淺淡電袋復(fù)合除塵器在1000MW高效超超臨界機(jī)組上的應(yīng)用

陜西延長石油富縣發(fā)電有限公司 盛小龍

除塵器是火力發(fā)電廠煙氣除塵的關(guān)鍵設(shè)備，目前靜電除塵器應(yīng)用最廣、市場占有率最高；布袋除塵器由于在引進(jìn)初期濾料質(zhì)量不過關(guān)，推廣較慢；隨著近年來國內(nèi)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，尤其是燃用灰分較大或某些難收塵煤時，電袋復(fù)合除塵器以其高效、節(jié)能、煤種適應(yīng)性強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定超低排放等優(yōu)異性能，在火力發(fā)電廠得到廣泛應(yīng)用，為火力發(fā)電廠煙氣除塵提供了更有效和可靠的技術(shù)解決方案。

1 設(shè)計條件

某電廠新建2臺1000MW 高效超超臨界燃煤間接空冷機(jī)組，鍋爐為高效超超臨界參數(shù)變壓直流鍋爐，除塵器入口煙氣含塵量為12.51g/Nm3（設(shè)計煤種）、21.93g/Nm3（校核煤種1）。

1.1 燃料特性

該項目主要煤質(zhì)資料及灰成分分析如下：

煤質(zhì)檢測項目、設(shè)計煤、校核煤種1分別為全水分Mt(%)/12.5/9.9、收到基灰分Aa(%)/10.97/18.17、全硫St,ar(%)/1.48/1.93、收到基低位發(fā)熱量Qnet,v,ar(MJ/kg)/24.08/22.46、煤灰中二氧化硅SiO2(%)/54.60/55.70、煤灰中三氧化二鋁Al2O3(%)/14.94/15.90、煤灰中三氧化二鐵Fe2O3(%)/12.17/9.19、煤灰中氧化鈣CaO(%)/10.83/10.67、煤灰中氧化鎂MgO(%)/0.67/0.84、煤灰中氧化鈉N a2O(%)/1.28/0.96；煤灰比電阻：校核煤種1ρCA在測量電壓500V、測試溫度（℃）分別為室溫、80、100、120、150時的比電阻（Ω·cm）為1.20×1010、1.60×1011、7.30×1011、2.70×1012、5.80×1011。

從以上看出，校核煤種1相對較差，因此煤種分析按校核煤種1進(jìn)行分析：校核煤種1全硫為1.93%，有利于粉塵在電除塵器收集。由此產(chǎn)生的SOX的含量適中，對袋式除塵器使用壽命影響較小；飛灰中Al2O3含量15.90%<40%，SiO2+Al2O3含量71.6%<80%，Na2O含量0.96%>0.3%，粉塵荷電收集較容易。SiO2含量接近60%，易磨損前端低溫省煤器。

綜上看出，Na2O>0.3%，全硫>1%，Al2O3=15.90%<40%，SiO2+Al2O3<80%，但飛灰比電阻值較高，在測試溫度80-120℃區(qū)間比電阻值為1.6×1011～2.7×1012，不利于收塵，屬一般性煤種。

1.2 項目煙塵設(shè)計排放要求

該項目煙囪出口煙塵排放按＜5mg/Nm3設(shè)計?？紤]除塵器+高效脫硫除塵的綜合除塵方案，高效脫硫的除塵效率按≮50%考慮，除塵器出口煙塵排放濃度至少＜15mg/Nm3。

2 火電廠除塵技術(shù)簡介

靜電除塵器原理是利用高壓電場使發(fā)生電離，煙氣中的粉塵顆粒荷電，在庫侖力的作用下使帶電塵粒向極性相反的電極移動并沉積在電極上，從而將塵粒從含塵氣體中分離出來。其除塵效率根據(jù)燃用煤質(zhì)有所不同，最高可達(dá)99.9%，除塵器出口排放可達(dá)到20～30mg/Nm3，在1000MW 機(jī)組上應(yīng)用較廣。

布袋除塵器原理是煙塵在經(jīng)過濾布纖維時因慣性力作用與纖維碰撞而被攔截。細(xì)微的塵粒（粒徑≤1μm）則受氣體分子沖擊（布朗運(yùn)動）不斷改變著方向，而纖維間的空隙小于氣體分子布朗運(yùn)動的自由路徑，塵粒便與纖維碰撞而被分離出來。過濾作用可由濾布本身和積聚在濾布上的塵餅產(chǎn)生。由于形成了塵餅，分離的效應(yīng)（主要是截留和擴(kuò)散效應(yīng)）提高，因此直徑遠(yuǎn)小于濾料孔徑的顆粒也可被收集。布袋除塵器除塵效率高，一般在99.9%以上，出口排放穩(wěn)定，一般≤20mg/Nm3，甚至可達(dá)“零排放”，但其阻力可達(dá)1000～2000Pa，國內(nèi)在1000MW 機(jī)組上的應(yīng)用只有1臺。

