燃煤電廠煙氣除塵技術(shù)介紹

啜廣毅，王力騰，沈繼平

（中國大唐集團科技工程有限公司，北京 100097）

1 燃煤電廠鍋爐煙氣除塵技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

20世紀(jì)80、90年代，我國燃煤電廠的鍋爐煙氣除塵項目，大多采用靜電除塵技術(shù)，對滿足當(dāng)時的排放要求起了重要作用。進(jìn)入21世紀(jì)后，國家加大了對大氣污染治理的力度，嚴(yán)格了排放標(biāo)準(zhǔn)，煙塵排放濃度要求低于50mg/Nm3。由于燃煤電廠原來采用的三電場電除塵器無法達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求，許多燃煤電廠開始采用四電場除塵器，有的甚至采用了五電場除塵器，但仍然難以做到達(dá)標(biāo)排放。

2001年，豐泰發(fā)電廠采用了德國魯奇旋轉(zhuǎn)噴吹脈沖袋式除塵技術(shù)，應(yīng)用成功后，袋式除塵器開始在燃煤電廠得到大力推廣和應(yīng)用。不僅新建電廠廣泛采用，而且原使用電除塵器的燃煤電廠也將電除塵器逐步改造或替換為袋除塵器，實現(xiàn)了節(jié)能減排的要求。

盡管袋式除塵器目前已成為燃煤電廠鍋爐煙氣除塵可確保其達(dá)標(biāo)排放的理想設(shè)備，但仍有一些電廠對應(yīng)用袋除塵器不放心，希望有一種除塵器既能如袋除塵器那樣達(dá)標(biāo)排放，又要能如電除塵器那樣安全可靠，這樣，電袋組合式除塵器就應(yīng)運而生了。

近年來，為了提高靜電除塵器的技術(shù)性能，有關(guān)設(shè)計研究單位一直在不斷研發(fā)一些新技術(shù)，如轉(zhuǎn)動極板、高頻電源、煙氣調(diào)質(zhì)、粉塵凝聚等，都在陸續(xù)開始應(yīng)用，但均尚未取得滿意的效果，需要進(jìn)一步完善和改進(jìn)。

2 袋式除塵技術(shù)

袋式除塵器具有除塵效率高、運行穩(wěn)定、不受煙塵性質(zhì)及工況條件波動影響的特點，因而適合燃燒不同煤種的鍋爐煙氣除塵。袋式除塵器出口排放濃度低，一般可實現(xiàn)20mg/Nm3以下甚至更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。20世紀(jì)80、90年代袋式除塵器就在建材、冶金、機械、化工等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。通過不斷引進(jìn)和創(chuàng)新，袋式除塵技術(shù)發(fā)展很快，到20世紀(jì)末，我國的袋式除塵技術(shù)就已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。進(jìn)入21世紀(jì)，袋式除塵器開始在電力行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。目前，袋式除塵技術(shù)已成為燃煤電廠鍋爐煙氣除塵的主流技術(shù)。

2.1 袋式除塵器的除塵機理

2.1.1 過濾機理

袋式除塵器的過濾機理是含塵氣體中粉塵的慣性碰撞、重力沉降、擴散、攔截和靜電效應(yīng)等作用結(jié)果（如圖1所示）。

布袋過濾捕集粉塵，是利用濾料的表面過濾和內(nèi)部深層過濾，濾袋投運初期就會在濾料表面形成的粉塵初層，進(jìn)一步提高了濾袋的過濾效率。

圖1 濾袋的過濾機理

2.1.2 清灰機理

隨著除塵器的運行，濾袋表面的粉塵積聚使其阻力達(dá)到設(shè)定值時，電控系統(tǒng)即發(fā)出指令，清灰機構(gòu)將粉塵從濾袋表面上清除下來，使除塵器保持過濾與清灰連續(xù)不斷地穩(wěn)定工作。實現(xiàn)其剝離清灰的方式很多，但都是應(yīng)用濾袋抖動使粉塵剝離的機理而達(dá)到良好的清灰效果。

實現(xiàn)濾袋抖動清灰的動力傳遞方式，主要為利用壓縮氣體脈沖噴吹、潔凈煙氣反吹和機械振動等方式。目前燃煤電廠應(yīng)用最多的為脈沖清灰方式（如圖2所示）。

