超凈電袋復合除塵技術實現(xiàn)超低排放

修海明

(福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建龍巖 364000)

超凈電袋復合除塵技術實現(xiàn)超低排放

修海明

(福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建龍巖 364000)

近年來，超低排放政策逐漸出臺，部分地方政府和電力集團甚至要求煙塵排放達到5mg/m3以下，迫使除塵技術進行工藝改進。介紹了珠海電廠700MW燃煤機組電除塵器采用超凈電袋復合除塵器改造后，實現(xiàn)煙塵排放濃度＜5mg/m3的超低排放，探討超凈電袋復合除塵器在滿足超低排放政策中的技術優(yōu)勢。

超凈電袋復合除塵器;超低排放;工藝方案

0 引言

隨著人們生活水平的提高，對環(huán)境保護要求越來越嚴。我國的《火電廠大氣污染物排放標準》，近年來經歷3次修訂以降低各污染物的排放限值，2012年將煙塵排放限值提高到30mg/m3(重點地區(qū)20mg/m3)，標準嚴格程度與發(fā)達國家平齊甚至更嚴。根據(jù)國家發(fā)改委、環(huán)保部、國家能源局聯(lián)合下發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級改造行動計劃(2014－2020)》的精神，珠江三角洲地區(qū)應控制煙塵的排放達到5mg/m3以下，迫使除塵技術進行工藝改進。

我國煤種復雜多變，長期以來，燃煤電站“市場煤”問題嚴重影響了進入鍋爐煤的穩(wěn)定性，大多數(shù)入爐煤種存在熱值偏低、灰分偏高、且波動大的現(xiàn)實，造成煙塵濃度變化幅度大，使得干式電除塵器效率波動，出口排放濃度無法長期穩(wěn)定在設計值范圍內。如果在吸收塔后增設濕式電除塵器，則會增加占地，設備投資與運行費用，且耗水量大，污水處理復雜。電袋復合除塵器有機結合了電除塵和袋式除塵器的優(yōu)勢，能長期穩(wěn)定保持出口排放20mg/m3以下。所以，如果能對現(xiàn)有電袋復合除塵器進行工藝改進，實現(xiàn)超低排放，就能簡化工藝、減少占地、節(jié)約投資、降低運行費用，使其成為滿足燃煤電廠煙塵超低排放的優(yōu)選技術。

1 電袋復合除塵器的原理

電袋復合除塵器是繼電除塵器、袋式除塵器之后，在充分消化吸收兩者機理優(yōu)勢的基礎上，將電除塵的荷電除塵及袋除塵的過濾攔截機理有機結合，創(chuàng)新開發(fā)的一種全新的除塵技術。它充分利用前級電場收塵效率高和對顆粒荷電的特點，利用1～2個電場除掉煙氣中80%以上的煙塵，可以大幅度的降低進入袋式除塵區(qū)煙氣的含塵濃度，剩余10% ～20%的細粒子由后級濾袋過濾捕集，大大降低了袋區(qū)負荷并避免粗顆粒對濾袋的沖刷磨損，并改善濾袋表面粉餅層結構。它具有除塵效率高、阻力低、節(jié)能、運行成本低、占地面積小等優(yōu)點［1］。

電袋復合除塵器對顆粒物的脫除不是簡單的靜電除塵加上袋式除塵，其除塵過程主要存在如下相互影響的機制:后級袋區(qū)的結構影響電區(qū)的流場分布，從而影響電區(qū)的除塵效率;電區(qū)的結構決定進入袋區(qū)的顆粒物濃度和粒徑分布;來自電區(qū)的顆粒荷電會影響袋區(qū)的粉餅層結構、過濾特性和清灰特性。通過濾料過濾實驗發(fā)現(xiàn)，顆粒經電場作用發(fā)生荷電和極化，有助于在濾料表面形成結構更為有序、更為疏松的顆粒層(圖1)，顯著降低過濾壓降。

圖1 中性顆粒和荷電顆粒的堆積狀態(tài)

