燃煤電廠PM2.5減排技術(shù)與裝備探討

云 端

（中國大唐集團環(huán)境技術(shù)有限公司，北京 100084）

燃煤電廠PM2.5減排技術(shù)與裝備探討

云 端

（中國大唐集團環(huán)境技術(shù)有限公司，北京 100084）

燃煤電廠在我國電力工業(yè)中占有很大的比重，其煙塵排放污染問題也尤其突出。大量燃煤煙塵的排放造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，特別是其中的細顆粒物PM2.5，能長期懸浮于大氣中，對人類的健康造成了長期持續(xù)的危害，因此燃煤電廠PM2.5減排技術(shù)對于環(huán)境保護事業(yè)具有重要的意義和深遠的影響，大力發(fā)展PM2.5減排技術(shù)與裝備是電力行業(yè)大勢所趨。

燃煤電廠;細顆粒物PM2.5;減排技術(shù)

1 引言

近年來，我國多地持續(xù)出現(xiàn)嚴(yán)重的霧霾天氣，其主要原因之一是由于空氣中粒徑小于2.5μm的細顆粒物（PM2.5）濃度增多造成的。這種細顆粒物具有粒小質(zhì)輕、懸浮時間長、輸送距離遠等特點，可對環(huán)境、人體健康造成持續(xù)性嚴(yán)重危害。因此，減少PM2.5的排放已成為有效緩解我國霧霾天氣的主要途徑之一。

隨著人們對細微顆粒物認(rèn)識的不斷加深，工業(yè)生產(chǎn)、發(fā)電鍋爐、汽車發(fā)動機等燃燒過程中排放的氣、固態(tài)污染物被確定為大氣中PM2.5的主要來源。

火力發(fā)電廠是大氣中顆粒物質(zhì)的重要排放源。在可預(yù)見的未來幾十年內(nèi)，煤炭仍將是我國主要的一次能源，這決定了在我國的電力工業(yè)中，燃煤火力發(fā)電將長期占主導(dǎo)地位，但這種長期依賴燃煤發(fā)電的能源結(jié)構(gòu)已造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。燃煤電廠產(chǎn)生的污染物主要有顆粒物、SOx和NOx、有機物及痕量元素等，其中顆粒物特別是細顆粒物的潛在危害已引起了國際社會的廣泛重視。

傳統(tǒng)的除塵技術(shù)現(xiàn)已不能應(yīng)對日趨嚴(yán)格的顆粒物排放控制標(biāo)準(zhǔn)，新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)需要新的除塵技術(shù)應(yīng)對。目前，我國燃煤電廠中的煙塵凈化設(shè)備90%左右采用靜電除塵器（ESP）[1]，其主要優(yōu)點是能耗低、除塵效率較高，運行、管理及維護經(jīng)驗豐富，但難以滿足新《火電廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）粉塵排放濃度的要求。靜電除塵器存在以下局限[2]：1）靜電除塵器對超細顆粒物（如 PM2.5）捕集能力有限。這主要是因為超細粒子難以荷電，電極振打產(chǎn)生二次揚塵更容易使已捕集的微細粒子逸出；2）除塵效率受諸多因素（如煙溫、煙氣流速、飛灰特性、含硫量等）影響，波動較大，我國煤種差異較大，同一臺機組由于某些因素的影響也可能變換煤種，這對靜電除塵器的穩(wěn)定、高效運行造成了很大影響；3）國家加強對二氧化硫排放的控制，煙氣中二氧化硫濃度的減少使得煙塵的比電阻升高，造成靜電除塵器的反電暈增強，除塵效率降低；4）一次性投入較大、占地面積大、運行費用較高。

為提高空氣質(zhì)量，2012年2月，環(huán)境保護部正式發(fā)布了新版《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012），規(guī)定了環(huán)境空氣污染物基本項目的濃度限值（見下表）。

新版《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）參考值

2012年9月27日，國務(wù)院批準(zhǔn)發(fā)布《重點區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》，明確了對重點區(qū)域范圍、污染防治指標(biāo)及實施責(zé)任主體等要求，要求重點區(qū)域煙塵排放按照20mg/Nm3標(biāo)準(zhǔn)實施，可吸入顆粒物排放逐年降低。

對于燃煤電廠而言，在環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn)要求越來越高的形勢下，大力發(fā)展高效協(xié)同處理細顆粒物（PM2.5）的新技術(shù)，實現(xiàn)10mg/Nm3甚至更低的排放濃度，對于我國PM2.5的排放控制工作具有很重要的示范和推廣意義。

