袋式除塵技術是燃煤電廠煙氣達標排放的保障

袋式除塵技術是燃煤電廠煙氣達標排放的保障

（中國環境保護產業協會袋式除塵委員會，北京 100037）

我國大氣污染形勢嚴峻，包括煤電在內的各工業行業都要準備應對更加嚴格的環保標準。通過與電除塵器進行技術經濟性等多方面對比，顯示袋式除塵器不僅除塵效果好，而且能在更大程度上削減微細粒子和汞的排放，綜合經濟指標更優。袋式除塵在煤電行業的應用已獲得低排放、低阻力、低投資、低消耗、長壽命、少檢修等良好效果，能夠滿足今后更加嚴格的環保標準。

袋式除塵技術；燃煤電廠；煙塵控制；可靠保障

1 前言

2013年9月國務院印發的《大氣污染防治行動計劃》要求“加快重點行業脫硫、脫硝、除塵改造工程建設。所有燃煤電廠……現有除塵設施要實施升級改造。”2014年2月12日，國務院總理李克強主持召開國務院常務會議，研究部署進一步加強霧霾等大氣污染治理。會議認為，打好防治大氣污染的攻堅戰、持久戰，是改善民生的當務之急，是轉方式、調結構的關鍵舉措，也是推進生態文明建設的重大任務。

2014年3月1日起施行的《北京市大氣污染防治條例》規定：“大氣污染防治，應當以降低大氣中的細顆粒物濃度為重點，堅持從源頭到末端全過程控制污染物排放，嚴格排放標準，實行污染物排放總量和濃度控制，加快削減排放總量。”

作為燃煤煙塵最大源頭的煤電行業，面臨著“現有除塵設施實施升級改造”、“加快削減排放總量”的繁重任務。

2 煤電行業要準備應對更加嚴格的排放標準

我國是煤炭生產和消耗的第一大國，以煤炭為主要能源的格局還將維持很長的時間。煤電行業是煤炭的最大用戶。2012年底，我國煤電裝機約7.6億千瓦，煤炭消耗量約19億噸。

毫無疑問，煤電行業是燃煤煙塵最重要的貢獻者。2012年我國電力煙塵排放量約151萬噸，占當年全國工業煙塵排放總量的14.67%。而且，在燃煤鍋爐排放的煙塵中，絕大部分為PM10和PM2.5。這些細顆粒物是形成塵霾天氣、影響城市大氣質量和能見度的主要因素之一，并嚴重危害人體健康。

新的《火電廠大氣污染物排放標準》規定火電廠煙塵排放濃度應小于30mg/Nm3，重點地區應小于20mg/Nm3。從排放限值來看，新標準已經接近歐美發達國家的水平，但從我國的現實情況來看，與控制PM2.5的能力還有一定的差距。

隨著國民經濟的發展，煤炭產量逐年迅速攀升。2013年我國煤炭產量36.8億噸，為十年前的2.6倍。2011年我國煤炭消耗量占全球當年煤炭總產量的46%，大部分用于發電和作為工業民用燃料。如果忽略煤種和鍋爐類型的差別，那么我國產生的燃煤煙塵也占據了世界總量的半壁江山。

我國排放了世界最多的大氣污染物，但卻不具有世界最大的容納空間。世界陸地總面積為1.49億平方公里，除去南極洲面積1400萬平方公里，在有人居住的1.35億平方公里面積中，中國國土只占7.1%。也就是說，我國在世界7.1%的陸地面積上產生46%的煙塵，而世界其余92.9%的陸地面積上僅產生54%的煙塵，如果我國的大氣污染物排放限值與其他國家相同，我國每平方公里的燃煤煙塵量，將是世界其他地區平均值的11.15倍。

由于經濟發展的不均衡性，在我國局部區域，大氣污染物的平均數量會更高。環境保護部吳曉青副部長指出：“京津冀、長三角、珠三角三個區域，國土面積僅占我國國土面積的8%左右，卻消耗全國42%的煤炭，52%的汽、柴油；生產全國55%鋼鐵，40%水泥；SO2、NOx和煙塵排放量均占全國的30%，單位平方公里的污染物排放量5倍于其他地區。既加劇了PM2.5的排放，更加重了霾的形成。這些地區每年出現霾的天數在100天以上，個別城市甚至超過200天”。

