低低溫電除塵技術(shù)在燃煤電廠的應(yīng)用

葉子儀，劉勝強(qiáng)，曾毅夫，周益輝，劉 彰，胡永鋒

（凱天環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆L沙 410100）

低低溫電除塵技術(shù)在燃煤電廠的應(yīng)用

葉子儀，劉勝強(qiáng)，曾毅夫，周益輝，劉 彰，胡永鋒

（凱天環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆L沙 410100）

隨著國家對燃煤電廠污染物排放控制的日趨嚴(yán)格，現(xiàn)役電除塵器需提效改造。低低溫電除塵技術(shù)具有突出的優(yōu)勢，適合在我國燃煤電廠中推廣和應(yīng)用。本文介紹了低低溫電除塵技術(shù)的原理；總結(jié)了該技術(shù)的特點(diǎn)、適用條件、布置方式以及注意事項(xiàng)等；闡述了低低溫電除塵技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及應(yīng)用前景。

燃煤電廠；電除塵；低低溫電除塵技術(shù)；節(jié)能減排

1 前言

近年來，我國城市霧霾天氣越來越嚴(yán)重，對公眾健康和生活造成了嚴(yán)重的影響，細(xì)顆粒物（PM2.5）含量過高是導(dǎo)致霧霾天氣的主要原因，而燃煤電廠又是PM2.5的主要污染源之一。隨著我國對環(huán)境保護(hù)的日益重視，燃煤電廠的污染物排放更受到人們的關(guān)注，國家對燃煤電廠污染物排放濃度和排放總量有了更嚴(yán)格的要求[1]?！痘痣姀S大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011）規(guī)定∶一般地區(qū)煙塵排放濃度限值為30mg/m3，重點(diǎn)地區(qū)煙塵排放濃度限值為20mg/m3，測試點(diǎn)在煙道或煙囪。這給電除塵技術(shù)帶來了挑戰(zhàn)，也帶來了機(jī)遇，為滿足該標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)很大一部分燃煤電站現(xiàn)役電除塵器均需要提效改造。目前，我國電除塵器提效改造可采用的主要技術(shù)有∶電除塵器擴(kuò)容、低低溫電除塵技術(shù)、旋轉(zhuǎn)電極式電除塵技術(shù)、高頻高壓電源技術(shù)、電袋復(fù)合除塵技術(shù)、袋式除塵技術(shù)、濕式電除塵技術(shù)等[2]。根據(jù)我國的燃煤特性，95%以上煤種比較適合采用低低溫電除塵技術(shù)，其以獨(dú)特的減排節(jié)能性能得到了業(yè)內(nèi)的一致認(rèn)可。

2 低低溫電除塵技術(shù)的特點(diǎn)

低低溫電除塵技術(shù)是指在電除塵器上游設(shè)置熱回收裝置，使得電除塵器的入口煙氣溫度降低至酸露點(diǎn)溫度90℃左右，煙氣量減少，粉塵性質(zhì)得到改變，從而提高了除塵器性能[3]。低低溫電除塵器具有獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)。

2.1 降低粉塵比電阻，提高除塵效率

煙氣溫度對粉塵比電阻影響較大。粉塵比電阻在溫度低于100℃時以表面比電阻為主，高于250℃時以體積比電阻為主，在100℃～250℃溫度范圍，兩者共同起作用，見圖1。一般而言，粉塵比電阻在燃煤煙氣溫度為150℃左右時達(dá)到最大值，如果煙氣溫度從150℃下降至100℃左右，則粉塵比電阻降幅一般可達(dá)一個數(shù)量級以上[4]。低低溫電除塵技術(shù)將電除塵器入口煙氣溫度降低至酸露點(diǎn)溫度90℃左右，使煙氣中大部分SO3冷凝形成硫酸霧，黏附在粉塵表面并被堿性物質(zhì)中和，粉塵特性得到很大改善，比電阻大大降低，從而大幅提高了除塵效率。

