燃煤电厂除尘器的应用和选择研究

连 平，朱 林，方爱民，李 谨

(1.南京信息工程大学环境科学与工程学院，江苏南京 210044;2.国电科学技术研究院，江苏 南京 210031)

燃煤电厂除尘器的应用和选择研究

连 平1，朱 林2，方爱民2，李 谨2

(1.南京信息工程大学环境科学与工程学院，江苏南京 210044;2.国电科学技术研究院，江苏 南京 210031)

0 引言

我国的能源结构决定了燃煤电厂在电力行业中的中坚地位。据统计，截至2008年底，我国发电装机容量达7.925亿kW，其中火电为6.013亿kW，约占总容量的75.87%［1］。由于火电厂煤燃烧产生的烟尘所造成的煤烟型污染已成为了我国大气污染的主要形式之一。据统计，2007年我国火电厂烟尘排放总量达297万t［1］。烟尘的大量排放不仅会损害空气质量和人体健康，并且还会在一定程度上造成贵重材料的流失，成为制约我国经济、社会和环境协调发展的重要因素。

在除尘技术的发展过程中，电除尘器因其良好的可操作性，可靠的除尘效果及稳定的运行表现得到了推广和应用。截至1999年底，我国燃煤电厂使用的除尘器中电除尘器占79.98%，实测除尘效率平均为98.22%［2］。但随着《火电厂大气污染物排放标准》(征求意见稿)的提出，燃煤电厂的烟尘排放浓度被限制在30mg/m3以下，这对于我国燃煤电厂中现有的传统电除尘器无疑是巨大的挑战，大量老机组电除尘器的改造迫在眉睫。因此，在新的形势下，对于需要改造的老机组和新建机组，如何根据自身特点和实际选择适合的除尘设备和工艺，将是各个电厂必须面对和考虑的问题。

1 电除尘器

1.1 电除尘器的原理和特点

电除尘器采用高压静电除尘原理，其除尘过程可分为气体电离、粉尘荷电、荷电粒子的捕集、极线极板的清灰四个部分。其主要过程为:在高压电场的作用下，放电区的气体发生电离形成大量的正负离子，含尘气体进入电除尘器后，与带电离子发生碰撞从而荷电，荷电后的烟尘粒子在电场力的作用下流向阳极板和阴极线，并在极线和极板上聚集，通过机械振打将粉尘从极板极线上震入灰斗中，通过输灰系统送至储灰场做进一步处理。

截至2008年底，我国大多数燃煤电厂的除尘设备依然是传统的电除尘器，但相当一部分电厂的烟尘排放浓度难以满足排放标准的要求。调查显示，以《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223－2003)为基准，对我国投产1至3个月的燃煤电厂电除尘器的排放浓度进行监测，达到排放标准的只占30.4%，未达标排放的占 69.6%［3］。究其原因，主要有以下几个方面:电除尘器对煤种及粉尘条件的变化较为敏感，煤的含硫量、灰分含量、飞灰比电阻及飞灰金属含量等都会都电除尘器的除尘效果产生较大影响［4－7］;一般来说，在同等烟气量下，收尘极板面积越大，除尘效率越高，但出于成本控制的考虑和设计理念的原因，在相同的排放要求下，相比于欧美等国，我国燃煤电厂电除尘器的设计比集尘面积一般偏小，导致我国电除尘器效率相对较低、抗煤种变化能力较差;电除尘器的除尘机理决定了其对PM10等微细粉尘粒子捕集能力的先天不足，因此其除尘效率在一定程度上取决于烟尘中微细粒子的比例［8］。若微细粒子的含量较大则其达标排放存在一定的难度。

1.2 新型电除尘器的应用

1.2.1 移动电极电除尘器的应用

图1 移动电极电除尘器(MEEP)构造示意

移动电极电除尘器是由日立公司研制的，截至2008年，已有57台成功运行的案例，最大应用机组为1000MW［9］。移动电极电除尘器与普通电除尘器的区别在于其收尘极是可移动的，并由若干分离开的条状板材通过链条联接而成，在极板的上部和下部设有链轮，通过驱动链轮，使收尘极板在上下链轮间往复移动，移动速度 0.1 ～1.5m/min［10］。在收尘极板移动到主气流下方的灰斗区域时，由旋转电刷将粉尘清理下来落入灰斗中。由于清灰位置无主气流通过，不会引起二次扬尘，且可以提高高比电阻粉尘的捕集率，避免反电晕。

2006年常州广源热电厂2台75t/h循环流化床锅炉(相当于2×7MW机组)引进该技术，电除尘器采用单室三电场设计，其前两个电场为固定极板，第三电场为移动极板。移动电极电除尘器出口浓度仅为21mg/m3，完全达到排放要求。

1.2.2 高频电源电除尘器的应用

高频电源电除尘器是近年来发展的一种新型高效除尘技术。瑞典ALSTOM公司已生产销售高频电源 2000 余套，最大规格为 120kV/1.2A［4，10］。与传统工频电源相比，其主要具有以下优势:高频电源运行平均电压为工频电源的1.3倍，运行电流为工频电源的2倍，有利于提高除尘效率;对于高比电阻烟尘，高频电源采用类似脉冲的“间歇供电”，利于抑制反电晕;电源转换效率高，体积小，性价比高。

