超低排放之除塵設(shè)備改造路線研究

張銘路

【摘要】按照國家超低出臺排放政策，部分地方政府和電力集團甚至要求煙塵排放達到5 mg/m3以下，迫使現(xiàn)役除塵器提效改造。本文介紹了某電廠660MW機組電除塵器改造路線研究，及采用超凈電袋復(fù)合除塵器技改后，實現(xiàn)煙氣排放濃度<5 mg/Nm3，證明了采用超凈電袋復(fù)合除塵器提效改造是滿足超低排放的有效措施。

【關(guān)鍵詞】電除塵器；改造路線；研究

國家發(fā)改委、環(huán)保部、國家能源局聯(lián)合下發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級改造行動計劃（ 2014-2020）》的精神，珠江三角洲地區(qū)應(yīng)控制煙塵的排放達到5mg/m3以下。2014年2月24日廣東省廣州市政府發(fā)布《廣州市燃煤電廠“超潔凈排放”改造工作方案》，提出燃煤電廠“50355”的改造目標(biāo)（即NOx≤50mg/Nm3、S02≤35mg/Nm3、煙塵≤5mg/Nm3）。一系列超低排放政策迫使現(xiàn)役除塵器進行提效改造。

某電廠地處珠江三角洲的中心地帶，電廠裝有3臺66萬千瓦機組，總裝機容量1980MW，年設(shè)計發(fā)電能力130億千瓦時。電廠于1993年正式動工興建，全套發(fā)電設(shè)備由國外進口，1996年6月三臺機組相繼移交商業(yè)運行。鍋爐是由美國ABB-CE公司設(shè)計制造的亞臨界、一次再熱、單汽包、控制循環(huán)、單爐膛、固態(tài)排渣煤粉爐，與GEC ALSTHON公司制造660MW汽輪發(fā)電機組配套。靜電除塵器是由ABB/ESO公司設(shè)計制造的四電場、四室、除塵效率為99.30/0的高效靜電除塵器。為了提高除塵器效率、降低煙塵排放濃度，達到新國標(biāo)的要求，同時減少脫硫GGH堵塞，避免引風(fēng)機磨損等問題，電廠擬對電除塵器進行改造。

一、電除塵器提效技術(shù)研究

（一）新型高壓電源

主要的新型電源有：高頻電源、三相電源、中頻電源和恒流源等，其主要作用是根據(jù)電除塵器特征和煙塵、煙氣條件而有針對性的進行供電優(yōu)化，盡可能的提高電除塵器的有效供電，以提高除塵效率。

（二）煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)

煙氣調(diào)質(zhì)能有效地降低粉塵比電阻，提高電除塵器對高比電阻粉塵的除塵效率。在燃煤穩(wěn)定、比電阻較高，且經(jīng)過理論分析和實際實驗驗證有效后，應(yīng)用效果較好。但是它的應(yīng)用仍有一定的局限性，不是所有的工況都適合使用，易受煙氣條件和粉塵性質(zhì)的影響和制約；且投資較高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，運行不正常時，可能腐蝕設(shè)備，且會帶來一定量的二次污染。

（三）移動電極技術(shù)

轉(zhuǎn)動極板電除塵器的工作原理與傳統(tǒng)電除塵器一樣，仍然是依靠靜電力來收集粉塵，屬于電除塵技術(shù)的一種。該技術(shù)能提高電除塵器的效率，降低排放濃度。但是缺點仍然是煤種適應(yīng)性差，較好的效果也就相當(dāng)于增加了一個電場的作用，不能從根本上解決電除塵器在微細粉塵收集上的局限性；而移動電極的傳動鏈條在一定時間（約4—7年）內(nèi)因機械運動變形和磨損，使得其必須更換，造成運行維護成本增高。該技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)有300MW機組的工程應(yīng)用實例，在600MW以上機組上還沒有工程應(yīng)用實例。

（四）機電多復(fù)式雙區(qū)電除塵技術(shù)

