燃煤電廠煙氣除塵技術介紹

啜廣毅，王力騰，沈繼平

（中國大唐集團科技工程有限公司，北京 100097）

1 燃煤電廠鍋爐煙氣除塵技術應用現狀

20世紀80、90年代，我國燃煤電廠的鍋爐煙氣除塵項目，大多采用靜電除塵技術，對滿足當時的排放要求起了重要作用。進入21世紀后，國家加大了對大氣污染治理的力度，嚴格了排放標準，煙塵排放濃度要求低于50mg/Nm3。由于燃煤電廠原來采用的三電場電除塵器無法達到環保標準的要求，許多燃煤電廠開始采用四電場除塵器，有的甚至采用了五電場除塵器，但仍然難以做到達標排放。

2001年，豐泰發電廠采用了德國魯奇旋轉噴吹脈沖袋式除塵技術，應用成功后，袋式除塵器開始在燃煤電廠得到大力推廣和應用。不僅新建電廠廣泛采用，而且原使用電除塵器的燃煤電廠也將電除塵器逐步改造或替換為袋除塵器，實現了節能減排的要求。

盡管袋式除塵器目前已成為燃煤電廠鍋爐煙氣除塵可確保其達標排放的理想設備，但仍有一些電廠對應用袋除塵器不放心，希望有一種除塵器既能如袋除塵器那樣達標排放，又要能如電除塵器那樣安全可靠，這樣，電袋組合式除塵器就應運而生了。

近年來，為了提高靜電除塵器的技術性能，有關設計研究單位一直在不斷研發一些新技術，如轉動極板、高頻電源、煙氣調質、粉塵凝聚等，都在陸續開始應用，但均尚未取得滿意的效果，需要進一步完善和改進。

2 袋式除塵技術

袋式除塵器具有除塵效率高、運行穩定、不受煙塵性質及工況條件波動影響的特點，因而適合燃燒不同煤種的鍋爐煙氣除塵。袋式除塵器出口排放濃度低，一般可實現20mg/Nm3以下甚至更嚴格的排放標準要求。20世紀80、90年代袋式除塵器就在建材、冶金、機械、化工等行業得到了廣泛應用。通過不斷引進和創新，袋式除塵技術發展很快，到20世紀末，我國的袋式除塵技術就已經達到了國際先進水平。進入21世紀，袋式除塵器開始在電力行業得到了廣泛應用。目前，袋式除塵技術已成為燃煤電廠鍋爐煙氣除塵的主流技術。

2.1 袋式除塵器的除塵機理

2.1.1 過濾機理

袋式除塵器的過濾機理是含塵氣體中粉塵的慣性碰撞、重力沉降、擴散、攔截和靜電效應等作用結果（如圖1所示）。

布袋過濾捕集粉塵，是利用濾料的表面過濾和內部深層過濾，濾袋投運初期就會在濾料表面形成的粉塵初層，進一步提高了濾袋的過濾效率。

圖1 濾袋的過濾機理

2.1.2 清灰機理

隨著除塵器的運行，濾袋表面的粉塵積聚使其阻力達到設定值時，電控系統即發出指令，清灰機構將粉塵從濾袋表面上清除下來，使除塵器保持過濾與清灰連續不斷地穩定工作。實現其剝離清灰的方式很多，但都是應用濾袋抖動使粉塵剝離的機理而達到良好的清灰效果。

實現濾袋抖動清灰的動力傳遞方式，主要為利用壓縮氣體脈沖噴吹、潔凈煙氣反吹和機械振動等方式。目前燃煤電廠應用最多的為脈沖清灰方式（如圖2所示）。

圖2 濾袋的清灰機理

2.2 濾袋

濾袋是袋式除塵器能否長期安全可靠、穩定運行的關鍵部件，因此在選用濾袋時，要充分考慮使用條件，并根據燃煤電廠燃燒各種煤質的煙氣特性，選擇適合的濾料，保證濾袋具有耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、耐折、耐磨、壽命長的優異性能。常用的濾料有PPS/PPS、PPS/PTFE、PPS+P84/PPS、PPS+PTFE/PTFE等，表面為超細纖維的針刺氈濾料，經燒毛、軋光和PTFE乳液浸漬處理，其綜合性能完全適合燃煤電廠各種煙氣特性要求。

