燃煤電廠應(yīng)對新標(biāo)準(zhǔn)的煙塵控制對策研究

薛建明，劉 濤，許月陽，吳為民，李 輝

(國電環(huán)境保護研究院，江蘇南京 210031)

燃煤電廠應(yīng)對新標(biāo)準(zhǔn)的煙塵控制對策研究

薛建明，劉 濤，許月陽，吳為民，李 輝

(國電環(huán)境保護研究院，江蘇南京 210031)

1 排放標(biāo)準(zhǔn)及除塵技術(shù)的發(fā)展

燃煤電廠既是電力能源的主要供應(yīng)基地，又是污染源的重要發(fā)生地。我國從1973年頒布《工業(yè)“三廢”排放試行標(biāo)準(zhǔn)》控制火電廠煙塵排放之后，于1996年頒布了針對燃煤電廠的《燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，并進行了多次修訂。現(xiàn)在實施的標(biāo)準(zhǔn)為2003年修訂頒布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2003)。

不同時段煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)及主要的除塵技術(shù)不同。歷次煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，都大大促進了除塵技術(shù)的進步和除塵設(shè)備的升級。1973年，除塵技術(shù)以多管除、文丘里、斜棒柵除塵器為主，電除塵器開始發(fā)展;1991年，煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)為600mg/m3，電除塵器推廣，逐漸成為主力除塵設(shè)備;1996年煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)為200mg/m3，電除塵器普及，袋式除塵器取得試驗性成功;2003年，煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)為50mg/m3，電除塵器占95%，袋及電袋除塵器份額增加。今后，新修訂的煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)為30mg/m3，電除塵器、袋式除塵器、電袋除塵器如何選擇?

2 煙塵排放狀況

2009年，在全國火電裝機容量比2008年增長8.0%，火電發(fā)電量比2008年增加7.45%的情況下，火電廠煙塵平均排放績效值為1.0g/kW·h，比2008年下降0.2g/kW·h，煙塵排放總量315萬t，比2008年下降4.5%。2001年－2009年全國火力發(fā)電廠的煙塵排放情況見表1。

表1 2001年－2009年全國火力發(fā)電廠煙塵排放情況

從表1可以看出，2008年全國火電發(fā)電總量為2.80萬億 kW·h，煙塵排放總量為3.30 百萬 t，煙塵排放績效為1.20g/kW·h。在2008年底，全國火電廠的煙塵排放績效已提前實現(xiàn)“十一五”目標(biāo)。

3 除塵技術(shù)現(xiàn)狀及存在問題

自《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2003)頒布實施后，為達(dá)到50mg/m3的煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)，除塵技術(shù)隨之發(fā)生了變化。電力工業(yè)原先普遍應(yīng)用的旋風(fēng)除塵器、文丘里水膜除塵器、斜棒柵除塵器等，由于除塵效率低，無法達(dá)標(biāo)排放而被高效電除塵器取代。近年來，袋式除塵器和電袋復(fù)合除塵器也得到了一定的發(fā)展。目前，我國電力工業(yè)已形成了以高效電除塵器、袋式除塵器和電袋復(fù)合除塵器為主的格局。隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的進一步提高，高效除塵技術(shù)仍在不斷發(fā)展完善，對其的選擇與應(yīng)用也仍是研究的焦點。

3.1 電除塵器

3.1.1 電除塵器性能影響因素

電除塵器是電力工業(yè)應(yīng)用最廣泛的除塵技術(shù)，截至2009年底，采用電除塵器的燃煤機組裝機容量所占比重已達(dá)95%。研究結(jié)果表明，影響電除塵器除塵性能的因素主要有以下三類:一是工況條件，包括燃煤煤種、燃煤硫分、煙塵物化特性、煙氣成分等;二是技術(shù)狀況，包括結(jié)構(gòu)特點、極配形式、振打方式、比集塵面積、氣流分布均勻性、電場劃分、電氣控制特性等;三是運行條件，包括運行電壓、板電流密度、積灰情況、振打周期等。