低低溫靜電除塵器技術(shù)是在靜電除塵器的基礎(chǔ)上，在除塵器入口布置一級低溫省煤器，使除塵器入口煙溫降低、煤灰比電阻降低、煙氣量減小，提高除塵效率。一般除塵器入口煙溫降至90℃左右，使煤灰比電阻降低，電場擊穿電壓上升，此時的粉塵更容易被捕集；煙氣流量減小，電場流速降低，增加了粉塵在電場的停留時間，同時比集塵面積增大，從而提高除塵效率。出口排放一般可達(dá)到15～20mg/Nm3。國內(nèi)在新建1000MW 機(jī)組和改造項目上應(yīng)用較廣。

電袋復(fù)合除塵器是通過靜電除塵與布袋除塵有機(jī)結(jié)合的一種新型的高效除塵器，電袋復(fù)合除塵器是在前級設(shè)置一定級數(shù)電場的電除塵器，通過電場區(qū)收集約80%以上的粉塵。后級設(shè)置布袋除塵器，使含塵濃度低并超預(yù)負(fù)荷的煙氣通過濾袋而被收集下來，達(dá)到排放濃度≤10mg/Nm3的排放要求。國內(nèi)已經(jīng)在很多1000MW 機(jī)組電廠成熟應(yīng)用。

由于前級電除塵捕集約80%以上的粉塵，后級濾袋捕集的粉塵量僅有常規(guī)布袋除塵的約1/4，粉塵負(fù)荷量大大降低，清灰周期大幅度延長，而粗粒徑的粉塵已在前級電除塵除去，則對濾袋的沖刷磨損大大減小，濾袋壽命延長（濾袋壽命已達(dá)到5年甚至更長），除塵器阻力下降。另外，由于荷電煙塵在濾袋表面堆積時粉塵層疏松、排放有序，透氣性良好，形成異性相吸的“電凝并”現(xiàn)象，小顆粒粉塵凝并成大顆粒，使得大量細(xì)顆粒粉塵得以收集。荷電效應(yīng)提高了粉塵在濾袋上的過濾特性，使濾袋的透氣性能、清灰性能得到大大的改善，這也是電袋復(fù)合除塵器運(yùn)行阻力比常規(guī)布袋除塵器低很多的主要原因。另外電袋復(fù)合除塵器具有更高的捕集微細(xì)粉塵PM2.5效率，而且對極細(xì)的顆粒汞也有良好的捕集效果。美國能源與環(huán)境研究中心(EERC)已經(jīng)進(jìn)行了電袋脫汞測試，結(jié)果脫汞效率達(dá)到90%以上[1]。

3 除塵器方案比選

由于該項目要求煙囪排放口要煙塵≤5mg/Nm3，除塵器出口≤15mg/Nm3，因此靜電除塵器較難實(shí)現(xiàn)，而布袋除塵器阻力較大且國內(nèi)在1000MW 機(jī)組上的應(yīng)用案例極少，因此該項目僅在電袋復(fù)合除塵器（方案一）和低低溫靜電除塵器（方案二）之間比選。

方案一：除塵器后設(shè)置低溫省煤器，每爐設(shè)兩臺二電場兩袋區(qū)電袋復(fù)合除塵器。除塵器出口≤10mg/Nm3?？紤]脫硫協(xié)同除塵效率50%，完全可達(dá)到煙囪入口排放濃度≤5mg/Nm3。調(diào)研電袋復(fù)合除塵器在國內(nèi)某百萬機(jī)組電廠的應(yīng)用情況，當(dāng)除塵器入口煙塵濃度達(dá)到50g/Nm3時，除塵器出口煙塵濃度小于10mg/Nm3，因此無需設(shè)置濕式靜電除塵器。

方案二：每爐設(shè)兩臺三室五電場靜電除塵器，并在除塵器前設(shè)置低溫省煤器。電除塵出口排放濃度≤20mg/Nm3。要求脫硫裝置協(xié)同除塵效率至少大于75%，方可滿足煙囪入口煙塵排放濃度≤5mg/Nm3，因此國內(nèi)大部分1000MW 機(jī)組會在脫硫后設(shè)置濕式靜電除塵器，以滿足排放口煙塵濃度長期穩(wěn)定小于5mg/Nm3。

