超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)及其在超低排放工程中的應(yīng)用

朱法華，孟令媛，嚴(yán)俊波，莫 華

(1.國(guó)電環(huán)境保護(hù)研究院，國(guó)家環(huán)境保護(hù)大氣物理模擬與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210031; 2.南京信息工程大學(xué)江蘇省大氣環(huán)境與裝備技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京 210004; 3.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心，北京 100012)

超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)及其在超低排放工程中的應(yīng)用

朱法華1，2，孟令媛2，嚴(yán)俊波1，莫 華3

(1.國(guó)電環(huán)境保護(hù)研究院，國(guó)家環(huán)境保護(hù)大氣物理模擬與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210031; 2.南京信息工程大學(xué)江蘇省大氣環(huán)境與裝備技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京 210004; 3.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心，北京 100012)

超凈電袋是常規(guī)電袋復(fù)合除塵的技術(shù)升級(jí)，在電區(qū)袋區(qū)最優(yōu)耦合匹配、顆粒荷電微粒凝并、高精過(guò)濾、高均勻多維流場(chǎng)等方面取得了技術(shù)突破，可實(shí)現(xiàn)除塵器出口煙塵濃度長(zhǎng)期穩(wěn)定的小于10(或5)mg/m3。檢測(cè)結(jié)果表明:超凈電袋的出口煙塵濃度非常穩(wěn)定，滿足超低排放要求，且投運(yùn)一年后，出口煙塵濃度更加穩(wěn)定，并有所下降;超凈電袋不僅適用于燃用優(yōu)質(zhì)煤電廠的超低排放，更加適用于電除塵器難以實(shí)現(xiàn)的劣質(zhì)高灰煤電廠的超低排放;超凈電袋的運(yùn)行阻力最大值小于800Pa，大多穩(wěn)定在450～500Pa，阻力較小，能耗較低，與五電場(chǎng)的電除塵器大體相當(dāng);與干式電除塵器+濕式電除塵器實(shí)現(xiàn)顆粒物超低排放相比，具有投資省、占地少、運(yùn)行費(fèi)用低、不產(chǎn)生廢水等優(yōu)點(diǎn)。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《燃煤電廠超凈電袋復(fù)合除塵器》的頒布實(shí)施，有利于規(guī)范超凈電袋的設(shè)計(jì)與使用，隨著西部地區(qū)高灰劣質(zhì)煤電廠超低排放的推進(jìn)，超凈電袋在超低排放改造工程中將發(fā)揮更大作用。

超凈電袋;技術(shù)突破;穩(wěn)定性;適應(yīng)性;能耗

0 引言

2012年底國(guó)內(nèi)首臺(tái)濕式電除塵器在湖南益陽(yáng)電廠300MW機(jī)組上建成，2013年3月14-19日的測(cè)試結(jié)果表明，濕式電除塵器對(duì)脫硫后的煙氣中顆粒物去除率為86.4%、對(duì)液滴的去除率為91.3%，對(duì)氣態(tài)汞的去除率為57.4%［1］，濕式電除塵器為燃煤電廠實(shí)現(xiàn)超低排放提供了重要的技術(shù)支撐。2014年6月7日國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020年)的通知，首次提出新建燃煤發(fā)電機(jī)組污染物排放接近燃?xì)鈾C(jī)組排放水平［2］，拉開(kāi)了中國(guó)燃煤電廠實(shí)施超低排放的序幕。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2014年底，全國(guó)已投運(yùn)的超低排放機(jī)組共2054.4萬(wàn)kW，其中70%以上的機(jī)組加裝了濕式電除塵器，濕式電除塵器成為超低排放初期的主流技術(shù)路線，且均是在優(yōu)質(zhì)煤機(jī)組上實(shí)現(xiàn)的［3］。

但濕式電除塵器不僅投資大、運(yùn)行費(fèi)用高，還存在占地面積大、改造周期長(zhǎng)、部件易被腐蝕、廢水需二次處理等弊端［4］。不上濕式電除塵器實(shí)現(xiàn)超低排放成為電力行業(yè)共同努力的目標(biāo)，2015年2月廣東粵電沙角C電廠660MW燃煤機(jī)組采用了福建龍凈環(huán)保股份有限公司的超凈電袋復(fù)合除塵器，實(shí)現(xiàn)了超低排放。

