燃煤電廠煙塵超低排放技術(shù)措施研究

王嫻娜，朱林，姜艷靚，王康

(1.南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京210000;2.國電環(huán)保研究院，江蘇南京210031)

燃煤電廠煙塵超低排放技術(shù)措施研究

王嫻娜1，2，朱林2，姜艷靚1，2，王康1，2

(1.南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京210000;2.國電環(huán)保研究院，江蘇南京210031)

針對越來越嚴(yán)格的環(huán)保要求，介紹了原有的除塵技術(shù)，并對除塵器新技術(shù)改造方案進(jìn)行了說明，其中重點(diǎn)對電袋復(fù)合代替靜電除塵技術(shù)、在靜電除塵器中增置旋轉(zhuǎn)電極、更改工頻電源為高頻電源、在電除塵器前加裝低溫?fù)Q熱器、脫硫后增加濕式電除塵器技術(shù)等方案進(jìn)行比較分析。為了達(dá)到超低排放要求，對不同的煙塵超低排放實(shí)踐工藝進(jìn)行了說明，并結(jié)合東部沿海地區(qū)可再生能源發(fā)展空間有限的實(shí)際情況，提出加快推廣超低排放技術(shù)在現(xiàn)有燃煤電廠的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)煤電產(chǎn)業(yè)和環(huán)保產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

燃煤電廠;超低排放;技術(shù)改造

0 引言

近年來，全國平均霧霾天數(shù)日益增多，霧霾嚴(yán)重影響人們身心健康和正常生活。實(shí)際上，霧霾天氣的形成與一次細(xì)顆粒物PM2.5的排放及環(huán)境空氣中二次細(xì)顆粒物的形成密切相關(guān)［1］。中國“多煤、少油、缺氣”的資源稟賦決定了能源消費(fèi)中仍將以煤炭為主，燃煤發(fā)電仍將是中國中長期內(nèi)主要發(fā)電方式［2］。新的《火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)要求在一般地區(qū)粉塵排放限值30mg/m3，重點(diǎn)地區(qū)煙塵排放限值20mg/m3。為此，國內(nèi)許多電廠安裝了電袋復(fù)合除塵器，基本達(dá)到排放要求。2014年9月12日，國家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部、能源局聯(lián)合印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014－2020)》的通知中，強(qiáng)調(diào)嚴(yán)控大氣污染物排放，東部地區(qū)11個(gè)省市新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，在基準(zhǔn)含氧6%條件下，煙塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于10、35、50mg/m3，中部地區(qū)8省則要求接近或達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，鼓勵(lì)西部地區(qū)接近或達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值。針對越來越嚴(yán)格的環(huán)保要求，本文結(jié)合某些電廠超低排放的成功案例，介紹了新型除塵技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況。

1 原有除塵器技術(shù)

目前國內(nèi)比較成熟且適用于各級容量機(jī)組的除塵技術(shù)主要是靜電除塵器和袋式除塵器。

靜電除塵器使用周期長、維護(hù)費(fèi)低且適用性較廣泛，國內(nèi)電除塵器出口煙塵濃度限制為20mg/m3時(shí)，50%以上的煤種適用常規(guī)電除塵器［3］;但靜電除塵器耗電量大，設(shè)備復(fù)雜、占地大并且對粉塵比電阻要求較高。對除塵效率低于99.8%，通常選用電除塵器。像神府東勝煤、晉北煤等電除塵器適應(yīng)性較好的煤種，宜選用電除塵器。

布袋式除塵器對粉塵氣流量的變化適宜性強(qiáng)，具有除塵效率高，運(yùn)行穩(wěn)定，適用范圍廣，操作維護(hù)容易并且可處理高溫、高比電阻的粉塵［4－5］，但布袋除塵壽命主要取決于濾袋的使用壽命，不適宜于黏結(jié)性強(qiáng)及吸濕性強(qiáng)的粉塵，特別是煙氣溫度不能低于露點(diǎn)溫度，否則會(huì)產(chǎn)生結(jié)露，致使濾袋堵塞。像準(zhǔn)格爾煤、宣威煤、澳大利亞煤等電除塵器適應(yīng)性差的煤種，不宜選用常規(guī)電除塵器，可選用布袋除塵器。

2 除塵器新技術(shù)改造方案

近幾十年來我國在電除塵器性能上不斷進(jìn)行技術(shù)改造與創(chuàng)新，提高了電除塵器的除塵效率。根據(jù)目前國內(nèi)電除塵器應(yīng)用情況，比較成熟的電除塵新改造技術(shù)主要包括:更換靜電除塵技術(shù)和布袋除塵為電袋復(fù)合除塵器技術(shù);在靜電除塵器中增置旋轉(zhuǎn)電極;更改工頻電源為高頻電源;在電除塵器前加裝低溫?fù)Q熱器;脫硫后增加濕式電除塵器技術(shù)等。當(dāng)要求除塵效率99.8%～99.85%時(shí)，一般采用電除塵器加高頻電源、旋轉(zhuǎn)電極等技術(shù);而要求除塵效率高于99.85%時(shí)，不宜選用常規(guī)的電除塵器，可考慮采用低低溫電除塵器技術(shù)、超凈電袋除塵器技術(shù)。