3.1.2 存在問題及原因分析

調(diào)查結(jié)果表明，我國電除塵器存在的問題主要體現(xiàn)在6個方面，即實際燃煤偏離設(shè)計值、特殊粉塵、選型偏小、制造安裝調(diào)試及維護問題、選型失當(dāng)和其他。其原因主要有以下幾個方面:近兩年來由于燃煤供應(yīng)緊張，使得鍋爐燃燒煤質(zhì)偏離設(shè)計煤質(zhì)，對電除塵器的運行帶來影響，如煙氣量增大、煙塵濃度提高、煙塵物化特性發(fā)生變化等，從而造成除塵效率下降，煙塵排放超標(biāo);部分特殊粉塵對電除塵器而言較難收集，如低硫煤燃燒產(chǎn)生的高比電阻粉塵(SiO2+Al2O3≥90%)、容易引起二次揚塵的粉塵(Al2O3≥43%)、不宜荷電的粉塵等，實踐證明:這些粉塵采用的電除塵器，其除塵效果均達(dá)不到預(yù)期目標(biāo);行業(yè)競爭激烈，為降低造價提高中標(biāo)率，供應(yīng)商設(shè)計選型偏小，幾乎沒有設(shè)計余量，使得電除塵器難于適應(yīng)復(fù)雜多變的運行工況;電除塵器的制造、安裝及調(diào)試存在缺陷，維修及保養(yǎng)不及時，影響了其穩(wěn)定可靠運行;對具體粉塵特性缺乏針對性設(shè)計，造成設(shè)計失誤。

調(diào)查結(jié)果表明，電除塵器煙塵排放濃度達(dá)到煙塵排放設(shè)計指標(biāo)的占30.4%;超過煙塵排放設(shè)計指標(biāo)30%以內(nèi)的占35.7%;達(dá)不到煙塵排放設(shè)計指標(biāo)(超過煙塵排放設(shè)計指標(biāo)30%)的占31.4%;濃煙滾滾的占2.5%。造成這種狀況的主要原因是比集塵面積小。比集塵面積小既是造成我國70%左右電除塵器不達(dá)標(biāo)的根本原因，也是電除塵器對煤種適應(yīng)能力低的主要原因，更是電除塵器達(dá)不到50mg/m3煙塵標(biāo)準(zhǔn)的根源所在。為滿足50mg/m3排放標(biāo)準(zhǔn)，2004年－2009年間投產(chǎn)的電除塵器的除塵效率都在99.7%以上，有的甚至高達(dá)99.9%。據(jù)統(tǒng)計，平均比集塵面積在100m2/(m3/s)左右，而同等效率下，歐美國家電除塵器的平均比集塵面積在140～160m2/(m3/s)之間，其煙塵排放濃度不但小于50mg/m3，且大多控制在30mg/m3以內(nèi)。

造成上述現(xiàn)象的主要原因有:對電除塵器達(dá)到50 mg/m3排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線研究不透，設(shè)計時僅對傳統(tǒng)設(shè)計作簡單調(diào)整，缺乏有針對性的技術(shù)措施和技術(shù)保障;對比集塵面積與除塵效率的關(guān)系理解不夠準(zhǔn)確，在執(zhí)行200mg/m3排放標(biāo)準(zhǔn)時，平均比集塵面積通常在80m2/(m3/s)左右，而當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)提高到50mg/m3時，普遍認(rèn)為比集塵面積提高到100m2(m3/s)即可;對除塵效率和煙塵排放狀況監(jiān)管不到位，造成比集塵面積偏低。

3.2 袋式除塵器

3.2.1 袋式除塵器除塵性能影響因素

袋式除塵器是電力工業(yè)近幾年開始應(yīng)用的高效除塵技術(shù)。截至2008年底，我國燃煤電廠125MW以上容量機組已投運袋式(電袋)除塵器的機組容量為14777MW，約占火電總裝機的2.5%，其中，袋式除塵器的最大單機容量為山西漳州發(fā)電有限責(zé)任公司600MW機組，該機組在通過168h試運行后，出口粉塵濃度可以達(dá)到12.8mg/m3。

研究結(jié)果表明，影響袋式除塵器除塵性能的主要因素有煙氣溫度及成分、粉塵特性、濾料的選擇、過濾風(fēng)速、清灰方式等。其中，濾料的選擇是影響除塵性能、壽命、造價及運行費最關(guān)鍵的因素。目前，燃煤電廠袋式除塵器的濾料以PPS、P84、PTFE及玻璃纖維為主。