圖1 溫度與飛灰比電阻的關(guān)系

2.2 降低煙氣量，提高電場擊穿電壓

電除塵器入口煙氣溫度的降低，將使煙氣量下降，電場風(fēng)速減小，從而增大比集塵面積，增加粉塵在電場的停留時間，提高除塵效率。研究顯示，煙氣溫度每降低10℃，則煙氣量降低約2.5%[5]。

同時，煙氣量減小，將使電場擊穿電壓上升，這是因?yàn)闊煔饬繙p小后，煙氣密度增大，煙氣的分子間隔減小，每個電子在電場中產(chǎn)生碰撞電離“自由行程”減小，因而電子可獲得的速度和動能減小，電離效應(yīng)減弱，氣體不易被擊穿，從而提高電場強(qiáng)度，增加粉塵荷電量，提高了除塵效率。研究顯示，煙氣溫度每降低10℃，電場擊穿電壓將上升3%[5]。

2.3 大幅減少SO3和PM2.5排放

電除塵器入口煙氣溫度降至酸露點(diǎn)溫度以下，煙氣中的SO3與水蒸汽結(jié)合形成硫酸霧，此時由于未采取除塵措施，SO3被飛灰顆粒吸附后被電除塵器捕捉并隨粉塵一起排出，SO3的去除率通?？蛇_(dá)90%以上。同時，SO3的去除解決了濕法脫硫工藝中SO3腐蝕的難題，有良好的經(jīng)濟(jì)效益。另外，H2SO4小液滴與粉塵微粒懸浮于煙氣中形成氣溶膠，增大了粉塵粒徑，有利于減少PM2.5排放。總之，低低溫電除塵技術(shù)通過大幅提高除塵效率，減少了PM2.5排放，并通過脫除大部分SO3，有效減少了大氣中硫酸鹽氣溶膠（二次生成的PM2.5）的生成。

2.4 節(jié)能效果顯著，降低運(yùn)行費(fèi)用

低低溫電除塵技術(shù)入口煙氣溫度降低，回收的熱量可用于加熱鍋爐補(bǔ)給水或汽機(jī)冷凝水以提高鍋爐效率，節(jié)約了用煤，并且由于煙氣溫度的降低，還可節(jié)約濕法脫硫系統(tǒng)的水耗，降低成本。同時，煙氣溫度降低后，煙氣量減少，有利于引風(fēng)機(jī)。換熱器增加的阻力由引風(fēng)機(jī)克服，對引風(fēng)機(jī)來說，雖然壓頭增加，但處理的煙氣流量減少，兩者相抵消，電耗基本持平。對脫硫風(fēng)機(jī)而言，由于處理煙氣流量的減少，電耗也將會下降。因此總體上電耗是降低了。

3 低低溫電除塵器適用條件及布置方式

3.1 適用條件

低低溫電除塵技術(shù)的適用范圍廣泛，當(dāng)煙氣溫度偏高，尤其是當(dāng)煙溫＞120℃時，其更有獨(dú)特的優(yōu)勢。由于低低溫電除塵技術(shù)可以提高鍋爐效率，節(jié)約用煤，因此也特別適合于煤價較高的電廠在提效的同時實(shí)現(xiàn)節(jié)能。該技術(shù)還可與其他除塵實(shí)用新技術(shù)任意組合使用達(dá)到排放要求，如SO3煙氣調(diào)質(zhì)、移動電極、高頻電源技術(shù)等，可大幅度提高對高比電阻以及細(xì)小粉塵的收集，提高除塵效率。當(dāng)然，低低溫電除塵技術(shù)的使用也有一定的限制，首先它要求燃煤的含硫量在一定范圍內(nèi)，對高硫煤需謹(jǐn)慎使用；其次要求除塵器前部有增設(shè)換熱裝置的條件，對于脫硫配置后有GGH系統(tǒng)的燃煤機(jī)組，必須注意綜合考慮GGH的熱量交換要求，合理確定余熱利用降溫幅度，以滿足干煙囪排煙溫度要求。