此后，“超凈電袋、不上濕電”成為超低排放技術(shù)路線的新選擇。目前，全國(guó)建成投運(yùn)及在建的以超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)為主的超低排放燃煤機(jī)組容量已超過(guò)3000萬(wàn)kW，該技術(shù)路線的應(yīng)用效果如何、是否存在問(wèn)題、適用條件怎樣等等，都值得評(píng)估，以利于更好地推廣應(yīng)用。

1 超凈電袋復(fù)合除塵的技術(shù)突破

1.1 電袋復(fù)合除塵技術(shù)原理

電袋復(fù)合除塵技術(shù)是電除塵技術(shù)與袋式除塵技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種復(fù)合除塵技術(shù)，利用前級(jí)電場(chǎng)(電區(qū))收集大部分煙塵，同時(shí)使煙塵荷電，利用后級(jí)袋區(qū)過(guò)濾攔截剩余的煙塵，實(shí)現(xiàn)煙氣除塵。電袋復(fù)合除塵器按照結(jié)構(gòu)型式可分為一體式電袋復(fù)合除塵器、分體式電袋復(fù)合除塵器和嵌入式電袋復(fù)合除塵器。其中，一體式電袋復(fù)合除塵器技術(shù)較為成熟，應(yīng)用較為廣泛［5-6］。

1.2 超凈電袋的技術(shù)突破

常規(guī)電袋復(fù)合除塵器的出口顆粒物濃度一般可實(shí)現(xiàn)小于30mg/m3或低至小于20mg/m3，超凈電袋復(fù)合除塵器(簡(jiǎn)稱(chēng)“超凈電袋”)是近2年來(lái)新開(kāi)發(fā)的電袋復(fù)合除塵器，可直接實(shí)現(xiàn)除塵器出口顆粒物濃度長(zhǎng)期穩(wěn)定小于10mg/m3，甚至小于5mg/m3。

與常規(guī)的電袋復(fù)合除塵技術(shù)相比，超凈電袋的技術(shù)突破主要體現(xiàn)在4個(gè)方面:

(1)電區(qū)與袋區(qū)的最優(yōu)耦合匹配，根據(jù)煤質(zhì)條件選取電區(qū)和袋區(qū)關(guān)鍵參數(shù)，確定袋區(qū)最佳的入口顆粒物濃度。

(2)強(qiáng)化顆粒荷電與電凝并技術(shù)，提高電區(qū)可靠性。首先，采用高放電性能、高場(chǎng)強(qiáng)的電區(qū)極配型式，提高顆粒荷電以及電場(chǎng)區(qū)除塵效率。其次，采用前后小分區(qū)供電技術(shù)，提高電區(qū)可靠性。

(3)采用高精過(guò)濾濾料。濾料過(guò)濾精度越高，電袋復(fù)合除塵器實(shí)現(xiàn)超低排放就越可靠，適應(yīng)工況變化能力越強(qiáng)，而且中長(zhǎng)期運(yùn)行阻力更低更平穩(wěn)。

(4)高均勻性氣流分布。在原電袋復(fù)合除塵器氣流分布均勻的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步細(xì)化設(shè)計(jì)流場(chǎng)和氣流分布，使電袋復(fù)合除塵器內(nèi)的氣流分布達(dá)到較高的均勻性［7-10］。

2 超凈電袋的應(yīng)用及性能評(píng)估

2.1 案例選擇

自2015年2月首臺(tái)超凈電袋復(fù)合除塵器在沙角C電廠投運(yùn)以來(lái)，越來(lái)越多的燃煤電廠選擇超凈電袋技術(shù)實(shí)現(xiàn)顆粒物超低排放，2015年5月世界上首臺(tái)100萬(wàn)kW的超凈電袋復(fù)合除塵器在河南平頂山發(fā)電分公司投運(yùn)。因此，評(píng)估案例就選擇廣東沙角C電廠的660MW機(jī)組與河南平頂山發(fā)電分公司的1000MW機(jī)組。

