燃煤電廠電袋復(fù)合除塵器技術(shù)優(yōu)勢

聶孝峰 ，李東陽，郭 斌

(西安熱工研究院有限公司，陜西西安 710032)

截至2011年底，我國火電裝機(jī)容量達(dá)到7.6億kW以上，煤炭消耗量為17億t左右，是世界上最大的煤炭消費(fèi)國。燃煤電廠每年煙塵排放量300萬t左右，是大氣中煙塵污染物的主要來源之一，燃煤電廠鍋爐排放煙塵中對人體危害最大和影響空氣質(zhì)量的微細(xì)粉塵PM2.5為135萬t/a左右。環(huán)境污染問題已成為制約我國可持續(xù)發(fā)展的重要因素。因此不斷提高燃煤電廠煙塵控制技術(shù)，特別是提高微細(xì)顆粒物控制技術(shù)是燃煤電廠亟待解決的問題。

目前，針對電廠鍋爐煙氣除塵技術(shù)改造主要有三種方案:一是在現(xiàn)役電除塵器上增加電場，增加電除塵器的捕集能力;二是直接采用布袋除塵器;三是在電除塵器基礎(chǔ)上增添布袋除塵器，采用電袋復(fù)合除塵技術(shù)。三種方案各有利弊，其中電袋復(fù)合除塵技術(shù)是我國自行研發(fā)的新型高效除塵技術(shù)，具有運(yùn)行阻力低、濾袋壽命長、占地小等優(yōu)點(diǎn)［1］。

1 燃煤電廠除塵技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 電除塵器

電除塵器以處理煙氣量大、處理煙氣溫度高、設(shè)備阻力低、收集粗顆粒粉塵效率高的優(yōu)勢，成為燃煤電廠煙氣除塵的主導(dǎo)技術(shù)，約占現(xiàn)役機(jī)組的90%以上。但是電除塵器自身的工作原理決定了其對煤種的適應(yīng)性差，除塵效率受粉塵比電阻、濃度、粉塵粒度、煙氣特性等因素影響大，對微細(xì)粉塵的去除效率低，加上國內(nèi)燃煤電廠煤種復(fù)雜多變，現(xiàn)役的燃煤電廠電除塵器效率幾乎均達(dá)不到設(shè)計(jì)值。

對我國2003年以前投產(chǎn)的電除塵器(總裝機(jī)容量20000萬kW)以及2004年以后投產(chǎn)的電除塵器(總裝機(jī)容量5000萬kW)煙塵排放濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2003年前煙塵排放濃度大于200mg/m3的占75.98%，排放濃度在150～200mg/m3之間的占10.82%，小于150mg/m3的占13.2%;2004加載電除塵裝置煙塵排放濃度大于100mg/m3的占50%，在 50～100mg/m3之間的占 16.67%，小于50mg/m3的占33.33%。比對新標(biāo)準(zhǔn)可知，現(xiàn)行電廠大部分電除塵設(shè)備除塵性能不達(dá)標(biāo)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)所公布的煙塵限制排放濃度。

1.2 布袋除塵器

袋式除塵器是一種高效除塵設(shè)備，其最大特點(diǎn)是除塵效率不受煤種、煙氣成分、含塵濃度、粉塵粒度及粉塵比電阻等因素影響。袋式除塵器能有效去除微細(xì)粒子，保證煙塵排放濃度小于30mg/m3，甚至更低。近些年，隨著適用于火電廠煙氣特性耐高溫、耐腐蝕、強(qiáng)度好的新濾料不斷開發(fā)，脈沖閥性能不斷提高，其他配套部件加工安裝精良，袋式除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不斷積累，大型袋式除塵技術(shù)已逐漸應(yīng)用于燃煤電廠。

工程應(yīng)用表明，袋式除塵器設(shè)備阻力隨燃煤灰分的增高而迅速增大。袋式除塵器應(yīng)用在燃燒煤種低灰分小于15%的鍋爐煙氣除塵上最經(jīng)濟(jì)穩(wěn)妥;燃燒煤種灰分高于20%時(shí)，鍋爐煙氣除塵應(yīng)用袋式除塵器不夠經(jīng)濟(jì)合理。另外，影響布袋除塵器除塵效率的關(guān)鍵是濾料性能和清灰方式。濾料除具有特定的致密性和透氣性外，還應(yīng)具有良好的耐高溫、耐腐蝕性和較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度。濾料所需的費(fèi)用占除塵設(shè)備造價(jià)的15% ～20%［2］。

目前由于我國煤炭市場化，造成電煤煤質(zhì)難以保證，燃煤平均灰分在30%左右，最高超過50%以上。使燃煤機(jī)組原本就應(yīng)用不多的袋式除塵器平均運(yùn)行阻力在1500Pa左右、甚至最高的可以達(dá)到2000Pa。同時(shí)煤質(zhì)變差、燃煤量增多、煙氣量增大和煙氣含塵濃度增加，都會造成濾袋破損加劇，濾袋平均使用壽命不到兩年，使得袋式除塵器在燃煤電廠的應(yīng)用受到了限制。

