燃煤電廠超低排放電除塵器提效改造技術(shù)探討

華雪瑩+俞立

（1國網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院 安徽 合肥 230000；2大唐華東電力試驗研究所 安徽 合肥 230000）

摘 要：論述了燃煤電廠電除塵提效改造的必要性，介紹了多種電除塵器提效改造技術(shù)，分析了各項技術(shù)的適用條件，并闡述了各項技術(shù)在某些電廠的應(yīng)用情況進(jìn)行。電廠選擇電除塵器提效改造技術(shù)時需因廠制宜，保證機組煙塵超低排放改造的成功。

關(guān)鍵詞：超低排放；煙塵；電除塵器；提效改造

0 引 言

2013年9月，國家三部委發(fā)布了“大氣污染防治行動計劃”，各地方政府尤其是被國家劃入重點地區(qū)污染防控區(qū)的地方政府相繼出臺了符合各自地方特點的“地方性大氣污染防治行動計劃”，并配套了相應(yīng)的獎勵政策，拉開了火電廠大氣污染物超低排放的序幕。2014年9月，國家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部、國家能源局聯(lián)合下發(fā)的“發(fā)改能源[2014]2093號關(guān)于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》的通知，明確要求東部地區(qū)穩(wěn)步推進(jìn)現(xiàn)役30萬千瓦及以上公用燃煤發(fā)電機組和有條件的30萬千瓦以下公用燃煤發(fā)電機組實施大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C組排放限值的環(huán)保改造，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 mg/Nm3，鼓勵其他地區(qū)達(dá)到或接近該排放限值。2015年12月2日，國務(wù)院常務(wù)會議提出，在2020年前，對全國燃煤機組全面實施超低排放，東、中部地區(qū)要提前至2017年和2018年達(dá)標(biāo)。

1 電除塵器提效改造的必要性

針對火電廠煙塵超低排放控制技術(shù)，國內(nèi)形成了多種不同的技術(shù)流派，從技術(shù)路線上可歸納為兩個技術(shù)流派：一是終端處理技術(shù)，煙氣先經(jīng)過干式除塵，再經(jīng)吸收塔洗滌，最后經(jīng)過濕式電除塵器進(jìn)行深度凈化處理。一般改造后干式除塵器出口煙塵濃度達(dá)到<30～40mg/Nm3，經(jīng)過濕法脫硫煙塵濃度達(dá)到<20mg/Nm3，經(jīng)過濕除達(dá)到<5mg/Nm3，排入煙囪；二是協(xié)同治理技術(shù)，煙氣先經(jīng)過干式除塵，然后在濕法脫硫的同時聯(lián)合高效脫除煙塵，控制漿液的夾帶，改造后干式除塵器出口煙塵濃度達(dá)到<20mg/Nm3，然后經(jīng)過脫硫深度除塵裝置達(dá)到煙塵<5mg/Nm3，排入煙囪。

無論哪種技術(shù)流派，就干式除塵器為靜電除塵器的電廠而言，效率均要求很高，出口才能保證<30～40mg/Nm3或20mg/Nm3，能保證長期穩(wěn)定達(dá)到該出口濃度的，就目前很多電廠的靜電除塵器的現(xiàn)狀而言有一定的難度。而且對于很多電廠而言，煙塵超低排放是各種污染物超低排放中難度最大的，電除塵器效率高低、出口煙塵濃度高低直接影響到煙塵的超低排放能否實現(xiàn)，所以電除塵器提效改造是有必要的。

2 電除塵器提效技術(shù)及其應(yīng)用情況介紹

電除塵器提效改造技術(shù)主要有：氣流均布技術(shù)、電除塵器擴(kuò)容技術(shù)、低溫電除塵技術(shù)、高頻電源技術(shù)、旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)及導(dǎo)電濾槽技術(shù)等。

2.1 氣流均布技術(shù)

影響電除塵器除塵效率的因素很多，其中氣流分布是一個重要的因素。電除塵器內(nèi)氣流分布情況與本體結(jié)構(gòu)、氣流調(diào)節(jié)部件的設(shè)置及管道設(shè)計等因素有關(guān)。理論計算和類比數(shù)據(jù)表明，這些因素綜合起來往往會使除塵效率變化20%～30%[1]。

