低低溫電除塵技術在燃煤電廠的應用

葉子儀，劉勝強，曾毅夫，周益輝，劉 彰，胡永鋒

（凱天環(huán)保科技股份有限公司，長沙 410100）

低低溫電除塵技術在燃煤電廠的應用

葉子儀，劉勝強，曾毅夫，周益輝，劉 彰，胡永鋒

（凱天環(huán)保科技股份有限公司，長沙 410100）

隨著國家對燃煤電廠污染物排放控制的日趨嚴格，現(xiàn)役電除塵器需提效改造。低低溫電除塵技術具有突出的優(yōu)勢，適合在我國燃煤電廠中推廣和應用。本文介紹了低低溫電除塵技術的原理；總結(jié)了該技術的特點、適用條件、布置方式以及注意事項等；闡述了低低溫電除塵技術的應用現(xiàn)狀及應用前景。

燃煤電廠；電除塵；低低溫電除塵技術；節(jié)能減排

1 前言

近年來，我國城市霧霾天氣越來越嚴重，對公眾健康和生活造成了嚴重的影響，細顆粒物（PM2.5）含量過高是導致霧霾天氣的主要原因，而燃煤電廠又是PM2.5的主要污染源之一。隨著我國對環(huán)境保護的日益重視，燃煤電廠的污染物排放更受到人們的關注，國家對燃煤電廠污染物排放濃度和排放總量有了更嚴格的要求[1]。《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223-2011）規(guī)定∶一般地區(qū)煙塵排放濃度限值為30mg/m3，重點地區(qū)煙塵排放濃度限值為20mg/m3，測試點在煙道或煙囪。這給電除塵技術帶來了挑戰(zhàn)，也帶來了機遇，為滿足該標準，國內(nèi)很大一部分燃煤電站現(xiàn)役電除塵器均需要提效改造。目前，我國電除塵器提效改造可采用的主要技術有∶電除塵器擴容、低低溫電除塵技術、旋轉(zhuǎn)電極式電除塵技術、高頻高壓電源技術、電袋復合除塵技術、袋式除塵技術、濕式電除塵技術等[2]。根據(jù)我國的燃煤特性，95%以上煤種比較適合采用低低溫電除塵技術，其以獨特的減排節(jié)能性能得到了業(yè)內(nèi)的一致認可。

2 低低溫電除塵技術的特點

低低溫電除塵技術是指在電除塵器上游設置熱回收裝置，使得電除塵器的入口煙氣溫度降低至酸露點溫度90℃左右，煙氣量減少，粉塵性質(zhì)得到改變，從而提高了除塵器性能[3]。低低溫電除塵器具有獨特的技術特點。

2.1 降低粉塵比電阻，提高除塵效率

煙氣溫度對粉塵比電阻影響較大。粉塵比電阻在溫度低于100℃時以表面比電阻為主，高于250℃時以體積比電阻為主，在100℃～250℃溫度范圍，兩者共同起作用，見圖1。一般而言，粉塵比電阻在燃煤煙氣溫度為150℃左右時達到最大值，如果煙氣溫度從150℃下降至100℃左右，則粉塵比電阻降幅一般可達一個數(shù)量級以上[4]。低低溫電除塵技術將電除塵器入口煙氣溫度降低至酸露點溫度90℃左右，使煙氣中大部分SO3冷凝形成硫酸霧，黏附在粉塵表面并被堿性物質(zhì)中和，粉塵特性得到很大改善，比電阻大大降低，從而大幅提高了除塵效率。

圖1 溫度與飛灰比電阻的關系

2.2 降低煙氣量，提高電場擊穿電壓

電除塵器入口煙氣溫度的降低，將使煙氣量下降，電場風速減小，從而增大比集塵面積，增加粉塵在電場的停留時間，提高除塵效率。研究顯示，煙氣溫度每降低10℃，則煙氣量降低約2.5%[5]。

同時，煙氣量減小，將使電場擊穿電壓上升，這是因為煙氣量減小后，煙氣密度增大，煙氣的分子間隔減小，每個電子在電場中產(chǎn)生碰撞電離“自由行程”減小，因而電子可獲得的速度和動能減小，電離效應減弱，氣體不易被擊穿，從而提高電場強度，增加粉塵荷電量，提高了除塵效率。研究顯示，煙氣溫度每降低10℃，電場擊穿電壓將上升3%[5]。

