適應(yīng)低排放的電除塵技術(shù)探討

王劍波

(浙江菲達(dá)環(huán)保科技股份有限公司，浙江諸暨 311800)

適應(yīng)低排放的電除塵技術(shù)探討

王劍波

(浙江菲達(dá)環(huán)保科技股份有限公司，浙江諸暨 311800)

針對高標(biāo)準(zhǔn)的排放要求以及將進(jìn)一步提高的排放標(biāo)準(zhǔn)，對電除塵器是否能滿足目前的排放標(biāo)準(zhǔn)和低排放要求進(jìn)行了研究。通過對國內(nèi)110個機(jī)組配套電除塵器實際應(yīng)用情況調(diào)查和國外燃煤機(jī)組電除塵器應(yīng)用分析，客觀地評價了電除塵器對國內(nèi)煤種的適應(yīng)性，指出移動電極式電除塵器、雙極異距電流體微粒聚合器、煙氣調(diào)質(zhì)、濕式電除塵器、低低溫電除塵器等新技術(shù)的發(fā)展和綜合應(yīng)用是滿足30mg/m3低排放標(biāo)要求的最佳選擇。

電除塵器;適應(yīng)性;低排放;除塵性能;比集塵面積;新技術(shù)

電除塵器已經(jīng)有100多年的發(fā)展歷史，因具有除塵效率高、適應(yīng)范圍廣、運(yùn)行費(fèi)用低、可靠性高、使用方便且無二次污染等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，一直是工業(yè)煙塵治理領(lǐng)域、特別是燃煤鍋爐除塵設(shè)備的首選。目前，國家已經(jīng)出臺更為嚴(yán)格的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)，《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)已將最高排放標(biāo)準(zhǔn)由原來的50mg/m3提高到30mg/m3，這給電除塵器技術(shù)帶來了挑戰(zhàn)，也帶來了機(jī)遇。對電廠來說，由于一般配套安裝有具有一定除塵效率的濕法脫硫設(shè)備，所以電除塵器出口粉塵濃度至少要達(dá)到50mg/m3以下才能滿足新標(biāo)準(zhǔn)。但是由于我國電煤資源緊缺，大多數(shù)電廠的煤種多變、混燒劣質(zhì)煤情況突出，在極端情況下甚至出現(xiàn)電除塵器性能不達(dá)標(biāo)，此外粉塵的高比電阻、二次揚(yáng)塵及微細(xì)粉塵在很大程度上影響了電除塵器的除塵效率，也是目前常規(guī)電除塵器面臨的主要技術(shù)瓶頸。

1 低排放下國內(nèi)外電除塵器應(yīng)用情況

1.1 國內(nèi)低排放電除塵應(yīng)用情況的調(diào)查結(jié)果

2004-01-01，火電廠開始執(zhí)行《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2003)，最高排放標(biāo)準(zhǔn)為50mg/m3。大多數(shù)電廠考慮到濕法脫硫裝置有50%左右的除塵效率，所以新建的電除塵器出口粉塵排放濃度多在80～100mg/m3之間，也有部分電廠對電除塵器提出了50mg/m3的要求。

在BMCR工況下，對國內(nèi)110個機(jī)組配套電除塵器進(jìn)行了測試，其統(tǒng)計分析結(jié)果見表1和表2。其中，1000MW機(jī)組14個、600MW機(jī)組55個、300MW機(jī)組35個，200MW機(jī)組6個。在110個機(jī)組配套電除塵器中，3電場電除塵器為2臺，出口排放均小于50mg/m3;4電場電除塵器為90臺，出口排放小于50mg/m3的有59臺;5電場電除塵器為18臺，出口排放小于50mg/m3的有10臺。在測試電除塵器中，出口粉塵排放≤30mg/m3的電除塵器有24臺，占電除塵器總量的21.8%;出口粉塵排放30～50mg/m3的電除塵器有46臺，占電除塵器總量的41.8%;出口粉塵排放為50～100mg/m3的電除塵器有27臺，占電除塵器總量的24.6%;出口粉塵排放＞100mg/m3的電除塵器有13臺，占電除塵器總量的11.8%。