2 燃煤電廠PM2.5減排技術(shù)

為了達到更為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)細顆粒物更好的脫除效果，適應(yīng)我國燃煤電廠高比電阻、高溫、高濕、高含塵濃度的運行工況，考慮到目前國內(nèi)除塵器的運行情況，當(dāng)前可供選擇的減排技術(shù)有如下幾種：

2.1 電除塵器實現(xiàn)低排放的新技術(shù)

具體包括高頻電源技術(shù)、移動電極電除塵器技術(shù)、機電多復(fù)式雙區(qū)電除塵器和煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)。上述幾項新技術(shù)目前已經(jīng)在國內(nèi)多家電廠成功應(yīng)用，并取得了良好效果。

例如，采用高頻技術(shù)進行電除塵器配套供電裝置改造，可以有效改善電場內(nèi)部的供電波形，伏安特性更有利于發(fā)揮除塵器的荷電作用，尤其應(yīng)用于電廠效果較好，目前已在國內(nèi)多家電廠應(yīng)用。

移動電極電除塵技術(shù)是歐盟推薦的燒結(jié)機除塵的最佳可行技術(shù)之一，其采用布置于灰斗中的清灰刷刷除極板上粉塵的清灰方式，有效解決了高比電阻粉塵引起的反電暈及振打清灰引起二次揚塵等問題，從而大幅度提高了除塵效率。移動電極電除塵器有四大特點：

1）可以保持陽極板永久清潔，避免反電暈，有效地解決高比電阻微細粉塵的收塵問題；2）最大限度地減少二次揚塵，顯著降低電除塵器出口粉塵濃度；3）減少煤、灰成分對電除塵性能影響的敏感性，增加電除塵器對不同煤種的適應(yīng)性，特別是黏性粉塵、高比電阻粉塵和微細粉塵；4）可使電除塵器小型化，減小占地面積，特別適合于老機組電除塵器改造，在很多場合，只需將末電場改成移動電極電場，不需另占場地。

移動電極電除塵器已在日本多套600MW、1000MW機組上成功應(yīng)用，采用此項技術(shù)，絕大部分新建工程都能達到30mg/m3及以下粉塵排放濃度，最低可達10mg/m3以下。近年來，國內(nèi)一些環(huán)保企業(yè)對移動電極電除塵技術(shù)也進行了大量研究，已掌握了其核心技術(shù)，并研制出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，在燃煤電廠、冶金行業(yè)等領(lǐng)域已有較多應(yīng)用。

機電多復(fù)式雙區(qū)電除塵器前級電場采用常規(guī)結(jié)構(gòu)，末級電場設(shè)計成一個標(biāo)準(zhǔn)復(fù)式雙區(qū)結(jié)構(gòu)，即第一個荷電區(qū)＋第一個收塵區(qū)，第二個荷電區(qū)＋第二個收塵區(qū)。同一電場內(nèi)，荷電區(qū)與收塵區(qū)供電電源分開，收塵區(qū)工作電壓高達80kV。與常規(guī)結(jié)構(gòu)的電場相比，雙區(qū)電場捕集粉塵的平均效率和對細小粉塵顆粒的捕集效率高；擁有較大表面積的管排式陰極線，可以捕集荷正電的塵粒；對煙塵的適應(yīng)性比較廣，適合收集高、中、低比電阻粉塵。至今為止，國內(nèi)已經(jīng)投運機電多復(fù)式雙區(qū)電除塵器74臺，其中600MW機組配套的有8臺，300MW機組配套的有42臺，300MW機組以下配套的有24臺。

SO3煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)可使粉塵形成有效的硫酸表面導(dǎo)電層，降低粉塵比電阻，可在煙氣中注入10～20ppm的SO3并讓其有效形成硫酸氣溶膠吸附在粉塵表面，降低粉塵比電阻，從而提高電除塵器的除塵效率。歐美發(fā)達國家廣泛應(yīng)用三氧化硫煙氣調(diào)質(zhì)，證明這是一項非常成熟有效的電除塵器提效技術(shù)。目前世界上投運的三氧化硫煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)已逾500套。

2.2 袋式除塵技術(shù)

