電袋復合除塵器在提效技改工程中的應用及分析

陳奎續

福建龍凈環保股份有限公司，福建龍巖 364000

0 引言

我國是目前世界上最大的煤炭生產國和消費國，有70%的煤炭用于火力發電廠。據有關資料顯示，我國火電廠每年的煙塵排放量約360萬噸，是全國工業煙塵排放大戶。工業粉塵，尤其是細粉塵已成為影響人們身體健康的有害物質之一。為此，今年1月1日起國家開始實施更嚴格的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011），將火電廠粉塵排放濃度限值由50mg/Nm3提高到30mg/Nm3，重點地區的粉塵排放濃度限值提高到20mg/Nm3。燃煤電廠需要采用更加高效、可靠、穩定和經濟的除塵技術，控制粉塵尤其是細微顆粒粉塵的排放。尤其那些按老排放標準設計的現役運行機組，因地制宜地選擇優良可靠、高效的除塵技術進行提效改造，顯得更為迫切。

電袋復合除塵技術是我國自行研發、擁有自主知識產權的新一代高效除塵技術，具有除塵效果長期高效穩定、運行阻力低、濾袋壽命長、占地小等性能優點，近年來得到廣泛應用，成為滿足新粉塵排放標準最有效的技術之一。尤其在現役機組的除塵提效改造中有明顯技術、經濟優勢，可作為最有效的技改技術方案。

1 燃煤電廠除塵技術及現狀分析

我國燃煤電廠煙氣除塵技術的發展，可簡單概括為：起步晚、發展迅速，經歷了由初級到高級的發展過程。上世紀80年始，我國燃煤電廠進入了除塵轉型階段，逐步淘汰了水磨、旋風等落后、低效的除塵裝置。轉型期間我國相繼引進了瑞典FIAKT公司，德國LURGI公司，美國GE、EE公司的電除塵技術，并經歷20多年引進、吸收、消化和不斷地改進完善的過程，設備性能滿足較低的排放標準，產品成熟，技術已達到世界先進水平。電除塵器成了燃煤電廠的主要除塵設備并發揮著重要的作用。

由于電除塵機理的限制，煤種、煙塵比電阻等工況條件的變化會直接影響除塵器的性能。尤其當燃用內蒙古準格爾、云南宣威等高比電阻粉塵的煤種時，采用常規電除塵技術便很難滿足≤100mg/Nm3排放濃度的要求，即使采取加大比積塵面積等技術措施也仍無法明顯提高除塵效率。由于濕法脫硫具有洗滌煙氣中部分煙塵的作用，所以一些工程項目在工藝選型設計時常將它作為電除塵器的輔助收塵，希望兩者的結合能夠滿足低排放標準的要求。但是，濕法脫硫過程會產生大量微細石膏顆粒，所以濕法脫硫對于脫除細微顆粒的能力受到質凝，石膏的逃逸甚至會增加煙囪的粉塵排放濃度，電除塵器加濕法脫硫工藝很難滿足新的排放標準的要求。此外，我國隨煤炭消耗量的快速增長，資源已呈日益緊缺，許多機組無法按設計煤種供應燃燒，電除塵器無法適宜煤種的變化而除塵效率下降，排放濃度增加，無法達到環保要求，同時還影響了脫硫裝置的正常運行，也降低脫硫后石膏的品質。

袋式除塵器因其不受煤種特性以及燃用煤種變化的影響，可長期保持低排放濃度，伴隨著濾料和清灰技術的進步，近年來得到更多的應用，但是袋式除塵器阻力大、清灰周期短、濾袋使用壽命短。電袋復合除塵器有機結合電除塵器和布袋除塵器優點，繼承了袋式除塵器穩定的低排放濃度特點，同時大大降低除塵器總阻力，延長濾袋使用壽命，對PM2.5的細微顆粒粉塵有更高捕集效果， 近年來快速得到廣泛應用，已成為滿足嚴格的新粉塵排放標準和解決細微顆粒粉塵排放最有效的技術方案之一。

