適應低排放的電除塵技術探討

王劍波

(浙江菲達環保科技股份有限公司，浙江諸暨 311800)

適應低排放的電除塵技術探討

王劍波

(浙江菲達環保科技股份有限公司，浙江諸暨 311800)

針對高標準的排放要求以及將進一步提高的排放標準，對電除塵器是否能滿足目前的排放標準和低排放要求進行了研究。通過對國內110個機組配套電除塵器實際應用情況調查和國外燃煤機組電除塵器應用分析，客觀地評價了電除塵器對國內煤種的適應性，指出移動電極式電除塵器、雙極異距電流體微粒聚合器、煙氣調質、濕式電除塵器、低低溫電除塵器等新技術的發展和綜合應用是滿足30mg/m3低排放標要求的最佳選擇。

電除塵器;適應性;低排放;除塵性能;比集塵面積;新技術

電除塵器已經有100多年的發展歷史，因具有除塵效率高、適應范圍廣、運行費用低、可靠性高、使用方便且無二次污染等獨特優點，一直是工業煙塵治理領域、特別是燃煤鍋爐除塵設備的首選。目前，國家已經出臺更為嚴格的粉塵排放標準，《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223－2011)已將最高排放標準由原來的50mg/m3提高到30mg/m3，這給電除塵器技術帶來了挑戰，也帶來了機遇。對電廠來說，由于一般配套安裝有具有一定除塵效率的濕法脫硫設備，所以電除塵器出口粉塵濃度至少要達到50mg/m3以下才能滿足新標準。但是由于我國電煤資源緊缺，大多數電廠的煤種多變、混燒劣質煤情況突出，在極端情況下甚至出現電除塵器性能不達標，此外粉塵的高比電阻、二次揚塵及微細粉塵在很大程度上影響了電除塵器的除塵效率，也是目前常規電除塵器面臨的主要技術瓶頸。

1 低排放下國內外電除塵器應用情況

1.1 國內低排放電除塵應用情況的調查結果

2004-01-01，火電廠開始執行《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223－2003)，最高排放標準為50mg/m3。大多數電廠考慮到濕法脫硫裝置有50%左右的除塵效率，所以新建的電除塵器出口粉塵排放濃度多在80～100mg/m3之間，也有部分電廠對電除塵器提出了50mg/m3的要求。

在BMCR工況下，對國內110個機組配套電除塵器進行了測試，其統計分析結果見表1和表2。其中，1000MW機組14個、600MW機組55個、300MW機組35個，200MW機組6個。在110個機組配套電除塵器中，3電場電除塵器為2臺，出口排放均小于50mg/m3;4電場電除塵器為90臺，出口排放小于50mg/m3的有59臺;5電場電除塵器為18臺，出口排放小于50mg/m3的有10臺。在測試電除塵器中，出口粉塵排放≤30mg/m3的電除塵器有24臺，占電除塵器總量的21.8%;出口粉塵排放30～50mg/m3的電除塵器有46臺，占電除塵器總量的41.8%;出口粉塵排放為50～100mg/m3的電除塵器有27臺，占電除塵器總量的24.6%;出口粉塵排放＞100mg/m3的電除塵器有13臺，占電除塵器總量的11.8%。

表1 出口排放低于30mg/m3電除塵器統計

表2 電除塵器設計比集塵面積統計

從以上分析可以看出，低排放、高效率的電除塵器設計比集塵面積以80～110m2(m3/s)的范圍居多;在電除塵器的電場數量基本上為4個、設計比集塵面積＜110m2/(m3/s)的情況下，出口粉塵濃度≤50mg/m3的電除塵器數量占總量的63.6%，其中出口粉塵排放≤30mg/m3的電除塵器占21.8%。這說明電除塵器能夠做到低排放、高效率的要求，多數的煤種對電除塵器的適應性較好，在適當增加電場數量和設計比集塵面積的情況下，達到30mg/m3甚至更低的排放是完全可以實現的［1］。

1.2 低排放下國外燃煤機組電除塵器應用情況

國外的電除塵器技術一直在不斷改進，以減少能耗、增加其可靠性、滿足法規要求的低排放標準。電除塵器在國際上依然是燃煤電廠煙氣除塵最主要的設備，低排放下部分發達國家燃煤電廠電除塵器應用情況見表3。在日本，極大部分地方政府制定的標準均低于20mg/m3。