3.2.2 存在問題及原因分析

目前，袋式除塵器存在的問題主要體現(xiàn)在6個方面，即國產(chǎn)濾料質(zhì)量問題、對煙溫和煙氣成分敏感性、氣流分布及風(fēng)速、袋籠和其他。其主要原因有:濾袋使用壽命低，換袋成本高。濾袋的設(shè)計壽命通常為30000h，但在實際應(yīng)用中真正能達(dá)到30000h的幾乎沒有，往往1至2年濾袋就會損壞需要更換，且國外供應(yīng)PPS濾料的廠家屈指可數(shù)，濾袋成本居高不下，而國產(chǎn)濾料，無論生產(chǎn)技術(shù)還是產(chǎn)品質(zhì)量均與國外產(chǎn)品存在一定的差距;供應(yīng)商為降低成本，選擇較高的過濾風(fēng)速，采用的濾料以劣充優(yōu)或以次充好，從而大大降低了濾袋的使用壽命;濾料對煙氣溫度及成分很敏感。當(dāng)煙氣溫度高于160℃或煙氣中SOx和NOx含量高時，常規(guī)的PPS濾料易被腐蝕，應(yīng)選用PTEF為主的濾料，而其價格十分昂貴;袋式除塵器對煙氣的濕度敏感，在鍋爐省煤器爆管的情況下，會出現(xiàn)濾袋“糊袋”現(xiàn)象，造成阻力激增，除塵器無法正常運行;袋式除塵器對氣流分布的均勻性要求較高，若局部流速過高，氣流的過度沖刷會造成破袋，嚴(yán)重影響濾袋的使用壽命;袋籠和電磁脈沖閥是袋式除塵器的主要部件，當(dāng)袋籠的支撐強度不能保證時，易造成濾袋破損;當(dāng)電磁脈沖閥出現(xiàn)卡澀和磨損時，會影響布袋的清灰效果。

3.3 電袋復(fù)合除塵器

3.3.1 電袋復(fù)合除塵器特點

電袋復(fù)合除塵器是電力工業(yè)近幾年開始應(yīng)用的高效除塵技術(shù)，具有以下新特性:

(1)布袋除塵器入口粉塵質(zhì)量濃度大幅度地降低，由于前級電場能預(yù)收煙氣中50% ～70%以上的粉塵，布袋除塵器濾袋的入口粉塵質(zhì)量濃度大幅降低，布袋若維持一定的清灰頻率不變，則可以降低煙道的流通阻力，為減少引風(fēng)機的負(fù)荷創(chuàng)造可能;若維持布袋過濾差壓值不變，則可以降低清灰頻率，從而可減少濾袋的機械磨損、節(jié)省清灰能耗、減少清灰空氣量，從而延長濾袋的使用壽命。

(2)減少煙氣粉塵中粗顆粒對濾袋的沖刷幾率，煙氣粉塵中的粗大顆粒經(jīng)過前級電場沉降和除塵后，煙氣中大顆粒粉塵的含量大大減少，減少了粉塵粗顆粒對濾袋的沖刷幾率。

(3)對細(xì)微顆粒除塵效果更好，前級電除塵器對細(xì)微顆粒有一定的凝并作用，后級袋式除塵器對細(xì)微顆粒有較好的捕集效果，因此，電袋復(fù)合除塵器對細(xì)微顆粒的捕集效果優(yōu)于單獨的電除塵器和單獨的袋式除塵器。

(4)改變粉塵顆粒特性，粉塵通過前級電場電暈荷電后，荷電粉塵在濾袋上沉積的顆粒之間排列規(guī)則有序，同極電荷相互排斥使形成的粉塵層孔隙率高、透氣性好，易于剝落，進一步降低運行阻力。

3.3.2 存在問題

電袋復(fù)合除塵器技術(shù)優(yōu)勢明顯，經(jīng)濟性突出。從我國燃煤電廠除塵現(xiàn)狀來看，該技術(shù)具有開發(fā)的必要性。目前已有單機320MW機組的工程應(yīng)用示例，但要將該技術(shù)廣泛應(yīng)用于燃煤電廠，仍需解決以下問題:電袋復(fù)合除塵器組成部分電區(qū)和袋區(qū)之間的結(jié)合形式、結(jié)合間煙氣分配的均勻性問題;供電條件和電極配置、結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化問題;選擇合理的布袋除塵單元參數(shù);針對燃煤電廠煙氣特性，建立電袋復(fù)合除塵器的控制與運行模式;對于電區(qū)放電誘發(fā)的原子氧進入袋區(qū)后，是否會引起PPS濾料的氧化而降低其使用壽命問題;檢修困難的問題。