氣流分布不均主要對電除塵器的運行產(chǎn)生以下影響[2][3]：（1）在氣流速度不同的區(qū)域所捕集的煙塵量不一樣，因風(fēng)速降低而增大的粉塵捕集量并不能彌補由于風(fēng)速過高而減少的粉塵捕集量，從而導(dǎo)致總除塵效率大幅下降；（2）局部氣流速度高的地方會出現(xiàn)沖刷現(xiàn)象，將已經(jīng)沉積在收塵極板上和灰斗內(nèi)的粉塵再次大量揚起，即產(chǎn)生二次揚塵；（3）在高流速區(qū)，可能會在局部產(chǎn)生渦流；（4）在低流速區(qū)，陰極線上可能積灰過多，產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象。

改善氣流均勻性，首先要對現(xiàn)有除塵器進(jìn)行流場的數(shù)值模擬及入口煙道流場測試，根據(jù)除塵器的結(jié)構(gòu)特點與原始狀態(tài)下的流場特點，分析煙道彎頭內(nèi)導(dǎo)流板對氣流的影響和進(jìn)氣煙箱內(nèi)導(dǎo)流板的寬度、角度、數(shù)量、安裝位置對流場的影響，最終優(yōu)化導(dǎo)流板的布置方式。

對多個電廠除塵器提效改造技術(shù)的調(diào)研，采用改善流場均勻性技術(shù)來提高除塵效率的電廠還未遇到，由于目前電除塵器提效技術(shù)較多，五花八門，大家在選擇各種改造技術(shù)的同時往往會忽略除塵器最本質(zhì)的一些部分，而除塵器入口煙氣的均布工作就是除塵器最本質(zhì)的部分之一，是提高除塵器效率的重要工作之一，建議電廠對該部分進(jìn)行一些工作，較少的投入可以取得較大的效果。

2.2 電除塵器擴(kuò)容技術(shù)

電除塵器擴(kuò)容技術(shù)是指通過增加電廠有效高度、寬度、或直接增加電場來提高電除塵器效率。比集塵面積是電除塵器的一個重要的參數(shù)，它的大小在一定程度是表示著除塵器的除塵效率的高低。由于以前排放標(biāo)準(zhǔn)要求并不是很嚴(yán)格，所以很多電廠的除塵器建造的較小，比集塵面積較小，已無法滿足現(xiàn)在排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。因此通過增加電廠有效高度、寬度、或直接增加電場是提高電除塵器效率的有效途徑。江西某電廠2×1000MW機組電除塵器為6電場電除塵器，較一般電廠的電除塵器多出1或2個電場，測試報告表明該電除塵器除塵效果較好，出口濃度為10mg/Nm3左右。通過對齊分析得出，其比集成面積大是除塵效率高的一個重要的因素。

但對于改造項目該技術(shù)受到一定的條件的限制。如原電場高度與寬度已達(dá)到最大值、電除塵器后與引風(fēng)機之間距離較短而無法布置新增電場等，所以電廠需要根據(jù)自身除塵器及場地的特點來選擇是否采用該提效技術(shù)。

2.3 低溫電除塵技術(shù)

低溫電除塵技術(shù)是指在電除塵器入口煙道上布置低溫省煤器，使得除塵器入口煙氣溫度降低，可以：（1）降低粉塵比電阻，提高粉塵荷電效果；（2）減少煙氣量，增大比集成面積；（3）若將煙溫降低到酸露點以下，可使煙氣中的SO3析出，吸附大量煙塵，而且可以除去大量SO3。通過以上幾點，加裝低溫省煤器可進(jìn)一步提高電除塵器除塵效率。目前超低排放采用協(xié)同除塵改造技術(shù)路線的電廠，許多均使用了低溫電除塵技術(shù)，從使用效果上來看，均可以達(dá)到改造的目標(biāo)。

針對鍋爐目前排煙溫度情況和余熱利用情況，低溫省煤器的改造也有兩種方案：（1）純低溫省煤器改為帶暖風(fēng)器的廣義回?zé)峒夹g(shù)，低省分高、低溫段布置于電除塵器前后，低溫段用于加熱暖風(fēng)器，高溫段用于加熱凝結(jié)水。（2）將原低省改為MGGH的升溫段，在煙囪入口增加煙氣再熱段，提高煙氣溫度至80℃左右。所以加裝低溫省煤器的有附帶效果，對于方案（1），低溫省煤器可以節(jié)省電廠能耗，節(jié)能效果可觀，許多電廠作為自己的節(jié)能項目來進(jìn)行改造；對于方案（2），可以提高排煙溫度，消除石膏雨、煙羽、大白煙等視覺效果，對于電廠的社會效益有正面影響。