2.1 電袋復(fù)合代替電除塵技術(shù)

電袋復(fù)合除塵器是將電除塵的荷電除塵及袋除塵的過濾攔截機(jī)理有機(jī)結(jié)合的一種除塵器。電袋復(fù)合除塵器具有長期、穩(wěn)定低排放的特點(diǎn)，且不受煤質(zhì)變化的影響，最適合中國煤質(zhì)多變的條件［6］。在一般情況，電袋復(fù)合除塵器可保證除塵器出口煙氣粉塵濃度為20～30mg/m3，但煙氣在流經(jīng)脫硫吸收塔時(shí)，可能會(huì)夾帶細(xì)石膏顆粒導(dǎo)致粉塵濃度有所增加，因此除塵方式要?jiǎng)?chuàng)新。

2.2 電除塵器的改造

2.2.1 增置旋轉(zhuǎn)電極

旋轉(zhuǎn)電極源于日本日立公司開發(fā)的一種新結(jié)構(gòu)的電除塵器，采用可移動(dòng)的收塵極板和可旋轉(zhuǎn)的刷子來構(gòu)成移動(dòng)電極電場，應(yīng)用于電除塵器的后級電場。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):保持陽極板清潔，避免反電暈;減少二次揚(yáng)塵;減小占地面積。華電句容電廠2× 1000MW機(jī)組，五電場電除塵器，五電場安裝旋轉(zhuǎn)電極，除塵器出口煙塵達(dá)10～20mg/m3。

2.2.2 改工頻為高頻電源

高頻電源是一種利用高頻開關(guān)技術(shù)而形成的逆變式電源，其供電電流由一系列窄脈沖構(gòu)成。高頻電源采用三相平衡電源，對電網(wǎng)影響小，無缺相損耗，比工頻電源對復(fù)雜多變的煙氣工況具有更強(qiáng)的適應(yīng)性［7－8］。就南京某電廠1號爐1臺(tái)電除塵器配備工頻電源、2號爐1臺(tái)除塵器配備高頻電源。

該電廠2號爐配套的高頻電源與1號爐配套的工頻電源相比較，高頻電源安裝更方便、操作更簡單，可降低煙塵排放40%～60%，相比工頻電源可節(jié)約電耗40%～80%。配合電除塵器，除塵效率能達(dá)到99.80%～99.85%。

2.2.3 低/低低溫電除塵技術(shù)

低溫靜電除塵器利用煙氣換熱器，將煙氣溫度降低至高于煙氣酸露點(diǎn)溫度。電除塵器的運(yùn)行煙溫下降后，煙氣的比電阻下降，提高了除塵效率［9］。漕涇電廠1000MW機(jī)組在除塵器進(jìn)口加裝煙氣余熱利用換熱器后，煙溫從123℃降至約105℃，電除塵器效率從99.81%提至99.87%，出口排放濃度從21.57mg/m3降至14.29mg/m3，在投運(yùn)1年多的時(shí)間里運(yùn)行良好。

低低溫除塵器進(jìn)口的煙氣溫度為85～95℃左右。比低溫電除塵器將煙氣下降的溫度更低，降低飛灰比電阻和煙氣流速，比常規(guī)電除塵器可少用一個(gè)電場［10］。2013年7月實(shí)測南昌發(fā)電廠1號機(jī)組低低溫電除塵器，入口煙溫由140℃下降到95℃，除塵器出口煙塵濃度由58mg/m3下降到16mg/m3，除塵效果明顯。

2.3 增加濕式電除塵技術(shù)

濕式電除塵器將水噴至極板上使粉塵沖刷到灰斗中隨水排出，可以避免已捕集粉塵的再飛揚(yáng)，達(dá)到很高的除塵效率，同時(shí)還可以消除“石膏雨”現(xiàn)象［11］。國外該技術(shù)已很很熟，從美國和日本電廠的運(yùn)行情況來看，濕式除塵器能夠長期穩(wěn)定地除去煙塵，并且煙氣濃度可以控制在10mg/m3以下，去除率在70%以上，對汞控制效果也很好。但初始投入成本較高、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［12］。日立濕式靜電除塵器于2001年應(yīng)用于中部電力的碧南電廠4、5號1000MW機(jī)組。運(yùn)行狀況良好，常年維持在2～5mg/m3，煤質(zhì)較好情況最低達(dá)到1mg/m3。國內(nèi)南京國電山大能源公司研發(fā)的濕式靜電除塵器技術(shù)，于2012年8月在國電益陽電廠300MW機(jī)組上進(jìn)行應(yīng)用，效果良好。浙江六橫電廠、國華舟山電廠投運(yùn)的濕式靜電除塵器，測得出口煙塵濃度也都低于5mg/m3。