目前我國大部分投運的機組采用靜電除塵器，由于當時設計標準低，設備的老化、燃煤不同于設計煤種且多變導致除塵效率下降，粉塵排放濃度已無法達到新排放標準的要求，因此，現役的大部分機組需要提效改造。

2 電袋復合除塵器

2.1 除塵機理

電袋復合除塵器是指在一個箱體安裝電區和濾袋區的新一代高效除塵設備。它利用前級1個～2個電場的高效除塵性能先收集煙氣中80%以上的大量煙塵，未被收集的少量煙塵通過電場荷電后，進入后級布袋除塵區，被濾袋攔截過濾捕集而達到凈化煙氣目的。同時，它通過電場的收塵以及荷電作用，改善了濾袋區的工作條件而提高設備的整體性能。電袋復合除塵器結構示意圖見圖1。

圖1 電袋復合除塵器結構示意圖

2.2 除塵技術及結構特點

1）除塵機理科學、先進

電袋復合除塵器充分吸收“荷電收塵”和“攔截過濾”機理的優點，電區收集80%以上的大部分粉塵和粗顆粒粉塵，大大降低了袋除塵區的濃度負荷和粉塵顆粒對濾袋的磨損。同時兩者的結合產生了新的荷電粉塵過濾特性機理：異性電荷細顆粒電凝并形成大顆粒粉塵，提高細微顆粒捕集率；同極電荷相互排斥，迅速擴散，形成均勻分布的氣溶膠懸浮狀態，使到達濾袋表面的粉塵排列規則有序、蓬松，透氣性好，粉塵層孔隙率高，剝落性好。荷電粉塵過濾特性使得袋區清灰容易，清灰周期長、阻力低。

2）除塵效率長期高效穩定

電袋復合除塵器的除塵效率不受煤種變化的影響，多個工程應用實踐表明，除塵器出口粉塵排放濃度能夠長期穩定地保持≤30mg/Nm3，甚至≤10mg/Nm3以下。

3）運行阻力低

前級電除塵區發揮了高效除塵與荷電作用，袋區粉塵濃度低，濾袋堆積粉塵厚度相對速度降低；荷電粉塵形成的“蓬松”堆積結構加大孔隙率提高透氣性，降低濾袋阻力。因此，除塵器總體運行阻力大為降低，比常規布袋除塵器低600Pa以上。

4）濾袋使用壽命長

由于濾袋長期運行阻力低，單位面積承受拉伸力小，疲勞破損小；清灰頻率低，延緩了濾袋受清灰氣流沖刷引起交變應力破損；沒有粗顆粉塵對濾袋的沖刷。因此，電袋復合除塵器的濾袋使用壽命更長。

5）結構緊湊，占地面積小

在同一箱體內緊湊安裝了電區和濾袋區，有機結合兩種除塵器的結構特點，在達到相同排放標準的前提下比電除塵器的占地面積更小。

6）節能效果顯著

由于配套電源數量少，清灰周期長、壓縮空氣消耗量小、運行阻力低，使得電袋復合除塵器的綜合能耗更優。

7）運行可靠、維護費用低

近百臺成功應用工程表明，電袋復合除塵器運行穩定可靠，整體維護量少，可以大幅降低除塵器配件的更換頻率。

2.3 發展應用

2003年，國內首臺電袋復合除塵器成功應用于水泥窯尾除塵，2005國內首臺燃煤鍋爐50mW機組配套電袋復合除塵成功應用，開創了燃煤電廠應用先河。目前國內外已有超過450臺套電袋復合除塵器，其中1000mW機組2臺套，600mW機組超過40臺套；投運機組超過250臺套，最大運行機組為1000mW機組，運行項目各項性能指標均達到優良。電袋復合除塵器由于其優越的性能及性價比快速得到廣泛應用，成為目前解決粉塵低排放問題的最有效的技術方案之一。電袋復合除塵器在燃煤鍋爐的應用已遠超過布袋除塵器。