圖2 濾袋的清灰機理

2.2 濾袋

濾袋是袋式除塵器能否長期安全可靠、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵部件，因此在選用濾袋時，要充分考慮使用條件，并根據(jù)燃煤電廠燃燒各種煤質(zhì)的煙氣特性，選擇適合的濾料，保證濾袋具有耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、耐折、耐磨、壽命長的優(yōu)異性能。常用的濾料有PPS/PPS、PPS/PTFE、PPS+P84/PPS、PPS+PTFE/PTFE等，表面為超細(xì)纖維的針刺氈濾料，經(jīng)燒毛、軋光和PTFE乳液浸漬處理，其綜合性能完全適合燃煤電廠各種煙氣特性要求。

2.3 袋式除塵器的優(yōu)點

（1）過濾效率高，可達(dá)99.99%以上。排放濃度一般均在20mg/Nm3以下（這是由袋式除塵器過濾機理決定的，只要濾袋不壞、焊縫不漏氣，就可以實現(xiàn)接近零排放）。

（2）除塵效率不受工況條件波動的影響，對PM2.5以下的微細(xì)粉塵及重金屬汞的捕集率均很高，可確保其達(dá)到嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）清灰效果好，運行阻力低，運行阻力在1000Pa以下。

（4）運行穩(wěn)定，安全可靠。

（5）設(shè)備故障率低，檢修維護(hù)簡便。

（6）操作運行自動化程度高，可實現(xiàn)無人值守。

（7）脈沖閥性能優(yōu)越，膜片壽命100萬次以上。

（8）濾袋壽命長，一般為3～4年。

2.4 燃煤電廠常用的脈沖類袋式除塵器

2.4.1 旋轉(zhuǎn)噴吹脈沖袋式除塵器

旋轉(zhuǎn)噴吹脈沖袋式除塵器是引進(jìn)德國魯奇公司的先進(jìn)技術(shù)，該除塵器已在包括我國在內(nèi)的世界許多國家的大中型電廠得到了廣泛應(yīng)用，是一項非常成熟可靠的世界先進(jìn)技術(shù)。其技術(shù)特點主要有：

（1）大型袋束機構(gòu)，一個袋束的過濾面積可達(dá)4000m2以上。一個袋束的噴吹機構(gòu)為一個大型脈沖閥加氣包的獨立結(jié)構(gòu)型式。

（2）旋轉(zhuǎn)噴吹臂轉(zhuǎn)動輕便靈活，用手輕輕一推，即可自由轉(zhuǎn)動，可方便地將濾袋、袋籠取出和裝入，而且傳動機構(gòu)在除塵器的頂部，濾袋的安裝和更換以及檢修維護(hù)都很簡便（如圖3所示） 。

圖3 旋轉(zhuǎn)噴吹機構(gòu)

（3）濾袋為橢圓形，在花板上呈同心圓式布置，旋轉(zhuǎn)臂上設(shè)有與各圈袋孔分別對中的噴嘴，屬于概率清灰，且清灰壓力低，僅為0.085～0.10MPa，對濾袋的損傷程度小，因而濾袋的使用壽命長（一般在3～4年，已有6年以上的應(yīng)用案例）。

（4）清灰控制有慢速、正常、快速清灰三種模式，可適應(yīng)濾袋上灰塵負(fù)荷的變化，使濾袋在整個壽命期內(nèi)維持較低的過濾阻力（一般為600～1000Pa），運行費用少，可保證設(shè)備運行穩(wěn)定、安全可靠。

（5）脈沖噴吹清灰用的脈沖閥口徑大，一般為8＂～14＂，每只脈沖閥噴吹可以多達(dá)上千條濾袋，因此大大減少了脈沖閥的數(shù)量，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單。

（6）花板與旋轉(zhuǎn)噴吹裝置單元化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，制造與安裝簡便。

2.4.2 行噴吹脈沖袋式除塵器

行噴吹脈沖袋式除塵器是燃煤電廠鍋爐煙氣除塵的主流技術(shù)之一，應(yīng)用廣泛，由于其脈沖清灰效果好，可長期雙低（低阻力、低排放）運行，真正實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，是燃煤電廠廣泛應(yīng)用的高效環(huán)保設(shè)備之一。其主要技術(shù)結(jié)構(gòu)特點有：

