新標準下我國燃煤電站煙氣除塵技術發(fā)展趨勢

（中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會，北京 100037）

新標準下我國燃煤電站煙氣除塵技術發(fā)展趨勢

（中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會，北京 100037）

燃煤電站是我國主要的煙塵排放源，本文在調(diào)查了我國燃煤電站煙氣除塵技術現(xiàn)狀的基礎上，介紹了適應新標準以及我國國情的各種新技術，根據(jù)各種新技術的特點，結合我國煙氣除塵裝備的市場規(guī)模，分析了新標準下我國燃煤電站煙氣除塵技術的應用前景及發(fā)展趨勢。

除塵技術;除塵設備;燃煤電站;市場規(guī)模;發(fā)展趨勢

1 前言

燃煤電站是我國大氣污染的主要來源之一。截至2011年年底，我國燃煤電站裝機容量已達到7.656億kW，成為耗煤第一大戶，而同期我國人均裝機容量約為0.78kW，低于發(fā)達國家人均裝機容量1kW的水平。在人均用電量方面，2010年我國人均用電量3126kW·h，相當于美國1956年、韓國1993年的水平[1、2]。隨著國民經(jīng)濟的進一步發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對能源的需求將日益增長。由于以煤炭為主的能源供應格局在中國未來中長期內(nèi)將不會發(fā)生根本性改變，因此 “十二五”期間燃煤電站的裝機規(guī)模將會保持高速增長的態(tài)勢。據(jù)預測，2015年電力裝機容量可能達到14.7億kW，2020年可能達到18.4億kW，2030年可能達到24.7億kW[1]。伴隨機組裝機容量的快速增長，環(huán)境保護的形勢將更趨嚴峻。也基于此，國家在短短的幾年時間內(nèi)，制定了更加嚴格的粉塵排放標準，新的國家標準《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)為20mg/m3。我國燃煤電站現(xiàn)有煙氣除塵技術中，電除塵器長期占據(jù)著主流地位。隨著環(huán)保要求的提高，布袋除塵器及后續(xù)開發(fā)的電-袋復合除塵器也相繼在燃煤電站得到應用。新標準下燃煤電站各種煙氣除塵技術的適應性及相關技術的發(fā)展趨勢已成為行業(yè)內(nèi)關注和研究的焦點問題。

2 電除塵器的應用情況及適應性

2.1 電除塵器的應用情況

目前我國火電廠除塵設備90%以上采用的是電除塵器。電除塵器的生產(chǎn)廠家及其廣大用戶已在其設計、制造、安裝及運行上積累了豐富的經(jīng)驗，技術水平已接近國際先進水平，能滿足各種容量火電機組的需要。電除塵器最大的優(yōu)點是設備阻力低、處理煙氣量大、除塵效率高、運行費用低、維護工作量少、使用溫度范圍廣。

我國的新排放標準與發(fā)達國家的粉塵排放標準相當，因此其電除塵器應用情況對我國具有一定的借鑒意義。在國外，美國煙塵排放限值為20mg/m3，電除塵器應用比例約80%；德國的煙塵排放限值為30mg/m3，電除塵器使用比例在85%以上，近年來為適用于低硫煤，電除塵器的比集塵面積為120～150m2/（m3/s），煙塵實際排放為10～20mg/m3。日本煙塵排放的地方標準限值為20mg/m3，幾乎全部采用的是電除塵器。部分電除塵器采用低低溫電除塵技術或旋轉電極式電除塵技術，成功實現(xiàn)了在較少電場數(shù)量和較低比集塵面積的前提下滿足低粉塵排放[3]。

2.2 新煙塵排放標準下電除塵器的適應性

中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會曾組織我國電除塵領域的多位專家，就電除塵器對我國煤種的適應性情況進行了分析。其分析結論表明，對燃煤電站而言，電除塵器出口煙塵濃度限值為50mg/m3時，我國約有86%的煤種適用電除塵器；電除塵器出口煙塵濃度限值為30mg/m3時，我國約有74%的煤種適用電除塵器，電除塵器出口煙塵濃度限值為20mg/m3時，我國約有53%的煤種適用電除塵器。