國內曾有些人擔心由于電袋復合除塵器的電場區會產生臭氧，當濾袋選用PPS濾袋時，臭氧會對濾料強度和壽命產生影響。我們曾會同福州大學對電場區產生臭氧的規律進行了系統研究，研究結果表明，在實驗電除塵器和現場電袋復合除塵器內臭氧濃度都低于0.001mg/L，這種極低的臭氧濃度不會對PPS濾料產生影響。眾多的投運項目以及發展趨勢也可證明這一點。

3 電袋復合除塵器在技改工程中的技術方案及分析

目前我國燃煤電廠配套電除塵器一般為四電場結構，除塵器前后設有消防通道以及煙道支架，除塵器擴容的空間有限。采用電袋復合除塵器技術可實現在原除塵器基礎上進行改造。根據現有煙氣量、入口濃度等煙氣工況，改造時一般保留前級一或二個電場，后級電場拆除改為濾袋區。具有整體結構流暢，工程改造量少，施工工期短，技術經濟性好等優點。具體方案及分析如下。

3.1 主要技術性能指標

1）粉塵排放濃度：≤30mg/Nm3或≤20mg/Nm3；

2）本體阻力：≤1200Pa；

3）漏風率：≤2%；

4）濾袋使用壽命：4年或30000小時。

3.2 技術改造方案及結構特點

1）在原除塵器的基礎上進行改造，不加長、加寬、加高原除塵器，不增加土建工作；

2）保留前級一或二個電場及高低壓控制系統，作為電除塵區；拆除后級電場及高低壓控制系統，其空間布置濾袋，作為為布袋除塵區；

3）對保留的前級電場進行檢修，提高除塵效率；若原電場使用年限已久，故障率高，除塵效率極差，則可考濾更新；

4）保留原除塵器鋼支架、殼體、灰斗、進口喇叭、部分樓梯平臺以及相應的保溫層；

5）改造出口喇叭，將電袋除塵器出口與出口煙道貫通聯接；

6）由于新增袋區的重量小于拆除的原電除塵陰陽系統的重量，原除塵器基礎不需要加強；

7）新增預涂灰裝置，對濾袋使用進行有效保護；

8）根據需要可設內置式煙氣旁路系統，實現異常運行工況時對濾袋的保護；

9）新增袋區PLC（或DSC）低壓控制系統，設計進出口溫度檢測、除塵器差壓檢測、清灰系統壓力檢測、濾袋脈沖閥控制（定時、定時+定壓）、袋區溫度報警等控制功能。

3.3 關鍵技術及配套設備變化

1）充分掌握煙氣溫度、煙氣成分等現有煙氣工況，選擇與之相適應的濾料材質，尤其要注意SOx、NOx、O2含量對PPS濾料的影響；

2）要充分分析、融合電區與袋區結構，作好氣流分布均勻性，可采用計算機CFD數值模擬計算進行校核；

3）技術改造后除塵器的總阻力最多增加900Pa，需要對引風機的出力進行校核，如原引風機余量滿足要求則無需改造；

4）袋區脈沖清灰需新增壓縮空氣用量；

5）各灰斗灰量發生變化，需對輸灰系統進行校核。在原輸灰系統正常的情況下，一般對輸灰控制程序略調便可。

4 典型工程應用實例

目前電袋復合除塵器的運行項目已超過250臺套，其中提效技改項目超過100臺套，各運行項目性能指標優良。下面列舉三個典型的除塵提效技改工程作簡要介紹。

4.1 北京京能熱電股份有限公司1#、3#爐200mW機組

1）技術改造方案

原電除塵器為雙列雙室五電場結構。改造方案為保留原電除塵器第一第二電場并進行必要的檢修維護；拆除第三、四、五電場陰陽極系統及高低壓設備，其空間內布置濾袋；袋區設置12個小分室，采用低壓行脈沖清灰方式。