鑒于上述情況，在現有的排放標準下，我國實現大氣環境質量全面和根本好轉的目標不容樂觀。何況，我國經濟還將迅速發展，以煤電為例，預計到2015年，火電裝機將突破10億千瓦，2020年可達12.5億千瓦。國家和廣大民眾不可能容忍大氣環境長期污染，不可能容忍大氣污染治理達標的愿望遲遲不能實現。所以，不能認為現有的標準就是最嚴格的了，制訂并實施更加嚴格的標準勢在必行，實行更加嚴格的監管也勢在必行。包括煤電行業在內的各工業行業都需要認真準備應對更加嚴格的環保標準。

3 袋式除塵技術確保煤電行業煙塵技術高效控制

3.1 煙塵控制

在目前各類除塵技術中，袋式除塵可以實現最低的出口含塵濃度，可以為最嚴格的環保標準提供可靠的技術支撐，是包括煤電在內的各行業煙塵高效控制的可靠保障，是減少大氣污染物排放的主力軍。

中國環境保護產業協會袋式除塵委員會于2013年10月組織調查的10個燃煤電廠28臺袋式除塵器（包括9臺電袋除塵器）應用情況表明，出口煙塵濃度全部低于30mg/Nm3，其中19臺低于20mg/Nm3，占總數的67.8%；6臺低于10mg/Nm3，占總數的21.4%（見表1）。表2列出了其他13個電廠袋式除塵器（或電袋）的煙塵排放濃度，也全部低于30mg/Nm3。

表1 10個燃煤電廠袋式除塵器出口煙塵濃度調查

表2 其他13個燃煤電廠袋式除塵器煙塵排放濃度

在干法脫硫系統中，袋式除塵器也獲得了令人滿意的效果。廣州HY熱電廠2臺1025t/h亞臨界自然循環汽包煤粉鍋爐，采用干法脫硫工藝，脫硫后高濃度粉塵的收集依靠長袋脈沖袋式除塵器。入口含塵濃度高達800～1000g/Nm3，而出口排放濃度≤20mg/Nm3。

3.2 脫汞效果

燃煤電廠也是我國汞排放的主要來源之一，火電廠大氣污染物排放新標準規定：汞排放限值為0.03mg/m3。

煙氣中的汞主要以顆粒汞和氣態汞的形態出現。一般說來，濾袋表面的粉塵層具有吸附床的作用，顆粒汞容易被飛灰所吸附。因此，在濾袋表面保持一定厚度的粉塵層是必要的，不宜過度清灰。氣態汞易溶于水，在半干法脫硫時噴入適量的水，使煙氣降溫，同時將氣態汞轉化為顆粒汞，再用袋式除塵器有效去除。表3所列為三個電廠測試的袋式除塵器脫汞效果。

表3 袋式除塵器的脫汞效果

表3中的WG電廠原采用電除塵器，2010年6月改為袋式除塵器，穩定運行至今。經中國環境科學研究院檢測，煤中汞含量0.51mg/kg，袋式除塵器出口顆粒物濃度12.71mg/m3，汞排放濃度5.96μg/m3，袋式除塵器對總體汞的脫除率達72.55%，對顆粒汞的去除率為96.38%，對氣態汞的去除率為35.22%。測試結果表明，袋式除塵器確實具有多污染物協同去除的功能。

表3中的HD發電廠2#爐，經過袋式除塵器后，氣態汞的去除率較低，為13.21%，而顆粒態汞去除率很高，為97.55%，絕大部分的飛灰以及飛灰上附著的顆粒汞都被截留下來。