（1）濾袋為圓形外濾式，成行成列吊掛在花板上，袋區(qū)內(nèi)外氣流分布合理，濾袋負(fù)荷均勻。

（2）噴吹管噴孔與濾袋一對一對中噴吹，清灰效果好，清灰壓力（為0.2～0.3MPa）可調(diào)，長期運行阻力低（800～1000Pa）（如圖4、圖5所示）。

圖4 過濾狀態(tài) 圖5 清灰狀態(tài)

（3）脈沖噴吹裝置為模塊式設(shè)計結(jié)構(gòu)，花板、噴吹管、穩(wěn)壓氣包和脈沖閥等組裝成模塊，整體發(fā)運到現(xiàn)場，既保證了設(shè)備質(zhì)量，又減少了現(xiàn)場安裝工作量。

（4）除塵、脫汞效率高，粉塵排放＜20mg/Nm3、汞排放＜0.03mg/Nm3。

（5）煤種適應(yīng)性廣，各種煤質(zhì)煙塵均可達(dá)標(biāo)排放，低阻運行。

（6）檢修維護(hù)方便、可實現(xiàn)不停機離線檢修，確保達(dá)標(biāo)排放。

3 靜電除塵技術(shù)

20世紀(jì)80年代，我國先后引進(jìn)了瑞典FIAK公司、德國LURGI公司、美國GE和EE公司的先進(jìn)技術(shù)，電除塵器在各工業(yè)部門得到了大量應(yīng)用。特別是在電力行業(yè)，燃煤鍋爐煙氣除塵絕大多數(shù)都采用電除塵器。

3.1 電除塵器的除塵機理

電除塵器是在兩個曲率半徑相差較大的收塵極和放電極上，通上高壓直流電，維持足以使氣體電離的靜電場（見圖6）。

圖6 氣體電離和粉塵荷電示意圖

在放電極（負(fù)極）上施加高壓電使其電暈放電，氣體產(chǎn)生電離，生成大量的電子和離子，并吸附在粉塵上，在電場力的作用下，帶有正、負(fù)離子的粉塵分別向放電極和收塵極運動而沉積在電極上。當(dāng)粉塵沉積到一定厚度時，借助于振打機構(gòu)振動使粉塵落入下部灰斗。

3.2 電除塵器的的優(yōu)點：

（1）除塵效率高，可達(dá)99%以上。

（2）壓力損失小，一般≯250Pa。

（3）能處理高溫氣體，一般常規(guī)電除塵器可處理低于350℃的氣體。

（4）日常運行維護(hù)費用低。

（5）對不同粒徑粉塵有分類富集作用。不同粒徑的粉塵，可在不同的電場內(nèi)捕集下來。

3.3 電除塵器的缺點

（1）除塵效率因工況條件的變化而波動。

（2）應(yīng)用范圍受粉塵比電阻的限制，比電阻在104～5×1010Ω·cm時，電除塵器的捕集性能良好。如果＜104Ω·cm或＞5×1010Ω·cm時，電除塵器不僅性能低，有時甚至是不可能的。

（3）不能捕集有害氣體。

（4）對制造、安裝和操作水平要求較高 。（5）鋼材消耗量大。

3.4 影響電除塵器性能的因素

影響電除塵器性能的因素很多，主要有：

（1）粉塵特性，主要包括粉塵的粒徑分布、成分和比電阻等。

（2）煙氣性質(zhì)，主要包括煙氣溫度、成分、濕度和含塵濃度等。

（3）結(jié)構(gòu)因素，包括極板、極線形式、比收塵面積、氣流分布等結(jié)構(gòu)參數(shù)。

上述因素都直接影響粉塵荷電、極板收塵效率，同時又會影響清灰效果，清灰不好又會影響收塵。所以，這些因素制約著電除塵器在當(dāng)今嚴(yán)格的排放要求下的進(jìn)一步應(yīng)用，只有在這幾個方面有技術(shù)上的突破，方能使電除塵器的除塵效率有所提高。

3.5 提高電除塵器除塵效率的新技術(shù)

3.5.1 旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)

旋轉(zhuǎn)電極安裝在末電場，為若干個小塊極板固定在板鏈上的低速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。極板由原來的整體壓型板改為小塊極板，固定在板鏈上形成。下部極板兩側(cè)有一對正反旋轉(zhuǎn)的螺旋刷，以清除極板兩面的積灰。該項技術(shù)已在包頭、蘭州、合肥等電廠應(yīng)用，其效果正在考核中。

