanism，development and application of electrostatic precipitator，fabric bag filter and compact hybrid particulate collector which were most widely used in China＇s coal－ fired power plant were discussed.Then combined of their different characteristics and operating situation in and abroad，suggestions of coal－ fired power plant＇s dust collector selection were given.

coal－fired power plant;dust collector;application;technology selection

X701.2

B

1674－8069(2011)02－018－04

2010-12-03;

2011-02-13

連 平(1985-)，男，山東威海人，碩士研究生，主要研究方向為環境污染控制機理與技術。E－mail:lp－8891@163.com