通過對電袋復合除塵機理的研究表明，細顆粒物在經過電區(qū)時發(fā)生了極化和凝并，極化的細顆粒物聚并形成大粒徑顆粒，而且隨著顆粒荷電量的增大，其極化和凝并越顯著，細顆粒長大成大顆粒的效果越明顯。

我們選用某電廠灰進行試驗，荷電前顆粒體積平均粒徑96μm，荷電后為108μm［2］，荷電后比荷電前煙塵平均粒徑增大約12.5%(如圖2)。因而通過顆粒荷電，可增強電袋對細顆粒物，尤其是PM2.5的捕集性能力。

圖2 荷電前后的粒徑分布

2 超凈電袋復合除塵技術措施

從結構上來看，電袋復合除塵器是電除塵與布袋除塵的有機組合，袋區(qū)的入口濃度直接關系電場的選型及出口排放，因此，電區(qū)與袋區(qū)最佳參數(shù)匹配是保證低排放下最優(yōu)經濟性的關鍵。從電袋復合除塵器的原理可以發(fā)現(xiàn)，增強顆粒荷電可以提高電區(qū)的捕集性能，而且能大大改善煙塵在濾袋表面的堆積狀況，增強對細顆粒物的捕集能力。

研究發(fā)現(xiàn)，濾袋是電袋復合除塵器的終端控制環(huán)節(jié)，是決定其出口排放濃度的關鍵的部件，濾袋的過濾精度直接關系到煙塵排放值。超凈電袋復合除塵器是指除塵器出口煙塵排放必須小于5mg/m3，為了達到此要求，必須提高濾袋的過濾性能。因此，超凈電袋復合除塵器主要采用了以下幾個技術措施:保證電區(qū)與袋區(qū)參數(shù)匹配，確定袋區(qū)入口濃度;強化顆粒荷電，提高電區(qū)的可靠性;采用高精過濾濾料;氣流分布均勻措施等。下面進行詳細分析。

2.1 保證電區(qū)與袋區(qū)參數(shù)匹配，確定袋區(qū)入口濃度

電袋復合除塵器通過靜電區(qū)除塵區(qū)脫除了80%以上的煙塵，大大降低了進入袋區(qū)的入口濃度，減少袋區(qū)的負荷并避免了粗顆粒對濾袋的沖刷磨損。但每個電場區(qū)的除塵效率呈指數(shù)遞減，從第三電場開始，電場經濟性差。荷電顆粒過濾模擬與試驗研究的結果表明(見圖3):當袋區(qū)入口煙塵濃度小于10 g/m3時，過濾壓降增長率隨過濾風速的增長變化不大。

同時，大量工程應用和試驗表明，粉塵濃度對濾袋區(qū)的排放存在一定的影響，其結果如圖4所示。當過濾濃度小于10 g/m3時，排放濃度隨過濾濃度的增加而增加;當過濾濃度大于10 g/m3時，排放濃度隨過濾濃度的增加而緩慢增加;當過濾濃度濃度達到一定值時，過濾濃度增加而排放則趨于平穩(wěn)。因此，影響排放的濾袋區(qū)入口粉塵濃度值區(qū)域主要在于0～10 g/m3之間。

圖3 不同袋區(qū)入口濃度下過濾壓降增長率隨過濾風速的變化

圖4 濾袋過濾濃度與排放關系

從上述分析可知，除塵器出口排放濃度隨濾袋區(qū)入口粉塵濃度的降低而下降。而濾袋區(qū)入口粉塵濃度的降低需要增加電場數(shù)，會造成設備投資加大，經濟性差。因此，考慮經濟性的前提下，超凈電袋復合除塵器應根據(jù)具體情況確定濾袋區(qū)最佳的入口粉塵濃度值。

2.2 強化顆粒荷電，提高電區(qū)可靠性

(1)改善電區(qū)極配型式。采用高放電性能、高場強的電區(qū)極配型式，能提高顆粒荷電以及電場區(qū)除塵效率。試驗研究表明，高放電性能的芒刺電極能有效增加針端放電性能，增加板電流密度，提高電場強度，增加顆粒的荷電量。

