新排放標(biāo)準(zhǔn)下除塵技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

侯 勇，趙林峰，王清鋒，門曉宇（上海電氣電站工程公司，上海 201199）

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新排放標(biāo)準(zhǔn)下除塵技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

侯 勇，趙林峰，王清鋒，門曉宇
（上海電氣電站工程公司，上海 201199）

摘 要：隨著超低排放政策的出臺(tái)，部分地區(qū)要求燃煤電廠的粉塵排放濃度在10mg/m3以下，大量燃煤電廠對(duì)現(xiàn)有的除塵方式進(jìn)行了工藝改進(jìn)。文章對(duì)滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)的4種主要除塵路線進(jìn)行了技術(shù)討論及經(jīng)濟(jì)性分析。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠；超低排放；技術(shù)路線；經(jīng)濟(jì)性分析

1　前言

近年來，我國霧霾、酸雨等災(zāi)害性天氣頻發(fā)，燃煤電廠污染物排放問題更是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）的頒布，我國對(duì)燃煤電廠的粉塵排放進(jìn)行了嚴(yán)格控制，排放指標(biāo)要求更加嚴(yán)格。酈建國［1］等人研究了30mg/m3和20mg/m3排放標(biāo)準(zhǔn)下電除塵的適應(yīng)性，并對(duì)滿足30mg/m3和20mg/m3排放標(biāo)準(zhǔn)下電除塵器、袋式除塵器和電袋復(fù)合除塵器的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了比較。本文對(duì)滿足10mg/Nm3排放標(biāo)準(zhǔn)下的除塵路線進(jìn)行了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性的分析。

為滿足10mg/Nm3及以下超低排放指標(biāo)的除塵器選型，技術(shù)路線可分為如下步驟：第1步是控制燃料灰分，從源頭上減少粉塵量的產(chǎn)生；第2步在鍋爐后設(shè)置各種型式的除塵器；第3步，發(fā)揮濕法脫硫系統(tǒng)（除霧器）的洗塵作用。如果前三個(gè)環(huán)節(jié)還沒有達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，再采取諸如濕法除塵等方式控制煙塵排放。

2　超低排放路線技術(shù)分析

目前國內(nèi)10mg/Nm3及以下排放的應(yīng)用案例不多，常規(guī)除塵技術(shù)手段通常較難滿足≤10mg/Nm3的排放標(biāo)準(zhǔn)，需針對(duì)煤種、鍋爐特點(diǎn)等綜合多種除塵技術(shù)手段才能滿足10mg/Nm3及以下的排放標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)10mg/Nm3及以下超低排放的技術(shù)路線常見有4種：1）低低溫電除塵+極板式濕電；2）常規(guī)電袋復(fù)合除塵+蜂窩式濕電；3）超凈電袋工藝技術(shù)；4）雙電暈+進(jìn)口導(dǎo)流板干式純電除塵技術(shù)。上述4種技術(shù)路線也可與“移動(dòng)極板”“高頻電源”等除塵技術(shù)手段相結(jié)合，以獲得更低的顆粒物排放濃度。

2.1低低溫電除塵＋極板式濕電技術(shù)路線（見圖1）

圖1　“低低溫電除塵＋極板式濕電”技術(shù)路線

如圖1所示，煙氣在進(jìn)入干式電除塵器之前先通過熱交換器進(jìn)行降溫，煙氣的比電阻下降，絕大部分粉塵在干式電除塵器中收集，剩余較難收集的粉塵在極板式濕式電除塵器中收集。

低低溫電除塵技術(shù)是通過煙氣冷卻器或煙氣換熱系統(tǒng)（包括煙氣冷卻器和煙氣再熱器）降低電除塵器入口煙氣溫度至酸露點(diǎn)以下（一般在90℃左右），使粉塵性質(zhì)發(fā)生很大的變化，有效提高了除塵效率。其特點(diǎn)是：1）顯著降低粉塵比電阻，消除了反電暈；2）由于排煙溫度降低，使電場(chǎng)擊穿電壓上升；3）煙氣溫度降低，煙氣體積流量下降，電場(chǎng)流速減小，增加了粉塵在電廠的停留時(shí)間，提高了比集塵面積［2］。

濕式靜電除塵器直接向放電極和電暈區(qū)噴水霧，水霧在電場(chǎng)內(nèi)荷電后分裂進(jìn)一步霧化，粉塵粒子在電場(chǎng)力和荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并作用下捕集，最終粉塵粒子到達(dá)集塵極而被收集；與干式電除塵器通過振打不同，濕式電除塵器將水噴至集塵極上形成連續(xù)的水膜，流動(dòng)水將捕獲的粉塵沖刷到灰斗中排出［3］。濕式電除塵器工作原理見圖2。