2.3 大幅減少SO3和PM2.5排放

電除塵器入口煙氣溫度降至酸露點溫度以下，煙氣中的SO3與水蒸汽結(jié)合形成硫酸霧，此時由于未采取除塵措施，SO3被飛灰顆粒吸附后被電除塵器捕捉并隨粉塵一起排出，SO3的去除率通常可達90%以上。同時，SO3的去除解決了濕法脫硫工藝中SO3腐蝕的難題，有良好的經(jīng)濟效益。另外，H2SO4小液滴與粉塵微粒懸浮于煙氣中形成氣溶膠，增大了粉塵粒徑，有利于減少PM2.5排放。總之，低低溫電除塵技術通過大幅提高除塵效率，減少了PM2.5排放，并通過脫除大部分SO3，有效減少了大氣中硫酸鹽氣溶膠（二次生成的PM2.5）的生成。

2.4 節(jié)能效果顯著，降低運行費用

低低溫電除塵技術入口煙氣溫度降低，回收的熱量可用于加熱鍋爐補給水或汽機冷凝水以提高鍋爐效率，節(jié)約了用煤，并且由于煙氣溫度的降低，還可節(jié)約濕法脫硫系統(tǒng)的水耗，降低成本。同時，煙氣溫度降低后，煙氣量減少，有利于引風機。換熱器增加的阻力由引風機克服，對引風機來說，雖然壓頭增加，但處理的煙氣流量減少，兩者相抵消，電耗基本持平。對脫硫風機而言，由于處理煙氣流量的減少，電耗也將會下降。因此總體上電耗是降低了。

3 低低溫電除塵器適用條件及布置方式

3.1 適用條件

低低溫電除塵技術的適用范圍廣泛，當煙氣溫度偏高，尤其是當煙溫＞120℃時，其更有獨特的優(yōu)勢。由于低低溫電除塵技術可以提高鍋爐效率，節(jié)約用煤，因此也特別適合于煤價較高的電廠在提效的同時實現(xiàn)節(jié)能。該技術還可與其他除塵實用新技術任意組合使用達到排放要求，如SO3煙氣調(diào)質(zhì)、移動電極、高頻電源技術等，可大幅度提高對高比電阻以及細小粉塵的收集，提高除塵效率。當然，低低溫電除塵技術的使用也有一定的限制，首先它要求燃煤的含硫量在一定范圍內(nèi)，對高硫煤需謹慎使用；其次要求除塵器前部有增設換熱裝置的條件，對于脫硫配置后有GGH系統(tǒng)的燃煤機組，必須注意綜合考慮GGH的熱量交換要求，合理確定余熱利用降溫幅度，以滿足干煙囪排煙溫度要求。

3.2 布置方式

低低溫電除塵技術回收的熱量可以用于煙氣再加熱，也可以用于加熱鍋爐補給水或汽機冷凝水；因而低低溫電除塵技術有兩種布置工藝，第一種工藝為在鍋爐空預器后和脫硫裝置出口設置MGGH，通過熱媒水密閉循環(huán)流動，將從降溫換熱器獲得的熱量去加熱脫硫后的凈煙氣，使其溫度從50℃左右升高到90℃以上，工藝流程見圖2。該工藝具有無泄漏、沒有溫度及干、濕煙氣的反復變換、不易堵塞的特點，同時滿足干煙囪排煙溫度要求。第二種工藝為在鍋爐空預器后設置低溫省煤器，回收熱量，加熱鍋爐補給水或者汽機冷凝水，工藝流程圖見圖3。該工藝能提高鍋爐效率，減少煤耗，特別適合于煤價較高的電廠在提效的同時實現(xiàn)節(jié)能。

圖2 燃煤電廠低低溫電除塵技術典型布置工藝一

4 低低溫靜電除塵器需要注意的問題

由于低低溫電除塵技術將煙氣溫度降低到酸露點以下，粉塵性質(zhì)也發(fā)生了很大的改變，因此，與常規(guī)電除塵技術相比，該技術具有一些獨特的優(yōu)勢，但也產(chǎn)生了一些其他問題，需特別注意。

4.1 高硫煤的不良影響問題

燃煤中的含硫量越高，煙氣中的SO3濃度也越高，其酸露點溫度也相應的會越高，發(fā)生腐蝕的風險就會增加。因此低低溫電除塵技術要求燃煤的含硫量在一定范圍內(nèi)，當鍋爐燃煤含硫量很高，特別是含硫量在2.5%以上時，需謹慎使用。