表3 低排放下國外燃煤電廠電除塵器應用

從表3可以看出，歐、美、日等發達國家執行了比中國更為嚴格的排放標準，而電除塵器仍被廣泛地使用。在德國和日本，電除塵器的占有率具有絕對壓倒性優勢，特別是日本，燃煤電站幾乎全部采用了電除塵器。日本燃煤電站電除塵器主要是通過兩大技術來達到低排放:一是低低溫電除塵技術。日本燃煤電廠在20世紀90年代就開發了低低溫電除塵技術，其基本原理是將通過將電除塵器的煙氣溫度從130℃左右降低到90℃左右，以大幅度降低粉塵的比電阻，使得電除塵器的除塵效率得到顯著提高。低低溫電除塵技術相對于常規電除塵器所增加的成本非常低，而電除塵器的除塵效率增加明顯，一般均可以到達到小于30mg/m3的標準，其在與濕法脫硫系統配套使用時，甚至可以小于10mg/m3。這種方法在日本已得到較多的應用，現在幾乎成了日本燃煤電廠一種標準的除塵系統配置方式;二是移動電極式電除塵器的應用，通過在電除塵器的末電場設置移動式收塵極板，克服高比電阻粉塵的反電暈，最大限度地減少了粉塵的二次飛揚，從而保證了更低濃度的粉塵排放［2］。

發達國家燃煤條件較好，熱值高、灰分低，燃用煤種穩定，對應用電除塵器比較有利。但是值得注意的是，近年印度、越南等發展中國家燃煤電廠也大都采用電除塵器。在印度，由于其大部分煤種具有高灰分、低熱值、低硫、低Na2O、高比電阻等特點，電除塵器對粉塵的收集比較困難，但近年新建的大量600MW及以上機組燃煤電廠，大部分采用7～10個電場、比集塵面積高達250m2/(m3/s)的電除塵器以達到50mg/m3的排放要求［3］。可見，電除塵器有著許多獨特的優點為各國所認知。

2 常規干式電除塵器技術瓶頸及面臨挑戰

2.1 存在的技術瓶頸

在我國工業領域應用最多的是常規干式電除塵器。粉塵的高比電阻、二次揚塵及微細粉塵在很大程度上影響了電除塵器的除塵效率，也是目前常規電除塵器面臨的主要技術瓶頸。

常規電除塵器對高比電阻粉塵除塵效率低。高比電阻粉塵容易引起反電暈，使電除塵器收塵性能大幅下降。在工業領域普遍存在以下情況:燃煤電廠鍋爐燃用煤種復雜多變，對于一些除塵性能差的煤種(如準格爾煤)，常規電除塵器對其除塵效率低下;許多經干法脫硫后的煙塵性質發生變化也給常規電除塵器帶來了新的難題;使用低硫煤或循環流化床鍋爐帶來的飛灰比電阻普遍增高，使得電除塵效率下降問題日益突出。

另外，二次揚塵引起電除塵器出口粉塵排放濃度增加。常規干式電除塵器通過振打、聲波等清灰方式來清理集塵極上的粉塵，在清灰過程中，有一部分已被收集到的粉塵會重新返回到氣流，最終逸出電除塵器，致使粉塵排放濃度增加。有研究表明，在常規干式電除塵器出口的粉塵中，約有20%是由清灰過程中的二次揚塵造成的［4］。

常規干式電除塵器對微細粉塵的除塵效率低。PM2.5的粉塵粒徑小、質量輕，因此常規干式電除塵器對其荷電不充分，且在振打時易造成二次揚塵，故除塵效率低下，有時＜90%。

2.2 面臨的挑戰和機遇

(1)技術瓶頸的存在。常規干式電除塵器無法完全避免存在的三個瓶頸，但可通過技術改進使之最小化。因此，尋找常規電除塵器技術瓶頸的突破點，對提高電除塵器除塵效率、滿足粉塵排放要求及繼續保持和增強電除塵技術的優勢是極其必要的。

(2)日益提高的粉塵排放標準。隨著人們環保意識的不斷增強以及國家對環保事業的日益重視，大氣污染物排放標準也日益提高。我國原國家標準要求粉塵排放限值為50mg/m3，目前，國家已出臺更高的排放標準，《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223－2011)中排放限值已提高到30mg/m3，這給電除塵器技術帶來了挑戰。

(3)國內電廠燃用煤種多變。目前，很多火電廠使用的燃煤在不斷變化，與設計煤種存在很大偏差，從而可能使電除塵器性能不能滿足要求。

(4)燃煤灰分大。我國許多燃煤的灰分大，相對增加了粉塵排放，也構成了電除塵器的挑戰。

綜上所述，從國際和國內電除塵器運行情況來看，30mg/m3或者更高的粉塵排放標準給電除塵技術帶來了挑戰，更是帶來了機遇，其必將帶來我國電除塵技術的又一次技術飛越。