WG和ZJ兩個電廠還進行電除塵器脫汞效果的對比測試，結果見表4。由表4可見，電除塵器總脫汞率為42%～60.46%，低于袋式除塵器56.39%～72.55%。

表4 靜電除塵器脫汞性能測試結果

4 袋式除塵技術在其他行業的應用

在成功用于煤電行業之前，袋式除塵技術早已廣泛用于多個行業，粉塵排放濃度普遍穩定在30mg/Nm3以下，低于采用其他除塵技術。

4.1 鋼鐵行業

袋式除塵技術在鋼鐵行業的應用份額超過95%，煙（粉）塵排放濃度低于30mg/Nm3。在煉焦、燒結、煉鐵、煉鋼和軋鋼等生產工序，從原料、燃料準備的除塵到各種爐窯的煙氣凈化，幾乎全部采用袋式除塵器。原來較多采用電除塵的燒結機頭和機尾，近幾年來也紛紛改為袋式除塵系統。

高爐煤氣凈化的現代技術是采用袋式除塵器，代替原濕法文氏管除塵器，凈煤氣含塵濃度低于5mg/Nm3，凈化后的煤氣進行余壓發電。袋式除塵有利于減緩煤氣中殘余粉塵對透平機葉輪的磨損，增加發電量。

4.2 有色冶金行業

有色冶金行業的原料準備和火法冶煉的爐窯煙氣處理幾乎全部采用袋式除塵器。有色冶金尤其是銅、鉛、鋅等重金屬冶煉煙氣中含有危害人體健康的金屬及其化合物，因而其排放限值低于一般的煙（粉）塵。有色冶金行業排放的煙塵粒徑小，難以捕集，但袋式除塵系統的煙塵排放濃度普遍低于30mg/Nm3。

電解鋁行業的含氟煙氣凈化目前全部采用袋式除塵器，為了減少Al2O3原料的損失，出口含塵濃度均低于10mg/Nm3。

4.3 水泥行業

水泥生產過程中的原材料準備和水泥成品儲運，物料的破碎、烘干、粉磨、煅燒等工序已全面采用袋式除塵器。

2004年，海德堡珠江水泥有限公司5000t/d新型干法生產線的窯尾首次應用脈沖袋式除塵器，處理風量超過97萬m3/h，排放濃度始終低于10mg/m3，濾袋使用壽命達到6年。此后的10年中，脈沖袋式除塵器越來越多地應用于窯頭、窯尾煙氣除塵，現在4000t/d以上直至l2,000t/d的水泥生產工藝線采用或改用袋式除塵器的已有很多廠家。工信部早在2010年就《關于水泥工業節能減排的指導意見》明確要求：2011～2015年現有的水泥窯電除塵器改為袋式除塵器（低壓脈沖除塵器）。

4.4 垃圾焚燒處理行業

近年來，我國垃圾焚燒處理規模發展迅速，垃圾焚燒發電廠的數量和處理能力日益增加。截至2012年，我國共有垃圾焚燒處理設施138座，日焚燒處理能力12萬噸，年焚燒處理垃圾4000萬噸，我國的垃圾焚燒發電廠的煙氣凈化全部采用袋式除塵器。新修訂的《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2014）明確煙氣排放在線監控要求，以及焚燒爐啟、停爐和事故排放要求，進一步嚴格了污染物控制要求，其中顆粒物排放24小時均值≤20mg/Nm3；二英類控制限值采用了國際上最嚴格的0.1ngTEQ/m3。這也是有關標準規定垃圾焚燒煙氣只能采用袋式除塵技術的原因。現在，許多新建的垃圾焚燒發電廠尾氣凈化系統的煙塵排放濃度要求都低于5mg/Nm3。

4.5 煤化工行業

煤制氣、煤制油及褐煤提質生產過程中的重要環節，是原煤被研磨成煤粉，并以袋式除塵器收集煤粉成品。除塵器入口煤粉濃度為每立方米數百克，出口含塵濃度普遍低于30mg/Nm3。

隨著水煤氣技術的發展，制氣壓力越來越高。在高壓和高溫下，對水煤氣進行高精度凈化，是水煤氣工藝中不可或缺的環節。為了水煤氣加工中的催化劑不被粉塵毒害，要求凈煤氣的含塵濃度低于5mg/Nm3，甚至低于2mg/Nm3。袋式除塵器滿足了這一要求。

