燃煤電廠除塵技術(shù)的分析比較

蔡松

【摘 要】國家對火力發(fā)電廠煙塵排放的控制越來越嚴(yán)格，對除塵器的研究變得至關(guān)重要，文章介紹了幾種除塵器的技術(shù)特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】火力發(fā)電廠；除塵器

0 引言

2014年9月，國家發(fā)展和改革委員會、環(huán)境保護(hù)部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》的通知（發(fā)改能源[2014]2093號）（簡稱“行動計劃”），要求“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、海南等11省市）新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值”（即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50毫克/立方米）。為積極響應(yīng)國家環(huán)保政策，現(xiàn)階段，新建火電機(jī)組已按此排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。此外，廣東地區(qū)很多已建燃煤機(jī)組已在進(jìn)行超低排放改造。超低排放改造技術(shù)路線的選取尤為關(guān)鍵。本文主要論述煙塵超低排放中各方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 靜電除塵器方案

靜電除塵器的除塵原理是通過電極在煙氣中放電，使粉塵荷上電荷，并且在電場力的作用下向電極移動，被集塵極捕獲并收集。在靜電除塵器殼體內(nèi)設(shè)有很多組陰極線和與之對應(yīng)的陽極板，給陰陽極施加高壓直流電，陰極（放電極）附近空氣被電離，形成電暈。電暈區(qū)的范圍較小，正離子很快流向放電極，電子則擴(kuò)散到電暈外區(qū)域。煙氣流過電極區(qū)間時，大部分粉塵帶上負(fù)極性，在電場力的作用下向陽極板（收塵極）移動，與陽極板接觸后放出電荷，通過振打落入灰斗。

靜電除塵器是國內(nèi)燃煤機(jī)組廣泛使用的一種除塵設(shè)備，技術(shù)成熟，最大容量可以為1000MW容量機(jī)組配套。對于燃煤電廠，影響靜電除塵器收塵效率的主要因素包括粉塵特性、煙氣流速、除塵器面積、運(yùn)行電壓控制、設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。

靜電除塵器的除塵效率與粉塵特性、煙氣流速、比集塵面積、電場參數(shù)控制水平、電極結(jié)構(gòu)、氣流均勻性等都有很大的關(guān)系[1]。

1.1 粉塵特性

粉塵特性中，比電阻參數(shù)對靜電除塵器的設(shè)計尤為關(guān)鍵，當(dāng)比電阻在100-1100Ω·cm時，靜電除塵器運(yùn)行效果較好。

1.2 煙氣流速

通常，對于除塵器中煙氣流速的研究，被分為平行方向和垂直方向。當(dāng)煙氣流速較低時，粉塵在電場中的停留時間較長，有利于粉塵的捕集。但如果煙氣流速太低，要大大增加流通截面，從而影響經(jīng)濟(jì)性，通常情況下，靜電除塵器中的煙氣流速為0.85-1.35m/s。

1.3 比集塵面積

將單位煙氣量下所對應(yīng)的集塵極板面積稱為比集塵面積，比集成面積與除塵效率成正比?，F(xiàn)階段，國家規(guī)范越來越嚴(yán)格，靜電除塵器需設(shè)計3-6個電場才能滿足要求，比集塵面積約為80～125m2/（m3/s）。

1.4 氣流均勻性

當(dāng)除塵器中氣流較為均勻時，除塵器中各區(qū)域流量也會較為均勻，可以充分利用除塵器的空間，充分利用有效面積。因此，氣流均勻性對靜電除塵器的除塵效率影響也很大。

2 電袋除塵器方案

電袋復(fù)合除塵器具有靜電除塵器和濾袋式除塵器的功能，靜電除塵器放置于前面的電場，濾袋式除塵器放置于后面的電場。

電袋復(fù)合除塵器前面電場采用靜電方式收塵，把大部分（70%～95%）粗顆粒粉塵先清除下來，剩下較細(xì)的粉塵用濾袋收塵，既能保證整體收塵效率高于傳統(tǒng)靜電除塵器，又能減小粗顆粒粉塵對濾袋的磨損。經(jīng)過荷電的粉塵在濾袋上排列有序、濾袋透氣性較高，煙氣側(cè)阻力低于單純的濾袋式除塵器，清灰周期較長，有利于減少機(jī)械磨損，提高濾袋的使用壽命[2-3]。