對于高比電阻粉塵，收塵板上粉塵層會發(fā)生反電暈現(xiàn)象，即粉塵層的表面會產(chǎn)生放電，導(dǎo)致粉塵二次返流。對于高比電阻粉塵，雙區(qū)電除塵器能明顯改善其除塵效率。對雙區(qū)電除塵器的設(shè)計，還要考慮到荷電和捕集需交替進行，互為補充、加強，所以應(yīng)用的雙區(qū)電除塵器一般都為復(fù)式結(jié)構(gòu)。隨著環(huán)保要求的不斷提高，在電除塵器的后電場采用雙區(qū)電除塵器結(jié)構(gòu)來捕集微細粉塵、高比電阻粉塵或高飛灰可燃物粉塵取得了一定的業(yè)績，但大型機組采用該技術(shù)的業(yè)績并不太多。

（五）其它提效技術(shù)

1.新增一個常規(guī)電場

要提高電除塵器的效率，必須增加收塵極板的面積以增大比集塵面積。新增一個常規(guī)電場能大幅提高陽極板面積，提高比集塵面積，有效提高除塵器除塵效率。但由于該技術(shù)占地較大，在現(xiàn)有機組除塵改造中常受到占地的限制。本工程用地條件有限，無法再增加一個常規(guī)電場，建議不采用該技術(shù)。

2.掏空原除塵內(nèi)部進行擴容

其目的是通過增大收塵面積，改善極配型式并解決斷線問題；提高工作電壓和工作電流，加強振打清灰能力；消除設(shè)備運行故障，提高電氣控制水平等措施來提高除塵器的除塵效率，降低出口煙塵濃度，但受限于原有電除塵器的設(shè)計容量，在原有基礎(chǔ)上進行擴容提效的空間也有限，難以達到超低排放的新要求。

3.低低溫電除塵技術(shù)

低低溫電除塵器工藝的核心是在電除塵器之前布置一套MGGH（熱媒體煙氣加熱器），由于GGH進行熱交換，電除塵器運行溫度降低到90℃左右，低于以前的130℃—150℃，使粉塵的比電阻和煙氣量降低，電除塵效率得到提高。但是該技術(shù)需對空預(yù)器后面的煙風(fēng)系統(tǒng)進行全面改造調(diào)整，工程量大；而除塵器內(nèi)的防結(jié)露問題、清灰問題以及二次揚塵（低溫下易二次飛揚）等問題都有待解決。

以上電除塵提效技術(shù)只能有限改善大型燃煤機組的除塵效率，但隨著國家對燃煤機組煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)的進一步提高，現(xiàn)有的這些提效技術(shù)就難以滿足新國標(biāo)的要求，特別是針對本電廠區(qū)域要控制煙塵的排放達到5mg/m3以下，采有以上措施就不能滿足要求了，為此，需進一步研究更有效的新技術(shù)來滿足日漸嚴(yán)格的煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)了。

二、除塵新技術(shù)研究

（一）布袋除塵技術(shù)

布袋除塵器是一種干式過濾裝置，工作原理比較簡單，即利用過濾原理，用纖維編物制作的袋式過濾單元來捕集含塵煙氣中的粉塵。

布袋除塵器的最大優(yōu)點是：除塵效率不受煙氣成份、含塵濃度、顆粒分散度及粉塵比電阻等粉塵性質(zhì)的影響，對微細粉塵捕集率一般可達99.9%以上，煙塵排放濃度低且穩(wěn)定，可達到<30mg/m3甚至更小。特別是用于收集高比電阻粉塵及微細粉塵這種對于電除塵器來說最困難的粉塵時，具有很強的優(yōu)勢，雖然布袋除塵技術(shù)不是新技術(shù)，但隨著科技進步，除塵布袋的制造技術(shù)的進步，布袋除塵技術(shù)也取得了相當(dāng)?shù)膽?yīng)用業(yè)績。布袋除塵器與電除塵器相比存在設(shè)備阻力大，維護費用高，對煙氣溫度、煙氣成分較敏感，舊濾袋無法達到資源化利用等缺點。

（二）電袋復(fù)合除塵技術(shù)