（1） 旋轉(zhuǎn)電極的作用是：1）極板上的粉塵直接刷在灰斗內(nèi)，避免了二次飛揚，減少了粉塵排放；2）提高了高比電阻、高黏性粉塵的清灰效果，起到了提高末電場除塵效率的作用。

（2）旋轉(zhuǎn)電極的應(yīng)用效果：從旋轉(zhuǎn)電極的結(jié)構(gòu)和工作原理看，由于采用刷除式清除極板集塵，清灰效果好，同時避免了粉塵二次飛揚，對提高除塵效率毫無疑問是有一定效果的。從對幾臺300MW機組電除塵器末電場安裝旋轉(zhuǎn)電極的情況來看，運行初期效果還是明顯的。從結(jié)構(gòu)上看，如果在設(shè)計、制造和安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)不嚴(yán)加注意和把關(guān)，就難免會出現(xiàn)運轉(zhuǎn)故障。因為結(jié)構(gòu)上的故障點本來就多，因此任一環(huán)節(jié)稍有疏忽，故障率就很高，甚至?xí)l(fā)生斷鏈、極板掉落的嚴(yán)重故障。

3.5.2 新型電源的應(yīng)用

我國高壓供電電源技術(shù)近年來也在不斷進(jìn)步。供電技術(shù)水平的提高為電除塵技術(shù)的進(jìn)步提供了新的動力，可有效地提高粉塵的荷電能力，使電除塵器的除塵效率有一定提高。

3.5.3 煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)

在除塵器前對煙氣進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，可以降低比電阻，使煙氣條件適合電除塵器的工作環(huán)境，以提高除塵效率。

煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)是通過向煙氣中注入調(diào)質(zhì)劑SO3，改變煙塵的一些物理化學(xué)特性，降低比電阻、黏性等，從而提高電除塵器除塵效率。目前應(yīng)用較多的調(diào)質(zhì)劑是SO3，也可采用氨法煙氣調(diào)質(zhì)，或SO3加氨法即雙調(diào)法，效果會更好一些。

3.5.4 微細(xì)粉塵靜電凝聚技術(shù)

靜電凝聚技術(shù)是近年提出的一種利用不同極性放電使粉塵顆粒凝聚變大的技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用，不僅可提高除塵效率，還能減少微小顆粒的排放。該項技術(shù)待應(yīng)用成功后將會逐步推廣。

4 電袋組合式除塵器

電袋組合式除塵器是前級電除塵器和后面袋式除塵器組合在一起的除塵設(shè)備。這種除塵設(shè)備是在人們對袋式除塵器不太放心的情況下而采用的。經(jīng)過前幾年的應(yīng)用，電袋組合式除塵器不可否認(rèn)地起到了一定的環(huán)保作用。但眾多的案例說明，電袋組合式除塵器由于存在臭氧的腐蝕、運行阻力的增高以及投資較多、占地面積大、濾袋壽命相對較短等諸多缺陷，其應(yīng)用將會逐步減少，被成熟可靠的袋式除塵器以及技術(shù)上有所突破的電除塵器取代將是不可避免的。

5 三種除塵器的技術(shù)經(jīng)濟性比較（見下表）

三種除塵器的技術(shù)經(jīng)濟性能比較表

6 結(jié)論

通過對三種除塵設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟性能對比，可明顯看出：

（1）袋式除塵器：可以長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，技術(shù)先進(jìn)成熟、安全可靠，煤種適應(yīng)性強，自動控制水平高，可實現(xiàn)無人值守，操作維護(hù)簡便，是燃煤電廠鍋爐煙氣除塵的優(yōu)先采用技術(shù)。

（2）電除塵器：煤質(zhì)穩(wěn)定、特性較好時可考慮采用電除塵器，但其比收塵面積等設(shè)計參數(shù)必須滿足除塵效率要求，同時還要采用煙氣調(diào)質(zhì)、新型電源等提高效率的新技術(shù)，但即便如此，也難以實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

（3）電袋組合式除塵器：電袋組合除塵器在達(dá)標(biāo)排放、運行阻力、濾袋壽命、投資和運行費用，以及操作維護(hù)等諸多重要方面都不如單純的袋式除塵器好，且還存在臭氧腐蝕的風(fēng)險，因此不必考慮選用電袋組合式除塵器。

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