燃煤電廠(chǎng)煙塵超低排放改造方案對(duì)比分析

胡永鋒

(中國(guó)華電工程(集團(tuán))有限公司，北京 100160)

1 我國(guó)對(duì)燃煤機(jī)組超低排放的政策和要求

根據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)中電聯(lián))年度快報(bào)統(tǒng)計(jì)，截至2014年年底，全國(guó)全口徑發(fā)電裝機(jī)容量為13.6×106MW，其中火電裝機(jī)容量為9.2×106MW，火電中煤電為8.3×106MW。經(jīng)中電聯(lián)初步統(tǒng)計(jì)分析，電力煙塵、SO2及NOx排放量預(yù)計(jì)分別降至98萬(wàn)、620萬(wàn)及620萬(wàn) t左右，分別比2013年下降約31.0%，20.5%及25.7%。電力SO2排放量(2013年實(shí)現(xiàn))、NO排放量(2014年實(shí)現(xiàn))全面提前完成《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》規(guī)定的800萬(wàn)和750萬(wàn)t的減排目標(biāo)。與2006年排放最高時(shí)相比，煙塵、SO2及NOx3項(xiàng)污染物排放之和減少了約50%。截至2014年年底，火電廠(chǎng)安裝袋式除塵器、電袋復(fù)合式除塵器的機(jī)組容量超過(guò)1.89×106MW，占全國(guó)煤電機(jī)組容量的22.9%。其中袋式除塵器機(jī)組容量約0.75×106MW，占全國(guó)煤電機(jī)組容量的9.1%，電袋復(fù)合式除塵器機(jī)組容量超過(guò)1.14×106MW，占全國(guó)燃煤機(jī)組容量的13.8%［1-2］。

2014年9月12日，國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)、環(huán)境保護(hù)部及國(guó)家能源局聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于印發(fā)煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)的通知》(發(fā)改能源〔2014〕2093號(hào))(以下簡(jiǎn)稱(chēng)行動(dòng)計(jì)劃)。行動(dòng)計(jì)劃明確了燃煤機(jī)組主要污染物排放的目標(biāo)值應(yīng)與燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值的數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)，要求在基準(zhǔn)氧體積分?jǐn)?shù)為6%的條件下，煙塵、SO2及NOx質(zhì)量濃度分別不高于10，35，50 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，干基)，并將全國(guó)按區(qū)域劃分為東部地區(qū)(11省市)、中部地區(qū)(8省)及西部地區(qū)，對(duì)不同地區(qū)的新建燃煤機(jī)組、現(xiàn)役燃煤機(jī)組主要污染物排放提出了不同要求:(1)對(duì)于新建燃煤機(jī)組，東部地區(qū)基本達(dá)到上述目標(biāo)值，中部地區(qū)原則上接近或達(dá)到上述目標(biāo)值，鼓勵(lì)西部地區(qū)接近或達(dá)到上述目標(biāo)值;(2)對(duì)于現(xiàn)役燃煤機(jī)組要加快推進(jìn)環(huán)保設(shè)施的升級(jí)改造，東部地區(qū)300 MW及以上或有條件的300 MW以下機(jī)組基本達(dá)到上述目標(biāo)值，鼓勵(lì)其他地區(qū)達(dá)到或接近上述目標(biāo)值。在行動(dòng)計(jì)劃的推動(dòng)下，全國(guó)各省及地區(qū)相繼啟動(dòng)實(shí)施《煤電節(jié)能減排行動(dòng)計(jì)劃》，并制定了實(shí)施減排計(jì)劃的時(shí)間表。

2015年7月16日，環(huán)境保護(hù)部組織各發(fā)電集團(tuán)在北京緊急召開(kāi)了“十三五”燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放工作推進(jìn)會(huì)。會(huì)議通報(bào)了國(guó)辦最新要求，傳達(dá)了對(duì)現(xiàn)有超低排放工作部署實(shí)施“提速擴(kuò)圍”的精神，要求各集團(tuán)公司立即開(kāi)展“十三五”超低排放計(jì)劃安排和“十三五”減排潛力測(cè)算工作，要求在2017年年底前，東部地區(qū)(遼寧、北京、天津、河北、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南)完成所有燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放改造;2020年年底前，完成其他地區(qū)燃煤機(jī)組超低排放改造;個(gè)別不具備超低排放改造條件的機(jī)組要按照“一廠(chǎng)一策”的要求采取治理、淘汰、替代等措施，明確關(guān)?；蛱娲鷷r(shí)間和治理方案，確保穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