圖2　濕式電除塵器工作原理圖

2.2常規(guī)電袋復(fù)合除塵＋蜂窩式濕電

如圖3所示，含塵煙氣進(jìn)入電袋復(fù)合電除塵器后，粉塵被大量捕集，剩余較難收集的粉塵在蜂窩式（導(dǎo)電玻璃鋼）濕式電除塵器中收集。

圖3　“常規(guī)電袋復(fù)合除塵+蜂窩式濕電”技術(shù)路線

如圖4所示，蜂窩管式濕式電除塵器陽極采用正六邊形導(dǎo)電玻璃鋼（呈蜂窩狀），陰極線通常采用合金鋼。與極板式濕式電除塵器相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、有效空間利用率高（內(nèi)部空間利用率幾乎為100%）、耗材少、荷電均勻性好（接近于圓形陽極，均勻的場(chǎng)強(qiáng)提高了除塵效率）、煙氣流速高的特點(diǎn)，采用導(dǎo)電玻璃作為收塵極材質(zhì)，具有更好的耐腐蝕性能［4］。

蜂窩式濕式電除塵器可自行成水膜、自流清灰，僅需間隙沖洗，耗水量低（600MW機(jī)組蜂窩式濕式電除塵器每天的耗水量在20噸以內(nèi)，而極板式濕式電除塵器每天的耗水量約450噸）。

圖4　蜂窩式濕式電除塵器

2.3超凈電袋復(fù)合除塵器

超凈電袋復(fù)合除塵器工藝技術(shù)路線示意見圖5。

圖5　超凈電袋復(fù)合除塵器技術(shù)路線

目前，濕法除塵（極板式濕式電除塵器和蜂窩式濕式電除塵器）的工藝技術(shù)路線系統(tǒng)復(fù)雜，占地面積大，一次性投資造價(jià)高，長期運(yùn)行成本高。為降低投資，充分挖掘機(jī)組原有設(shè)備的潛力，電廠正積極嘗試不設(shè)濕式除塵器就能達(dá)到超低排放的技術(shù)路線，超凈電袋復(fù)合除塵器是一項(xiàng)極具生命力的替代技術(shù)。超凈電袋復(fù)合除塵器通過運(yùn)用新型高精度濾料，在延長濾袋使用壽命的同時(shí)增強(qiáng)了袋區(qū)對(duì)更微細(xì)顆粒物的捕集效果，目前已有煙塵排放濃度3mg/m3的成功應(yīng)用案例。

濾袋是電袋復(fù)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(guān)鍵部件，因而濾袋的過濾精度直接關(guān)系到煙塵的排放值。超凈電袋復(fù)合除塵器是指除塵器出口煙塵排放濃度必須小于5mg/m3，為了達(dá)到此要求，必須提高濾袋的過濾性能。目前濾料的過濾精度從高到低依次為PTFE覆膜濾料、超細(xì)纖維梯度濾料、普通濾料（如圖6）。PTFE覆膜濾料是當(dāng)前價(jià)格最高的過濾濾料，其次為超細(xì)纖維梯度濾料，兩者均屬于高精度過濾濾料，是超凈濾袋濾料的首選。濾料過濾精度越高，電袋除塵實(shí)現(xiàn)超低排放就越可靠，適應(yīng)工況變化能力也越強(qiáng)，而且中長期運(yùn)行阻力更平穩(wěn)。如顆粒物排放濃度為20～30mg/m3，在選用覆膜濾袋時(shí)，3μm微孔徑的PTFE膜就可滿足要求。當(dāng)設(shè)計(jì)煙塵排放濃度＜5mg/m3時(shí)，對(duì)覆膜的性能要求較高［6］。

圖6　超凈濾袋復(fù)合除塵器濾料

2.4“進(jìn)口導(dǎo)流板+雙電暈” 純干式電除塵技術(shù)

歐洲學(xué)者通過長期對(duì)電除塵器的流場(chǎng)研究發(fā)現(xiàn)，在重力的作用下，粉塵進(jìn)入電除塵器后向電除塵器底部移動(dòng)，因此導(dǎo)致電除塵器頂部的電場(chǎng)利用率較低，而電除塵器底部除塵負(fù)荷過重。如圖7所示，進(jìn)口導(dǎo)流板（三角翼專利技術(shù)）的工作原理是：在煙氣中的合適位置布置與煙氣流向成一定角度的導(dǎo)流板。當(dāng)氣流通過導(dǎo)流板時(shí)，在板的邊緣產(chǎn)生旋渦，從而引導(dǎo)氣流按照設(shè)計(jì)要求運(yùn)行。強(qiáng)烈的渦流可使氣流速度、溫度和濃度等達(dá)到最佳的混合及分散，極大優(yōu)化了氣流分布，使電除塵器內(nèi)部粉塵的分布更加均勻，提高了電除塵器頂部區(qū)域的利用率，提升了電除塵器的除塵效率［7］。