2.3 袋式除塵器的優點

（1）過濾效率高，可達99.99%以上。排放濃度一般均在20mg/Nm3以下（這是由袋式除塵器過濾機理決定的，只要濾袋不壞、焊縫不漏氣，就可以實現接近零排放）。

（2）除塵效率不受工況條件波動的影響，對PM2.5以下的微細粉塵及重金屬汞的捕集率均很高，可確保其達到嚴格的排放標準要求。

（3）清灰效果好，運行阻力低，運行阻力在1000Pa以下。

（4）運行穩定，安全可靠。

（5）設備故障率低，檢修維護簡便。

（6）操作運行自動化程度高，可實現無人值守。

（7）脈沖閥性能優越，膜片壽命100萬次以上。

（8）濾袋壽命長，一般為3～4年。

2.4 燃煤電廠常用的脈沖類袋式除塵器

2.4.1 旋轉噴吹脈沖袋式除塵器

旋轉噴吹脈沖袋式除塵器是引進德國魯奇公司的先進技術，該除塵器已在包括我國在內的世界許多國家的大中型電廠得到了廣泛應用，是一項非常成熟可靠的世界先進技術。其技術特點主要有：

（1）大型袋束機構，一個袋束的過濾面積可達4000m2以上。一個袋束的噴吹機構為一個大型脈沖閥加氣包的獨立結構型式。

（2）旋轉噴吹臂轉動輕便靈活，用手輕輕一推，即可自由轉動，可方便地將濾袋、袋籠取出和裝入，而且傳動機構在除塵器的頂部，濾袋的安裝和更換以及檢修維護都很簡便（如圖3所示） 。

圖3 旋轉噴吹機構

（3）濾袋為橢圓形，在花板上呈同心圓式布置，旋轉臂上設有與各圈袋孔分別對中的噴嘴，屬于概率清灰，且清灰壓力低，僅為0.085～0.10MPa，對濾袋的損傷程度小，因而濾袋的使用壽命長（一般在3～4年，已有6年以上的應用案例）。

（4）清灰控制有慢速、正常、快速清灰三種模式，可適應濾袋上灰塵負荷的變化，使濾袋在整個壽命期內維持較低的過濾阻力（一般為600～1000Pa），運行費用少，可保證設備運行穩定、安全可靠。

（5）脈沖噴吹清灰用的脈沖閥口徑大，一般為8＂～14＂，每只脈沖閥噴吹可以多達上千條濾袋，因此大大減少了脈沖閥的數量，設備結構簡單。

（6）花板與旋轉噴吹裝置單元化、標準化設計，制造與安裝簡便。

2.4.2 行噴吹脈沖袋式除塵器

行噴吹脈沖袋式除塵器是燃煤電廠鍋爐煙氣除塵的主流技術之一，應用廣泛，由于其脈沖清灰效果好，可長期雙低（低阻力、低排放）運行，真正實現節能減排的目標，是燃煤電廠廣泛應用的高效環保設備之一。其主要技術結構特點有：

（1）濾袋為圓形外濾式，成行成列吊掛在花板上，袋區內外氣流分布合理，濾袋負荷均勻。

（2）噴吹管噴孔與濾袋一對一對中噴吹，清灰效果好，清灰壓力（為0.2～0.3MPa）可調，長期運行阻力低（800～1000Pa）（如圖4、圖5所示）。

圖4 過濾狀態 圖5 清灰狀態

（3）脈沖噴吹裝置為模塊式設計結構，花板、噴吹管、穩壓氣包和脈沖閥等組裝成模塊，整體發運到現場，既保證了設備質量，又減少了現場安裝工作量。

（4）除塵、脫汞效率高，粉塵排放＜20mg/Nm3、汞排放＜0.03mg/Nm3。

（5）煤種適應性廣，各種煤質煙塵均可達標排放，低阻運行。

（6）檢修維護方便、可實現不停機離線檢修，確保達標排放。

3 靜電除塵技術

20世紀80年代，我國先后引進了瑞典FIAK公司、德國LURGI公司、美國GE和EE公司的先進技術，電除塵器在各工業部門得到了大量應用。特別是在電力行業，燃煤鍋爐煙氣除塵絕大多數都采用電除塵器。

3.1 電除塵器的除塵機理

電除塵器是在兩個曲率半徑相差較大的收塵極和放電極上，通上高壓直流電，維持足以使氣體電離的靜電場（見圖6）。

圖6 氣體電離和粉塵荷電示意圖

在放電極（負極）上施加高壓電使其電暈放電，氣體產生電離，生成大量的電子和離子，并吸附在粉塵上，在電場力的作用下，帶有正、負離子的粉塵分別向放電極和收塵極運動而沉積在電極上。當粉塵沉積到一定厚度時，借助于振打機構振動使粉塵落入下部灰斗。

3.2 電除塵器的的優點：

（1）除塵效率高，可達99%以上。

（2）壓力損失小，一般≯250Pa。

（3）能處理高溫氣體，一般常規電除塵器可處理低于350℃的氣體。

（4）日常運行維護費用低。

（5）對不同粒徑粉塵有分類富集作用。不同粒徑的粉塵，可在不同的電場內捕集下來。

3.3 電除塵器的缺點

（1）除塵效率因工況條件的變化而波動。

（2）應用范圍受粉塵比電阻的限制，比電阻在104～5×1010Ω·cm時，電除塵器的捕集性能良好。如果＜104Ω·cm或＞5×1010Ω·cm時，電除塵器不僅性能低，有時甚至是不可能的。