2 袋式除尘器

2.1 袋式除尘器的原理和特点

袋式除尘器是一种依靠过滤材料来实现分离含尘气体中粉尘的收尘装置，其主要过滤机理包括截留、惯性沉降、扩散沉降、重力沉降及静电沉降几个方面。含尘气流进入袋式除尘器后，在滤料的作用下完成对烟尘粒子的捕集，而附着在滤料上的灰层在积累到一定的程度后可以通过清灰控制系统进行清除，从而实现含尘气流的净化。与电除尘器相比，袋式除尘器主要有以下优点:对煤种和粉尘特性的适应性强;对不同粒度的粉尘均有较高的捕集率;可同时脱除多种有害气体。袋式除尘器不仅可实现对粉尘的控制，而且对燃煤排放有害气体(如SO2、重金属和VOCs等)有一定脱除效果［11］。

2.2 袋式除尘器的发展和应用

袋式除尘器在发达国家起步较早，应用较广泛。截至2004年，澳大利亚燃煤电厂中袋式除尘器占有率达80%以上［12］。我国燃煤电厂袋式除尘器研究起源于20世纪80年代，在经历了短暂的失败后［13－15］，近年又重新应用起来。2001 年，内蒙古丰泰发电公司2×200MW机组将原有电除尘器改造为袋式除尘器，这也是我国第一台成功投运的大型燃煤机组袋式除尘器［16－18］。据统计［19－21］，截至2008年底，我国燃煤电厂中袋式除尘器已经较多地应用于新建的200MW和300MW机组上，而几台600MW机组袋式除尘器也已投入运行。

河南焦作电厂于2002年将厂内4号炉220MW机组原三电场电除尘器改造为袋式除尘器［19，22］。该厂主要烟气参数为［19，22］:烟气量 1600000m3/h，排烟最高温度165℃，灰分平均含量为20.41%，灰分成分分析显示SiO2含量占46.799%，Al2O3含量占32.464%，飞灰粒度分布显示PM2.5含量超过40%。改造前电除尘器出口浓度在500mg/m3以上，改造后出口浓度能够保持在30mg/m3以下，效果良好。近些年来袋式除尘器在我国燃煤电厂的应用越来越多，并取得了一些成功运行的经验。随着烟尘排放标准的不断严格，以及国内对于袋式除尘技术研究的不断深入，袋式除尘器必将在燃煤电厂得到更广泛的应用，袋式除尘器也将逐渐成为我国新建燃煤电厂烟尘治理的首选工艺。

3 电袋复合除尘器

3.1 电袋复合除尘器的原理和特点

电袋复合除尘器是一种综合了静电除尘和布袋除尘两种除尘理论而提出的一种新型除尘技术［23］，按其结构不同主要可以分为串联式和嵌入式两类，目前国内外研究较多的主要是串联式。其除尘原理为:采用常规电除尘器的第一电场作为前级处理单元，处理烟气中70% ～80%的粗颗粒，再利用后级的袋式除尘单元处理余下的10%～20%左右的细颗粒，实现了颗粒的分级捕集。且结合了电除尘器和袋式除尘器的优点，电除尘单元起到了粉尘预收集和预荷电的作用，同时减轻了后级袋式除尘单元的负担，不仅起到了保护布袋的作用，也在一定程度上降低了系统阻力［24］，而后级的袋式除尘单元则可以充分发挥其对微细粒子收集效率高和对粉尘性质适应能力强的特点，轻松完成对剩余部分烟尘的捕集。电袋复合除尘器通常除尘效率极高，可以达到99.9%以上，出口浓度能够保持在30mg/m3以下，是一种新型、高效的烟尘处理工艺。

3.2 串联式电袋复合除尘器的应用

我国对于电袋复合除尘器的研究和应用起步较晚，仅对荷电后的粉尘影响布袋捕集效率的关系进行研究［25］。2004年，电袋复合除尘器第一次应用到了燃煤电厂的改造工程中［23］，目前在火电行业中，最大的应用机组已达到600MW。

宁夏大坝发电有限责任公司3号炉机组容量为300MW，原配套除尘器为2台双室三电场电除尘器［26］，但在运行多年后，由于煤种变化、设备老化及本体漏风严重等问题导致电除尘器腐蚀、磨损严重，除尘效率降低，出口烟尘浓度高达705mg/m3。在对几种改造方案进行技术和经济分析后决定保留原有电除尘器一电场，将二、三电场改为袋式除尘区，组成串联式电袋复合除尘器。改造完成后实测出口烟气浓度降低到了22.2mg/m3，且除尘器阻力特性良好，运行稳定可靠。

3.3 嵌入式电袋复合除尘器的应用

图2 嵌入式电袋复合除尘器示意

嵌入式电袋复合除尘器是电袋复合除尘技术的最新研究成果，美国北达科他大学的能源与环境研究中心(EERC)在这方面做了大量的研究工作。这种先进的除尘工艺是将电除尘与袋式除尘技术紧密结合，在电除尘中嵌入滤袋，在放电极和滤袋之间布置多孔板作为收尘极，既起到有效收尘的目的，又能防止滤袋受到放电极的电损伤。而在滤袋清灰时，飞灰又能及时地被电区的极线和极板捕集，避免了二次扬尘问题，从而达到高效除尘的目的。