廣東沙角C電廠2號(hào)660MW燃煤機(jī)組原配套的電除塵器由ABB-CE公司設(shè)計(jì)和制造，電除塵器為臥式干式4室4電場(chǎng)四通道設(shè)計(jì)。原除塵器的比集塵面積較小、除塵效率過(guò)低、煙塵排放濃度高，因此除塵器面臨增效改造［11］。受現(xiàn)有場(chǎng)地、燃煤及運(yùn)行等條件限制，經(jīng)電廠多方調(diào)研，最終決定采用超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)改造方案。其超低排放技術(shù)路線:SCR煙氣脫硝+超凈電袋+4層噴淋層的石灰石-石膏濕法脫硫(配2層平板式除霧器+GGH)。

河南平頂山發(fā)電分公司1000MW機(jī)組原采用三室五電場(chǎng)靜電除塵器，除塵器出口煙塵濃度長(zhǎng)期在100mg/m3以上。后在電除塵器前加裝了低溫省煤器，實(shí)施低低溫電除塵器改造，改造后低低溫電除塵器出口煙塵濃度在60mg/m3以上，不能滿足超低排放的要求。此后，決定將低低溫五電場(chǎng)電除塵器改為“二電三袋”超凈電袋復(fù)合除塵器。其超低排放技術(shù)路線:SCR煙氣脫硝+超凈電袋+5層噴淋層的石灰石-石膏濕法脫硫(配雙相整流裝置+深度除霧裝置)。

2.2 達(dá)標(biāo)排放評(píng)估

2015年4月國(guó)電環(huán)境保護(hù)研究院對(duì)沙角C電廠660MW機(jī)組、2015年7月河南省電力科學(xué)研究院對(duì)河南平頂山分公司1000MW機(jī)組的電袋復(fù)合除塵器分別按國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)顆粒物排放效果進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 超凈電袋復(fù)合除塵器測(cè)試結(jié)果平均值

從表1結(jié)果可以看出，2臺(tái)機(jī)組超凈電袋出口及煙囪排口顆粒物濃度均小于10mg/m3，煙囪出口甚至均小于5mg/m3，滿足超低排放要求。

2.3 穩(wěn)定性評(píng)估

電除塵器的除塵效果受煤質(zhì)、煙氣成份、顆粒物成份、除塵器的技術(shù)條件與運(yùn)行狀況等多種因素的影響，因此，電除塵器的出口濃度往往波動(dòng)較大，達(dá)標(biāo)穩(wěn)定性較差。袋式除塵器或電袋復(fù)合除塵器的除塵效果基本不受煤質(zhì)與燃燒工況等波動(dòng)的影響，為了解超凈電袋的運(yùn)行穩(wěn)定狀況，先后收集了沙角C電廠和平頂山分公司超凈電袋投運(yùn)初期及一年以后的多月在線監(jiān)測(cè)結(jié)果，結(jié)果見(jiàn)圖1-圖4。

圖1 沙角C電廠超凈電袋投運(yùn)初期出口煙塵排放濃度

圖2 沙角C電廠超凈電袋投運(yùn)1年半后出口煙塵排放濃度

圖3 平頂山分公司超凈電袋投運(yùn)初期出口煙塵排放濃度

圖4 平頂山分公司超凈電袋投運(yùn)1年后出口煙塵排放濃度

從圖1～4中可以看出，2臺(tái)機(jī)組超凈電袋出口的煙塵濃度均穩(wěn)定小于10mg/m3的要求，無(wú)任何時(shí)刻超出10mg/m3的要求;對(duì)比圖1和圖2、圖3和圖4可以看出，超凈電袋投運(yùn)1年以后，除塵器出口煙塵濃度更加穩(wěn)定，波動(dòng)性更小。從上述分析可以看出，只要后續(xù)濕法脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行，煙囪出口顆粒物濃度也會(huì)非常穩(wěn)定地滿足超低排放要求，事實(shí)也正是如此［7］。

2.4 煤種適應(yīng)性評(píng)估

沙角C電廠設(shè)計(jì)煤種為神府東勝煤，校核煤種為澳大利亞煙煤，廣東珠三角地區(qū)對(duì)燃煤電廠煤質(zhì)有較為嚴(yán)格的要求，根據(jù)電廠3個(gè)月的煤質(zhì)統(tǒng)計(jì)，低位發(fā)熱量介于21.994～23.939MJ/kg，平均值為22.9MJ/kg，收到基含硫量0.28%～1.77%，平均值為0.64%，灰分介于7.66% ～16.72%，平均值為12.01%，煤質(zhì)總體較好。