電袋復(fù)合除塵器按結(jié)構(gòu)區(qū)分有兩種型式，一種是“整體式”，另一種是“分體式”。整體式的結(jié)構(gòu)是前面兩個電場后設(shè)置1～2個濾袋除塵室，靜電除塵和濾袋除塵布置在一個整體的殼體內(nèi)。整體式布置結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積較小，但是設(shè)計時要充分考慮氣流分布，在有限的空間內(nèi)設(shè)置有效的導(dǎo)流措施，保證各區(qū)域的濾袋承受的負(fù)荷接近。

由于結(jié)合了靜電除塵器和濾袋式除塵器兩種型式的優(yōu)點(diǎn)，兩種收塵技術(shù)綜合使用在一定程度又彌補(bǔ)了單一除塵技術(shù)的不足，因此是一種值得推廣的新設(shè)備，適合于比電阻特殊的煤種或者對排放要求很高的工程。而且電袋復(fù)合除塵器煙側(cè)阻力介于兩種除塵器之間，相比單一的濾袋除塵器清灰周期長，濾袋的壽命明顯提高，減輕了檢修維護(hù)工作量。

3 濕式靜電除塵器方案

濕式除塵器最早在化工行業(yè)中應(yīng)用，主要用于凈化煙氣中凝結(jié)狀態(tài)的酸霧（如SO3）。當(dāng)這項(xiàng)技術(shù)轉(zhuǎn)移到電力行業(yè)使用時，濕式除塵器的主要用途用于捕集細(xì)小顆粒、升華金屬冷卻后的凝固顆粒、凈化脫硫后煙氣攜帶的酸性氣溶膠，附帶功能是去除脫硫塔逃逸出來的石膏漿液。

濕式靜電除塵器的原理與干式靜電除塵器類似，都是在陰極線與陽極之間建立高壓電場，使氣體電離產(chǎn)生帶正電荷的離子與負(fù)電荷的電子，電荷與顆粒碰撞后使其帶電（荷電），在電場力作用下帶電顆粒趨向電極，最后被極板或極線捕獲并收集。但是濕式靜電除塵器的工作條件以及收集對象與常規(guī)的干式靜電除塵器不同，因此其具有一些獨(dú)有的特點(diǎn)[4-6]：

1）對細(xì)小顆粒以及酸霧、氣溶膠等有很高的捕集效率，細(xì)小顆粒捕集效率保證值可以達(dá)到70%～90%，對酸霧的捕集效率可以達(dá)到50%～80%。

2）煙氣特性與干式靜電除塵器不同，陽極板上的濕灰或者沖洗水膜富含電解質(zhì)，具有良好的導(dǎo)電性，陽極板的電壓降遠(yuǎn)低于干式靜電除塵器，因此在二次電壓稍低的工況下（55～60kV），電場強(qiáng)度也高于干式靜電除塵器，如板式濕式除塵器的平均電場強(qiáng)度約為干式靜電除塵器的3倍。

3）工作在飽和濕煙氣狀態(tài)下，顆粒表面都凝結(jié)有電解質(zhì)，導(dǎo)電性較好，電場比較穩(wěn)定，荷電與除塵效率高。煙氣處于濕飽和狀態(tài)，煙氣中的粉塵表面已經(jīng)被電解質(zhì)潤濕，粉塵的導(dǎo)電特性基本以表面導(dǎo)電為為主，與粉塵理化特性相關(guān)的體積導(dǎo)電已經(jīng)不起主導(dǎo)作用，因此一些常規(guī)干式靜電除塵器無法收集的粉塵，如高比電阻、顆粒較細(xì)、灰粘性大等特殊粉塵，也可被濕式靜電除塵器有效收集。

