燃煤電廠除塵技術的分析比較

蔡松

【摘 要】國家對火力發電廠煙塵排放的控制越來越嚴格，對除塵器的研究變得至關重要，文章介紹了幾種除塵器的技術特點。

【關鍵詞】火力發電廠；除塵器

0 引言

2014年9月，國家發展和改革委員會、環境保護部、國家能源局聯合印發了《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》的通知（發改能源[2014]2093號）（簡稱“行動計劃”），要求“東部地區（遼寧、北京、天津、河北、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南等11省市）新建燃煤發電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值”（即在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50毫克/立方米）。為積極響應國家環保政策，現階段，新建火電機組已按此排放標準執行。此外，廣東地區很多已建燃煤機組已在進行超低排放改造。超低排放改造技術路線的選取尤為關鍵。本文主要論述煙塵超低排放中各方案的優缺點。

1 靜電除塵器方案

靜電除塵器的除塵原理是通過電極在煙氣中放電，使粉塵荷上電荷，并且在電場力的作用下向電極移動，被集塵極捕獲并收集。在靜電除塵器殼體內設有很多組陰極線和與之對應的陽極板，給陰陽極施加高壓直流電，陰極（放電極）附近空氣被電離，形成電暈。電暈區的范圍較小，正離子很快流向放電極，電子則擴散到電暈外區域。煙氣流過電極區間時，大部分粉塵帶上負極性，在電場力的作用下向陽極板（收塵極）移動，與陽極板接觸后放出電荷，通過振打落入灰斗。

靜電除塵器是國內燃煤機組廣泛使用的一種除塵設備，技術成熟，最大容量可以為1000MW容量機組配套。對于燃煤電廠，影響靜電除塵器收塵效率的主要因素包括粉塵特性、煙氣流速、除塵器面積、運行電壓控制、設備結構特點等。

靜電除塵器的除塵效率與粉塵特性、煙氣流速、比集塵面積、電場參數控制水平、電極結構、氣流均勻性等都有很大的關系[1]。

1.1 粉塵特性

粉塵特性中，比電阻參數對靜電除塵器的設計尤為關鍵，當比電阻在100-1100Ω·cm時，靜電除塵器運行效果較好。

1.2 煙氣流速

通常，對于除塵器中煙氣流速的研究，被分為平行方向和垂直方向。當煙氣流速較低時，粉塵在電場中的停留時間較長，有利于粉塵的捕集。但如果煙氣流速太低，要大大增加流通截面，從而影響經濟性，通常情況下，靜電除塵器中的煙氣流速為0.85-1.35m/s。

1.3 比集塵面積

將單位煙氣量下所對應的集塵極板面積稱為比集塵面積，比集成面積與除塵效率成正比?，F階段，國家規范越來越嚴格，靜電除塵器需設計3-6個電場才能滿足要求，比集塵面積約為80～125m2/（m3/s）。

1.4 氣流均勻性

當除塵器中氣流較為均勻時，除塵器中各區域流量也會較為均勻，可以充分利用除塵器的空間，充分利用有效面積。因此，氣流均勻性對靜電除塵器的除塵效率影響也很大。

2 電袋除塵器方案

電袋復合除塵器具有靜電除塵器和濾袋式除塵器的功能，靜電除塵器放置于前面的電場，濾袋式除塵器放置于后面的電場。

電袋復合除塵器前面電場采用靜電方式收塵，把大部分（70%～95%）粗顆粒粉塵先清除下來，剩下較細的粉塵用濾袋收塵，既能保證整體收塵效率高于傳統靜電除塵器，又能減小粗顆粒粉塵對濾袋的磨損。經過荷電的粉塵在濾袋上排列有序、濾袋透氣性較高，煙氣側阻力低于單純的濾袋式除塵器，清灰周期較長，有利于減少機械磨損，提高濾袋的使用壽命[2-3]。

電袋復合除塵器按結構區分有兩種型式，一種是“整體式”，另一種是“分體式”。整體式的結構是前面兩個電場后設置1～2個濾袋除塵室，靜電除塵和濾袋除塵布置在一個整體的殼體內。整體式布置結構緊湊，占地面積較小，但是設計時要充分考慮氣流分布，在有限的空間內設置有效的導流措施，保證各區域的濾袋承受的負荷接近。

由于結合了靜電除塵器和濾袋式除塵器兩種型式的優點，兩種收塵技術綜合使用在一定程度又彌補了單一除塵技術的不足，因此是一種值得推廣的新設備，適合于比電阻特殊的煤種或者對排放要求很高的工程。而且電袋復合除塵器煙側阻力介于兩種除塵器之間，相比單一的濾袋除塵器清灰周期長，濾袋的壽命明顯提高，減輕了檢修維護工作量。

3 濕式靜電除塵器方案

濕式除塵器最早在化工行業中應用，主要用于凈化煙氣中凝結狀態的酸霧（如SO3）。當這項技術轉移到電力行業使用時，濕式除塵器的主要用途用于捕集細小顆粒、升華金屬冷卻后的凝固顆粒、凈化脫硫后煙氣攜帶的酸性氣溶膠，附帶功能是去除脫硫塔逃逸出來的石膏漿液。

濕式靜電除塵器的原理與干式靜電除塵器類似，都是在陰極線與陽極之間建立高壓電場，使氣體電離產生帶正電荷的離子與負電荷的電子，電荷與顆粒碰撞后使其帶電（荷電），在電場力作用下帶電顆粒趨向電極，最后被極板或極線捕獲并收集。但是濕式靜電除塵器的工作條件以及收集對象與常規的干式靜電除塵器不同，因此其具有一些獨有的特點[4-6]：