2）主要技術性能及結構參數（見表1）

表1 主要技術性能及結構參數

3）項目運行效果

兩臺機組分別于2008年4月和2008年6月技改完成后投入運行，運行阻力小于900Pa，清灰周期15個小時。經華北電力研究院測試，1#機組電袋復合除塵器出口粉塵濃度為10.5mg/Nm3，3#機組電袋復合除塵器出口排放濃度為7mg/Nm3，各項運行性能參數均優于設計要求。項目投運至今接近4年，濾袋保持零破損。

4.2 華電新鄉發電有限公司2#爐660MW機組

1）技術改造方案

該項目原配套雙列雙室四電場結構的靜電除塵器，于2007年8月投運，由于多種原因除塵器無法達標排放。提效技改采用電袋復合除塵技術，保留原電除塵器第一電場并進行全面檢修維護；拆除第二、三、四電場陰陽極系統及高低壓設備，其空間內布置濾袋；袋區設置12個小分室，采用低壓行脈沖清灰方式，4英寸大口徑淹沒式脈沖閥。

2）主要技術性能及結構參數（見表2）

表2 主要技術性能及結構參數

3）項目運行效果

該項目于2009年4月技改完成后投入運行，是我國國內第一臺成功投運的600mW以上機組電袋復合式除塵器。電袋復合除塵器運行阻力小于850Pa，清灰周期5.5個小時。2010年7月經河南電力試驗研究院測試，出口煙塵排放濃度為29.97mg/Nm3，各項運行性能參數優于設計值，除塵器運行情況優良。

4.3 安徽淮南平圩發電有限責任公司#1爐600MW機組

1）技術改造方案

原靜電除塵器為四列雙室五電場結構。由于原除塵器投運時間長，陰陽極等內部件損壞嚴重，本次改造拆除所有電場的陰陽極系統及高低壓控制系統。第一電場布置全新的陰陽極系統，采用頂部電磁錘振打結構，前后分成兩個獨立小分區供電，提高電場的安全可靠性；第二電場預留，暫作為自由沉降區；第三至第五電場的空間布置濾袋，作為布袋除塵區，采用低壓行脈沖清灰結構以及4英寸大口徑淹沒式脈沖閥；保留利用原電除塵器的進口喇叭、殼體、灰斗等；電袋復合除塵器共分為8個大獨立通道。

2）主要技術性能及結構參數（見表3）

表3 主要技術性能及結構參數

3）項目運行效果

1#爐除塵器于2011年1月技改完成后投入運行，電袋復合除塵器運行阻力小于800Pa，清灰周期7個小時。經蘇州熱工研究院測試，出口煙塵濃度為19.42mg/Nm3，電袋復合除塵器各項性能指標優于設計值。

簽于1#爐除塵器技改工程成功，性能優越，2#爐600mW機組除塵器采用相同的技術方案，于2011年12月提效技改完成投運。

5 結論

電袋復合除塵器是我國自主研發的新一代高效除塵器，其除塵效果不受煤種變化影響，保持長期高效穩定，運行阻力低，濾袋壽命長，結構緊湊占地小，運行維護簡單；尤其在除塵器提效改工程中具有排放濃度低、提效顯著、工程改造量小、施工工期短、技術經濟性好等優勢，可作為解決細微顆粒粉塵排放、滿足嚴格的新粉塵排放標準（《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011））最有效的技術方案之一。

[1]中國環境科學研究院，國電環境保護研究所.GB13223-2011火電廠大氣污染物排放標準[S].北京：中國標準出版社，2011.

[2]林宏.電-袋復合除塵器的開發與應用[J].水泥 CEMENT，2005(2)：37-40.

[3]吳凡.電袋復合式除塵器原理及系統設計[D].武漢：武漢理工大學，2007.

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