3.2 布置方式

低低溫電除塵技術(shù)回收的熱量可以用于煙氣再加熱，也可以用于加熱鍋爐補(bǔ)給水或汽機(jī)冷凝水；因而低低溫電除塵技術(shù)有兩種布置工藝，第一種工藝為在鍋爐空預(yù)器后和脫硫裝置出口設(shè)置MGGH，通過熱媒水密閉循環(huán)流動，將從降溫?fù)Q熱器獲得的熱量去加熱脫硫后的凈煙氣，使其溫度從50℃左右升高到90℃以上，工藝流程見圖2。該工藝具有無泄漏、沒有溫度及干、濕煙氣的反復(fù)變換、不易堵塞的特點(diǎn)，同時滿足干煙囪排煙溫度要求。第二種工藝為在鍋爐空預(yù)器后設(shè)置低溫省煤器，回收熱量，加熱鍋爐補(bǔ)給水或者汽機(jī)冷凝水，工藝流程圖見圖3。該工藝能提高鍋爐效率，減少煤耗，特別適合于煤價較高的電廠在提效的同時實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

圖2 燃煤電廠低低溫電除塵技術(shù)典型布置工藝一

4 低低溫靜電除塵器需要注意的問題

由于低低溫電除塵技術(shù)將煙氣溫度降低到酸露點(diǎn)以下，粉塵性質(zhì)也發(fā)生了很大的改變，因此，與常規(guī)電除塵技術(shù)相比，該技術(shù)具有一些獨(dú)特的優(yōu)勢，但也產(chǎn)生了一些其他問題，需特別注意。

4.1 高硫煤的不良影響問題

燃煤中的含硫量越高，煙氣中的SO3濃度也越高，其酸露點(diǎn)溫度也相應(yīng)的會越高，發(fā)生腐蝕的風(fēng)險就會增加。因此低低溫電除塵技術(shù)要求燃煤的含硫量在一定范圍內(nèi)，當(dāng)鍋爐燃煤含硫量很高，特別是含硫量在2.5%以上時，需謹(jǐn)慎使用。

4.2 二次揚(yáng)塵問題

由于煙氣溫度在酸露點(diǎn)以下，粉塵性質(zhì)發(fā)生了很大的改變，比電阻大幅度降低，這有利于粉塵收集，但相應(yīng)的粉塵附著力也會降低，振打二次揚(yáng)塵會加劇。因此，低低溫電除塵器需采用相應(yīng)的措施避免二次揚(yáng)塵，如合理調(diào)整振打程序，采用離線振打技術(shù)，阻斷清灰通道的氣流通過，控制振打產(chǎn)生的二次揚(yáng)塵或者采用移動電極電除塵技術(shù)，通過轉(zhuǎn)刷清灰避免二次揚(yáng)塵。

4.3 電控方式問題

采用低低溫電除塵技術(shù)，煙氣溫度降低，含塵濃度增大，并且粉塵性質(zhì)發(fā)生變化，因此相對應(yīng)的振打程序、電壓、電流等基本參數(shù)都發(fā)生了變化，需根據(jù)具體工況進(jìn)行調(diào)節(jié)，另外需針對低低溫電除塵技術(shù)調(diào)整電控設(shè)備的控制方式和運(yùn)行參數(shù)，保證電控設(shè)備控制策略先進(jìn)，運(yùn)行方式和運(yùn)行參數(shù)適應(yīng)電除塵工況變化，實(shí)現(xiàn)高效除塵和節(jié)能的目的。

4.4 灰斗堵灰、腐蝕問題

由于煙氣溫度在酸露點(diǎn)以下，SO3凝結(jié)成硫酸霧黏附在粉塵上，收集的灰的流動性變差，因此為確保卸灰順暢，灰斗卸灰角度需大于常規(guī)設(shè)計，一般卸灰角度大于65°，同時為了防止灰斗因結(jié)露引起堵塞，灰斗需有較好的保溫效果，還需加大灰斗的電加熱面，電加熱面要超過灰斗高度的2/3，另外要采用防腐鋼板或內(nèi)襯不銹鋼板，以有效防止灰斗腐蝕。