表1 出口排放低于30mg/m3電除塵器統(tǒng)計

表2 電除塵器設(shè)計比集塵面積統(tǒng)計

從以上分析可以看出，低排放、高效率的電除塵器設(shè)計比集塵面積以80～110m2(m3/s)的范圍居多;在電除塵器的電場數(shù)量基本上為4個、設(shè)計比集塵面積＜110m2/(m3/s)的情況下，出口粉塵濃度≤50mg/m3的電除塵器數(shù)量占總量的63.6%，其中出口粉塵排放≤30mg/m3的電除塵器占21.8%。這說明電除塵器能夠做到低排放、高效率的要求，多數(shù)的煤種對電除塵器的適應(yīng)性較好，在適當(dāng)增加電場數(shù)量和設(shè)計比集塵面積的情況下，達(dá)到30mg/m3甚至更低的排放是完全可以實現(xiàn)的［1］。

1.2 低排放下國外燃煤機(jī)組電除塵器應(yīng)用情況

國外的電除塵器技術(shù)一直在不斷改進(jìn)，以減少能耗、增加其可靠性、滿足法規(guī)要求的低排放標(biāo)準(zhǔn)。電除塵器在國際上依然是燃煤電廠煙氣除塵最主要的設(shè)備，低排放下部分發(fā)達(dá)國家燃煤電廠電除塵器應(yīng)用情況見表3。在日本，極大部分地方政府制定的標(biāo)準(zhǔn)均低于20mg/m3。

表3 低排放下國外燃煤電廠電除塵器應(yīng)用

從表3可以看出，歐、美、日等發(fā)達(dá)國家執(zhí)行了比中國更為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，而電除塵器仍被廣泛地使用。在德國和日本，電除塵器的占有率具有絕對壓倒性優(yōu)勢，特別是日本，燃煤電站幾乎全部采用了電除塵器。日本燃煤電站電除塵器主要是通過兩大技術(shù)來達(dá)到低排放:一是低低溫電除塵技術(shù)。日本燃煤電廠在20世紀(jì)90年代就開發(fā)了低低溫電除塵技術(shù)，其基本原理是將通過將電除塵器的煙氣溫度從130℃左右降低到90℃左右，以大幅度降低粉塵的比電阻，使得電除塵器的除塵效率得到顯著提高。低低溫電除塵技術(shù)相對于常規(guī)電除塵器所增加的成本非常低，而電除塵器的除塵效率增加明顯，一般均可以到達(dá)到小于30mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)，其在與濕法脫硫系統(tǒng)配套使用時，甚至可以小于10mg/m3。這種方法在日本已得到較多的應(yīng)用，現(xiàn)在幾乎成了日本燃煤電廠一種標(biāo)準(zhǔn)的除塵系統(tǒng)配置方式;二是移動電極式電除塵器的應(yīng)用，通過在電除塵器的末電場設(shè)置移動式收塵極板，克服高比電阻粉塵的反電暈，最大限度地減少了粉塵的二次飛揚(yáng)，從而保證了更低濃度的粉塵排放［2］。

發(fā)達(dá)國家燃煤條件較好，熱值高、灰分低，燃用煤種穩(wěn)定，對應(yīng)用電除塵器比較有利。但是值得注意的是，近年印度、越南等發(fā)展中國家燃煤電廠也大都采用電除塵器。在印度，由于其大部分煤種具有高灰分、低熱值、低硫、低Na2O、高比電阻等特點(diǎn)，電除塵器對粉塵的收集比較困難，但近年新建的大量600MW及以上機(jī)組燃煤電廠，大部分采用7～10個電場、比集塵面積高達(dá)250m2/(m3/s)的電除塵器以達(dá)到50mg/m3的排放要求［3］?？梢?，電除塵器有著許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)為各國所認(rèn)知。

2 常規(guī)干式電除塵器技術(shù)瓶頸及面臨挑戰(zhàn)

2.1 存在的技術(shù)瓶頸

在我國工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最多的是常規(guī)干式電除塵器。粉塵的高比電阻、二次揚(yáng)塵及微細(xì)粉塵在很大程度上影響了電除塵器的除塵效率，也是目前常規(guī)電除塵器面臨的主要技術(shù)瓶頸。