在上述理論分析的基礎上，中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會曾對2002年1月—2010年4月所測試的國內(nèi)175套600MW以上機組配套電除塵器測試結果進行了統(tǒng)計，實測電除塵器的煙塵排放濃度全部達到設計要求。在電除塵器電場數(shù)量基本上為4個、比集塵面積為80～110m2/（m3/s）這一較少電場數(shù)量及較低比集塵面積前提下，電除塵器出口煙塵濃度≤50mg/m3的為83套，占測試項目總數(shù)的47.4%；出口煙塵濃度≤30mg/m3的22套，占測試項目總數(shù)的12.6%；出口煙塵濃度≤20mg/m3的7套，占測試項目總數(shù)的4%[3]。

從電除塵器對我國煤種適應性分析及實測結果來看，常規(guī)電除塵器對于國內(nèi)大部分常用煤種仍具有廣泛的適應性，可以在具備較佳技術經(jīng)濟性的前提下滿足≤30mg/m3甚至更嚴的粉塵排放標準。但同時必須看到，由于我國電廠的燃煤品質(zhì)變化很大，而收塵設備必須滿足使用最難收塵煤種時的排放要求，因此現(xiàn)在許多電廠迫切需要新的煙氣除塵技術來應對當今日益嚴格的排放標準和復雜的燃煤品質(zhì)。

3 燃煤電站各種除塵新技術及其特點

近年來，為適應國內(nèi)燃煤電站煙氣除塵市場需要，國內(nèi)外眾多企業(yè)和科研院所加大了對燃煤電站除塵新技術的研究和開發(fā)力度，取得了較為豐碩的成果，隨著許多除塵新技術的不斷成功應用，不但擴大了原有除塵技術的適應范圍，而且為實現(xiàn)低排放和節(jié)能降耗開辟了許多新的路徑。

3.1 低溫電除塵技術

3.1.1 工作原理

低溫電除塵器的除塵原理與常規(guī)電除塵器相同，區(qū)別于常規(guī)電除塵器的是，低溫電除塵器是通過低溫省煤器（主要采用汽機冷凝水與熱煙氣通過換熱器進行熱交換，使得汽機冷凝水得到額外的熱量，以減小汽機冷凝水回路系統(tǒng)中低壓加熱器的抽汽量），使進入電除塵器的煙氣溫度由常規(guī)狀態(tài)（120℃～160℃）下降到低溫狀態(tài)（90℃～110℃，一般控制在酸露點以上10℃），由于排煙溫度的降低，進入電除塵器的煙氣量減少、煙氣流速降低，粉塵比電阻降低。從而實現(xiàn)余熱利用和提高除塵效率的雙重目的。

3.1.2 技術及應用特點

（1）可提高電除塵器的除塵效率。降低粉塵比電阻，減小煙氣量，進一步提高電除塵器的除塵效率?？膳c高頻電源、旋轉電極式電除塵器等多項技術組合。

（2）可節(jié)省煤耗及廠用電消耗。視降溫幅度大小，平均可節(jié)省電煤消耗1.5～4g/kW·h，排煙溫度每降低10℃，平均可節(jié)約電煤約1g/kW·h，一般3～5年可回收投資成本。

（3）每級低溫省煤器的煙氣壓力損失為300～500Pa。

（4）可靈活布置，低溫省煤器可組合在電除塵器進口封頭內(nèi)，也可獨立布置在電除塵器的前置煙道上。

3.2 旋轉電極式電除塵技術

3.2.1 工作原理

旋轉電極式電除塵器收塵機理與常規(guī)電除塵器相同，由前級固定電極電場（常規(guī)電場）和后級旋轉電極電場組成。旋轉電極電場中陽極部分采用回轉的陽極板和旋轉的清灰刷。附著于回轉陽極板上的粉塵在尚未達到形成反電暈的厚度時，就被布置在非電場區(qū)的旋轉清灰刷徹底清除，因此不會產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象并可最大限度地減少二次揚塵，增加粉塵驅進速度，大幅提高電除塵器的除塵效率，降低排放濃度，同時降低對煤種變化的敏感性。