需要說明的一點是，包括煤電行業在內，各行業煙塵排放達標甚至遠低于國家排放限值的除塵系統，大多是采用目前常規的袋式除塵設備、濾料、控制系統而實現的，并非花費昂貴的代價所換取。這說明，袋式除塵技術不但滿足了現有環保標準，還可以支持排放限值更嚴格的環保標準。之所以有一部分袋式除塵系統不盡人意，除了少量以次充好、假冒偽劣因素之外，主要是在對袋式除塵技術的理解、對相關標準和規范的遵循、制作和安裝質量的把握、運行管理到位與否等方面出現了問題，而不是袋式除塵技術本身的原因。

5 燃煤電廠電除塵器與袋式除塵器的運行能耗比較

除塵器的總能耗主要包括兩個方面：一是除塵器的阻力能耗，二是除塵器的用電和能源介質消耗。電除塵器與袋式除塵器的除塵機理和結構不同，二者的能耗內容存在較大差異 ，能耗比較應在同等條件下進行，技術數據也應具有代表性。

低壓脈沖袋式除塵器的運行能耗包括：煙氣流動阻力能耗、清灰用空壓機電耗、灰斗加熱等；電除塵器的運行能耗包括：煙氣流動阻力能耗、高壓電源能耗、振打清灰裝置能耗、絕緣子保溫箱電加熱、灰斗加熱等。

以600MW鍋爐機組為例，對袋式除塵器與電除塵器的能耗進行比較。為了便于定量分析，以達到30mg/Nm3排放限值為比較基準，均按節能模式運行，年運行時間7000h，每度電價0.35元，灰斗加熱能耗忽略不計，結果見表5。

由表5不難看出，當達到同樣排放濃度、袋式除塵器與電除塵器均采用先進技術和節能模式時，袋式除塵器的總運行能耗最低，五電場電除塵器的能耗要高7%，六電場電除塵器能耗要高22%。

6 燃煤電廠袋式除塵器與電除塵器技術經濟比較

袋式除塵器與電除塵器技術經濟比較包括主要技術性能和經濟指標兩方面。

主要技術性能包括：顆粒物排放濃度、分級效率與總效率、設備阻力、漏風率等；主要經濟指標包括：投資造價、運行能耗、檢修費用、設備折舊、綜合利用、占地面積等。

以新建一臺600MW鍋爐機組配套除塵器為例，對袋式除塵器與電除塵器進行技術經濟比較。為了便于定量分析，處理煙氣量按360萬m3/h計，以達到30mg/Nm3排放限值為比較基準。兩種除塵器均按節能模式運行，年運行時間為7000h，電價取0.35元/kW·h。灰斗加熱能耗忽略不計。為了客觀評價，取值力求具有代表性。

表5 電除塵器與袋式除塵器運行能耗比較

6.1 煙塵排放濃度與除塵效率

袋式除塵器出口煙塵濃度一般為5～30mg/Nm3，實際應用中總除塵效率可達99.94%以上，并且效率穩定，不受煤種和煙塵理化性質的影響。在捕集微細粒子方面表現出明顯優勢，PM10捕集率可達99.84%，PM2.5捕集率可達99.31%。

電除塵器出口粉塵濃度一般為25～50mg/ Nm3，采用新技術后總除塵效率可達99.8%以上，但實際運行時其效率往往會受到煤種、煙塵比電阻、濃度、粒徑分布、溫度、振打清灰二次揚塵等因素的影響，除塵效率將衰減，實際除塵效率多在99.5%～99.8%。

6.2 設備阻力

設備阻力是除塵器運行能耗的組成部分，但不能完全代表除塵器運行能耗。燃煤電廠袋式除塵器設備阻力一般為700～1400Pa，為保障袋式除塵凈化效率和濾袋壽命，不提倡袋式除塵運行阻力過低，通常控制在900～1200Pa為宜。