4.2 二次揚塵問題

由于煙氣溫度在酸露點以下，粉塵性質(zhì)發(fā)生了很大的改變，比電阻大幅度降低，這有利于粉塵收集，但相應的粉塵附著力也會降低，振打二次揚塵會加劇。因此，低低溫電除塵器需采用相應的措施避免二次揚塵，如合理調(diào)整振打程序，采用離線振打技術，阻斷清灰通道的氣流通過，控制振打產(chǎn)生的二次揚塵或者采用移動電極電除塵技術，通過轉(zhuǎn)刷清灰避免二次揚塵。

4.3 電控方式問題

采用低低溫電除塵技術，煙氣溫度降低，含塵濃度增大，并且粉塵性質(zhì)發(fā)生變化，因此相對應的振打程序、電壓、電流等基本參數(shù)都發(fā)生了變化，需根據(jù)具體工況進行調(diào)節(jié)，另外需針對低低溫電除塵技術調(diào)整電控設備的控制方式和運行參數(shù)，保證電控設備控制策略先進，運行方式和運行參數(shù)適應電除塵工況變化，實現(xiàn)高效除塵和節(jié)能的目的。

4.4 灰斗堵灰、腐蝕問題

由于煙氣溫度在酸露點以下，SO3凝結(jié)成硫酸霧黏附在粉塵上，收集的灰的流動性變差，因此為確保卸灰順暢，灰斗卸灰角度需大于常規(guī)設計，一般卸灰角度大于65°，同時為了防止灰斗因結(jié)露引起堵塞，灰斗需有較好的保溫效果，還需加大灰斗的電加熱面，電加熱面要超過灰斗高度的2/3，另外要采用防腐鋼板或內(nèi)襯不銹鋼板，以有效防止灰斗腐蝕。

5 低低溫電除塵技術的應用前景

低低溫電除塵技術具有節(jié)能減排、運行穩(wěn)定、維護工作量低等一系列優(yōu)點，擴大了電除塵器的適用范圍，因此已得到業(yè)內(nèi)專家和用戶的廣泛關注，應用前景廣闊。但由于該技術將煙氣溫度降到酸露點以下，是否存在低溫腐蝕也是專家和用戶關注的一個重點問題。國外對此進行了相關研究，日本研究發(fā)現(xiàn)，灰硫比是影響低溫腐蝕的一個重要因素，當灰硫比大于10時，腐蝕率幾乎為零，因為實際使用的低低溫電除塵器灰硫比遠大于100，因此已交付的火電廠低低溫電除塵器均沒有腐蝕問題[6]。另外美國南方電力公司也進行了相類似的研究，通過灰硫比來評價腐蝕程度（如圖4所示），結(jié)果發(fā)現(xiàn)∶當鍋爐燃煤含硫量為2.5%，灰硫比在50～100時可避免腐蝕，當燃煤含硫量更高時，為避免腐蝕，灰硫比應大于200[6]。

圖4 美國某項目評價腐蝕方法（資料來源∶南方電力）

我國有關機構(gòu)也對低低溫電除塵器相關材料的低溫腐蝕進行了測試，結(jié)果表明∶在正常運行溫度下，Q235和SPCC兩種材料的耐低溫腐蝕性能都較強，低溫腐蝕級別都達到5級以下；SPCC平均年腐蝕率為0.0412mm/a，Q235平均年腐蝕率為0.0537mm/a[5]。

因此，只要保證低低溫電除塵器進口合適的灰硫比，完全可以避免低溫腐蝕問題。另外采用低低溫電除塵技術，粉塵性質(zhì)發(fā)生了很大變化，低低溫電除塵器收集的灰能否再利用，也成為了一個關注的問題，日本三菱工程應用經(jīng)驗表明，在燃煤含硫量較低時，低低溫電除塵技術收集的灰仍可用作水泥添加劑等，在其他用途方面，這種飛灰與普通飛灰相同。當然低低溫電除塵技術中的二次揚塵也是一大關注點，目前，我國廠家已掌握了離線振打以及移動電極電除塵技術兩種二次揚塵控制技術，均可避免二次揚塵。