(2)采用前后小分區(qū)供電技術，提高電區(qū)可靠性。將每一機械電場分為2個獨立的電力分區(qū)，分別采用2臺變壓器供電，這樣每一機械電場的平均工作電壓升高，顆粒荷電量相應也得到提高，尤其對細顆粒荷電與電凝并發(fā)揮了重要的作用。同時，2個工作分區(qū)提高了電區(qū)可靠性，即使其中一個電區(qū)發(fā)生故障，另外一個電場區(qū)仍然可以工作。

2.3 采用高精過濾濾料

在工業(yè)生產中，在相同條件下，濾料的過濾精度高低依次為PTFE覆膜濾料、超細纖維梯度濾料、普通濾料。

PTFE覆膜濾料是當前價格最高的過濾濾料，其次為超細纖維梯度濾料，兩者均屬于高精度過濾濾料，是超低排放電袋復合除塵器濾料的首選。濾料過濾精度越高，電袋復合除塵器實現(xiàn)超低排放就越可靠，適應工況變化能力也越強，而且中長期運行阻力更低更平穩(wěn)。

濾料覆膜是在濾料的迎塵面覆上一層PTFE微孔膜的一種加工工藝。常規(guī)電袋復合除塵器設計排放濃度為20～30mg/m3，在選用覆膜濾袋時，3μm微孔徑的PTFE膜就可滿足要求。而設計煙塵排放濃度＜5mg/m3時，覆膜的性能要求較高。

梯度濾料是指在濾料的迎塵面設置一定厚度的超細纖維，里層使用常規(guī)纖維，形成孔隙分布呈“外小內大”梯度狀濾料。由于超細纖維層能有效阻擋煙塵的滲透，過濾精度與阻力性能介于PTFE覆膜和常規(guī)濾料之間，它的加工工藝比PTFE覆膜簡單，比常規(guī)濾料略復雜，便于大批量生產。

2.4 其他措施

要達到超凈電袋復合除塵器的要求，還需保證電袋復合除塵器內氣流分布均勻(即袋區(qū)各室流量均勻性相對偏差小于5%)。此外，還需在設計、制造、安裝、運行維護等各個環(huán)節(jié)進行嚴格把關。主要措施包括取消旁路結構、保證除塵器的密封性、加強濾袋加工質量監(jiān)控、加強花板安裝密封性等。

3 超低排放的兩種工藝方案

3.1 超凈電袋+脫硫

采用超凈電袋復合除塵器，可以實現(xiàn)電袋復合除塵器出口煙塵排放濃度＜5mg/m3。而從燃煤電廠煙塵治理工藝方案來看，為了達到超低排放，僅有除塵器達標是不夠的，后面必須配套相應脫硫裝置，即當脫硫吸收塔入口煙塵含量＜5mg/m3時，脫硫塔出口煙塵含量(含液滴攜帶石膏量)可滿足 ＜5mg/m3。采用超凈電袋+脫硫工藝，可以取消濕式電除塵，從而節(jié)省投資、占地，降低運行及維護費用，無污水排放。

3.2 高效電袋+脫硫+導電玻璃鋼濕式電除塵器

實際情況中，部分電廠的濕法脫硫機械除霧效果不佳，出現(xiàn)“石膏雨”，煙氣經過濕法脫硫后產生大量的水汽、硫酸霧和微細氣溶膠。由于場地限制等各種因素影響，無法改造，脫硫無法實現(xiàn)5進5出。這時，可以采用高效電袋復合除塵器，并在濕法脫硫后增設一個蜂窩式導電玻璃鋼濕式電除塵器具體工藝方案:鍋爐煙氣→省煤器→脫硝→空預器→高效電袋→濕法脫硫→濕式電除塵→煙囪。電除霧器已經在冶金、硫酸行業(yè)運行多年。在電廠使用時，設備的灰水直排入吸收塔，無循環(huán)水系統(tǒng)，無水處理系統(tǒng)，設備簡單。

以上兩種方案中，電袋復合除塵器在保證超低排放中均起了重要的作用，同時，電袋減少了進入脫硫塔的煙塵，減少設備故障，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 工程案例