不過能否加裝低溫省煤器也需要進(jìn)行一定的分析：（1）除塵器入口煙道處空間是否滿足安裝低溫省煤器的要求，有的電廠脫硝SCR鋼架會剛好占用這個地方，所以場地條件需要滿足要求；（2）排煙溫度是否有安裝低溫省煤器的必要。低溫省煤器理想的溫降為150℃到95℃，有個較大的溫度梯度，這與電廠空預(yù)器出口的煙氣溫度有關(guān)。有些電廠夏天極端情況下的排煙溫度僅115℃左右，而冬天時僅100℃不到，這樣的排煙溫度不太適合安裝低溫省煤器；（3）低溫省煤器需要將煙氣降溫到多少，是80℃還是100℃，也是需要討論的，根據(jù)目前幾個接觸到的電廠反應(yīng)，當(dāng)控制煙溫在95℃以下時，低溫省煤器靠除塵器側(cè)的換熱管道易腐蝕泄漏，是否是個別原因還是因為酸液凝結(jié)而產(chǎn)生腐蝕，目前還需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究，每個電廠可以根據(jù)自己的實際情況進(jìn)行運行。

2.4 高頻電源技術(shù)

將常規(guī)電源改為高頻電源（或脈沖電源）：（1）高頻電源輸出直流電壓比工頻電源平均電壓高約20%，電流提高近一倍，增加粉塵荷電量，從而提高電除塵器效率。高頻電源尤其適合于在前電場應(yīng)用，由于前電場煙塵濃度較高，大量的粉塵需要快速荷上電荷，配上高頻電源，提高了電流，在煙氣流動下粉塵荷電效率大幅提高，避免了因粉塵濃度高而產(chǎn)生的電暈封閉。（2）可以為電除塵器提供從純直流到窄脈沖的各種電壓波形，可根據(jù)電除塵器的工況，提高最佳電壓波形，達(dá)到節(jié)能的效果。

從目前眾多電廠改造情況來看，該技術(shù)在電除塵器提效方面是有一定的效果的，有許多電廠不僅電除塵效率有了較大的提高，而且節(jié)能效果非常明顯。

2.5 旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)

旋轉(zhuǎn)電極式電除塵器其收塵機理與常規(guī)電除塵器相同，而與常規(guī)電除塵器所采用的清灰方式不同。常規(guī)電除塵器清灰方式通過振打、聲波等方式來清理集塵極上的粉塵，在清灰過程中，有一部分已被收集到的粉塵會重新返回到氣流，最終逸出電除塵器，導(dǎo)致排放增加。有研究表明，在高效電除塵器出口粉塵中，有約20%是由清灰過程中的二次揚塵造成的。而旋轉(zhuǎn)電極其采用清灰刷來進(jìn)行清灰，附著于集塵極上的粉塵在隨旋轉(zhuǎn)陽極板運動到非首次區(qū)域后，被正反旋轉(zhuǎn)的一對清灰刷刷除。由于集塵極能保持清潔狀態(tài)且粉塵在非收塵區(qū)域中被清除，能有效克服困擾常規(guī)電除塵器對高比電阻粉塵的反電暈及振打二次揚塵等問題，大幅提高除塵效率。

根據(jù)調(diào)研的幾個電廠的應(yīng)用情況來看，該技術(shù)對控制二次揚塵具有一定的效果，有利于除塵效率的提高。但較多電廠對旋轉(zhuǎn)電極的運行故障率有一定的擔(dān)憂，因此應(yīng)用并不廣泛。

2.6 導(dǎo)電濾槽技術(shù)