1.3 電袋復(fù)合除塵器

電袋復(fù)合除塵技術(shù)是基于靜電除塵和布袋除塵兩種成熟的除塵理論，由我國自行研發(fā)提出的新型除塵技術(shù)。它結(jié)合兩種除塵技術(shù)的優(yōu)勢，除塵效率高，既發(fā)揮了電除塵器收集粗顆粒粉塵效率高、能耗低的優(yōu)勢，又發(fā)揮了袋式除塵器效率不受煤種影響、微細(xì)粉塵收集效率高的特點(diǎn)，除塵機(jī)理科學(xué)合理。煙氣中的粗顆粒粉塵在前級電場內(nèi)迅速荷電，80%左右的粗粉塵在前級電場被去除，剩余的微細(xì)粉塵由濾袋表面的荷電粉塵層過濾去除。所以排放質(zhì)量濃度可以低于30 mg/m3，既能滿足新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，又能增加運(yùn)行的可靠性，降低電廠除塵成本。對現(xiàn)役電廠電除塵器改造和新(擴(kuò))建電廠除塵設(shè)備選擇有重要意義，是我國煙氣治理發(fā)展方向之一［3］。

統(tǒng)計(jì)至2011年底，我國燃煤電廠已有400套燃煤機(jī)組應(yīng)用了電袋復(fù)合除塵器，其中300MW機(jī)組110套，占27.5%;600MW 機(jī)組 50套，占 12.5%;1000MW機(jī)組2套，占0.05%;≤300MW機(jī)組238套，占59.5%。300MW以上機(jī)組已經(jīng)投運(yùn)百余臺，1000MW機(jī)組電袋復(fù)合除塵器已于2012年3月通過了168h運(yùn)行。電袋復(fù)合除塵器平均運(yùn)行阻力1000Pa，濾袋平均使用壽命3年以上，使用壽命最長的為5年。由于燃煤電廠煤種復(fù)雜和多變，業(yè)主和承包商對鍋爐煙氣條件考慮不充分，濾袋選型不恰當(dāng)時(shí)，也出現(xiàn)了一年內(nèi)濾袋破損的個(gè)別案例，對電袋復(fù)合除塵器推廣應(yīng)用造成了負(fù)面影響。

2 電袋復(fù)合除塵技術(shù)在燃煤電廠發(fā)展趨勢

2012年1月1日實(shí)施的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)規(guī)定:自2014年7月1日起，現(xiàn)有火電廠鍋爐煙塵排放濃度≤30mg/m3(重點(diǎn)地區(qū)≤20mg/m3)，使燃煤電廠除塵技術(shù)面臨新的挑戰(zhàn)。燃煤電廠除塵技術(shù)的發(fā)展趨勢必將以提高除塵設(shè)備對微細(xì)粉塵PM2.5的去除效率為主要目標(biāo)，同時(shí)兼顧節(jié)能降耗。

試驗(yàn)研究表明:燃煤鍋爐出口煙塵中PM2.5占煙塵總量平均值為11%，最小為5.6%，最大為16%。煙塵中PM2.5含量與燃煤灰分、硫分、煤粉細(xì)度、鍋爐負(fù)荷、燃燒溫度、燃燒時(shí)間成正相關(guān)性，液態(tài)排查爐煙塵中PM2.5含量更高。根據(jù)不同燃煤灰分測算，要到達(dá)煙塵排放≤30mg/m3標(biāo)準(zhǔn)，除塵器對 PM2.5去除效率最低值必須達(dá)到98%以上，才能保證滿足新排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.1 電除塵器技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

靜電除塵器是利用強(qiáng)電場放電使氣體電離、粉塵荷電，在電場力的作用下使粉塵從氣體中分離出來的高效除塵設(shè)備［4］，具有除塵效率高、設(shè)備阻力小、能耗低、煙氣處理量大、適用范圍廣、自動化程度高、運(yùn)行可靠、費(fèi)用低、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，工藝成熟，是當(dāng)前應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)最豐富的除塵設(shè)備。