由于我國燃煤電廠新上機組所用燃煤多選中、高熱值、灰分中等、硫含量均不高（低于1%）的煤種，非常適合低低溫電除塵技術[7]。因此，低低溫電除塵技術適合在我國燃煤電廠中推廣應用，可以很好地滿足最嚴格的排放標準要求，具有顯著的經(jīng)濟效益和廣闊的市場前景。

6 工程應用

低低溫電除塵技術在國外已有成功應用的案例。其中，日本應用該技術最早，也最為成熟。日本三菱公司在1997年開始研究和推廣低低溫電除塵技術的應用，目前該技術已成功應用于9臺機組以上。典型案例包括2001年、2002年，碧南電廠4#、5#爐1000MW機組配套移動電極的低低溫電除塵器，運行溫度為80℃～90℃，出口煙塵濃度小于30mg/m3，脫硫系統(tǒng)后設置濕式電除塵器，脫硫系統(tǒng)出口煙塵濃度3～5mg/m3；2003年，常陸那珂1#爐1000MW機組配套低低溫電除塵器，運行溫度為92℃，電除塵器出口煙塵濃度小于30mg/m3，脫硫系統(tǒng)出口煙塵濃度小于8mg/m3；2007年新日鐵住金鹿島電廠507MW機組配套低低溫電除塵技術，入口溫度80℃～90℃，電除塵器出口煙塵濃度小于30mg/m3，脫硫系統(tǒng)出口煙塵濃度小于5mg/m3。

我國已掌握低低溫電除塵的核心技術，目前已取得了多個項目的成功應用，并取得了很好的使用效果。典型案例包括∶1）2006年，福建某電廠4#爐600MW機組燃煤鍋爐電除塵器的提效改造工程首先運用低低溫電除塵技術，煙溫降幅55℃，電除塵器出口煙塵濃度從原來的60mg/m3下降到20.2mg/m3，SO3脫除率達73.78%以上。2）2012年，上海某發(fā)電有限公司1#爐1000MW機組電除塵器提效改造運用低低溫電除塵技術，運行溫度由120℃左右降至96℃左右，出口煙塵濃度為14.05mg/m3。另外，低低溫電除塵技術在江西某電廠1#爐660MW機組電除塵器提效改造、廣東某電廠一期600MW機組電除塵器提效改造等項目中也得到了成功應用，使用效果明顯，取得了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。同時華能某電廠“上大壓小”工程2×660MW機組新建項目和浙能某電廠1000MW新建項目也已確定采用低低溫電除塵技術。

7 結(jié)語

低低溫電除塵器與電廠熱力系統(tǒng)及脫硫系統(tǒng)結(jié)合，具有節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保的綜合效果，并能滿足燃中、低灰分煤條件下國家環(huán)保排放標準的粉塵的控制要求。對于燃煤電廠電除塵器的提效改造，低低溫電除塵技術具有突出的優(yōu)勢，可作為環(huán)保型燃煤電廠的首選除塵工藝，也可與其他成熟技術優(yōu)化組合，適合在我國燃煤電廠中推廣應用。這一新型技術的開發(fā)應用，不但擴大了電除塵技術的適用范圍，而且為實現(xiàn)節(jié)能減排開辟了一條新路徑。

[1] 高永華，宏哲.燃煤電廠超細粉塵的危害及控制[J].能源環(huán)境保護，2010（3）：5-8.

[2] 梅東升.電除塵器提效改造的幾種典型方式[J].華北電力技術，2010（12）：38-41.

[3] 蔣俊.低低溫電除塵器的應用及其存在的問題[G].第十五屆中國電除塵學術會議論文集，2013：410-414.

[4] 廖增安. 燃煤電廠余熱利用低低溫電除塵技術研究與開發(fā)[J].環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟，2013.

[5] 中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會.節(jié)能減排，低低溫電除塵技術“技高一籌”[N].中國環(huán)境報，2013.

[6] 龍遠生.余熱利用低低溫電除塵技術在燃煤電廠的應用[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013.

[7] 郭士義，丁承剛.低低溫電除塵器的應用及前景[J].技術發(fā)展動態(tài)，2011（1）：69-73.

Application of LLW Temperature ESP in Coal-fred Power Plant

YE Zi-yi, LIU Sheng-qiang, ZENG Yi-fu, ZHOU Yi-hui, LIU Zhang, HU Yong-feng

X701

A

1006-5377（2015）05-0022-04