3.2.2 技術及應用特點

（1）保持陽極板永久清潔，避免反電暈，有效解決高比電阻粉塵收塵難的問題。

（2）最大限度減少二次揚塵，顯著降低電除塵器出口煙塵濃度。

（3）減少煤、飛灰成分對除塵性能影響的敏感性，增加電除塵器對不同煤種的適應性，特別是高比電阻粉塵、黏性粉塵，應用范圍比常規(guī)電除塵器更廣。

（4）可使電除塵器小型化，占地少。

（5）特別適合于老機組電除塵器改造，在很多場合，只需將末電場改成旋轉電極電場，不需另占場地。

（6）與布袋除塵器相比，阻力損失小，維護費用低，對煙氣溫度和煙氣性質(zhì)不敏感，并且有著較好的性價比。

（7）在保證相同性能的前提下，與常規(guī)電除塵器相比，一次投資費用略高、運行費用較低、維護成本幾乎相同。從整個生命周期看，旋轉電極式電除塵技術器具有較好的經(jīng)濟性。

（8）對設備的制造、安裝工藝要求較高。

鑒于旋轉電極式電除塵器的上述技術特點，旋轉電極電場（同極間距460mm）的驅進速度可達常規(guī)末電場（同極間距400mm）的2～2.5倍，最高可達3倍，末電場除塵效率可以由常規(guī)電場的50%～70%提高到70%～90%。因此，1個旋轉電極電場的使用效果相當于2個常規(guī)電場的使用效果。

3.3 煙塵預荷電微顆粒收集技術

3.3.1 工作原理

煙塵預荷電微顆粒收集技術，在含塵氣體進入除塵器前，先對其進行分列荷電處理，使相鄰兩列的煙塵分別帶上正、負不同極性的電荷，然后，通過擾流裝置的擾流作用，使帶異性電荷的不同粒徑粉塵產(chǎn)生速度或方向差異而有效凝聚，形成大顆粒后進入除塵設備。

3.3.2 技術及應用特點

（1）減少煙塵總質(zhì)量排放，有效提高電除塵器除塵效率。

（2）顯著減少PM2.5的排放，改善大氣能見度，提高空氣質(zhì)量。

（3）減少汞、砷等有毒元素的排放。

（4）壓力損失小于250Pa。

3.4 高頻高壓電源技術

3.4.1 工作原理

電源作為電除塵器的核心設備，對電除塵的除塵效率、運行能耗等關鍵性能起著關鍵性作用，約占設備總投資的25%。高頻電源是把三相工頻電源經(jīng)三相整流成直流，經(jīng)逆變電路逆變成幾十千赫茲以上的高頻交流電流，然后通過高頻變壓器升壓，經(jīng)高頻整流器進行整流濾波，直流輸出至電場。

高頻電源主要包括三個部分：逆變器、變壓器、控制器。

高頻電源的供電電流由一系列窄脈沖構成，其脈沖幅度、寬度及頻率均可以調(diào)整。這就意味著可以給電除塵器提供從純直流到窄脈沖的各種電壓波形，因而可以根據(jù)電除塵器的工況，提供最佳電壓波形，達到節(jié)能減排的效果。

3.4.2 技術及應用特點

（1）與工頻電源相比，高頻電源可增大電場電暈功率，提高電場內(nèi)粉塵的荷電效果，可以在臨近電除塵器的擊穿電壓下穩(wěn)定工作，使電場內(nèi)的平均電壓比工頻電源供給的電壓提高25%～30%。高頻電源一般可應用于電除塵器的前電場，煙塵排放降低10%～20%。

（2）高頻電源工作在脈沖方式時，其脈沖寬度在幾百微秒到幾毫秒之間，在較窄的高壓脈沖作用下，可以有效提高脈沖峰值電壓，增加粉塵荷電量，克服反電暈，增加粉塵驅進速度，提高電除塵器的除塵效率并大幅度節(jié)能。