從國(guó)家環(huán)保部相繼出臺(tái)的政策和要求可以看出國(guó)家對(duì)火電廠(chǎng)大氣污染物排放控制的信心和決心。目前我國(guó)燃煤機(jī)組的煙塵排放質(zhì)量濃度基本控制在30 mg/m3以下，部分重點(diǎn)地區(qū)煙塵排放質(zhì)量濃度可達(dá)到20mg/m3以下，而要滿(mǎn)足煙塵質(zhì)量濃度低于10 mg/m3的超低排放要求，需對(duì)現(xiàn)有除塵系統(tǒng)進(jìn)行改造或結(jié)合脫硫裝置協(xié)同除塵。

2 常用除塵技術(shù)［3－5］

燃煤電廠(chǎng)常用煙氣除塵裝置主要有電除塵器、旋轉(zhuǎn)極板式電除塵器、低低溫電除塵器、布袋除塵器、電袋復(fù)合式除塵器和濕式電除塵器等。早期投產(chǎn)的機(jī)組大部分采用電除塵器，隨著煙塵排放要求的提高，已投產(chǎn)的電除塵器大部分通過(guò)電源改造和旋轉(zhuǎn)極板改造，提高了除塵效率。隨著近幾年布袋和電袋除塵器技術(shù)的發(fā)展和成本的降低，布袋和電袋除塵器得到較為廣泛的應(yīng)用。

2.1 電除塵器

電除塵器主要由電暈極(陰極)、收塵極(陽(yáng)極)及振打系統(tǒng)組成。煙氣中灰塵塵粒通過(guò)高壓靜電場(chǎng)時(shí)，與電極間的正、負(fù)離子和電子發(fā)生碰撞而荷電(或在離子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)中荷電)，帶有電子和離子的塵粒在電場(chǎng)力的作用下向異性電極運(yùn)動(dòng)并積附在異性電極上，通過(guò)振打等方式使電極上的灰塵落入收集灰斗中，使通過(guò)電除塵器的煙氣得到凈化。電除塵器的優(yōu)點(diǎn)是效率高、阻力損失小、處理煙氣量大及使用壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)是設(shè)備較復(fù)雜，設(shè)備安裝、調(diào)試、運(yùn)行及維護(hù)的管理水平要求高，且對(duì)粉塵比電阻有一定的要求，對(duì)粉塵有一定的選擇性，對(duì)較細(xì)的粉塵除塵效率不高。火電廠(chǎng)常采用4電場(chǎng)或5電場(chǎng)電除塵器，并采用高頻電源或脈沖電源的方式進(jìn)一步提高除塵效率，可達(dá)99.9%以上，控制煙塵排放質(zhì)量濃度在30 mg/m3以下。

2.2 旋轉(zhuǎn)極板式電除塵器

旋轉(zhuǎn)極板式電除塵器是在電除塵器末級(jí)采用旋轉(zhuǎn)極板，極板下端設(shè)置清灰刷，極板平行于煙氣設(shè)置，采用鏈條傳動(dòng)，當(dāng)極板旋轉(zhuǎn)到電場(chǎng)下端時(shí)，清灰刷在遠(yuǎn)離氣流的位置對(duì)板面的粘灰進(jìn)行刷除，可有效避免二次揚(yáng)塵。由于刷除清灰較為徹底，可使極板保持清潔的時(shí)間長(zhǎng)，在2次刷灰的間隔時(shí)間里，極板表面還不能形成連續(xù)的粉塵層，無(wú)法建立較強(qiáng)的粉塵層電場(chǎng)，不會(huì)出現(xiàn)粉塵層氣隙擊穿所引發(fā)的反電暈。旋轉(zhuǎn)極板式電除塵器可控制煙塵排放質(zhì)量濃度在30 mg/m3以下。