3 煙塵超低排放實(shí)踐工藝

為達(dá)到煙塵超低排放(小于10mg/m3)，福建龍凈環(huán)保股份有限公司提出了一種無須濕式電除塵的超級除塵技術(shù)，該工藝由超凈電袋復(fù)合除塵器和超凈吸收塔組成，粉塵總排放濃度可低于5mg/m3。該工藝可節(jié)省水資源，避免水的二次污染。

神華國華舟山電廠二期1×350MW的超臨界燃煤4號機(jī)組，其煙塵處理主要配套采用了高頻電源(常規(guī)四電場+旋轉(zhuǎn)電極)靜電除塵裝置+濕式電除塵裝置，所排放的煙塵濃度低于5mg/m3。4號機(jī)組的靜電除塵器采用4個(gè)電極+1旋轉(zhuǎn)電極，旋轉(zhuǎn)電極使用的清灰刷，克服了“反電暈”和“二次揚(yáng)塵”，且煙塵出口濃度不高于20mg/m3。4號機(jī)組環(huán)保設(shè)施的亮點(diǎn)在于安裝了濕式電除塵，利用噴水霧化對極板沖洗，很好的消除反電暈現(xiàn)象。

目前國內(nèi)濕式電除塵器技術(shù)主要是三大類:一類是吸收引進(jìn)的日本三菱、日立等企業(yè)的以陽極板為不銹鋼材質(zhì);一類是山東山大自主研發(fā)的陽極板為柔性纖維織物;還有就是南京國電環(huán)?？萍肌⑽靼矡峁ぱ芯吭?、宜興成套化工設(shè)備有限公司自主研發(fā)的陽極板為導(dǎo)電玻璃鋼陽極技術(shù)。舟山4號機(jī)組的陽極板引進(jìn)的是日本三菱重工的不銹鋼材質(zhì)，該技術(shù)與其他技術(shù)的主要差別是采用了連續(xù)噴霧的方式和板式陽極結(jié)構(gòu)。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，濕式電除塵器出口煙塵濃度為2.01mg/m3(6%O2)，相比入口煙塵濃度下降了6.47mg/m3，除塵效率達(dá)76.3%。

浙能集團(tuán)在嘉電三期7、8號兩臺(tái)百萬燃煤機(jī)組也已開展超低排放示范工程，在建的六橫電廠2× 1000MW、臺(tái)二電廠2×1000MW燃煤機(jī)組等煙氣超低排放項(xiàng)目也已全面同步建設(shè)［13］。六橫電廠超低排放系統(tǒng)按年發(fā)電5500h計(jì)，項(xiàng)目實(shí)施后每臺(tái)機(jī)組一年可減排SO2270t、NOx820t以及煙塵540t。

4 結(jié)論與建議

(1)目前圍繞滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，多種除塵器新技術(shù)的開發(fā)和研究不斷呈現(xiàn)新成果，特別是濕式電除塵器、低低溫電除塵等新技術(shù)的推廣應(yīng)用為燃煤電廠實(shí)現(xiàn)10mg/m3超低排放進(jìn)一步創(chuàng)造了條件，國內(nèi)大量燃煤電廠已投運(yùn)大型機(jī)組配套的除塵新技術(shù)，甚至有部分電廠實(shí)現(xiàn)了煙塵污染濃度低于5mg/m3的情況。

(2)對于可再生能源發(fā)展空間有限的東部沿海地區(qū)而言，實(shí)施煙氣超低排放是傳統(tǒng)燃煤電廠產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一條新路。加快推廣超低排放技術(shù)在現(xiàn)有燃煤電廠的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)煤電產(chǎn)業(yè)和環(huán)保產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級勢在必得。

(3)適度開放東部沿海地區(qū)清潔煤電項(xiàng)目的建設(shè)，在保證煙塵濃度低于10mg/m3的前提下，建議利用原有設(shè)備進(jìn)行改造集成，減少初投資和運(yùn)行成本，更經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的組合各項(xiàng)技術(shù)。

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Measures of ultra－low emission technology of coal－fired power plant smoke

According to increasingly stringent environmental requirements，describes the original dust removal technology，then describes the new transformation program of dust，which focuses on electricity instead of static dust bag composite technology，electrostatic precipitator home by rotating electrode，changing the frequency power for high－frequency power，the installation of low－temperature heat exchanger before electrostatic precipitators and wet electrostatic precipitator technology.In order to achieve ultra－low emission requirements，it describes the different soot ultra－low emission technology practice，combined with the eastern coastal areas of renewable energy development in the limited space of the actual situation，to speed up the promotion of ultralow emission technology in existing coal－fired power plants，coal industry and environmental protection of traditional industries the transformation and upgrading.

coal－fired power plants;ultra－low emissions;technological innovation

X701.2

B

1674－8069(2015)04－047－03

2015-03-07;

2015-05-21

王嫻娜(1990-)，女，江蘇鹽城人，碩士，主要研究方向大氣污染控制技術(shù)及工程。E－mail:wangxianna@sina.com