電除塵器設備阻力較低，四電場電除塵器通常為300Pa，五電場電除塵器通常小于400Pa，六電場電除塵器通常小于450Pa。

6.3 總運行能耗

對于新建600MW鍋爐機組，袋式除塵器與電除塵器運行能耗比較結論是：當達到同樣的煙塵排放濃度，兩種除塵器均采用先進技術和節能模式時，袋式除塵器總運行能耗最低，年運行能耗費用334萬元；五電場電除塵器年運行能耗費用357萬元，能耗高出7%；六電場電除塵器年運行能耗費用407萬元，能耗高出22%。

6.4 投資造價與折舊

仍以新建600MW鍋爐機組配套除塵器為例，對設備供貨及安裝總承包價格進行比較。

袋式除塵器煙塵排放濃度按20～30mg/Nm3計，過濾風速取1.0m/min，濾料材質和結構取PPS ＋ PTFE/PTFE，袋式除塵器總包價格約為3260萬元。

若電除塵器排放濃度按50mg/Nm3計，通常采用2臺雙室五電場方案，采用高頻電源等新技術，五電場電除塵器的總包價格約為3580萬元，比袋式除塵器高出近10%；若電除塵器排放濃度按30mg/Nm3計，采用六電場電除塵器的總包價格約為4200萬元，比袋式除塵器高出近29%。

若除塵器壽命按20年計取，袋式除塵器折舊為163萬元/年，五電場電除塵器折舊為179萬元/年，六電場電除塵器折舊為210萬元/年。

6.5 檢修費用

除塵器的檢修費用主要指大修、中修和小修時易損件更換的費用，袋式除塵器與電除塵器的檢修周期不同，易損件更換周期也不同。為方便比較，將一個檢修周期內的檢修費用均攤到每年，再進行比較，較為真實。

脈沖噴吹袋式除塵器內部無活動部件、無故障點，運行時維護工作量很少。濾料壽命按4年計，新建600MW機組配套袋式除塵器的過濾面積為6萬m2，濾袋價格約720萬元 ，平均每年濾袋檢修費用180萬元；袋籠每8年更換20%，費用32萬元，平均每年袋籠檢修費用4萬元；脈沖閥壽命很長，幾乎不發生檢修費用。以上合計，袋式除塵器年均檢修費用為184萬元。檢修后的廢舊濾袋還可由專業回收公司處置，綜合利用。

電除塵器運行活動的部件較多，易損件有極板、極線、軸承、錘頭、瓷軸等，易損件每8年的更換費用按電除塵器設備費用的25%計，五電場電除塵器檢修費用約895萬元，平均每年的檢修費用為112萬元；六電場電除塵器檢修費用約1050萬元，平均每年的檢修費用為131萬元。

6.6 風機葉輪檢修費用

當除塵器出口濃度超過50mg/Nm3時，煙塵進入引風機會導致葉輪磨損，檢修時需要對葉輪補焊、加固或更換。采用袋式除塵器后，出口煙氣中的顆粒物濃度低、粒徑小，可顯著減少風機葉輪的磨損，引風機葉輪的壽命可大為提高。據電廠用戶提供的數據分析，每臺引風機檢修的平均費用為20萬元/次，若采用袋式除塵（或六電場電除塵），每臺鍋爐4臺引風機可4年進行一次葉輪檢修或更換，檢修費用為80萬元，平均檢修費用為20萬元/a；若采用五電場電除塵，出口粉塵濃度50mg/Nm3，每臺鍋爐4臺引風機4年內將進行三次葉輪檢修或更換，檢修費用為240萬元，平均檢修費用60萬元/a。可見，采用袋式除塵器可降低檢修成本。

6.7 環境效益

袋式除塵器的煙塵排放濃度多在20mg/Nm3以下，五電廠電除塵器排放濃度在50mg/m3以下。600MW鍋爐機組煙氣量按2,323,400Nm3/h計，袋式除塵器比電除塵器多去除煙塵1.67t/d。相應增加粉煤灰綜合利用效益約4.9萬元/a（按100元/t計）。

按電除塵器出口PM2.5占35%，袋式除塵器出口PM2.5占13%計，一臺袋式除塵器排放PM2.5微粒0.15t/d，一臺五電場電除塵器排放PM2.5微粒0.98t/d，袋式除塵器減少PM2.5微粒排放242t/a·臺。可保障下游濕法脫硫系統穩定運行，減少“石膏雨”的產生，具有良好的環境效益。