5 低低溫電除塵技術(shù)的應(yīng)用前景

低低溫電除塵技術(shù)具有節(jié)能減排、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)工作量低等一系列優(yōu)點(diǎn)，擴(kuò)大了電除塵器的適用范圍，因此已得到業(yè)內(nèi)專家和用戶的廣泛關(guān)注，應(yīng)用前景廣闊。但由于該技術(shù)將煙氣溫度降到酸露點(diǎn)以下，是否存在低溫腐蝕也是專家和用戶關(guān)注的一個重點(diǎn)問題。國外對此進(jìn)行了相關(guān)研究，日本研究發(fā)現(xiàn)，灰硫比是影響低溫腐蝕的一個重要因素，當(dāng)灰硫比大于10時，腐蝕率幾乎為零，因?yàn)閷?shí)際使用的低低溫電除塵器灰硫比遠(yuǎn)大于100，因此已交付的火電廠低低溫電除塵器均沒有腐蝕問題[6]。另外美國南方電力公司也進(jìn)行了相類似的研究，通過灰硫比來評價腐蝕程度（如圖4所示），結(jié)果發(fā)現(xiàn)∶當(dāng)鍋爐燃煤含硫量為2.5%，灰硫比在50～100時可避免腐蝕，當(dāng)燃煤含硫量更高時，為避免腐蝕，灰硫比應(yīng)大于200[6]。

圖4 美國某項(xiàng)目評價腐蝕方法（資料來源∶南方電力）

我國有關(guān)機(jī)構(gòu)也對低低溫電除塵器相關(guān)材料的低溫腐蝕進(jìn)行了測試，結(jié)果表明∶在正常運(yùn)行溫度下，Q235和SPCC兩種材料的耐低溫腐蝕性能都較強(qiáng)，低溫腐蝕級別都達(dá)到5級以下；SPCC平均年腐蝕率為0.0412mm/a，Q235平均年腐蝕率為0.0537mm/a[5]。

因此，只要保證低低溫電除塵器進(jìn)口合適的灰硫比，完全可以避免低溫腐蝕問題。另外采用低低溫電除塵技術(shù)，粉塵性質(zhì)發(fā)生了很大變化，低低溫電除塵器收集的灰能否再利用，也成為了一個關(guān)注的問題，日本三菱工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，在燃煤含硫量較低時，低低溫電除塵技術(shù)收集的灰仍可用作水泥添加劑等，在其他用途方面，這種飛灰與普通飛灰相同。當(dāng)然低低溫電除塵技術(shù)中的二次揚(yáng)塵也是一大關(guān)注點(diǎn)，目前，我國廠家已掌握了離線振打以及移動電極電除塵技術(shù)兩種二次揚(yáng)塵控制技術(shù)，均可避免二次揚(yáng)塵。

由于我國燃煤電廠新上機(jī)組所用燃煤多選中、高熱值、灰分中等、硫含量均不高（低于1%）的煤種，非常適合低低溫電除塵技術(shù)[7]。因此，低低溫電除塵技術(shù)適合在我國燃煤電廠中推廣應(yīng)用，可以很好地滿足最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的市場前景。