常規(guī)電除塵器對高比電阻粉塵除塵效率低。高比電阻粉塵容易引起反電暈，使電除塵器收塵性能大幅下降。在工業(yè)領(lǐng)域普遍存在以下情況:燃煤電廠鍋爐燃用煤種復(fù)雜多變，對于一些除塵性能差的煤種(如準(zhǔn)格爾煤)，常規(guī)電除塵器對其除塵效率低下;許多經(jīng)干法脫硫后的煙塵性質(zhì)發(fā)生變化也給常規(guī)電除塵器帶來了新的難題;使用低硫煤或循環(huán)流化床鍋爐帶來的飛灰比電阻普遍增高，使得電除塵效率下降問題日益突出。

另外，二次揚(yáng)塵引起電除塵器出口粉塵排放濃度增加。常規(guī)干式電除塵器通過振打、聲波等清灰方式來清理集塵極上的粉塵，在清灰過程中，有一部分已被收集到的粉塵會重新返回到氣流，最終逸出電除塵器，致使粉塵排放濃度增加。有研究表明，在常規(guī)干式電除塵器出口的粉塵中，約有20%是由清灰過程中的二次揚(yáng)塵造成的［4］。

常規(guī)干式電除塵器對微細(xì)粉塵的除塵效率低。PM2.5的粉塵粒徑小、質(zhì)量輕，因此常規(guī)干式電除塵器對其荷電不充分，且在振打時易造成二次揚(yáng)塵，故除塵效率低下，有時＜90%。

2.2 面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇

(1)技術(shù)瓶頸的存在。常規(guī)干式電除塵器無法完全避免存在的三個瓶頸，但可通過技術(shù)改進(jìn)使之最小化。因此，尋找常規(guī)電除塵器技術(shù)瓶頸的突破點(diǎn)，對提高電除塵器除塵效率、滿足粉塵排放要求及繼續(xù)保持和增強(qiáng)電除塵技術(shù)的優(yōu)勢是極其必要的。

(2)日益提高的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)。隨著人們環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)以及國家對環(huán)保事業(yè)的日益重視，大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)也日益提高。我國原國家標(biāo)準(zhǔn)要求粉塵排放限值為50mg/m3，目前，國家已出臺更高的排放標(biāo)準(zhǔn)，《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)中排放限值已提高到30mg/m3，這給電除塵器技術(shù)帶來了挑戰(zhàn)。

(3)國內(nèi)電廠燃用煤種多變。目前，很多火電廠使用的燃煤在不斷變化，與設(shè)計煤種存在很大偏差，從而可能使電除塵器性能不能滿足要求。

(4)燃煤灰分大。我國許多燃煤的灰分大，相對增加了粉塵排放，也構(gòu)成了電除塵器的挑戰(zhàn)。

綜上所述，從國際和國內(nèi)電除塵器運(yùn)行情況來看，30mg/m3或者更高的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)給電除塵技術(shù)帶來了挑戰(zhàn)，更是帶來了機(jī)遇，其必將帶來我國電除塵技術(shù)的又一次技術(shù)飛越。

3 電除塵新技術(shù)

目前，電除塵器新技術(shù)都是圍繞著如何解決微細(xì)粉塵的收集、減少二次揚(yáng)塵的發(fā)生、克服高比電阻的影響等這種嚴(yán)重制約粉塵低排放的突出問題展開的，要滿足低排放要求，大力發(fā)展和綜合應(yīng)用電除塵新技術(shù)才是治本的關(guān)鍵，也是最佳的現(xiàn)實選擇。

3.1 移動電極式電除塵器

移動電極式電除塵器是一種新型電除塵器，由前級常規(guī)電場和后級旋轉(zhuǎn)電極電場組成。旋轉(zhuǎn)電極電場中陽極部分采用可移動的收塵極板和可旋轉(zhuǎn)的的清灰刷，陰極部分采用與常規(guī)電除塵器相同的陰極系統(tǒng)。附著于移動收塵極板上的粉塵在尚未達(dá)到形成反電暈的厚度時，就隨移動極板運(yùn)行至沒有煙氣流通的灰斗內(nèi)，被旋轉(zhuǎn)的清灰刷徹底清除。由于清灰在無煙氣流通的灰斗內(nèi)進(jìn)行，從而消除了因振打清灰造成的二次揚(yáng)塵。這種新型電場的應(yīng)用不僅可以降低電除塵器出口粉塵濃度，而且可以使出口粉塵濃度保持穩(wěn)定，不會出現(xiàn)類似常規(guī)電除塵器出口粉塵濃度周期性波動的情況。但該技術(shù)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，對制造、安裝工藝及維護(hù)要求較高。