電袋復(fù)合除塵器結(jié)合了靜電除塵器和袋式除器的優(yōu)點，煙氣先經(jīng)過靜電除塵器的電場，靜電除塵器除去約80%的煙塵和粗顆粒的煙塵，靜電除塵器極板上收集的煙塵經(jīng)振打后落入其下部灰斗中排出；余下約20%的細顆粒煙塵則被布袋單元捕獲。

這種技術(shù)充分發(fā)揮了靜電除塵器的作用，除去了大部分的粗顆粒的煙塵，減輕了粗顆粒煙塵對布袋除塵器的磨損，延長了布袋除塵器的使用壽命，同時布袋除塵器發(fā)揮其捕獲細小煙塵的長處，兩者結(jié)合使用，提高了除塵器的整體除塵效率。

（三）脫硫吸收塔后加裝濕式電除塵器

濕式靜電除塵器的主要工作原理為：將水霧噴向放電極和電暈區(qū)，水霧在芒刺電極形成的強大的電暈場內(nèi)荷電后分裂進一步霧化，電場力、荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并，共同對粉塵粒子起捕集作用，最終粉塵粒子在電場力的驅(qū)動下到達集塵極而被捕集。水在集塵極上形成連續(xù)的水膜，將捕獲的粉塵沖刷到灰斗中隨水排出。

三、優(yōu)化方案比選

綜合上述各方案的優(yōu)缺點，初步確定適合本項目的三種技術(shù)方案，為選擇合適的靜電除塵器改造方案、降低改造成本、減少投資和運行維護費用，需要從技術(shù)性能特點和經(jīng)濟性兩個方面對這三種方案進行對比分析，具體的技術(shù)對比見表1。

通過以上對比，采用電袋復(fù)合除塵器改造方案最為適合。但要控制煙塵的排放達到5mg/m3以下，還需對電袋復(fù)合除塵器進行優(yōu)化設(shè)計，采用超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)來滿足煙塵的超低排放要求。

根據(jù)電袋復(fù)合除塵器的理論研究及大量工程實踐總結(jié)得知，影響其排放性能的重要因素有：電區(qū)與袋區(qū)的耦合匹配、氣流分布均勻性、濾料過濾精度、濾袋區(qū)入口煙塵濃度、過濾風(fēng)速、電場區(qū)細顆粒荷電和電凝并程度、設(shè)備內(nèi)部煙塵泄漏程度以及設(shè)備制造和安裝質(zhì)量等。超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)匯集各種成功經(jīng)驗，通過合理優(yōu)化選型，實現(xiàn)電區(qū)與袋區(qū)最佳匹配，改善氣流分布均勻性來提高除塵效率，采用高精過濾材料，提高過濾精度來滿足煙塵的超凈排放。

四、超凈電袋復(fù)合除塵器改造效果

該電廠改造前除塵器出口煙塵濃度在60—80mg/m3，煙囪出口煙塵排放濃度也大幅超過新標(biāo)準(zhǔn)的排放限值。采用超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)方案進行設(shè)備改造，超凈電袋復(fù)合除塵器前區(qū)布置兩個分區(qū)的電除塵器，后區(qū)布置超凈布袋除塵器，電除塵器的所有振打裝置改造為頂部安裝的電磁錘振打裝置，結(jié)合除塵和振打的控制優(yōu)化，改造取得了預(yù)期結(jié)果。超凈電袋復(fù)合除塵器改造后于2015年2月成功投運。2015年4月，經(jīng)第三方檢測，除塵器出口煙塵質(zhì)量濃度為3.70mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基、6%02），煙囪入口煙塵質(zhì)量濃度為2.66mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基、6%02），提效顯著，實現(xiàn)了小于5mg/m3的超低排放。

五、結(jié)語

通過對各種改造方案進行研究、比選后，采用超凈電袋復(fù)合除塵器提效改造實現(xiàn)超低排放，改造后達到了設(shè)計要求。該改造方案可以簡化設(shè)備，大大節(jié)省設(shè)備投資、減少占地、降低運行維護費等。因此，采用超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)是滿足當(dāng)前超低排放政策的有效措施。