3 電除塵新技術

目前，電除塵器新技術都是圍繞著如何解決微細粉塵的收集、減少二次揚塵的發生、克服高比電阻的影響等這種嚴重制約粉塵低排放的突出問題展開的，要滿足低排放要求，大力發展和綜合應用電除塵新技術才是治本的關鍵，也是最佳的現實選擇。

3.1 移動電極式電除塵器

移動電極式電除塵器是一種新型電除塵器，由前級常規電場和后級旋轉電極電場組成。旋轉電極電場中陽極部分采用可移動的收塵極板和可旋轉的的清灰刷，陰極部分采用與常規電除塵器相同的陰極系統。附著于移動收塵極板上的粉塵在尚未達到形成反電暈的厚度時，就隨移動極板運行至沒有煙氣流通的灰斗內，被旋轉的清灰刷徹底清除。由于清灰在無煙氣流通的灰斗內進行，從而消除了因振打清灰造成的二次揚塵。這種新型電場的應用不僅可以降低電除塵器出口粉塵濃度，而且可以使出口粉塵濃度保持穩定，不會出現類似常規電除塵器出口粉塵濃度周期性波動的情況。但該技術結構相對復雜，對制造、安裝工藝及維護要求較高。

3.2 雙極異距電流體微粒聚合器

雙極異距電流體微粒聚合器的原理:含塵氣體進入除塵器前，先對其進行分列荷電處理，使相鄰兩列的煙氣粉塵帶上正、負不同極性的電荷，然后，通過擾流裝置的擾流作用，使帶異性電荷的不同粒徑粉塵有效凝聚，形成大顆粒后進入除塵設備。但聚合器的安裝需要一定長度的進口煙道，故其使用受到一定限制;提效又受除塵設備出口排放和粉塵粒徑影響，不適用收集磨琢性強的粉塵。

3.3 煙氣調質

煙氣調質系統是通過調整煙氣或煙氣粉塵的組分及一些物理特性，從而降低粉塵比電阻值或改變粉塵的物理化學特性，提高電除塵效率的裝置。目前主要有水調質、SO3調質、NH3調質、SO3+NH3雙重調質、Na2CO3調質等，其中SO3調質是燃煤鍋爐應用最廣泛、最成熟可靠技術，它可提高表面導電性，降低粉塵比電阻值。但要注意不是所有的工況都適合使用煙氣調質，也會受煙氣條件和粉塵性質的影響和制約，其對煤種、煙氣條件的適應性往往需經過理論分析后，再經試驗來確定。

3.4 濕式電除塵器

濕式電除塵器的工作原理是:金屬放電線在直流高電壓的作用下，將其周圍氣體電離，粉塵在電場中荷電并在電場力的作用下向集塵極運動，當運動到集塵極表面時，隨液體膜流下而被除去。WESP電除塵過程的三個階段與干式ESP相同——荷電、收集、清灰，而與振打清灰不同的是，WESP采用的是液體沖洗集塵極表面清灰，同時粉塵形成泥漿而排出去。但該技術初始投入成本較高、耗水量大、污水需要處理、在高粉塵濃度或高NOx濃度的煙氣條件下，不宜采用濕式電除塵器［5］。

3.5 低低溫電除塵器

通過GGH換熱器降溫，ESP的運行溫度降到約為90～100℃左右時，對任何灰質的粉塵，比電阻都在反電暈臨界值以內，不會反生反電暈。另外，煙氣溫度降低，粉塵比電阻降低，煙氣量減小，在電除塵器規模尺寸不變的情況下，煙氣通過電場的流速降低，停留時間增加，比集塵面積增加，除塵性能顯著提高。因此，采用普通干式電除塵技術就可以使粉塵排放濃度降至30mg/m3以下，日本電站燃煤鍋爐采用低低溫電除塵器，可以達到極低的粉塵排放。另一方面由于煙氣溫度降低，SO3會霧化而吸附于粉塵上被帶走，因此雖然ESP運行在酸露點以下，但仍不會被結露腐蝕。但采用低低溫電除塵技術，需要解決以下兩個問題:一是由于粉塵的比電阻降低，粉塵粘結力減小，為了防止二次揚塵，需要從振打方式和極板結構方面采取改進措施;二是含高濃度粉塵的原煙氣通過GGH需要采取相適應的GGH結構和清灰方式，日本布置于低低溫ESP之前的GGH，采用鋼球噴射清灰［6］。