由于電除塵器基于荷電收塵機(jī)理，電除塵對粉塵特性十分敏感，特別對高比電阻粉塵、細(xì)微粉塵捕集困難，并且除塵效率受煤種變化、運(yùn)行工況變化影響較大。電除塵器對于去除PM20以上的粗顆粒粉塵，具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢［5］。在煙氣排放濃度標(biāo)準(zhǔn)＞80mg/m3時(shí)，使用電除塵器不僅投資少，而且運(yùn)行電耗低，維護(hù)費(fèi)用少。在煙塵排放濃度標(biāo)準(zhǔn)≤30mg/m3時(shí)，電除塵將很難實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。為了達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)排放，提高除塵效率，勢必需要增加比集塵面積，而比集塵面積隨除塵效率呈指數(shù)變化，則擴(kuò)容設(shè)備，將提高設(shè)備成本，導(dǎo)致設(shè)備整體技術(shù)經(jīng)濟(jì)性下降，性價(jià)比降低。我們對某燃煤電廠現(xiàn)役電除塵器效率與粉塵粒徑關(guān)系進(jìn)行了實(shí)測，從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，該電除塵器的比集塵面積為100m2/(m3/s)，電除塵器對PM2.5的去除效率為90%，對PM10去除效率為94.5%，對PM20去除效率為97%，對PM45去除效率為99.7%。2010年對53臺電除塵器煙塵排放濃度實(shí)測結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表1，如果考慮FGD產(chǎn)生的二次微細(xì)顆粒物，煙塵排放濃度將更高。

表1 2010年53臺電除塵器煙塵排放濃度實(shí)測結(jié)果統(tǒng)計(jì)

轉(zhuǎn)動電極是電除塵器技術(shù)的改進(jìn)，轉(zhuǎn)動極板電除塵器的工作原理與傳統(tǒng)電除塵器一樣，仍然是依靠氣體電離，粉塵粒子荷電，帶電粒子在電場力的作用下而被捕集。移動電極是將末級電場的陽極板改造成可以回轉(zhuǎn)的形式，將傳統(tǒng)的振打清灰改造為旋轉(zhuǎn)刷清灰，當(dāng)極板旋轉(zhuǎn)到電場下端的灰斗時(shí)，清灰刷在遠(yuǎn)離氣流的位置把板面的粉塵刷除，比常規(guī)電除塵器的清灰效果提高，能有效減少粉塵二次飛揚(yáng)和解決高比電阻微細(xì)粉塵在末級電場的反電暈，從而提高收塵效率［6］。但該技術(shù)的致命缺點(diǎn)仍然是煤種適應(yīng)性差、沒有從根本上解決微細(xì)粉塵難荷電的技術(shù)難題，該技術(shù)提高電除塵器的除塵效率有限，第四電場轉(zhuǎn)動極板的除塵效率為58%。

2.2 袋式除塵器技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

袋式除塵器也稱過濾式除塵器，基于攔截過濾機(jī)理，利用纖維編織物制作的袋裝過濾元件來捕集含塵氣體中的固體顆粒物。袋式除塵器具有除塵效率高，不受粉塵特性影響，對各種性質(zhì)的粉塵都有很好的除塵效果，對高比電阻塵粒去除效果較好，規(guī)格多樣，應(yīng)用靈活，便于回收干物料，可長期穩(wěn)定保持低排放濃度。并且處理煙氣溫度范圍較廣，應(yīng)用陶瓷濾料可對800～1000℃的煙氣進(jìn)行處理。

但袋式除塵器普遍存在運(yùn)行阻力大，濾袋受煙氣沖刷磨損較大，易損壞，并且換袋困難，勞動條件差。化學(xué)纖維濾袋難以承受高溫?zé)煔?，對煙氣中水分含量和油性物質(zhì)有較嚴(yán)格要求。

2.3 電袋復(fù)合除塵器技術(shù)優(yōu)勢

電袋復(fù)合除塵器是在一個(gè)箱體內(nèi)將電除塵和袋式除塵結(jié)合在一起的新一代高效除塵設(shè)備［7－9］。電袋復(fù)合除塵技術(shù)結(jié)合了電除塵和袋除塵的優(yōu)點(diǎn)，其機(jī)理為“荷電收塵”和“攔截過濾”。在電場內(nèi)以較小的能耗去除80%左右的粗顆粒粉塵，減輕濾袋的粉塵負(fù)荷;利用荷電粉塵顆粒之間的電凝并作用改善了粉塵層的特性，產(chǎn)生了新的荷電粉塵過濾特性機(jī)理:異性電荷顆粒電凝并形成大顆粒粉塵，提高細(xì)微顆粒捕集率;同性電荷相互排斥，迅速擴(kuò)散，形成均勻分布的氣膠懸浮狀，使達(dá)到濾袋表面的粉塵排列規(guī)則有序、蓬松，透氣性好，粉塵層孔隙率高，剝落性好。因此采用較低的清灰氣源壓力，能達(dá)到較好的清灰效果，從而延長了濾袋的清灰周期。

綜述而言，電袋復(fù)合除塵器的主要優(yōu)勢為:

(1)電袋復(fù)合除塵器能確保達(dá)標(biāo)排放。電袋復(fù)合除塵器不受煤種變化對除塵效率的影響，解決了電除塵器對微細(xì)粉塵難以荷電和振打過程中容易產(chǎn)生二次飛揚(yáng)的問題，利用荷電粉塵凝并作用，能確保煙塵達(dá)標(biāo)排放。對A、B、C、D、E、F電廠電袋除塵器煙塵排放濃度實(shí)測，結(jié)果如表2所示。

表2 電袋復(fù)合除塵器煙塵排放濃度實(shí)測結(jié)果

(2)電袋復(fù)合除塵器比袋式除塵器運(yùn)行阻力低。電袋復(fù)合除塵器運(yùn)行阻力比寸袋式低500Pa左右，且隨著煙氣含塵濃度的增加二者相差值增大。

(3)電袋復(fù)合除塵器比電除塵器運(yùn)行電耗低。電袋復(fù)合除塵器平均運(yùn)行阻力為1000Pa，比電除塵器阻力增加800Pa左右，雖然造成引風(fēng)機(jī)電耗增加，但是與采用多電場電除塵器(或末電場采用傳動電極)電場的耗電量相比，電袋復(fù)合除塵器總的電耗降低、年節(jié)電費(fèi)用可觀。

(4)電袋復(fù)合除塵器能有效去除PM2.5和重金屬顆粒物。電袋復(fù)合除塵器荷電粉塵具有凝并作用，使微細(xì)粉塵凝并，提高了PM2.5的去除效率。電袋復(fù)合除塵器PM2.5的去除效率可以達(dá)到99.8%以上(見表3)。同時(shí)通過改善過濾纖維材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，濾袋加工生產(chǎn)工藝，例如過濾層加P84面層或加超細(xì)纖維層等技術(shù)手段，優(yōu)化合理的濾袋清灰控制方式，能夠使電袋復(fù)合除塵器PM2.5捕集率可以達(dá)到99.9%以上。另外，電袋復(fù)合除塵器還能夠?qū)崿F(xiàn)對Hg等重金屬顆粒的去除。電袋除塵器和袋式除塵器，能夠通過粉塵層過濾吸附過程，提高對重金屬顆粒的去除效率，對總汞(氣態(tài)汞和顆粒汞)的去除效率可以達(dá)到70%左右，而電除塵器對總汞的去除效率為45%左右。

表3 電袋復(fù)合除塵器對PM2.5去除效率統(tǒng)計(jì)

(5)電袋復(fù)合除塵器濾袋使用壽命長

電袋復(fù)合除塵器濾袋粉塵負(fù)荷降低，加上粉塵的電凝并作用，使濾袋清灰間隔延長(2～3h)，濾袋內(nèi)外壓差小，減小了脈沖噴吹對濾袋造成的磨損，在相同運(yùn)行條件下電袋復(fù)合除塵器比袋式除塵器的濾袋使用壽命延長2～3年。

2.4 電袋除塵器尚需研究的問題

隨著國內(nèi)電袋除塵器技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，電袋除塵器已經(jīng)有許多工程應(yīng)用并已取得一定成效但在有些問題上仍需進(jìn)行深入研究、試驗(yàn)以推動電袋除塵技術(shù)的進(jìn)步。主要為:加強(qiáng)對電袋除塵技術(shù)的綜合性機(jī)理的研究，如電力、電流以及氣流對荷電及過濾機(jī)理的綜合性影響;優(yōu)化電袋復(fù)合除塵中電場內(nèi)電暈極與濾袋結(jié)構(gòu)布置，合理氣流分布使電場內(nèi)氣流均勻引入濾袋區(qū)，減少對濾袋磨損，消除局部區(qū)域粉塵二次附著;荷電粒子對濾袋過濾效果影響的機(jī)理，以及對濾袋粉餅結(jié)構(gòu)、作用等研究分析;不同煙氣組成對電袋復(fù)合器的適應(yīng)性研究。

3 結(jié)語

通過對論述電袋復(fù)合除塵技術(shù)在燃煤電廠發(fā)展應(yīng)用，對靜電除塵、袋式除塵及電袋復(fù)合除塵技術(shù)進(jìn)行了對比?；痣姀S現(xiàn)役電除塵器對微細(xì)粒子的捕集能力有限，是導(dǎo)致火電廠煙塵排放超標(biāo)的關(guān)鍵所在。針對我國燃煤電廠煤種的復(fù)雜和多變性，在《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)實(shí)施后，要滿足≤30mg/m3排放標(biāo)準(zhǔn)要求，有效控制煙塵中的PM2.5，在現(xiàn)階段電袋復(fù)合除塵器具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。電袋復(fù)合除塵器能夠保證煙塵穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放、電耗小、濾袋壽命長、運(yùn)行維護(hù)工作量小，特別適用于現(xiàn)役電除塵器提效改造，利用原除塵器外殼，工期短，投資少。

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