2.3 低低溫電除塵器

低低溫電除塵器是通過(guò)低溫省煤器將電除塵器入口煙氣溫度降至酸露點(diǎn)溫度以下，降低了煙塵的比電阻，從而有效提高了除塵效率，同時(shí)可以高效捕集SO3，保證燃煤電廠(chǎng)滿(mǎn)足低排放要求。此外，低溫省煤器可將回收的熱量加以利用，具有較好的節(jié)能效果。低低溫電除塵器具有以下技術(shù)特點(diǎn):(1)低溫時(shí)煙塵比電阻會(huì)迅速下降，更易于被捕集，提高除塵效率;(2)煙塵溫度降低，使煙氣量降低，電場(chǎng)風(fēng)速減小，煙塵在電除塵器的荷電機(jī)會(huì)增加，除塵效率增加。

2.4 布袋除塵器

布袋除塵器采用過(guò)濾原理，煙塵通過(guò)濾料的篩濾以及顆粒間的相互碰撞、截留、布朗擴(kuò)散、靜電等作用而被捕集，除塵效率可達(dá)到99.9%以上。濾袋的使用壽命和運(yùn)行阻力是布袋除塵器經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵所在，其壽命與材質(zhì)、煙氣溫度、成分、酸露點(diǎn)、粉塵性質(zhì)等因素有關(guān)，同時(shí)也受過(guò)濾風(fēng)速、入口粉塵質(zhì)量濃度、清灰頻率和管理維護(hù)的影響。

2.5 電袋復(fù)合式除塵器

電袋復(fù)合式除塵器包括電除塵器區(qū)和袋式收塵區(qū)2大部分。電除塵器適合捕集大顆粒粉塵，布袋除塵器適合捕集細(xì)小顆粒的粉塵，在電袋復(fù)合除塵器中，先由電場(chǎng)捕集煙氣中大部分粉塵，再由布袋收集剩余細(xì)微粉塵。電袋復(fù)合除塵器有機(jī)結(jié)合了電除塵器與布袋除塵器的優(yōu)點(diǎn)，前級(jí)電場(chǎng)的預(yù)除塵和荷電為提高電袋復(fù)合除塵器的性能起到了重要作用。電袋除塵器的效率不受粉塵比電阻及粒徑的影響，排放質(zhì)量濃度可以保證在30 mg/m3以下，且長(zhǎng)期穩(wěn)定，預(yù)除塵降低了濾袋的粉塵負(fù)荷量，從而降低了阻力上升速率。由于濾袋收集的粉塵量少，阻力上升緩慢，因此可延長(zhǎng)濾袋的清灰期，節(jié)省清灰能耗，延長(zhǎng)濾袋使用壽命。

2.6 濕式電除塵器

濕式電除塵器常設(shè)置在煙氣脫硫(FGD)裝置后，電除塵器電極在高電壓的作用下，將其周?chē)臍怏w電離，粉塵在電場(chǎng)中荷電并在電場(chǎng)力的作用下向集塵極運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其到達(dá)集塵極表面被液體膜吸附。濕式電除塵器同時(shí)能脫除SO3酸霧以及微細(xì)粉塵和濕煙氣中的氣溶膠，可以緩解煙道和煙囪的腐蝕。濕式電除塵器采用液體沖刷積塵板表面進(jìn)行清灰，除塵性能與粉塵特性無(wú)關(guān)，可有效收集黏性大或比電阻高的粉塵。由于工作環(huán)境比較惡劣，因此集塵板、放電線(xiàn)、噴嘴的選材需具有一定的抗腐蝕特性。濕式電除塵器從結(jié)構(gòu)上分為管式和板式2種，管式只有垂直方向煙氣流，而板式可以采用水平氣流也可以采用垂直氣流，在電極長(zhǎng)度相同的條件下，管式允許的煙氣流速是板式的2倍，因此，對(duì)于給定的除塵效率，管式結(jié)構(gòu)更加緊湊。工程應(yīng)用的濕式電除塵器布置方式主要有水平煙氣布置、垂直煙氣布置以及垂直煙氣與濕式脫硫整體布置3種。