4 幾種除塵方案分析研究

現(xiàn)階段，絕大多數(shù)燃煤電廠煙囪排放煙塵濃度均需≤5mg/Nm3，火力發(fā)電廠鍋爐排出的煙氣先經(jīng)過靜電除塵器（或電袋除塵器）再進(jìn)入脫硫吸收塔（脫硫吸收塔具有洗塵的效果），煙氣通過吸收塔以后，還要經(jīng)過吸收塔頂部的除霧器，除去煙氣中的液滴（液滴中含有脫硫產(chǎn)物石膏），最終再通過煙囪排出，若需設(shè)置濕式除塵器，一般在吸收塔出口至煙囪的煙道上安裝濕式除塵器。一般的設(shè)計方案如下：

方案一：采用靜電除塵器+高效濕法脫硫洗塵+高效除霧器+濕式除塵器的配置。

方案二：采用電袋除塵器+高效濕法脫硫洗塵+高效除霧器的配置。

方案二中，電袋除塵器出口煙塵濃度理論上可達(dá)到20mg/Nm3或者10mg/Nm3以下，若要達(dá)到10mg/Nm3以下，技術(shù)上是可行的，但造價要比20mg/Nm3貴很多。

若不設(shè)置濕式除塵器，煙囪出口煙塵濃度要小于10mg/Nm3，對脫硫系統(tǒng)中除霧器的要求就更高了。

從多個工程設(shè)計實(shí)例可分析得出，若靜電（或者電袋）除塵器出口煙塵濃度可控制在20mg/Nm3以下，脫硫系統(tǒng)中采用高效除霧器（三級屋脊式或者管束）不采用濕式除塵器，煙囪出口煙塵排放濃度控制在10mg/Nm3以下，技術(shù)上是可行的，具體分析如下：

吸收塔洗塵率按65%，采用高效除霧器，煙氣中霧滴濃度為20mg/Nm3，霧滴中石膏含固量為15%，若干式除塵器出口煙塵濃度為20mg/Nm3，煙囪出口煙塵濃度為：20-20×0.65+20×0.15=10mg/Nm3。

若煙囪出口煙塵濃度要控制在5mg/Nm3以下，不設(shè)置濕式除塵器，除霧器采用高效除霧器，即便干式除塵器出口煙塵濃度控制在10mg/Nm3以下，在實(shí)際運(yùn)行中（或者長期運(yùn)行）也會存在很大風(fēng)險，因?yàn)闊焿m中霧滴濃度以及霧滴中石膏含固量這兩個數(shù)值目前還沒有正式的計算規(guī)范規(guī)程，是一個理論經(jīng)驗(yàn)值。煙氣中霧滴濃度為20mg/Nm3，霧滴中石膏含固量為15%，是目前所做的改造工程或者新建工程，最為優(yōu)化的數(shù)值。

綜上所述，個人認(rèn)為，不設(shè)置濕式除塵器，設(shè)置高效除霧器，煙囪出口煙塵濃度控制在10mg/Nm3以下，技術(shù)上是可行的。但煙囪出口煙塵濃度要控制在5mg/Nm3以下，從長期運(yùn)行來看，是存在一定風(fēng)險的。

5 結(jié)論

在國家對火力發(fā)電廠日益嚴(yán)格的前提下，對除塵器的研究變得越來越重要，除塵器可籠統(tǒng)的分為：靜電除塵器、電袋除塵器、濕式除塵器等，影響靜電除塵器收塵效率的主要因素包括粉塵特性、煙氣流速、除塵器面積、運(yùn)行電壓控制、設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。電袋復(fù)合除塵器具有靜電除塵器和濾袋式除塵器的功能，靜電除塵器放置于前面的電場，濾袋式除塵器放置于后面的電場。濕式除塵器的主要用途用于捕集細(xì)小顆粒、升華金屬冷卻后的凝固顆粒、凈化脫硫后煙氣攜帶的酸性氣溶膠，附帶功能是去除脫硫塔逃逸出來的石膏漿液。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]