3.6 電除塵器電源新技術

電除塵器電源的新技術為電除塵技術提供了新的動力，為電除塵效率的提高及保證出口粉塵排放濃度≤30mg/m3提供了技術支持，其中高頻電源、三相電源等的應用取得較好的效果，但電除塵效率的保證，必須是比集塵面積足夠大，并具有優良的本體機械結構，所有的電源技術在本體基礎上才能發揮電源應有的作用。

高頻電源輸出到電除塵器的電壓幾乎是平穩的純直流，從而帶來了常規反并聯可控硅調壓電源所不具備的優點。高頻電源純直流供電時，輸出電壓紋波通常小于5%，遠小于工頻電源35%～45%的紋波百分比，高頻電源運行平均電壓為工頻電源的1.3倍，可以有效地增強電場粉塵的荷電效果，提高電除塵器的收塵效率。

三相電源是由三對反并聯可控硅進行調壓，與常規單相電源相比，它輸出到電除塵器的電壓波形更平直，不存在波形畸變，在實際應用在電除塵器第一電場，可提高工作電壓和工作電流，從而有效提高粉塵荷電能力，提高除塵效率。

4 結語

(1)電除塵器是能同時達到低排放、高效率和低能耗的除塵設備，在發達國家燃煤電廠應用普遍，出口粉塵排放濃度普遍低于30mg/m3，我國燃煤電廠已投運大型機組配套電除塵器也有大量低于30mg/m3的實際案例。因此，在適當增加電場數量和設計比集塵面積情況下，電除塵器達到30mg/m3甚至更低的排放是完全可以實現的。

(2)目前圍繞著滿足低排放的要求，多種電除塵本體新技術的開發和研究方興未艾，許多新技術的應用取得很好的效果，特別是移動電極式電除塵器、煙氣調質等新技術的推廣應用，以及低低溫電除塵、濕式電除塵、粉塵凝聚等新技術的研究開發為電除塵器實現30mg/m3低排放進一步創造了有利條件，電除塵的技術創新仍然大有可為。

(3)電除塵器在中國電力行業的應用已有30年，電廠用戶已經普遍掌握并熟悉了電除塵器的操作、維護技術，對電除塵器的可靠性和長壽命有了較多的信賴，具備優越的市場接受性和應用前景。

［1］朱建波，酈建國，劉 云.低排放下電除塵器的適應性研究［C］.2009全國燃煤電廠除塵技術論壇.廈門:2009.

［2］Avinash Chandra.Enhancement of collection efficiencies of electrostatic precipitators:Indian experiments［C］.Electrostatic Precipitation of The 11th International Conference on Electrostatic Precipitation，Hangzhou:2008.

［3］Toshiaki Misaka，Yoshihiko，Mochizuki，Recent application and running cost of moving electrode type electrostatic precipitator［C］.Electrostatic Precipitation of The 11th International Conference on Electrostatic Precipitation，Hangzhou:2008.

［4］Stephen L F，Andreas B，Per Johansson.Reduction of rapping losses to improve ESP performance［C］.Electrostatic Precipitation of The 11th International Conference on Electrostatic Precipitation，Hangzhou:2008.

［5］Michael R B.Wet ESP for the collection of submicron particles，mist and air toxics［C］.Electrostatic Precipitation of The 11th International Conference on Electrostatic Precipitation，Hangzhou:2008.

［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，2008，38(8):59－64.

Discussion on electrostatic precipitation technology for low dust emission

Focused on the high emission standard as well as it will be enhanced further，the research of if ESP meet the present dust emission standard or the dust emission standard to be enhanced is studied.Based on research of 110 units ESP applied in our country and analysis of application fact of ESP in foreign countries，the adaptability of China＇s coal for ESP is objectively evaluated.It indicats that the development and comprehensive application of the Travelling electrode ESP，Bipolar unequal electrofluid particle polymerizer，flue gas conditioning，wet ESP and LLW temperature ESP new technologies are the best choice for technical solution of ESP to meet the dust emission standard of 30mg/m3.

Electrostatic Precipitator(ESP);adaptability;low emission;dust collection performance;specific collection area;new technology

X701.2

B

1674－8069(2012)01－023－04

2011-09-10;

2011-12-30

王劍波(1961-)，男，浙江諸暨人，高級工程師，主要從事電除塵技術研究及電除塵器設計、市場營銷。E－mail:wangjbfd @126.com