4 控制對策

根據(jù)電力工業(yè)除塵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，要實現(xiàn)新的煙塵排放要求，電除塵器、袋式除塵器和電袋復(fù)合除塵器三種除塵技術(shù)均必須進行技術(shù)創(chuàng)新，強化高效、低耗技術(shù)的研發(fā)，并盡早開展工程示范，取得成熟經(jīng)驗后加以推廣。

4.1 三種除塵技術(shù)選擇原則

(1)在煙氣條件、粉塵條件適當(dāng)?shù)臈l件下，應(yīng)優(yōu)先選用電除塵器。

電除塵器已有30多年的歷史，在設(shè)計、制造、安裝等方面已積累了豐富的經(jīng)驗，技術(shù)最為成熟，而袋式除塵器、電袋復(fù)合除塵器的應(yīng)用是近2～3年的事，其運行可靠性尚待進一步驗證;電除塵器的核心部件是極板、極線，其材料為鋼制部件，而袋式除塵器和電袋復(fù)合除塵器的核心部件是濾袋，其材料為化學(xué)纖維。從核心部件的牢靠度、耐用度、對煙氣溫度及成分變化的承受度，電除塵器遠(yuǎn)優(yōu)于其他兩種除塵器。采用電除塵器可以擺脫破袋、糊袋的后顧之憂;從除塵性能看，只要不是處理特別難收的特殊粉塵，電除塵技術(shù)無論在技術(shù)上還是經(jīng)濟上，與其他兩種除塵技術(shù)相比，尚存在明顯優(yōu)勢;電除塵器在達(dá)到30mg/m3排放標(biāo)準(zhǔn)時，其占地面積比電袋復(fù)合除塵器大，但對于新建電廠而言，應(yīng)該不存在場地布置困難的問題。

(2)在煙塵不適合電除塵器或電除塵器布置困難的條件下，采用袋式除塵器或電袋復(fù)合除塵器。

(3)在電除塵器改造中，若原有電除塵器的效率與改造后所要求的效率差距很大，電除塵器增容又無場地的條件下，可選用電袋復(fù)合除塵器。

4.2 現(xiàn)有除塵器實現(xiàn)30mg/m3排放的對策

根據(jù)煙塵的排放情況，目前我國現(xiàn)有燃煤電廠應(yīng)用的電除塵器大致有三個類型:一是“排放較差”類型，即煙塵排放濃度≥200mg/m3的電除塵器。這部分電除塵器大致在2003年以前建成，電場數(shù)為3～4個，比集塵面積小。對此類除塵器宜采用增容的方式，包括增加電場數(shù)量、提高電場高度等來增加收塵面積。對于受場地空間限制，無法增容的，可改造成電袋復(fù)合除塵器;二是“排放中間”類型，即煙塵排放濃度介于100mg/m3到200mg/m3之間的電除塵器。這部分電除塵器的電場數(shù)大多為4～5個，比集塵面積平均在80～100m2/(m3/s)。此類電除塵器與30mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)仍有較大的差距，難于通過維修性改造達(dá)到目的，宜采用高頻電源等除塵新技術(shù)或增容的方式;三是“排放良好”類型，即煙塵排放質(zhì)量濃度介于50mg/m3到100mg/m3之間的電除塵器。這部分電除塵器大多數(shù)是在2007年以后建成投運，電場數(shù)為5個，比集塵面積平均在100～120m2/(m3/s)。對此類除塵器首先應(yīng)綜合考慮濕法脫硫的除塵效果，進行維修性改造，其次可考慮采用高頻電源等除塵新技術(shù)。

對于現(xiàn)有除塵器，當(dāng)排放限值要求為30mg/m3時，可以通過采用下列方法改造使其達(dá)標(biāo)排放:一是袋式除塵器，適用于燃用各種煤種的火電廠，技術(shù)成熟，積累了較豐富的運行經(jīng)驗;二是靜電除塵+濕法脫硫，適用于易于電除塵器收集的飛灰，且灰份不宜太高，技術(shù)成熟，得到廣泛應(yīng)用;三是靜電除塵+袋式除塵即電袋復(fù)合式除塵器，適用于燃用各種煤種的火電廠，在電除塵器后增加一級袋式除塵，在大型火電廠應(yīng)用案例較少。