平頂山分公司設(shè)計(jì)煤質(zhì)低位發(fā)熱量16.64MJ/ kg，收到基含硫量0.26%，灰份39.78%，煤質(zhì)較差［12］，除塵器入口設(shè)計(jì)濃度53.8g/m3。

從上述分析可知，不論是劣質(zhì)煤還是優(yōu)質(zhì)煤，超凈電袋均可實(shí)現(xiàn)煙塵超低排放。

2.5 超凈電袋阻力、能耗及經(jīng)濟(jì)性評(píng)估

沙角C電廠超凈電袋4個(gè)通道投運(yùn)初期及運(yùn)行1年半后本體阻力三個(gè)月的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分別見(jiàn)圖5和圖6。

圖5 沙角C電廠超凈電袋投運(yùn)初期阻力

圖6 沙角C電廠超凈電袋投運(yùn)1年半后阻力

從圖5可知，超凈電袋除塵器投運(yùn)初期本體阻力介于251.34～766.98Pa，平均值499.49Pa。從圖6可知，投運(yùn)1年半后，連續(xù)3個(gè)月的本體阻力介于280.8～660.3Pa，比投運(yùn)初期有所下降。

平頂山分公司超凈電袋投運(yùn)初期及投運(yùn)1年后的阻力在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖7和圖8。

圖7 平頂山分公司超凈電袋投運(yùn)初期阻力

圖8 平頂山分公司超凈電袋投運(yùn)1年后阻力

對(duì)比圖7和圖8，也可看出，超凈電袋投運(yùn)1年后阻力有所下降，且變化更加規(guī)律。超凈電袋的阻力是影響其能耗的主要因素之一，從上述2個(gè)工程來(lái)看，超凈電袋的阻力較小，甚至小于常規(guī)的電袋復(fù)合除塵器。由于能耗與機(jī)組運(yùn)行狀況、煙氣量的變化、煤質(zhì)變化、流場(chǎng)的均勻性等許多因素有關(guān)，要定量比較超凈電袋與電除塵器的能耗，需要收集電廠長(zhǎng)期的電耗數(shù)據(jù)，且由于除塵器出口濃度不同，比較意義也不是很大。根據(jù)多個(gè)工程數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，超凈電袋的總體能耗，比常規(guī)4電場(chǎng)電除塵器略高，與常規(guī)5電場(chǎng)電除塵器基本相當(dāng)。

如果與常規(guī)電除塵器+濕式電除塵器實(shí)現(xiàn)顆粒物超低排放相比，超凈電袋的能耗則明顯較低。投資與運(yùn)行費(fèi)用也具有明顯優(yōu)勢(shì)。

3 超凈電袋的標(biāo)準(zhǔn)化推廣應(yīng)用

與干式電除塵器+濕式電除塵器實(shí)現(xiàn)燃煤電廠顆粒物超低排放相比，采用超凈電袋實(shí)現(xiàn)超低排放，具有投資省、占地少、運(yùn)行費(fèi)用低、不產(chǎn)生廢水等優(yōu)點(diǎn)，因此，近2年超凈電袋在燃煤電廠超低排放工程中得到快速推廣。為規(guī)范超凈電袋的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝與使用，福建龍凈環(huán)保股份有限公司主持制定了電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《燃煤電廠超凈電袋復(fù)合除塵器》(DL/T 1493-2016)［13］，已頒布實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了超凈電袋的主要技術(shù)參數(shù)，見(jiàn)表2。表2中同時(shí)列出了除塵器出口煙塵濃度不大于20mg/m3的電袋復(fù)合除塵器的主要技術(shù)參數(shù)。