（3）高頻電源功率因數(shù)達0.9以上，高于常規(guī)工頻電源。與常規(guī)工頻電源相比，高頻電源無功損耗相對較小。

（4）控制方式靈活，高頻電源可在幾十微秒內(nèi)關斷輸出，使火花熄滅，5～15ms左右恢復全功率供電。

（5）體積小，重量輕，控制柜和變壓器一體化，可降低電纜費用。由于不再設置獨立的高壓控制柜，可減少控制室基建費用。

3.5 濕式電除塵技術

3.5.1 工作原理

金屬放電線在直流高電壓的作用下，將其周圍氣體電離，使粉塵或霧滴粒子表面荷電，荷電粒子在電場力的作用下向收塵極運動，并沉積在收塵極上，水流從集塵板頂端流下，在集塵板上形成一層均勻穩(wěn)定的水膜，將板上的顆粒帶走。因此，濕式電除塵器與常規(guī)電除塵器的除塵原理相同，都要經(jīng)歷荷電、收集和清灰三個階段。然而，與常規(guī)電除塵器清灰不同的是，濕式電除塵器采用液體沖刷集塵極表面來進行清灰。

3.5.2 技術及應用特點

（1）有效收集微細顆粒物（PM2.5粉塵及SO3氣溶膠）、重金屬（汞Hg、砷As、硒Se、鉛Pb、鉻Cr）等。煙塵排放可達10mg/m3甚至5mg/m3以下。

（2）收塵性能與粉塵特性無關，對黏性大或高比電阻粉塵也能有效收集，同時也適用于處理高溫、高濕的煙氣。

（3）沒有如錘擊設備等的運動部件，可靠性較高。

（4）進入WESP電場的煙氣溫度需降低到飽和溫度以下。

（5）在高粉塵或高SOx濃度的煙氣條件下，不宜采用。

（6）需要設置廢水處理設備及采用很好的防腐措施。

3.6 電-袋復合除塵技術

3.6.1 工作原理

電-袋復合除塵器，是一種有機集成靜電除塵和過濾除塵兩種除塵機理的除塵器。前面的收塵室為電除塵方式，后面為袋除塵方式，可以保證最大的除塵效率，用于老電除塵器改造時有其獨特的優(yōu)點。

3.6.2 技術及應用特點

（1）除塵效率高，對粉塵特性不敏感，不受粉塵比電阻的影響，但對煙氣溫度、煙氣成分較敏感。

（2）需要管理兩套除塵系統(tǒng)。

（3）本體阻力低于袋式除塵器但遠高于電除塵器，運行費用較高。

（4）濾袋的使用壽命及換袋成本仍是電-袋復合除塵器的一個重要問題。目前舊濾袋的資源化利用率較小。

3.7 除塵新技術的綜合性比較

上述各除塵新技術的綜合性比較如下表所示。

除塵新技術的綜合性比較表

由于每種新技術都有其特定的使用條件和增效范圍，因此具體采用何種技術可根據(jù)電廠的現(xiàn)有除塵設施情況、場地條件及排放要求來確定。

4 新標準下燃煤電站煙氣除塵技術的應用前景及發(fā)展趨勢

4.1 煙氣除塵裝備的市場規(guī)模分析

截至2011年年底，全國600MW及以上的火電機組占火電總裝機比重已達到76.78%，即600MW及以上的火電機組總裝機量達到了5.878億kW，300MW以下的火電機組總裝機量為1.778億kW。據(jù)統(tǒng)計，2011年年底全國現(xiàn)役100萬kW超超臨界火電機組達40臺，現(xiàn)役60萬kW級機組共計913臺，其他機組可估算為30萬kW級的機組為593臺。

《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223-2011）的實施，預計燃煤電站約75%的300MW以下機組、50%的600MW機組及20%的1000MW超超臨界機組的除塵設備將需要提效改造。目前國內(nèi)對老機組的改造方法包括本體改造、旋轉電極式電除塵改造、電源更換、煙氣調(diào)質(zhì)和電袋改造等。按目前市場燃煤機組除塵設備的改造費用，保守估計，以300MW機組、600MW機組和1000MW機組除塵設備的平均改造費用分別約為1500萬元、2200萬元、3000萬元計，則近4年間每年的老機組改造市場規(guī)模約為43億元。