4.2 新建電廠實現(xiàn)30mg/m3排放的對策

2010年后的新建電廠應(yīng)優(yōu)先選擇電除塵器。在設(shè)計電除塵器時，建議根據(jù)煙塵收集的難易程度選取合理的比集塵面積(見表2)，根據(jù)除塵效率的高低選取合理的電場風(fēng)速，特殊煤種電場風(fēng)速應(yīng)小于 0.8m/s。

表2 電除塵器適應(yīng)程度與所需比集塵面積范圍

袋式除塵器設(shè)計時，過濾速度應(yīng)小于0.85m/s，濾袋的壽命應(yīng)不低于30000h，重點應(yīng)針對燃煤電廠煙氣的特點、生產(chǎn)檢修制度等進行深入研究，開發(fā)真正適合電力工業(yè)的專用袋式除塵器。

在設(shè)計電袋復(fù)合除塵器，需根據(jù)電廠鍋爐實際情況，對于高比電阻粉塵、低硫煤粉塵，占地面積小，排放要求嚴(yán)格的區(qū)域電廠，可以有條件的選擇電袋復(fù)合除塵器。由于其應(yīng)用案例較少，使用時間不長，對其綜合性能的評價為時尚早，需要經(jīng)過時間的檢驗。重點應(yīng)結(jié)合電廠鍋爐煙氣的自身特點，在電除塵和袋式除塵復(fù)合方面進行深度研究。

5 結(jié)語

隨著“火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)”修訂的深入，對燃煤電廠的煙塵排放必將提出更嚴(yán)格的要求，為此，“十二五”期間，燃煤電廠應(yīng)在環(huán)境約束條件下，本著效益——成本最大化的原則，持續(xù)做好煙塵的治理工作，對新建機組應(yīng)切實提高煙塵排放的設(shè)計要求，按照煙塵收集的難易程度，合理選擇除塵技術(shù);對不能達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)要求的現(xiàn)有除塵設(shè)施，應(yīng)結(jié)合具體情況，特別是改造前后效率的差距，可采用強化管理、維護性改造、結(jié)構(gòu)改造(如采用高頻電源、增加電場數(shù)量、提高電場高度等)以及改變除塵形式等方法進行技術(shù)改造，確保煙塵達(dá)標(biāo)排放。

［1］薛建明.電力行業(yè)煙塵排放現(xiàn)狀及控制對策［C］.環(huán)境保護部2009年我國顆粒物污染防治情況和“十二五”工作思路研討會，北京:2009.

［2］中國電力企業(yè)聯(lián)合會.2010年中國電力工業(yè)年度發(fā)展報告［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［3］王志軒.我國燃煤電廠煙塵排放與控制［J］.中國電力企業(yè)管理，2010，(1):28 －31.

［4］祁君田.燃煤電廠電除塵器現(xiàn)狀及技術(shù)引導(dǎo)與市場策略［J］.中國電力環(huán)保，2009，(1):1 －5.

［5］中國電力企業(yè)聯(lián)合會.2009全國燃煤電廠除塵技術(shù)論壇論文集［C］.廈門:2009.

［6］陳發(fā)志.300 MW機組電袋組合式除塵技術(shù)的應(yīng)用［J］.熱力發(fā)電，2009，38(7):44 －46，56.

Research on dust control measure of power plants under new standards

回顧了電力工業(yè)煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)及除塵技術(shù)的發(fā)展，總結(jié)了煙塵排放狀況，根據(jù)新修訂排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，有針對性地提出了現(xiàn)有未達(dá)標(biāo)除塵器改造方向，以及2010年以后新建電廠實現(xiàn)30mg/m3排放的控制對策。

電廠;煙塵;標(biāo)準(zhǔn);控制對策

The electric power industry emissions standards and development of the dust removal technology were reviewed.The status of dust control and emissions were summarized.Under the new emission standards，it targeted on the proposed transformation of the direction of the current failed filter and control measures of the new power plant after 2010 strategies to achieve 30mg/m3emissions.

power plant;dust;standards;control measure

X701.2

B

1674－8069(2011)02－025－04

2010-09-21;

2011-02-27

薛建明(1965-)，男，江蘇常熟人，高級工程師，長期從事火電廠環(huán)保與及多污染物控制技術(shù)的研究、開發(fā)和工程應(yīng)用。E －mail:xjm_gdhb@126.com