3 煙塵超低排放改造方案

根據(jù)GB 13223—2011《火電廠(chǎng)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，燃煤火電機(jī)組煙塵排放限值分別為30 mg/m3和20 mg/m3(重點(diǎn)地區(qū))。經(jīng)過(guò)2010—2014年的除塵改造，燃煤機(jī)組煙塵排放質(zhì)量濃度基本已達(dá)到30 mg/m3以下。目前，為了達(dá)到行動(dòng)計(jì)劃提出的煙塵排放質(zhì)量濃度在10 mg/m3以下的要求，單獨(dú)提高現(xiàn)有除塵裝置的效率收效甚微，需結(jié)合脫硫超低改造進(jìn)行協(xié)同除塵，可行的改造方案主要有采用高效除塵脫硫塔、加裝除塵除霧器及加裝濕式電除塵器。對(duì)于部分地區(qū)要求煙塵排放質(zhì)量濃度小于5 mg/m3的要求，在脫硫后加裝濕式電除塵器是最為穩(wěn)定、可靠的改造方案。

3.1 高效除塵脫硫塔

濕法煙氣脫硫大多采用的是噴淋空塔，除塵效率約為50%，為了提高脫硫效率，常采用加裝托盤(pán)和聚氣環(huán)的提效方案，該方案同時(shí)可有效提高脫硫塔的除塵效率，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估算，2層托盤(pán)可提高脫硫塔除塵效率至85%。為了保證脫硫塔的除塵效果，需在脫硫塔出口安裝高效除霧器，控制霧滴煙塵質(zhì)量濃度小于20 mg/m3。在脫硫塔入口煙塵質(zhì)量濃度小于30 mg/m3時(shí)，可控制機(jī)組最終煙塵排放質(zhì)量濃度小于10 mg/m3。該改造方案可結(jié)合脫硫提效改造，若脫硫塔采用串塔，需保證二級(jí)塔出口的除霧效果，改造工程量和難度較小，改造工期短，改造后系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

3.2 加裝除塵除霧器

除塵除霧器布置在脫硫塔頂部，主要由分離器、導(dǎo)流環(huán)、筒體和擋水環(huán)構(gòu)成。脫硫后的煙氣經(jīng)過(guò)布置在脫硫塔頂部的除塵除霧器時(shí)，先通過(guò)旋流子分離器產(chǎn)生離心運(yùn)動(dòng)，在離心力的作用下，霧滴與粉塵向筒體壁面運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相互碰撞，凝聚成較大的液滴，液滴被拋向筒體內(nèi)壁表面，與壁面附著的液滴層接觸后一同落入漿液，實(shí)現(xiàn)霧滴與粉塵的脫除。分離器之間設(shè)置導(dǎo)流環(huán)，提升氣流的離心運(yùn)動(dòng)速度，并維持合適的氣流分布狀態(tài)，防止液滴的二次夾帶。在脫硫塔入口煙塵質(zhì)量濃度小于30 mg/m3時(shí)，除塵除霧器可控制機(jī)組最終煙塵排放質(zhì)量濃度小于10 mg/m3。該方案改造工程量和改造難度較小，改造工期較長(zhǎng)，改造后系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定、可靠。

3.3 加裝濕式電除塵器

為了有效控制煙塵排放，可在脫硫塔出口加裝濕式電除塵器，除塵器可采用煙氣下進(jìn)上出方式直接布置在脫硫塔頂部，也可布置在脫硫塔出口煙道上。濕式電除塵器可有效控制霧滴和煙塵的排放，除塵除霧效率可達(dá)到85%以上，同時(shí)可高效捕集SO3，在脫硫塔入口煙塵質(zhì)量濃度小于30 mg/m3的條件下，可控制煙塵排放質(zhì)量濃度小于5 mg/m3。該方案可獨(dú)立加裝，也可結(jié)合脫硫提效改造聯(lián)合布置，該方案改造難度較小，改造工程量較大，改造工期較長(zhǎng)，改造后系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

