燃煤火電機(jī)組煙塵超凈排放技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀

徐振勇

摘 要：隨著我國大氣污染形勢嚴(yán)峻，國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)逐步嚴(yán)格，尤其近期三部委提出的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃》，更是對燃煤機(jī)組超級排放改造提出要求。本文對于現(xiàn)有幾項(xiàng)主流煙塵超凈技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展進(jìn)行簡介，為相關(guān)機(jī)組煙塵超凈排放改造提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：煙塵；超凈排放；發(fā)展現(xiàn)狀

中圖分類號：X733 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)伴隨著大氣污染的形勢越來越嚴(yán)峻，燃煤電廠是我國大氣中各種污染物的重要排放源，因此對于燃煤電廠大氣污染物的控制顯得至關(guān)重要。環(huán)保部在2011年頒布了最新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）[ 1 ]，進(jìn)一步提高了燃煤電廠大氣排放的要求。

2014年9 月，國家發(fā)展改革委、環(huán)境保護(hù)部、國家能源局聯(lián)合制定出臺的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃（2014—2020 年）》[ 2 ]，明確提出超凈排放，對于大部分地區(qū)的新建及現(xiàn)役機(jī)組大氣污染物的排放指標(biāo)提出迄今為止最嚴(yán)苛的要求。

燃煤電廠面臨著巨大的挑戰(zhàn)，推廣“超凈排放”是未來煤電行業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。煙塵排放在基準(zhǔn)氧含量6%的條件下不高于10mg/m3的指標(biāo)，不單單需要原有主力除塵器高效可靠運(yùn)行，更是需要多個(gè)設(shè)備協(xié)同配合以實(shí)現(xiàn)該指標(biāo)。

一、高效超凈除塵技術(shù)

傳統(tǒng)火力發(fā)電廠用于煙塵脫除成熟的設(shè)備包括靜電除塵器、布袋除塵器、電袋復(fù)合除塵器，而為了應(yīng)對日益嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)內(nèi)的技術(shù)專家進(jìn)行重點(diǎn)攻克，推出了低低溫靜電除塵技術(shù)、超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)、濕式電除塵技術(shù)、旋轉(zhuǎn)電極靜電除塵技術(shù)等新型技術(shù)。

（一）傳統(tǒng)除塵技術(shù)[ 3 ]

電除塵器在各國應(yīng)用已有50年以上的歷史，運(yùn)行可靠，德國、美國、荷蘭、日本的火電廠大多數(shù)采用電除塵器。我國的靜電除塵器同樣廣泛應(yīng)用于各型燃煤機(jī)組，多數(shù)控制的煙塵排放濃度在不高于50mg /m3。國外火電廠以澳大利亞為代表，采用的是袋式除塵器，煙塵排放濃度可以降到10mg /m3。濕式電除塵技術(shù)以日本為代表已有30多年的應(yīng)用史，三菱重工的濕電有33臺套已應(yīng)用于電廠。美國在濕式電除塵方面研究也較早，并且有較為成功的應(yīng)用業(yè)績。

（二）低低溫靜電除塵技術(shù)

低低溫靜電除塵技術(shù)通過加設(shè)低溫省煤器，煙氣經(jīng)過低溫省煤器時(shí)，煙氣溫度降低，保持電除塵器運(yùn)行溫度略低于煙氣酸露點(diǎn)。煙氣溫度降低，粉塵比電阻降低至108Ω·cm～1011Ω·cm，處在利于荷電的區(qū)間；同時(shí)煙溫降低，煙氣體積流量降低，電場風(fēng)速下降，利于除塵；煙溫降低還使得煙氣中顆粒及氣體分子熱運(yùn)動能力減弱，氣體擊穿電壓提高；煙氣溫度將至煙氣酸露點(diǎn)之下，煙氣中部分SOx、HCl、蒸汽等將凝結(jié)吸附在飛灰顆粒表面，相關(guān)物理及化學(xué)作用后增大了飛灰表面的電導(dǎo)性，有助于飛灰比電阻的降低[ 4 ]。低低溫靜電除塵技術(shù)正是基于上述機(jī)理實(shí)現(xiàn)除塵效率有效提高的目的。低低溫靜電除塵技術(shù)在國外應(yīng)用已經(jīng)成熟，伴隨著超凈排放改造需求的爆發(fā)，低低溫靜電除塵技術(shù)也引起了國內(nèi)業(yè)主的關(guān)注。

（三）超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)

電袋復(fù)合型除塵器是通過靜電除塵器與布袋除塵器有機(jī)結(jié)合的一種新型高效的除塵器。電除塵部分布置于除塵器前區(qū)，主要承擔(dān)脫除大部分粉塵，收集大顆粒粉塵的任務(wù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)沉降高溫?zé)煔庵蟹蹓m顆粒，緩沖均勻氣流的作用，布袋除塵器串聯(lián)在后，主要收集細(xì)粉塵。電袋復(fù)合除塵器充分發(fā)揮靜電除塵器和布袋除塵器的優(yōu)點(diǎn)，有效地彌補(bǔ)了兩種除塵器的缺點(diǎn)，電袋復(fù)合除塵器除塵效率高、設(shè)備阻力低，濾袋壽命長。電袋符合除塵器除塵效率高、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、占地面積小等綜合優(yōu)點(diǎn)。

超凈電袋通過充分理解電場收塵和布袋收塵二者的關(guān)系，研究前后兩區(qū)收塵的影響關(guān)系，通過調(diào)整電區(qū)與袋區(qū)參數(shù)匹配、強(qiáng)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多項(xiàng)手段提高電袋除塵器的效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)粉塵低排放效果[ 5 ]。

（四）濕式電除塵技術(shù)