4.1 概況

珠海發(fā)電廠1、2號(2×700MW)燃煤機組原配套的電除塵器為臥式干式雙室三電場四通道電除塵器，除塵效率偏低、煙塵排放濃度超標，且進入脫硫系統(tǒng)煙氣含塵量高，導致脫硫后的GGH堵塞。經論證，決定對原電除塵器進行提效改造。

4.2 改造方案

改造中保留原支架、殼體、灰斗、進口喇叭等。第一電場陰陽極系統(tǒng)、振打系統(tǒng)全部更換。陰極系統(tǒng)采用前后分區(qū)供電，原整流變壓器利舊。第二、三電場及后部空間改造為濾袋除塵區(qū)。電場區(qū)沿煙氣方向設1個電場2個供電區(qū)，濾袋區(qū)沿煙氣方向布置3個分室。總體布置如圖5所示。

圖5 總體布置示意

4.3 主要技術參數(shù)

電袋復合除塵器主要技術參數(shù)見表1。

表1 電袋復合除塵器主要技術參數(shù)

4.4 改造主要技術特點

根據(jù)本項目煙氣量大、入口煙塵濃度高、場地小、結構布置緊湊等特點，為了保證超低排放，超凈電袋復合除塵器采用了一系列先進的技術，主要包括以下兩個方面:

(1)分區(qū)供電，增強電區(qū)可靠性。本項目共一個機械大電場，陰極系統(tǒng)設計采用前后分區(qū)供電，每個分區(qū)配備一臺變壓器。當其中一個變壓器故障時，可以保證另外一個分區(qū)正常工作，增強電場區(qū)的可靠性。

(2)采用高精度過濾材料。綜合考慮本項目的煙氣含氧量、煙氣溫度、出口煙氣濃度等參數(shù)，為提高濾料的過濾精度，本項目在濾袋選型上提出了更高的要求。濾料材質為50%PPS+50%PTFE/PTFE (基布)，濾袋迎塵面加PPS超細纖維。

4.5 改造效果

珠海電廠1、2號爐原電除塵器出口煙塵濃度在70～100mg/m3，有時甚至高達140mg/m3，GGH堵塞嚴重，運行不到半年阻力就上升到1500Pa，必須停運脫硫系統(tǒng)進行化學清洗。改造為電袋復合除塵器后，經第三方測試，1、2號爐除塵器出口排放實測分別為:3.15mg/m3、2.55mg/m3，運行阻力在800Pa以下，GGH再未出現(xiàn)過堵塞現(xiàn)象，壓損穩(wěn)定。

5 結語

本項目是超凈電袋復合除塵器成功實現(xiàn)超低排放的一個典型案例，證明了電袋復合除塵器進行工藝改進后，可以采用簡單的工藝就能實現(xiàn)超低排放，而且可以大大節(jié)省設備投資。因此，采用超凈電袋復合除塵技術是滿足當前超低排放政策的優(yōu)選技術之一。

［1］陳奎續(xù).大型燃煤機組配套除塵設備的技術經濟性分析［J］.中國環(huán)保產業(yè)，2011(11):53－57.

［2］修海明.電袋復合除塵器脫除PM2.5效率的探討［J］.中國環(huán)保產業(yè)，2013(10):46－49.

［3］陳麗艷，謝小杰，廖增安，等.電除塵器如何滿足低排放的研究［J］.電力科技與環(huán)保，2011，27(1):14－18.

Discussion on ultra－clean EFIP technology realizes ultra－low emission

Recently，w ith the im plementation of ultra－low em ission policies and the flue gas em ission below 5mg/m3is required by some localgovernments and electric power groups，the process optim ization is com pelled to be done for dust removal technology.It introduces the coal－fired boiler unit of Zhuhai700MW Power Plant realizing ultra－low em ission below 5mg/m3successfully after it adopted the ultra－clean Electrostatic－Fabric Integrated Precipitator(short for EFIP)technology.The advantages of ultra－clean EFIP technology in achieving the ultra－low em ission policy are discussed.

ultra－clean EFIP;utlra－low em ission;process scheme

X701.2

:B

:1674－8069(2015)02－032－04

2014-10-12;

:2014-12-15

修海明(1966-)，男，福建長汀人，工程師，長期從事電袋復合除塵器的研究和管理工作。E－mail:13906972529@139.com