以上3種協(xié)同除塵改造方案的技術(shù)特點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

表1 協(xié)同除塵改造方案的技術(shù)特點(diǎn)比較

4 經(jīng)濟(jì)性比較

在現(xiàn)有除塵裝置基礎(chǔ)上，結(jié)合脫硫提效改造協(xié)同除塵的作用，在脫硫塔入口煙塵質(zhì)量濃度小于30 mg/m3，機(jī)組最終煙塵排放質(zhì)量濃度小于10 mg/m3的情況下，分別對(duì)300，600，1000 MW機(jī)組3種改造方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)數(shù)按5 000計(jì)算，廠(chǎng)用電價(jià)格按0.35元/(kW·h)計(jì)算。從3種方案的經(jīng)濟(jì)性比較來(lái)看，初期投資方面，加裝濕式電除塵器的費(fèi)用最高，其次為加裝除塵除霧器，高效除塵脫硫塔改造費(fèi)用最低;折算到每1 kW·h增加的運(yùn)行成本，高效除塵脫硫塔改造增加的成本最低，其次是加裝除塵除霧器，成本最高的是加裝濕式電除塵器。由于初期投資費(fèi)用折算到每1 kW·h的費(fèi)用非常低，與運(yùn)行成本相比可以忽略，綜合比較，脫硫塔入口煙塵質(zhì)量濃度小于30 mg/m3，滿(mǎn)足煙塵排放質(zhì)量濃度小于10 mg/m3要求的最佳改造方案為高效除塵脫硫塔。

表2 煙塵超低排放改造方案的經(jīng)濟(jì)性比較

續(xù)表

5 結(jié)論

目前燃煤電廠(chǎng)通過(guò)除塵器改造后，煙塵排放質(zhì)量濃度基本小于30 mg/m3，為滿(mǎn)足質(zhì)量濃度低于10 mg/m3的超低排放要求，根據(jù)機(jī)組的實(shí)際情況，可結(jié)合脫硫提效改造，采用高效除塵脫硫塔改造、加裝除塵除霧器及加裝濕式電除塵器的3種方案，3種方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較如下。

(1)3種改造方案技術(shù)特點(diǎn)相比較，加裝濕式電除塵器難度較大、工期較長(zhǎng)，其次為加裝除塵除霧器，高效除塵脫硫塔改造最為簡(jiǎn)單，工期最短。

(2)3種改造方案初期投資相比較，加裝濕式電除塵器的費(fèi)用最高，其次為加裝除塵除霧器，最低為高效除塵脫硫塔改造。

(3)從運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性比較，高效除塵脫硫塔運(yùn)行成本最低，其次是除塵除霧器，最高的是濕式電除塵器。

綜上所述，對(duì)于現(xiàn)有機(jī)組除塵裝置出口煙塵質(zhì)量濃度小于30 mg/m3，要滿(mǎn)足最終煙塵排放質(zhì)量濃度小于10 mg/m3的電廠(chǎng)，推薦的煙塵改造方案為高效除塵脫硫塔改造。

［1］中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).中國(guó)電力工業(yè)現(xiàn)狀與展望［R/OL］(2015-03-10)［2015-07-25］.http://www.cec.org.cn/yaowenkuaidi/2015-03-10/134972.html.

［2］中電聯(lián)節(jié)能環(huán)保分會(huì).中電聯(lián)發(fā)布2014年度火電廠(chǎng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)信息［R/OL］(2015-05-07)［2015-07-25］.http://www.cec.org.cn/huanbao/jienenghbfenhui/fenhuidongtai/fenhuixinwen/2015-05-12/137681.html.

［3］趙海寶，酈建國(guó)，何毓忠，等.低低溫電除塵關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.中國(guó)電力，2014，47(10):117-121.

［4］張彥琪，譚青，王偉敏，等.濕式電除塵技術(shù)在電廠(chǎng)電廠(chǎng)煙氣凈化中的應(yīng)用［J］.上海節(jié)能，2013(12):34-37.

［5］中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)電除塵委員會(huì).新標(biāo)準(zhǔn)下我國(guó)燃煤電站煙氣除塵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2012(9):38-42.