6 工程應(yīng)用

低低溫電除塵技術(shù)在國外已有成功應(yīng)用的案例。其中，日本應(yīng)用該技術(shù)最早，也最為成熟。日本三菱公司在1997年開始研究和推廣低低溫電除塵技術(shù)的應(yīng)用，目前該技術(shù)已成功應(yīng)用于9臺機(jī)組以上。典型案例包括2001年、2002年，碧南電廠4#、5#爐1000MW機(jī)組配套移動電極的低低溫電除塵器，運(yùn)行溫度為80℃～90℃，出口煙塵濃度小于30mg/m3，脫硫系統(tǒng)后設(shè)置濕式電除塵器，脫硫系統(tǒng)出口煙塵濃度3～5mg/m3；2003年，常陸那珂1#爐1000MW機(jī)組配套低低溫電除塵器，運(yùn)行溫度為92℃，電除塵器出口煙塵濃度小于30mg/m3，脫硫系統(tǒng)出口煙塵濃度小于8mg/m3；2007年新日鐵住金鹿島電廠507MW機(jī)組配套低低溫電除塵技術(shù)，入口溫度80℃～90℃，電除塵器出口煙塵濃度小于30mg/m3，脫硫系統(tǒng)出口煙塵濃度小于5mg/m3。

我國已掌握低低溫電除塵的核心技術(shù)，目前已取得了多個項(xiàng)目的成功應(yīng)用，并取得了很好的使用效果。典型案例包括∶1）2006年，福建某電廠4#爐600MW機(jī)組燃煤鍋爐電除塵器的提效改造工程首先運(yùn)用低低溫電除塵技術(shù)，煙溫降幅55℃，電除塵器出口煙塵濃度從原來的60mg/m3下降到20.2mg/m3，SO3脫除率達(dá)73.78%以上。2）2012年，上海某發(fā)電有限公司1#爐1000MW機(jī)組電除塵器提效改造運(yùn)用低低溫電除塵技術(shù)，運(yùn)行溫度由120℃左右降至96℃左右，出口煙塵濃度為14.05mg/m3。另外，低低溫電除塵技術(shù)在江西某電廠1#爐660MW機(jī)組電除塵器提效改造、廣東某電廠一期600MW機(jī)組電除塵器提效改造等項(xiàng)目中也得到了成功應(yīng)用，使用效果明顯，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。同時華能某電廠“上大壓小”工程2×660MW機(jī)組新建項(xiàng)目和浙能某電廠1000MW新建項(xiàng)目也已確定采用低低溫電除塵技術(shù)。

7 結(jié)語

低低溫電除塵器與電廠熱力系統(tǒng)及脫硫系統(tǒng)結(jié)合，具有節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保的綜合效果，并能滿足燃中、低灰分煤條件下國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的粉塵的控制要求。對于燃煤電廠電除塵器的提效改造，低低溫電除塵技術(shù)具有突出的優(yōu)勢，可作為環(huán)保型燃煤電廠的首選除塵工藝，也可與其他成熟技術(shù)優(yōu)化組合，適合在我國燃煤電廠中推廣應(yīng)用。這一新型技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，不但擴(kuò)大了電除塵技術(shù)的適用范圍，而且為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排開辟了一條新路徑。

[1] 高永華，宏哲.燃煤電廠超細(xì)粉塵的危害及控制[J].能源環(huán)境保護(hù)，2010（3）：5-8.

[2] 梅東升.電除塵器提效改造的幾種典型方式[J].華北電力技術(shù)，2010（12）：38-41.

[3] 蔣俊.低低溫電除塵器的應(yīng)用及其存在的問題[G].第十五屆中國電除塵學(xué)術(shù)會議論文集，2013：410-414.

[4] 廖增安. 燃煤電廠余熱利用低低溫電除塵技術(shù)研究與開發(fā)[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2013.

[5] 中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會.節(jié)能減排，低低溫電除塵技術(shù)“技高一籌”[N].中國環(huán)境報，2013.

[6] 龍遠(yuǎn)生.余熱利用低低溫電除塵技術(shù)在燃煤電廠的應(yīng)用[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013.

[7] 郭士義，丁承剛.低低溫電除塵器的應(yīng)用及前景[J].技術(shù)發(fā)展動態(tài)，2011（1）：69-73.

Application of LLW Temperature ESP in Coal-fred Power Plant

YE Zi-yi, LIU Sheng-qiang, ZENG Yi-fu, ZHOU Yi-hui, LIU Zhang, HU Yong-feng

X701

A

1006-5377（2015）05-0022-04