根據(jù)中電聯(lián)的《電力行業(yè)“十二五”規(guī)劃》，到2015年我國火電裝機容量將達9.33億kW，則今后4年期間，我國火電裝機容量增長量為1.674億kW，折算成600MW機組約為280臺，即每年有70臺套的新建火電機組，按現(xiàn)有除塵設備在市場上的平均價格估算，則年均新建機組配套除塵設備的市場規(guī)模大約為30億元[4]。

根據(jù)以上的分析，近期國內(nèi)每年的除塵市場規(guī)模（改造及新建項目市場規(guī)模之和）估算為73億元左右。根據(jù)近期電廠的招投標情況來看，老機組改造中按電除塵器和電-袋除復合塵器市場份額約為60%和30%，新建機組中按電除塵器和電-袋復合除塵器市場份額分別約為80%和15%。在電除塵器中，旋轉極板式電除塵器又約占25%的市場份額。據(jù)此估算，我國燃煤電站電除塵器年均市場規(guī)模約為49.8億元，電-袋復合除塵器的年均市場規(guī)模約為17.4億元，旋轉極板式電除塵器的年均市場規(guī)模約為12億元。

另外，我國是全球最大的電除塵器生產(chǎn)國和使用國，電除塵器在國際市場上也具有較強的市場競爭力。近幾年隨著印度、越南、土耳其、巴西等新興工業(yè)國家電力建設的大發(fā)展，電除塵器、電-袋復合除塵器的出口發(fā)展勢頭迅猛。據(jù)統(tǒng)計，2011年，我國電除塵行業(yè)出口額超過25億元，未來幾年，我國除塵設備在國外市場的年均市場規(guī)模預計為30億～50億元。

4.2 煙氣除塵技術的市場發(fā)展趨勢

目前，浙江菲達、福建龍凈等一批燃煤電站除塵行業(yè)骨干企業(yè)，致力于推廣如旋轉電極式電除塵器、高頻電源、煙塵預荷電微顆粒收集裝置、低溫電除塵器、濕式電除塵器等高效除塵新技術。上述新技術中應用較多的為旋轉電極式電除塵器、高頻電源及電-袋復合除塵器：1）旋轉電極式電除塵器和高頻電源現(xiàn)已擁有電力部門較多的應用業(yè)績，并顯示出高效的除塵效果，我國電除塵行業(yè)對這些新技術也給予了極大的關注；2）電-袋復合除塵器因對粉塵特性不敏感，不受粉塵比電阻的影響而具較高的除塵效率，近幾年在我國得到了快速的發(fā)展。

根據(jù)上述各項新技術的特點，結合我國國情，可以預見，今后我國燃煤電站的各項除塵技術中，以旋轉電極式電除塵技術為核心的電除塵技術和以電-袋復合除塵技術為核心的袋式除塵技術將得到更多、更為廣泛的應用。另外，隨著節(jié)能減排及在微細顆粒物控制方面認識和實踐的不斷深入，高頻電源、煙塵預荷電微顆粒收集裝置等與現(xiàn)有除塵設備的集成技術也將不斷得到應用。

[1] 中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會.我國電除塵行業(yè)2011年發(fā)展綜述[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2012，（7）： 1-7.

[2] 酈建國，劉云. 中國煤種成分對電除塵器性能影響分析及電除塵器適應性評價[J].科技導報，2010，28（7）：104-107.

[3] 中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會. 燃煤電站電除塵器選型設計指導書[Z].2010，4.

[4] 中國電力聯(lián)合會. 電力行業(yè)“十二五”規(guī)劃[Z]. 2011.

China Development Report on Pollution Control Industry of Motor Vehicle in 2011

(Electrical Precipitation Committee of CAEPI, Beijing 100037, China)

X701

A

1006-5377（2012）09-0038-05