在電除塵器難以脫除的粉塵中，小粒徑粉塵的比重較大?，F(xiàn)有的電除塵技術(shù)對(duì)小粒徑粉塵的脫除效果也不佳，而袋式除塵和濕式電除塵技術(shù)對(duì)小粒徑粉塵的脫除效果優(yōu)于干式電除塵技術(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，采用雙電暈技術(shù)可顯著提升電除塵技術(shù)對(duì)小粒徑粉塵的適應(yīng)性，顯著提升除塵效率。電場(chǎng)主要分為荷電區(qū)和收塵區(qū)，如圖8所示，電場(chǎng)由荷電區(qū)和收塵區(qū)組成，煙氣首先通過由針刺放電線組成的荷電區(qū)，針刺放電線的荷電效果較好，煙氣中的粉塵顆粒在荷電區(qū)被充分荷電，然后進(jìn)入由管狀放電線組成的收塵區(qū)，管狀放電線的收塵效果好。雙電暈技術(shù)有效解決了放電和收塵功能的沖突，對(duì)PM2.5效果極其顯著。如圖9所示，淺色條柱為入口粉塵濃度，深色條柱為電除塵器出口粉塵濃度；圖9上半部分為普通干式電除塵器除塵效果圖，下半部分為雙電暈改造后電除塵器除塵效果圖，從對(duì)比中可見采用雙電暈技術(shù)后，干式電除塵對(duì)小粒徑粉塵的排放脫除效果顯著提高。目前“進(jìn)口導(dǎo)流板＋雙電暈”干式純電除塵技術(shù)已有粉塵排放小于5mg/Nm3的工程應(yīng)用案例［7］。

圖7　三角翼專利技術(shù)

圖8　雙電暈專利技術(shù)

圖9　雙電暈對(duì)細(xì)微顆粒的脫除效果

3　超低排放除塵方法經(jīng)濟(jì)性分析

對(duì)新建一套600MW機(jī)組配套除塵器（處理煙氣量按360萬m3/h計(jì)），燃用除塵難易性為一般性的煤質(zhì)（除塵難易性劃分詳見文獻(xiàn)《燃煤電廠電除塵器選型設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》）［4］，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。滿足10mg/Nm3排放的除塵技術(shù)路線設(shè)備一次性投資比較見表1；能耗比較見表2；單臺(tái)爐運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用比較見表3；占地面積比較見表4；總費(fèi)用比較見表5。

表1　一次性投資比較（單臺(tái)爐） （單位：萬元）

表2　能耗比較（單臺(tái)爐） （單位：kW）

表3　維護(hù)費(fèi)用比較（單臺(tái)爐） （單位：萬元/年）

4　結(jié)語

本文對(duì)目前滿足10mg/Nm3及以下排放標(biāo)準(zhǔn)下的4種除塵技術(shù)路線進(jìn)行了分析，“低低溫電除塵＋濕法脫硫＋極板式濕電”“常規(guī)電袋復(fù)合除塵＋濕法脫硫＋蜂窩式濕電”“超凈電袋＋高效脫硫工藝”和“進(jìn)口導(dǎo)流板＋雙電暈干式純電除塵技術(shù)”運(yùn)行總費(fèi)用的比率列表見表6。

從整機(jī)壽命30年來看，方案4：“雙電暈+進(jìn)口導(dǎo)流板干式純電除塵技術(shù)”的技術(shù)路線經(jīng)濟(jì)性最好，方案3：“超凈電袋＋高效脫硫工藝”的技術(shù)路線次之，方案2：“常規(guī)電袋復(fù)合除塵+ 濕法脫硫+蜂窩式濕電”的技術(shù)路線經(jīng)濟(jì)性較差，方案1：“低低溫電除塵+濕法脫硫+極板式濕電”的技術(shù)路線經(jīng)濟(jì)性最差。

表4　占地面積比較

表5　總費(fèi)用比較

表6　4種除塵技術(shù)路線運(yùn)行總費(fèi)用的比率

隨著超低排放除塵技術(shù)路線的研究和應(yīng)用逐漸深入，其他非濕式的除塵技術(shù)逐漸成熟，并擁有良好的應(yīng)用前景。目前，就技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性綜合來看，方案3：“超凈電袋+ 高效脫硫工藝”和方案4：“雙電暈+進(jìn)口導(dǎo)流板干式純電除塵工藝” 技術(shù)成熟，經(jīng)濟(jì)性較好，是能同時(shí)達(dá)到超低排放、高效率和低能耗的除塵優(yōu)選技術(shù)方案。高效電袋除塵和工藝改進(jìn)的純干式電除塵在超低排放領(lǐng)域仍具備較強(qiáng)的生命力和經(jīng)濟(jì)性。

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Economic Analysis of Precipitating Technology under 10mg/Nm3Emission Standard

HOU Yong， ZHAO Lin-feng， WANG Qing-fen， MEN Xiao-yu
（Shanghai Electric Power Station Engineering Co.， Ltd， SEC， Shanghai 201199， China）

Abstract:With the publication of ultra-low emission policies， the coal-fred power plants are requested to reduce the dust emission concentration below 10mg/m3in some areas， and quite a lot of coal-fred power plants should improve the performance of ESP system in technology. This paper carries through the technical discusses and economic analysis on four main dust removal routes which can meet the ultra-low emission standards.

Keywords:coal-fred power plant； 10mg/m3； ultra-low emission； technology route； economic analysis

中圖分類號(hào)：X701

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-5377（2016）05-0041-05