3.2 雙極異距電流體微粒聚合器

雙極異距電流體微粒聚合器的原理:含塵氣體進(jìn)入除塵器前，先對其進(jìn)行分列荷電處理，使相鄰兩列的煙氣粉塵帶上正、負(fù)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有效凝聚，形成大顆粒后進(jìn)入除塵設(shè)備。但聚合器的安裝需要一定長度的進(jìn)口煙道，故其使用受到一定限制;提效又受除塵設(shè)備出口排放和粉塵粒徑影響，不適用收集磨琢性強(qiáng)的粉塵。

3.3 煙氣調(diào)質(zhì)

煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)是通過調(diào)整煙氣或煙氣粉塵的組分及一些物理特性，從而降低粉塵比電阻值或改變粉塵的物理化學(xué)特性，提高電除塵效率的裝置。目前主要有水調(diào)質(zhì)、SO3調(diào)質(zhì)、NH3調(diào)質(zhì)、SO3+NH3雙重調(diào)質(zhì)、Na2CO3調(diào)質(zhì)等，其中SO3調(diào)質(zhì)是燃煤鍋爐應(yīng)用最廣泛、最成熟可靠技術(shù)，它可提高表面導(dǎo)電性，降低粉塵比電阻值。但要注意不是所有的工況都適合使用煙氣調(diào)質(zhì)，也會受煙氣條件和粉塵性質(zhì)的影響和制約，其對煤種、煙氣條件的適應(yīng)性往往需經(jīng)過理論分析后，再經(jīng)試驗來確定。

3.4 濕式電除塵器

濕式電除塵器的工作原理是:金屬放電線在直流高電壓的作用下，將其周圍氣體電離，粉塵在電場中荷電并在電場力的作用下向集塵極運(yùn)動，當(dāng)運(yùn)動到集塵極表面時，隨液體膜流下而被除去。WESP電除塵過程的三個階段與干式ESP相同——荷電、收集、清灰，而與振打清灰不同的是，WESP采用的是液體沖洗集塵極表面清灰，同時粉塵形成泥漿而排出去。但該技術(shù)初始投入成本較高、耗水量大、污水需要處理、在高粉塵濃度或高NOx濃度的煙氣條件下，不宜采用濕式電除塵器［5］。

3.5 低低溫電除塵器

通過GGH換熱器降溫，ESP的運(yùn)行溫度降到約為90～100℃左右時，對任何灰質(zhì)的粉塵，比電阻都在反電暈臨界值以內(nèi)，不會反生反電暈。另外，煙氣溫度降低，粉塵比電阻降低，煙氣量減小，在電除塵器規(guī)模尺寸不變的情況下，煙氣通過電場的流速降低，停留時間增加，比集塵面積增加，除塵性能顯著提高。因此，采用普通干式電除塵技術(shù)就可以使粉塵排放濃度降至30mg/m3以下，日本電站燃煤鍋爐采用低低溫電除塵器，可以達(dá)到極低的粉塵排放。另一方面由于煙氣溫度降低，SO3會霧化而吸附于粉塵上被帶走，因此雖然ESP運(yùn)行在酸露點(diǎn)以下，但仍不會被結(jié)露腐蝕。但采用低低溫電除塵技術(shù)，需要解決以下兩個問題:一是由于粉塵的比電阻降低，粉塵粘結(jié)力減小，為了防止二次揚(yáng)塵，需要從振打方式和極板結(jié)構(gòu)方面采取改進(jìn)措施;二是含高濃度粉塵的原煙氣通過GGH需要采取相適應(yīng)的GGH結(jié)構(gòu)和清灰方式，日本布置于低低溫ESP之前的GGH，采用鋼球噴射清灰［6］。

3.6 電除塵器電源新技術(shù)

電除塵器電源的新技術(shù)為電除塵技術(shù)提供了新的動力，為電除塵效率的提高及保證出口粉塵排放濃度≤30mg/m3提供了技術(shù)支持，其中高頻電源、三相電源等的應(yīng)用取得較好的效果，但電除塵效率的保證，必須是比集塵面積足夠大，并具有優(yōu)良的本體機(jī)械結(jié)構(gòu)，所有的電源技術(shù)在本體基礎(chǔ)上才能發(fā)揮電源應(yīng)有的作用。