導(dǎo)電導(dǎo)電濾槽技術(shù)是近幾年研發(fā)出來的電除塵器提效技術(shù)，該技術(shù)為在陽極板后增加垂直于氣流的收塵裝置，可以在不對原電除塵器造成較大的影響的情況下，有效抑制二次揚塵，增大收塵面積，提高電除塵器的收塵效果。其原理為：當(dāng)煙塵剛進(jìn)入電收塵器的電場時，流通斷面的粉塵濃度分布基本一樣均勻，但到電場的末端，由于電場力的作用，流通斷面的粉塵濃度分布發(fā)生較大的變化，趨勢是：在收塵板與放電極之間的空間中，越靠近收塵板附近粉塵濃度越高，而放電極附近的粉塵濃度相對較低。盡管大部分粉塵都靠近收塵板，但由于獲電粉塵的相互排斥及存在粉塵有的獲電不足，使部分粉塵不能被收塵板捕集，而隨氣流逃逸出電場的現(xiàn)象。另外，當(dāng)電場振打清灰時，大部分的二次揚塵也是沿陽極板表面逃逸出電場的。若能有效地捕集電場末端沿陽極板表面逃逸的粉塵，電除塵器的收塵效率將會大幅提高。導(dǎo)電濾槽可有效捕集低比電阻粉塵，獲電的低比電阻粉塵在電場力和風(fēng)力的作用下，其運動方向指向?qū)щ姙V槽進(jìn)口，而進(jìn)入槽內(nèi)的粉塵在靜電吸附和攔截過濾雙重作用下，均會被有效捕集。即使低比電阻粉塵被捕集后會有反彈的現(xiàn)象，大部分也不會被氣流帶走。

該技術(shù)已在多個電廠應(yīng)用，起到一定的提效效果，而且導(dǎo)電濾槽技術(shù)改造工作量較小，投資少，工期較短，比較適合于受場地限制的除塵改造項目，而且基本不增加運行阻力。

2.7 煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)

煙氣調(diào)質(zhì)就是在煙氣進(jìn)入電除塵器之前對煙氣進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理以降低粉塵比電阻，提高粉塵顆粒的荷電性能，使之易于被電除塵器捕集，以提高電除塵器效率，降低粉塵排放。常用的調(diào)質(zhì)劑如：SO3或NH3等化學(xué)調(diào)質(zhì)劑，也有特殊配方的其他調(diào)質(zhì)劑。

該調(diào)質(zhì)系統(tǒng)的工作機理：就是以一定的工藝流程產(chǎn)生SO3，將SO3與空氣的高溫混和氣體噴射到電除塵器的入口，SO3與煙氣中的水汽迅速結(jié)合，在粉塵表面形成一層硫酸薄膜，致使粉塵顆粒的比電阻下降，荷電性能提高，易于被電除塵器收集。調(diào)整SO3的噴射量，可以將粉塵比電阻調(diào)節(jié)到適合該電除塵器的理想范圍，使用本系統(tǒng)可使電除塵器效率達(dá)到設(shè)計效率。該工藝所用的原料可以有兩種：一種是硫磺，另一種是SO2。應(yīng)用最廣的是以硫磺為原料。

但加裝煙氣調(diào)質(zhì)系統(tǒng)主要有以下幾個方面的顧慮：（1）是否降粉塵排放的同時增加硫氧化物的排放；（2）對管道和設(shè)備會不會造成腐蝕；（3）煙氣調(diào)質(zhì)后是否影響灰的綜合利用；（4）運行系統(tǒng)的可靠性，即不會因為該系統(tǒng)而造成工作環(huán)境惡化，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常投運。

通過對幾個應(yīng)用該技術(shù)的電廠調(diào)研可知，該技術(shù)在對除塵器提效方面有一定的效果。某電廠電除塵器在調(diào)質(zhì)前的效率為96.15～97.3%，調(diào)質(zhì)后電除塵除塵效率達(dá)到99.77～99.80%，效果是很顯著的，而且該技術(shù)的特點是投資小，效果好，運行維護(hù)費用相對較低，特別是在已投運電除塵的機組。

3 總結(jié)

本文對目前應(yīng)用較多的燃煤電廠電除塵器提效改造技術(shù)進(jìn)行了介紹，并且分析了各項技術(shù)的適用條件以及介紹了部分電廠的應(yīng)用情況。當(dāng)然，電除塵器提效改造技術(shù)不僅只有以上的技術(shù)。

電除塵器的各種改造提效技術(shù)均有自己的技術(shù)特點及適用條件，沒有任何一種提效技術(shù)是適用于所有電除塵器的，電廠可以根據(jù)機組條件、除塵器本身條件、改造場地、煙氣綜合條件及投資預(yù)算等選擇適合自己的改造技術(shù)，而且各種技術(shù)并不互相排斥，可以進(jìn)行各種改造技術(shù)的組合，來達(dá)到電除塵器提效改造的目標(biāo)，保證機組煙塵超低排放改造的成功。

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