1）對細小顆粒以及酸霧、氣溶膠等有很高的捕集效率，細小顆粒捕集效率保證值可以達到70%～90%，對酸霧的捕集效率可以達到50%～80%。

2）煙氣特性與干式靜電除塵器不同，陽極板上的濕灰或者沖洗水膜富含電解質，具有良好的導電性，陽極板的電壓降遠低于干式靜電除塵器，因此在二次電壓稍低的工況下（55～60kV），電場強度也高于干式靜電除塵器，如板式濕式除塵器的平均電場強度約為干式靜電除塵器的3倍。

3）工作在飽和濕煙氣狀態下，顆粒表面都凝結有電解質，導電性較好，電場比較穩定，荷電與除塵效率高。煙氣處于濕飽和狀態，煙氣中的粉塵表面已經被電解質潤濕，粉塵的導電特性基本以表面導電為為主，與粉塵理化特性相關的體積導電已經不起主導作用，因此一些常規干式靜電除塵器無法收集的粉塵，如高比電阻、顆粒較細、灰粘性大等特殊粉塵，也可被濕式靜電除塵器有效收集。

4 幾種除塵方案分析研究

現階段，絕大多數燃煤電廠煙囪排放煙塵濃度均需≤5mg/Nm3，火力發電廠鍋爐排出的煙氣先經過靜電除塵器（或電袋除塵器）再進入脫硫吸收塔（脫硫吸收塔具有洗塵的效果），煙氣通過吸收塔以后，還要經過吸收塔頂部的除霧器，除去煙氣中的液滴（液滴中含有脫硫產物石膏），最終再通過煙囪排出，若需設置濕式除塵器，一般在吸收塔出口至煙囪的煙道上安裝濕式除塵器。一般的設計方案如下：

方案一：采用靜電除塵器+高效濕法脫硫洗塵+高效除霧器+濕式除塵器的配置。

方案二：采用電袋除塵器+高效濕法脫硫洗塵+高效除霧器的配置。

方案二中，電袋除塵器出口煙塵濃度理論上可達到20mg/Nm3或者10mg/Nm3以下，若要達到10mg/Nm3以下，技術上是可行的，但造價要比20mg/Nm3貴很多。

若不設置濕式除塵器，煙囪出口煙塵濃度要小于10mg/Nm3，對脫硫系統中除霧器的要求就更高了。

從多個工程設計實例可分析得出，若靜電（或者電袋）除塵器出口煙塵濃度可控制在20mg/Nm3以下，脫硫系統中采用高效除霧器（三級屋脊式或者管束）不采用濕式除塵器，煙囪出口煙塵排放濃度控制在10mg/Nm3以下，技術上是可行的，具體分析如下：

吸收塔洗塵率按65%，采用高效除霧器，煙氣中霧滴濃度為20mg/Nm3，霧滴中石膏含固量為15%，若干式除塵器出口煙塵濃度為20mg/Nm3，煙囪出口煙塵濃度為：20-20×0.65+20×0.15=10mg/Nm3。

若煙囪出口煙塵濃度要控制在5mg/Nm3以下，不設置濕式除塵器，除霧器采用高效除霧器，即便干式除塵器出口煙塵濃度控制在10mg/Nm3以下，在實際運行中（或者長期運行）也會存在很大風險，因為煙塵中霧滴濃度以及霧滴中石膏含固量這兩個數值目前還沒有正式的計算規范規程，是一個理論經驗值。煙氣中霧滴濃度為20mg/Nm3，霧滴中石膏含固量為15%，是目前所做的改造工程或者新建工程，最為優化的數值。

綜上所述，個人認為，不設置濕式除塵器，設置高效除霧器，煙囪出口煙塵濃度控制在10mg/Nm3以下，技術上是可行的。但煙囪出口煙塵濃度要控制在5mg/Nm3以下，從長期運行來看，是存在一定風險的。

5 結論

在國家對火力發電廠日益嚴格的前提下，對除塵器的研究變得越來越重要，除塵器可籠統的分為：靜電除塵器、電袋除塵器、濕式除塵器等，影響靜電除塵器收塵效率的主要因素包括粉塵特性、煙氣流速、除塵器面積、運行電壓控制、設備結構特點等。電袋復合除塵器具有靜電除塵器和濾袋式除塵器的功能，靜電除塵器放置于前面的電場，濾袋式除塵器放置于后面的電場。濕式除塵器的主要用途用于捕集細小顆粒、升華金屬冷卻后的凝固顆粒、凈化脫硫后煙氣攜帶的酸性氣溶膠，附帶功能是去除脫硫塔逃逸出來的石膏漿液。

【參考文獻】

[1]俞群.電除塵器技術發展現狀及新技術簡介[J].硫磷設計與粉體工程，2006（5）.

[2]聶孝峰，李東陽，郭斌.燃煤電廠電袋復合除塵器技術優勢[J].環境污染與防治， 2013（1）.

[3]江得厚，郝黨強，王勤.燃煤電廠袋式除塵器發展趨勢及其運行壽命的影響因素[J].環境保護，2008（5）.

[4]劉鶴忠，陶秋根.濕式電除塵器在工程中的應用[J].電力勘測設計，2012（3）.

[5]胡志光，賈博強.中國電除塵器與袋式除塵器的現狀比較與分析[J].防治技術，2012（12）.

[6]金小峰，王恩祿，王長普.各種除塵技術性能比較及袋式除塵器在我國的應用前景[J].鍋爐技術，2007（1）.

[責任編輯：朱麗娜]