高頻電源輸出到電除塵器的電壓幾乎是平穩(wěn)的純直流，從而帶來了常規(guī)反并聯(lián)可控硅調(diào)壓電源所不具備的優(yōu)點(diǎn)。高頻電源純直流供電時，輸出電壓紋波通常小于5%，遠(yuǎn)小于工頻電源35%～45%的紋波百分比，高頻電源運(yùn)行平均電壓為工頻電源的1.3倍，可以有效地增強(qiáng)電場粉塵的荷電效果，提高電除塵器的收塵效率。

三相電源是由三對反并聯(lián)可控硅進(jìn)行調(diào)壓，與常規(guī)單相電源相比，它輸出到電除塵器的電壓波形更平直，不存在波形畸變，在實際應(yīng)用在電除塵器第一電場，可提高工作電壓和工作電流，從而有效提高粉塵荷電能力，提高除塵效率。

4 結(jié)語

(1)電除塵器是能同時達(dá)到低排放、高效率和低能耗的除塵設(shè)備，在發(fā)達(dá)國家燃煤電廠應(yīng)用普遍，出口粉塵排放濃度普遍低于30mg/m3，我國燃煤電廠已投運(yùn)大型機(jī)組配套電除塵器也有大量低于30mg/m3的實際案例。因此，在適當(dāng)增加電場數(shù)量和設(shè)計比集塵面積情況下，電除塵器達(dá)到30mg/m3甚至更低的排放是完全可以實現(xiàn)的。

(2)目前圍繞著滿足低排放的要求，多種電除塵本體新技術(shù)的開發(fā)和研究方興未艾，許多新技術(shù)的應(yīng)用取得很好的效果，特別是移動電極式電除塵器、煙氣調(diào)質(zhì)等新技術(shù)的推廣應(yīng)用，以及低低溫電除塵、濕式電除塵、粉塵凝聚等新技術(shù)的研究開發(fā)為電除塵器實現(xiàn)30mg/m3低排放進(jìn)一步創(chuàng)造了有利條件，電除塵的技術(shù)創(chuàng)新仍然大有可為。

(3)電除塵器在中國電力行業(yè)的應(yīng)用已有30年，電廠用戶已經(jīng)普遍掌握并熟悉了電除塵器的操作、維護(hù)技術(shù)，對電除塵器的可靠性和長壽命有了較多的信賴，具備優(yōu)越的市場接受性和應(yīng)用前景。

［1］朱建波，酈建國，劉 云.低排放下電除塵器的適應(yīng)性研究［C］.2009全國燃煤電廠除塵技術(shù)論壇.廈門:2009.

［2］Avinash Chandra.Enhancement of collection efficiencies of electrostatic precipitators:Indian experiments［C］.Electrostatic Precipitation of The 11th International Conference on Electrostatic Precipitation，Hangzhou:2008.

［3］Toshiaki Misaka，Yoshihiko，Mochizuki，Recent application and running cost of moving electrode type electrostatic precipitator［C］.Electrostatic Precipitation of The 11th International Conference on Electrostatic Precipitation，Hangzhou:2008.

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［5］Michael R B.Wet ESP for the collection of submicron particles，mist and air toxics［C］.Electrostatic Precipitation of The 11th International Conference on Electrostatic Precipitation，Hangzhou:2008.

［6］姜雨澤，宋榮杰.火電廠除塵技術(shù)的發(fā)展動態(tài)研究［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2008，38(8):59－64.

Discussion on electrostatic precipitation technology for low dust emission

Focused on the high emission standard as well as it will be enhanced further，the research of if ESP meet the present dust emission standard or the dust emission standard to be enhanced is studied.Based on research of 110 units ESP applied in our country and analysis of application fact of ESP in foreign countries，the adaptability of China＇s coal for ESP is objectively evaluated.It indicats that the development and comprehensive application of the Travelling electrode ESP，Bipolar unequal electrofluid particle polymerizer，flue gas conditioning，wet ESP and LLW temperature ESP new technologies are the best choice for technical solution of ESP to meet the dust emission standard of 30mg/m3.

Electrostatic Precipitator(ESP);adaptability;low emission;dust collection performance;specific collection area;new technology

X701.2

B

1674－8069(2012)01－023－04

2011-09-10;

2011-12-30

王劍波(1961-)，男，浙江諸暨人，高級工程師，主要從事電除塵技術(shù)研究及電除塵器設(shè)計、市場營銷。E－mail:wangjbfd @126.com