《燃煤電廠超凈電袋復(fù)合除塵器》(DL/T 1493-2016)頒布實(shí)施，助力燃煤電廠超低排放技術(shù)路線選擇的多樣化。隨著西部地區(qū)燃煤電廠全面實(shí)施超低排放，高灰份煤需要實(shí)現(xiàn)超低排放的比例越來(lái)越大［14-18］，超凈電袋將發(fā)揮更大的作用，因此，在環(huán)保部即將發(fā)布的《火電廠污染防治最佳可行技術(shù)指南》中，以超凈電袋為主不依賴(lài)二次除塵的超低排放技術(shù)路線也被列入其中。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)超凈電袋除塵器是常規(guī)電袋復(fù)合除塵的技術(shù)升級(jí)，在電區(qū)袋區(qū)最優(yōu)耦合匹配、顆粒荷電微粒凝并、高精過(guò)濾、高均勻多維流場(chǎng)等方面取得了技術(shù)突破，可實(shí)現(xiàn)除塵器出口煙塵濃度長(zhǎng)期穩(wěn)定的小于10 (或5)mg/m3。

(2)超凈電袋2015年2月首次在廣東沙角C電廠660MW機(jī)組上建成投運(yùn)，2015年5月在河南平頂山分公司1000MW機(jī)組上建成投運(yùn)。多家權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)及在線監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:超凈電袋的出口煙塵濃度非常穩(wěn)定，滿足超低排放要求，且投運(yùn)一年后，出口煙塵濃度更加穩(wěn)定，并有所下降;超凈電袋不僅適用于燃用優(yōu)質(zhì)煤電廠的超低排放，更加適用于電除塵器難以實(shí)現(xiàn)的劣質(zhì)高灰煤電廠的超低排放;超凈電袋的運(yùn)行阻力最大值小于800Pa，大多穩(wěn)定在450～500Pa，阻力較小，能耗較低，與五電場(chǎng)的電除塵器大體相當(dāng);與干式電除塵器+濕式電除塵器實(shí)現(xiàn)顆粒物超低排放相比，具有投資省、占地少、運(yùn)行費(fèi)用低、不產(chǎn)生廢水等優(yōu)點(diǎn)。

表2 電袋復(fù)合除塵器的主要技術(shù)參數(shù)和使用效果

(3)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《燃煤電廠超凈電袋復(fù)合除塵器》(DL/T 1493-2016)的頒布實(shí)施，有利于規(guī)范超凈電袋的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝與使用，助力超低排放技術(shù)路線的多樣化。隨著西部地區(qū)高灰劣質(zhì)煤電廠超低排放的推進(jìn)，超凈電袋在超低排放改造工程中將發(fā)揮更大作用。

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Research on UCEF technology and its application on ultra low emission projects

Ultra-clean electrostatic-fabric integrated precipitating(UCEF)is the technological upgrade of normal electrostatic-fabric integrated precipitator.Best optimized matching between electrostatic field and fabric area，particulate charged and particle coagulation，high precision filtration and high uniform multi dimensional flow field are made breakthrough.Dust concentration of UCEF exit is long and stably less than 10 or 5mg/m3.The testing results show that the outlet dust concentration of UCEF is very stable，meet the requirements of ultra low emission.The outlet dust concentration is more stable and down little after a year operation.UCEF is not only suitable for the use of high quality coal-fired power plant ultra-low emissions，more suitable for high ash coal-fired power plant to achieve ultra low emissions，which is difficult for ESP.The maximum running resistance of UCEF is less than 800Pa，in the most stable 450～500Pa，less resistance，low energy consumption.The level of energy consumption is approximately equal to 5 electric field electrostatic precipitator(ESP).Compared with dry ESP and wet ESP，it has the advantages of less investment，less land occupation，lower running cost and no waste water.Power industry standard“Coal-fired power plant ultra-clean electrostatic-fabric integrated precipitator”promulgated and implemented is conductive to regulato the use of UCEF.With the promotion of ultra low emission of power plants with high ash and low quality coal in the western region，UCEF will play a greater role in the ultra low emission reconstruction projects.

ultra-clean electrostatic-fabric integrated precipitator;technological breakthrough;stability;applicability;energy consumption

X701.2

:B

:1674-8069(2017)01-001-05

2016-10-06;

:2016-11-20

朱法華(1966-)，男，江蘇人，博士，教授級(jí)高工，長(zhǎng)期從事電力環(huán)境保護(hù)科研工作。E-mail:zhufagua@nepri.com

環(huán)保公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(201509021)