燃煤火電機組煙塵超凈排放技術的發展及現狀

徐振勇

摘 要：隨著我國大氣污染形勢嚴峻，國家環保排放標準逐步嚴格，尤其近期三部委提出的《煤電節能減排升級與改造行動計劃》，更是對燃煤機組超級排放改造提出要求。本文對于現有幾項主流煙塵超凈技術的現狀及發展進行簡介，為相關機組煙塵超凈排放改造提供一定的參考。

關鍵詞：煙塵；超凈排放；發展現狀

中圖分類號：X733 文獻標志碼：A

我國經濟快速發展的同時伴隨著大氣污染的形勢越來越嚴峻，燃煤電廠是我國大氣中各種污染物的重要排放源，因此對于燃煤電廠大氣污染物的控制顯得至關重要。環保部在2011年頒布了最新的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）[ 1 ]，進一步提高了燃煤電廠大氣排放的要求。

2014年9 月，國家發展改革委、環境保護部、國家能源局聯合制定出臺的《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014—2020 年）》[ 2 ]，明確提出超凈排放，對于大部分地區的新建及現役機組大氣污染物的排放指標提出迄今為止最嚴苛的要求。

燃煤電廠面臨著巨大的挑戰，推廣“超凈排放”是未來煤電行業發展的必經之路。煙塵排放在基準氧含量6%的條件下不高于10mg/m3的指標，不單單需要原有主力除塵器高效可靠運行，更是需要多個設備協同配合以實現該指標。

一、高效超凈除塵技術

傳統火力發電廠用于煙塵脫除成熟的設備包括靜電除塵器、布袋除塵器、電袋復合除塵器，而為了應對日益嚴苛的排放標準，行業內的技術專家進行重點攻克，推出了低低溫靜電除塵技術、超凈電袋復合除塵技術、濕式電除塵技術、旋轉電極靜電除塵技術等新型技術。

（一）傳統除塵技術[ 3 ]

電除塵器在各國應用已有50年以上的歷史，運行可靠，德國、美國、荷蘭、日本的火電廠大多數采用電除塵器。我國的靜電除塵器同樣廣泛應用于各型燃煤機組，多數控制的煙塵排放濃度在不高于50mg /m3。國外火電廠以澳大利亞為代表，采用的是袋式除塵器，煙塵排放濃度可以降到10mg /m3。濕式電除塵技術以日本為代表已有30多年的應用史，三菱重工的濕電有33臺套已應用于電廠。美國在濕式電除塵方面研究也較早，并且有較為成功的應用業績。

（二）低低溫靜電除塵技術

低低溫靜電除塵技術通過加設低溫省煤器，煙氣經過低溫省煤器時，煙氣溫度降低，保持電除塵器運行溫度略低于煙氣酸露點。煙氣溫度降低，粉塵比電阻降低至108Ω·cm～1011Ω·cm，處在利于荷電的區間；同時煙溫降低，煙氣體積流量降低，電場風速下降，利于除塵；煙溫降低還使得煙氣中顆粒及氣體分子熱運動能力減弱，氣體擊穿電壓提高；煙氣溫度將至煙氣酸露點之下，煙氣中部分SOx、HCl、蒸汽等將凝結吸附在飛灰顆粒表面，相關物理及化學作用后增大了飛灰表面的電導性，有助于飛灰比電阻的降低[ 4 ]。低低溫靜電除塵技術正是基于上述機理實現除塵效率有效提高的目的。低低溫靜電除塵技術在國外應用已經成熟，伴隨著超凈排放改造需求的爆發，低低溫靜電除塵技術也引起了國內業主的關注。

（三）超凈電袋復合除塵技術

電袋復合型除塵器是通過靜電除塵器與布袋除塵器有機結合的一種新型高效的除塵器。電除塵部分布置于除塵器前區，主要承擔脫除大部分粉塵，收集大顆粒粉塵的任務，同時實現沉降高溫煙氣中粉塵顆粒，緩沖均勻氣流的作用，布袋除塵器串聯在后，主要收集細粉塵。電袋復合除塵器充分發揮靜電除塵器和布袋除塵器的優點，有效地彌補了兩種除塵器的缺點，電袋復合除塵器除塵效率高、設備阻力低，濾袋壽命長。電袋符合除塵器除塵效率高、運行維護費用低、占地面積小等綜合優點。

超凈電袋通過充分理解電場收塵和布袋收塵二者的關系，研究前后兩區收塵的影響關系，通過調整電區與袋區參數匹配、強化顆粒荷電，提高電區的可靠性、采用高精過濾濾料、氣流分布均勻措施等多項手段提高電袋除塵器的效率，進而實現粉塵低排放效果[ 5 ]。