袋式過濾器也稱為過濾式除塵器，是一種干式高效除塵器，是利用有機纖維或無機纖維編織物制作的袋式過濾元件將含塵氣體中固體顆粒物濾出的除塵設(shè)備，用于捕集非黏結(jié)性、非纖維性的工業(yè)粉塵。其原理是使塵粒在繞過濾布纖維時因慣性力作用與纖維碰撞而被攔截。微細的塵粒（粒徑為1μm或更小）則受氣體分子沖擊（布朗運動） 不斷改變著運動方向，由于纖維間的空隙小于氣體分子布朗運動的自由路徑，塵粒便與纖維碰撞接觸而被分離出來。其優(yōu)點是除塵效率高且穩(wěn)定，對于2μm以上的粉塵，其效率可達99.9%以上[3]，且造價相對較低，管理簡單、維修方便。但其壓力損失較大，本體阻力在800～1500Pa，占地面積也大。

考慮到布袋除塵器的脫除效率，若進一步提高過濾性能，則研究方向集中在濾料材料和濾料壽命兩方面，濾料的研究主要考慮以下因素：1）煙氣的溫度；2）煙氣的成分（如O2、NOx、SO2、SO3含量，H2O等）或燃煤組成；3）煙塵的化學(xué)組成、顆粒級配、濃度；4）鍋爐的型式；5）煙塵的排放要求；6）性價比和企業(yè)的經(jīng)濟能力。

2.3 濕式電除塵器

濕式除塵器俗稱“水除塵器”，其是使含塵氣體與液體（一半為水）密切接觸，利用水滴和顆粒的慣性碰撞及其他作用捕集顆粒或使顆粒增大的裝置。該除塵器的特點是利用濕法除塵原理，先將煙氣降溫、增濕，同時進行初級除塵處理，然后將煙氣導(dǎo)入靜電除塵器（除塵設(shè)備、環(huán)保設(shè)備），達到高效除塵效果。

特點：1）除塵效率＞99%，同時消煙除霧，達到 無塵、無煙、無霧的理想效果；2）無需振打，自成水膜自動清灰，克服了靜電除塵器二次揚塵的缺點；3）特別適用于溫度不穩(wěn)定、長時間高溫的煙氣除塵，解決了布袋除塵器無法解決的高溫問題，填補了這方面的技術(shù)空白；4）對PM2.5的去除效率均高于95%，粉塵排放濃度低于5mg/Nm3。

濕式電除塵器改傳統(tǒng)的振打、聲波等清灰方式為液體噴淋清灰，該技術(shù)能克服傳統(tǒng)干式電除塵技術(shù)的反電暈、二次揚塵等瓶頸，具有極高的除塵效率。產(chǎn)品用于濕法脫硫后的煙氣處理，可有效控制微細粉塵、SO3酸霧、氣溶膠、汞、重金屬和二英等復(fù)合污染物，達到粉塵近零排放。

濕式電除塵器作為控制燃煤煙氣PM2.5非常有效的設(shè)備，在發(fā)達國家的電力等工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，僅日本三菱重工就已有32臺套應(yīng)用于電廠。美國BruceMansfield電廠、Mirant’Dickerson電廠等多家電廠測試報告表明，濕式電除塵器對PM2.5的去除效率均高于95%，粉塵排放濃度低于5mg/Nm3。

2.4 凝聚型靜電除塵技術(shù)

細微顆粒物的凝聚效應(yīng)，可以通過多種方式實現(xiàn)，如布朗凝聚、梯度凝聚、聲波凝聚、靜電凝聚、機械凝聚以及水蒸汽凝聚等。其中靜電凝聚技術(shù)是目前高效、經(jīng)濟去除細微顆粒物的最有效途徑之一，將會成為最具應(yīng)用前景的實用技術(shù)之一。

凝聚器的工作原理為，在含塵氣體進入電除塵器前，先對其進行分列荷電處理，使相鄰兩列的煙氣粉塵帶上正、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有效凝聚，形成大顆粒后進入除塵設(shè)備，從而減小粉塵的總質(zhì)量排放和PM2.5的排放。

2.5 電袋復(fù)合除塵技術(shù)

電袋復(fù)合除塵器，是“十二五”期間燃煤鍋爐控制細微顆粒粉塵排放、提高環(huán)境空氣質(zhì)量的主要手段之一。電袋復(fù)合除塵技術(shù)有機結(jié)合了靜電除塵和布袋除塵的特點，通過前級電廠的預(yù)收塵、荷電作用和后級濾袋區(qū)過濾除塵，通過良好的氣流分布技術(shù)、長周期清灰技術(shù)、強荷電技術(shù)等綜合手段，對PM2.5等細微顆粒粉塵具有極高的捕集效率，是工業(yè)煙塵和PM2.5高效治理的新技術(shù)。特點是具備超低排放、多污染物協(xié)同處理、節(jié)能、易維護等優(yōu)點，對PM2.5細顆粒粉塵捕集效率高達98%以上。