（3）不能捕集有害氣體。

（4）對制造、安裝和操作水平要求較高 。（5）鋼材消耗量大。

3.4 影響電除塵器性能的因素

影響電除塵器性能的因素很多，主要有：

（1）粉塵特性，主要包括粉塵的粒徑分布、成分和比電阻等。

（2）煙氣性質，主要包括煙氣溫度、成分、濕度和含塵濃度等。

（3）結構因素，包括極板、極線形式、比收塵面積、氣流分布等結構參數。

上述因素都直接影響粉塵荷電、極板收塵效率，同時又會影響清灰效果，清灰不好又會影響收塵。所以，這些因素制約著電除塵器在當今嚴格的排放要求下的進一步應用，只有在這幾個方面有技術上的突破，方能使電除塵器的除塵效率有所提高。

3.5 提高電除塵器除塵效率的新技術

3.5.1 旋轉電極技術

旋轉電極安裝在末電場，為若干個小塊極板固定在板鏈上的低速旋轉機構。極板由原來的整體壓型板改為小塊極板，固定在板鏈上形成。下部極板兩側有一對正反旋轉的螺旋刷，以清除極板兩面的積灰。該項技術已在包頭、蘭州、合肥等電廠應用，其效果正在考核中。

（1） 旋轉電極的作用是：1）極板上的粉塵直接刷在灰斗內，避免了二次飛揚，減少了粉塵排放；2）提高了高比電阻、高黏性粉塵的清灰效果，起到了提高末電場除塵效率的作用。

（2）旋轉電極的應用效果：從旋轉電極的結構和工作原理看，由于采用刷除式清除極板集塵，清灰效果好，同時避免了粉塵二次飛揚，對提高除塵效率毫無疑問是有一定效果的。從對幾臺300MW機組電除塵器末電場安裝旋轉電極的情況來看，運行初期效果還是明顯的。從結構上看，如果在設計、制造和安裝調試等環節不嚴加注意和把關，就難免會出現運轉故障。因為結構上的故障點本來就多，因此任一環節稍有疏忽，故障率就很高，甚至會發生斷鏈、極板掉落的嚴重故障。

3.5.2 新型電源的應用

我國高壓供電電源技術近年來也在不斷進步。供電技術水平的提高為電除塵技術的進步提供了新的動力，可有效地提高粉塵的荷電能力，使電除塵器的除塵效率有一定提高。

3.5.3 煙氣調質技術

在除塵器前對煙氣進行調質處理，可以降低比電阻，使煙氣條件適合電除塵器的工作環境，以提高除塵效率。

煙氣調質技術是通過向煙氣中注入調質劑SO3，改變煙塵的一些物理化學特性，降低比電阻、黏性等，從而提高電除塵器除塵效率。目前應用較多的調質劑是SO3，也可采用氨法煙氣調質，或SO3加氨法即雙調法，效果會更好一些。

3.5.4 微細粉塵靜電凝聚技術

靜電凝聚技術是近年提出的一種利用不同極性放電使粉塵顆粒凝聚變大的技術。該技術的應用，不僅可提高除塵效率，還能減少微小顆粒的排放。該項技術待應用成功后將會逐步推廣。

4 電袋組合式除塵器

電袋組合式除塵器是前級電除塵器和后面袋式除塵器組合在一起的除塵設備。這種除塵設備是在人們對袋式除塵器不太放心的情況下而采用的。經過前幾年的應用，電袋組合式除塵器不可否認地起到了一定的環保作用。但眾多的案例說明，電袋組合式除塵器由于存在臭氧的腐蝕、運行阻力的增高以及投資較多、占地面積大、濾袋壽命相對較短等諸多缺陷，其應用將會逐步減少，被成熟可靠的袋式除塵器以及技術上有所突破的電除塵器取代將是不可避免的。

5 三種除塵器的技術經濟性比較（見下表）

三種除塵器的技術經濟性能比較表

6 結論

通過對三種除塵設備的技術經濟性能對比，可明顯看出：

（1）袋式除塵器：可以長期穩定達標排放，技術先進成熟、安全可靠，煤種適應性強，自動控制水平高，可實現無人值守，操作維護簡便，是燃煤電廠鍋爐煙氣除塵的優先采用技術。

（2）電除塵器：煤質穩定、特性較好時可考慮采用電除塵器，但其比收塵面積等設計參數必須滿足除塵效率要求，同時還要采用煙氣調質、新型電源等提高效率的新技術，但即便如此，也難以實現達標排放。

（3）電袋組合式除塵器：電袋組合除塵器在達標排放、運行阻力、濾袋壽命、投資和運行費用，以及操作維護等諸多重要方面都不如單純的袋式除塵器好，且還存在臭氧腐蝕的風險，因此不必考慮選用電袋組合式除塵器。

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