6.8 占地面積

對于新建600MW鍋爐機組配套的除塵器，在相同處理煙氣量和排放要求下，袋式除塵器占地面積約1330m2，五電場電除塵器占地面積約2584m2，六電場電除塵器占地面積約3128m2，三者占地比例為1∶2∶2.35。袋式除塵器的占地面積明顯小于電除塵器。

綜上所述，以600MW新建鍋爐機組配套除塵器為例，從煙塵排放濃度、工程投資、節能降耗、檢修費用、排污納費、綜合利用等方面全面考慮，在同等條件下，袋式除塵器和電除塵器的技術經濟對比結果見表6。

通過上述袋式除塵和電除塵技術經濟的對比分析，得出以下結論：

（1）袋式除塵器出口煙塵濃度為10～30mg/m3，凈化效果好于電除塵器，特別是在捕集PM2.5方面表現出明顯優勢，是燃煤鍋爐和工業鍋爐宜選的除塵設備。

表6 600MW鍋爐機組袋式除塵與電除塵技術經濟比較

（2）袋式除塵器運行阻力雖然高于電除塵器，但袋式除塵器總的運行能耗仍然較低，五電場電除塵器的運行能耗比袋式除塵器高6.8%，六電場電除塵器的運行能耗比袋式除塵器高21.8%。

（3）在相同處理煙氣量和排放要求下，袋式除塵器投資造價最低，五電場電除塵器的總包價格比袋式除塵器高出近9.8%，六電場電除塵器的總包價格比袋式除塵器高出28.8%。

（4）袋式除塵器的年均檢修費用較高，為184萬元/a；五電場電除塵器平均檢修費用為112萬元/a；六電場電除塵器平均檢修費用為131萬元/a。

（5）從除塵器投資、運行能耗、檢修費用等方面綜合考量，袋式除塵器的總費用最少，經濟性顯著。袋式除塵器與五電場、六電場電除塵器總費用的比例是1∶1.07∶1.1。

（6）袋式除塵器占地面積最小，三種除塵器占地面積的比例為1∶2∶2.35，袋式除塵器更適宜老廠進行環保改造。

（7）袋式除塵器對煤種、工況變化的適應性強，不受粉塵比電阻影響，效率穩定，日常檢修維護工作量較少，也有益于脫硫系統穩定運行。大量工業應用實踐表明，只要在設計、制造與采購、安裝和運行過程中認真把控質量，進行精細化維護管理，袋式除塵器濾袋的使用壽命能夠實現在4年以上。

7 結語

（1）我國大氣污染形勢嚴峻，污染防治任務艱巨。黨中央、國務院下大決心打好防治大氣污染的攻堅戰、持久戰。認為這是“改善民生的當務之急，是轉方式、調結構的關鍵舉措，也是推進生態文明建設的重大任務”。包括煤電在內的各工業行業都要準備應對更加嚴格的環保標準，加快脫硫、脫硝、除塵改造工程建設，所有燃煤電廠現有的除塵設施要實施升級造。

（2）從煙塵排放濃度、工程投資、節能降耗、檢修費用、排污費、綜合利用等方面對袋式除塵器和電除塵器進行技術經濟對比，結果表明，袋式除塵器不但除塵效果好，而且能在更大程度上削減細顆粒物和汞的排放，綜合經濟指標更優。

（3）袋式除塵在煤電行業的應用已經獲得低排放、低阻力、低投資、低消耗、長壽命、少檢修等良好效果，不但能夠滿足現有的環保標準，也能夠滿足今后可能更加嚴格的環保標準，是燃煤電廠煙塵穩定達標排放的可靠保障。

Bag Hose Precipitating Technology—A Guarantee for Flue Gas Emission of Complying with Standard in Coal-fired Power Plants

(Bag Hose Precipitating Committee of CAEPI, Beijing 100037, China)

X701

A

1006-5377（2015）02-0014-07