（四）濕式電除塵技術

濕式電除塵器是電除塵器的一種，其工作原理與干式靜電除塵技術基本相同，主要區別在于使用水膜清灰方式代替傳統的振打清灰，該方式在收塵極板上形成連續水膜，實現高效清灰，進而實現較高除塵效率。濕式電除塵技術除塵效率不受煙塵比電阻影響，可有效避免二次揚塵及反電暈現象，同時還可脫除濕煙氣中PM2.5、酸霧、重金屬等有害物質[ 6 ]。目前濕電因布置靈活、脫除細微粉塵能力強、運行阻力低、維護費用低等優點，一般作為超凈排放的最后一道把關。

（五）旋轉電極靜電除塵技術

旋轉電極靜電除塵技術同樣屬于電除塵技術，其基本工作原理與常規除塵器一致，主要區別是旋轉電極靜電除塵技術在常規電除塵器技術上增加后級旋轉電極電場組成。

旋轉電極電場中陽極是可回轉的，陽極板旋轉配合清灰刷進行清灰。陽極板上的粉塵通過旋轉進入非收塵區域后，被陽極板兩側的一對清灰刷刷涂，附著于陽極板上的粉塵即被脫除，粉塵層厚度基本不會達到反電暈的厚度時，因此不會產生反電暈現象且無二次揚塵[ 7 ]。

旋轉清灰刷可清除高比電阻、黏性煙塵，避免反電暈、二次揚塵現象，該方式有效克服了常規電場電除塵器細微粉塵顆粒脫除能力低、存在二次揚塵造成排放超標等問題，在常規電除塵基礎上進一步提升了粉塵的脫除能力。

二、技術的選擇

用于實現煙塵超凈排放的各項技術均有其獨特的優點，為了達到最終的超凈排放效果，往往需要兩項甚至多項技術的組合，但是這種組合并不是簡單組合，需要結合煙塵的實際特點、場地情況、投資成本、運行費用等綜合因素，合理選擇技術路線，幾個考慮原則如下：

低低溫靜電除塵技術需要設置低溫省煤器，其處于除塵器上游，該處煙塵濃度大，且低溫省煤器后段溫度低于酸露點溫度，煙氣中硫酸蒸汽易在管壁上凝結并黏附飛灰，采用低低溫靜電除塵技術時需重點考慮低溫省煤器的低溫腐蝕、積灰、磨損等問題。當燃用高灰、高硫煤種時，需慎重選用低低溫靜電除塵技術。

電袋復合除塵技術兼具了電除塵和袋除塵技術的優點，同時也兼具二者的缺點，當除塵器入口煙氣溫度偏高、煙氣成分變化大、系統運行阻力要求嚴格時，需慎重選用超凈電袋復合除塵技術。

濕式電除塵技術因極板型式不同形成了多種流派，各機組應結合自身實際場地、水源、排放要求等實際情況，合理選擇型式及布置方式。在缺水地區，慎重選用濕式電除塵技術。

旋轉電極靜電除塵器的轉動部件多、易損率較高、后期維護成本高，當機組負荷率高，對于設備運行可靠性要求嚴格時，需慎重選用旋轉電極靜電除塵技術。

除了單項技術應達到效能最優化的同時，近幾年各工藝的污染物協同脫除也成為發展發現，濕法脫硫協同處理粉塵也逐步應用于國內機組項目，濕法脫硫協同脫除路線需要上游除塵設備的配合才能發揮其效果，因此在組合各技術時，應充分考慮各技術特點、項目需求、場地等情況后擇優選取。

三、結語

超凈排放作為未來燃煤機組大氣污染物控制的發展方向，必定會在未來燃煤機組的發展之路上起到重要的作用。低低溫靜電除塵技術、超凈電袋復合除塵技術、濕式電除塵技術、旋轉電極靜電除塵技術等新型煙塵超凈技術現階段均已取得一定的工程應用，并獲得良好的效果，但設備的長久可靠性仍需進一步驗證，相關新型技術需要在現有基礎上進一步優化研究，確保在未來煙塵超凈排放的市場中獲得一席之地。

參考文獻

[1] 方常.超潔凈排放環保綜合改造的應用研究[D].華南理工大學，2015.

[2] 趙永椿，等.燃煤電廠污染物超凈排放的發展及現狀[J].煤炭學報，2015，11：2629-2640.

[3] 黃永琛，等.燃煤電廠煙塵超凈排放技術路線探討[J].能源與節能，2015，03：126-129.

[4] 修海明.超凈電袋復合除塵技術實現超低排放[J].電力科技與環保，2015，02：32-35.