濕式電除塵器是電除塵器的一種，其工作原理與干式靜電除塵技術(shù)基本相同，主要區(qū)別在于使用水膜清灰方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的振打清灰，該方式在收塵極板上形成連續(xù)水膜，實(shí)現(xiàn)高效清灰，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)較高除塵效率。濕式電除塵技術(shù)除塵效率不受煙塵比電阻影響，可有效避免二次揚(yáng)塵及反電暈現(xiàn)象，同時(shí)還可脫除濕煙氣中PM2.5、酸霧、重金屬等有害物質(zhì)[ 6 ]。目前濕電因布置靈活、脫除細(xì)微粉塵能力強(qiáng)、運(yùn)行阻力低、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，一般作為超凈排放的最后一道把關(guān)。

（五）旋轉(zhuǎn)電極靜電除塵技術(shù)

旋轉(zhuǎn)電極靜電除塵技術(shù)同樣屬于電除塵技術(shù)，其基本工作原理與常規(guī)除塵器一致，主要區(qū)別是旋轉(zhuǎn)電極靜電除塵技術(shù)在常規(guī)電除塵器技術(shù)上增加后級旋轉(zhuǎn)電極電場組成。

旋轉(zhuǎn)電極電場中陽極是可回轉(zhuǎn)的，陽極板旋轉(zhuǎn)配合清灰刷進(jìn)行清灰。陽極板上的粉塵通過旋轉(zhuǎn)進(jìn)入非收塵區(qū)域后，被陽極板兩側(cè)的一對清灰刷刷涂，附著于陽極板上的粉塵即被脫除，粉塵層厚度基本不會達(dá)到反電暈的厚度時(shí)，因此不會產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象且無二次揚(yáng)塵[ 7 ]。

旋轉(zhuǎn)清灰刷可清除高比電阻、黏性煙塵，避免反電暈、二次揚(yáng)塵現(xiàn)象，該方式有效克服了常規(guī)電場電除塵器細(xì)微粉塵顆粒脫除能力低、存在二次揚(yáng)塵造成排放超標(biāo)等問題，在常規(guī)電除塵基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升了粉塵的脫除能力。

二、技術(shù)的選擇

用于實(shí)現(xiàn)煙塵超凈排放的各項(xiàng)技術(shù)均有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，為了達(dá)到最終的超凈排放效果，往往需要兩項(xiàng)甚至多項(xiàng)技術(shù)的組合，但是這種組合并不是簡單組合，需要結(jié)合煙塵的實(shí)際特點(diǎn)、場地情況、投資成本、運(yùn)行費(fèi)用等綜合因素，合理選擇技術(shù)路線，幾個(gè)考慮原則如下：

低低溫靜電除塵技術(shù)需要設(shè)置低溫省煤器，其處于除塵器上游，該處煙塵濃度大，且低溫省煤器后段溫度低于酸露點(diǎn)溫度，煙氣中硫酸蒸汽易在管壁上凝結(jié)并黏附飛灰，采用低低溫靜電除塵技術(shù)時(shí)需重點(diǎn)考慮低溫省煤器的低溫腐蝕、積灰、磨損等問題。當(dāng)燃用高灰、高硫煤種時(shí)，需慎重選用低低溫靜電除塵技術(shù)。

電袋復(fù)合除塵技術(shù)兼具了電除塵和袋除塵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也兼具二者的缺點(diǎn)，當(dāng)除塵器入口煙氣溫度偏高、煙氣成分變化大、系統(tǒng)運(yùn)行阻力要求嚴(yán)格時(shí)，需慎重選用超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)。

濕式電除塵技術(shù)因極板型式不同形成了多種流派，各機(jī)組應(yīng)結(jié)合自身實(shí)際場地、水源、排放要求等實(shí)際情況，合理選擇型式及布置方式。在缺水地區(qū)，慎重選用濕式電除塵技術(shù)。

旋轉(zhuǎn)電極靜電除塵器的轉(zhuǎn)動部件多、易損率較高、后期維護(hù)成本高，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷率高，對于設(shè)備運(yùn)行可靠性要求嚴(yán)格時(shí)，需慎重選用旋轉(zhuǎn)電極靜電除塵技術(shù)。

除了單項(xiàng)技術(shù)應(yīng)達(dá)到效能最優(yōu)化的同時(shí)，近幾年各工藝的污染物協(xié)同脫除也成為發(fā)展發(fā)現(xiàn)，濕法脫硫協(xié)同處理粉塵也逐步應(yīng)用于國內(nèi)機(jī)組項(xiàng)目，濕法脫硫協(xié)同脫除路線需要上游除塵設(shè)備的配合才能發(fā)揮其效果，因此在組合各技術(shù)時(shí)，應(yīng)充分考慮各技術(shù)特點(diǎn)、項(xiàng)目需求、場地等情況后擇優(yōu)選取。

三、結(jié)語

超凈排放作為未來燃煤機(jī)組大氣污染物控制的發(fā)展方向，必定會在未來燃煤機(jī)組的發(fā)展之路上起到重要的作用。低低溫靜電除塵技術(shù)、超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)、濕式電除塵技術(shù)、旋轉(zhuǎn)電極靜電除塵技術(shù)等新型煙塵超凈技術(shù)現(xiàn)階段均已取得一定的工程應(yīng)用，并獲得良好的效果，但設(shè)備的長久可靠性仍需進(jìn)一步驗(yàn)證，相關(guān)新型技術(shù)需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化研究，確保在未來煙塵超凈排放的市場中獲得一席之地。

參考文獻(xiàn)

[1] 方常.超潔凈排放環(huán)保綜合改造的應(yīng)用研究[D].華南理工大學(xué)，2015.

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