電袋復(fù)合除塵器中應(yīng)用最為廣泛的是前電后袋串聯(lián)式除塵器，即在前一級電除塵后面布置一級獨立的布袋除塵器（下如圖所示），其前后兩級分別是獨立的靜電除塵器和布袋除塵器。這種布置的優(yōu)點在于：含塵氣流首先通過靜電除塵器，其中的大部分粉塵被收塵極板收集下來，然后通過布袋除塵器過濾。這種設(shè)計中靜電除塵器的電場一般只需一級即可，承擔(dān)的灰負荷占總的煙塵含灰量的70%～99%[4]，余下的灰負荷通過布袋過濾脫除。這種結(jié)構(gòu)的好處在于前、后級除塵設(shè)計和安裝各自獨立，所有的煙氣必須通過布袋排出，因此不必考慮靜電除塵器末級極板清灰時的顆粒逃逸的結(jié)構(gòu)性缺陷，無需特別設(shè)計和處理，也無需考慮靜電對布袋的破壞作用。由于布袋的灰負荷大大降低和預(yù)荷電顆粒獨特的過濾特性，系統(tǒng)壓降也較小，若選擇恰當(dāng)?shù)倪^濾風(fēng)速，則可大大延長布袋脈沖清灰間隔，但對于整個系統(tǒng)占地面積和空間仍有壓縮的余地，可以進行聯(lián)合脫除[5]。

前電后袋串聯(lián)除塵裝置示意圖

3 PM2.5控制技術(shù)的發(fā)展前景

由于我國燃煤電廠的燃用煤種復(fù)雜且波動較大，因此各火電廠應(yīng)根據(jù)自身工況特點靈活選擇除塵裝置。而在上述減排技術(shù)中，電除塵系統(tǒng)各項改進技術(shù)已成功實現(xiàn)了工程應(yīng)用，但對于PM2.5脫除效率不佳；布袋除塵技術(shù)對于細顆粒物具有良好的脫除效果，但進一步的改善只能通過新型濾料的研制來實現(xiàn)；濕式電除塵器目前在大容量機組中仍無應(yīng)用業(yè)績且工藝系統(tǒng)復(fù)雜；電袋復(fù)合除塵技術(shù)自2004年在國內(nèi)成功實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用后，其穩(wěn)定高效的特點將在PM2.5控制領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。電除塵和布袋除塵作為應(yīng)用最廣泛、運行經(jīng)驗最豐富的兩種技術(shù)，它們的一體化復(fù)合技術(shù)必將成為能適應(yīng)更嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)的未來除塵技術(shù)發(fā)展的主流方向。

[1] 黨小慶，李偉，楊雪連，等.電除塵器電場特性實驗研究與數(shù)值分析[J].環(huán)境工程，2006，24（3）：47-50.

[2] 陶繼業(yè)，謝誕梅，陳俊峰，陳小龍.燃煤電廠靜電布袋復(fù)合除塵器的開發(fā)研究[J].華中電力，2004，17（6）：39-71.

[3] 石增斌.布袋除塵器技術(shù)及其應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2006，25（1）：123-125.

[4] 李剛，張鳳林，許秦坤.新型電-袋一體化除塵器結(jié)構(gòu)及機理分析[J].江西有色金屬，2006，20（2）：45-48.

[5] 嵇敬文，陳安琪.電袋結(jié)合除塵器技術(shù)綜述[Z].http://www.c-bfc.com.

Probe into PM2.5Emission Reduction Technology and Equipment in Coal-fired Power Plant

YUN Duan
(China Datang Group Environmental Techno logy Co., Ltd, Beijing 100084, China)

Abstracat:Coal-fredpower plant possesses a large propo rtion in power industry in our coun try, the pollution problem s of smoke dustemission stand out. A greatlot of coal-f redsmoke dust causes the serious environmental pollution, particularly the fne particulate PM2.5suspend in the air for a long time, causing a long and sustaining harm to human health. Therefore, PM2.5emission reduction technology in coal-f redpower plant bears an important signif cance and a far reaching impact on environmental protection cause. So the great development of PM2.5emission reduction technology and equipment is the general trends in powerindustry.

coal-fred powerplant; fne particula te PM2.5; emission reduction technology

X701

A

1006-5377（2014）05-0015-04