3.1 綜合技術(shù)特點(diǎn)比較

電袋復(fù)合除塵器與低低溫靜電除塵器技術(shù)特點(diǎn)分別如下：除塵效率。99.99%/99.97%；除塵器出口排放濃度?！?0mg/Nm3/15～20mg/Nm3；溫度適應(yīng)范圍。110～160℃/該項目入口煙溫降到100℃以下，煤灰比電阻降低一個數(shù)量級，利于提高除塵效果；對煤質(zhì)變化適應(yīng)性。較強(qiáng)/較差。煤灰比電阻變化會直接影響除塵器的除塵效率；設(shè)備阻力。初期≤800Pa，長期運(yùn)行＜1100Pa/≤300Pa；設(shè)備電耗。本體電耗約450kW，阻力增加導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)與空壓機(jī)增加的電耗約1240kW/約1800kW；運(yùn)行管理。鍋爐負(fù)荷變化或煙塵濃度變化會影響清灰頻率及阻力，對排放濃度影響很小，長期停運(yùn)需做好濾袋保護(hù)工作/鍋爐負(fù)荷變化或煙塵濃度變化直接影響排放濃度。

電袋復(fù)合除塵器除塵效率更高、運(yùn)行更穩(wěn)定，幾乎不受煤種變化的影響，除塵器出口排放濃度可長期穩(wěn)定在10mg/Nm3以下，無需在脫硫后配置濕式靜電除塵器。且低溫省煤器布置在電袋復(fù)合除塵器后管排幾乎零磨損，僅需考慮腐蝕問題；采用低低溫靜電除塵器須在除塵器入口加裝低溫省煤器，但目前使用效果一般，提效不明顯，易發(fā)生磨損、板結(jié)、腐蝕等問題，且當(dāng)煤種發(fā)生變化或工況波動大時對其影響較大，所以很多電廠又在脫硫裝置后加裝了濕式靜電除塵器，增加了占地、水耗、污水，又增加了一系列新問題。

3.2 綜合經(jīng)濟(jì)比較

初投資。根據(jù)近年百萬機(jī)組招標(biāo)情況，電袋復(fù)合除塵器初投資（萬元）為：除塵器約5000、低溫省煤器約1600、合計約6600；低低溫靜電除塵器初投資（萬元）為：除塵器約6000、低溫省煤器約1900、合計約7900。

運(yùn)行費(fèi)用。主要考慮電耗，電袋復(fù)合除塵器、低低溫靜電除塵器的除塵器整流變運(yùn)行功耗功耗(kW)為450/1800，144/180，36/96，15/30，1165/430，75/0，1885/2536，年運(yùn)行費(fèi)用（萬元）分別約368、494。以上年利用小時數(shù)按5500h 計，上網(wǎng)電價按0.3545元/kWh 計。

檢修費(fèi)用。靜電除塵器易損件每10年檢修費(fèi)用按其設(shè)備費(fèi)15%估算，折合每年約90萬元。電袋復(fù)合除塵器濾袋壽命按5年計，每次更換濾袋費(fèi)用約855萬元（約19000條布袋，每條布袋約450元），折合每年171萬元；電袋復(fù)合除塵器電區(qū)設(shè)備檢修費(fèi)用約占靜電除塵器的21%（主要根據(jù)比集塵面積的比值確定）。電袋復(fù)合除塵器、低低溫靜電除塵器的電區(qū)易損件更換費(fèi)用分別為19、90萬元/年，布袋更換費(fèi)用分別為171、0萬元/年，總計分別為190、90萬元/年。

單臺爐綜合經(jīng)濟(jì)比較。按30年折舊到每年費(fèi)用，電袋復(fù)合除塵器、低低溫靜電除塵器的初期投資（萬元/年）分別為220/263，運(yùn)行費(fèi)用368/494，檢修費(fèi)用190/90，年總費(fèi)用合計分別約778、847，電袋復(fù)合除塵器的年綜合費(fèi)用比低低溫靜電除塵器低69左右。

綜上，近年來國家環(huán)保政策日趨嚴(yán)格，特別是在火力發(fā)電廠全面實(shí)現(xiàn)超低排放的大前提下，僅靠靜電除塵器已不能滿足當(dāng)前的環(huán)保要求。“低溫省煤器+靜電除塵器+濕式電除塵”的技術(shù)路線不僅一次性投資及運(yùn)行費(fèi)用更高，且運(yùn)行過程中已暴露出很多問題。而電袋復(fù)合除塵器除塵效率更高、運(yùn)行更穩(wěn)定、一次性投資更低、運(yùn)行維護(hù)更簡單，無需在脫硫裝置后配置濕式靜電除塵器亦可確保超低排放長期穩(wěn)定；且電袋復(fù)合除塵器具有更高的捕集微細(xì)粉塵PM2.5效率，對極細(xì)的顆粒汞也有良好的捕集效果，可實(shí)現(xiàn)煙塵、汞、SO3、PM2.5等多污染物協(xié)同治理，對于環(huán)境保護(hù)具有重要的意義。