1999年，EERC开始对这种除尘技术进行中试试验，从2002年10月起将该技术应用到了意大利某水泥厂和美国南达科他州某发电厂，运行结果显示，总颗粒物的质量浓度由入口处的5362mg/m3降低至0.21mg/m3，除尘效率达到99.996%。运行时过滤风速可达3.0m/min以上，是一般脉冲袋式除尘器的3倍左右。因此嵌入式电袋复合除尘器的结构较一般袋式除尘器更加紧凑，并且可以大大减少滤袋数量，达到降低成本的目的。

我国目前对嵌入式电袋复合除尘器的研究尚处于起步阶段。徐庆等人［27］对嵌入式电袋复合除尘技术的开发与工程化设计进行了一系列的研究，许秦坤等人［28］提出了一种新颖的嵌入式电袋复合除尘器结构，但这些研究大多只停留在理论和实验研究层面，目前尚没有实际运行的案例。

4 结语

(1)随着烟尘排放标准的日趋严格，传统电除尘器已经越来越难满足标准的要求，大量燃煤电厂面临着除尘器改造的问题。但由于电除尘器自身除尘机理及改造场地的限制，加宽加高电除尘器使除尘器扩容的改造方法并不能从根本上解决问题，因此不推荐采用该方案。只有煤种和粉尘条件稳定，飞灰性质适合电除尘器的电厂可考虑扩容。

(2)对于需要进行电除尘器改造的燃煤电厂来说，采用移动电极或高频电源等新技术是比较好的选择。这类改造动作小，投资省，工期短，但并不能克服电除尘器除尘机理上抗煤种波动能力差及对微细粒子捕集能力弱的缺陷，并且在国内没有太多的应用实例，尚缺少一定的运行经验和说服力。因此，对于机组容量不大，煤质条件较好，排放浓度超出标准不多的电厂可考虑选用。

(3)对于排放超标严重的电厂，建议在保留原电除尘器外壳的条件下，将电除尘器改为袋式除尘器或串联式电袋复合除尘器。就改造费用来说，电袋复合除尘器相对袋式除尘器具有一定的优势，并且在保证滤袋寿命的前提下，前者的运行费用也相对较少［26］。但从以往的改造实例来看，电区和袋区的结合处气流分布措施处理不当及滤料选用不合适容易造成电袋复合除尘器的滤袋寿命低于袋式除尘器，造成了费用的增加［2，29］。因此电厂应该根据自身条件分析确定改造方案，在可以保证滤袋寿命的前提下，建议优先考虑电袋复合除尘器。

(4)对于新建电厂来说，电除尘器、袋式除尘器及电袋复合除尘器都是可以考虑的选择。但由于电除尘器除尘效率受限制因素较多且不稳定，而电袋复合除尘器工艺相对复杂，可能给设计工作及日后的运行维护管理带来不必要的麻烦，因此建议优先考虑袋式除尘器。

［1］《火电厂大气污染物排放标准》编写组.《火电厂大气污染物排放标准》编制说明(征求意见稿)［R］.北京:2009.

［2］龚立贤，张哲军.除尘器在火电厂中的应用及发展趋势［J］.热电技术，2010，(2):1 －6.

［3］祁君田，吴玉强，吴望民，等.燃煤电厂电除尘器现状及关键参数设计研究［J］.热力发电，2009，38(6):47 －50.

［4］黄三明.电除尘技术的发展与展望［J］.环境保护，2005，(7):59－63.

［5］何向伟，吴志平，高素玲.燃煤电厂锅炉配套的除尘设备的应用与开发［J］.中国科技博览，2009，(20):122 －123.

［6］姜雨泽，宋荣杰.火电厂除尘技术的发展动态研究［J］.环境科学与技术，2008，31(8):59 －64.

［7］胡满银，赵 毅，刘 忠.除尘技术［M］.北京:化学工业出版社，2006.

［8］Zhuang Y，Kim Y J，Lee T G，et a1.Experimental and theoretical studies of ultra－fine particle behavior in electrostatic precipitators［J］.Journal of Electrostatics，2000，(48)21 －27.

［9］周晨霞.日立MEEP移动极板静电除尘器应用和运行费用分析［J］.冶金环境保护，2009，(3):53 －56.

［10］黄三明.适应新环保要求的实用电除尘技术［C］.第12届全国电除尘学术会议论文集.石家庄:2007.

［11］向晓东.现代除尘理论技术［M］.北京:冶金工业出版社，2002.

［12］姚群，陈隆枢，韦鸣瑞，等.大型火电厂锅炉烟气袋式除尘技术与应用［J］.安全与环境学报，2005，5(4):1 －4.

［13］朱法华.袋式除尘技术的发展及其在燃煤电厂烟气处理中的应用［J］.中国电力，2002，35(8):56 －60.

［14］宋七棣，徐天平，陈安琪.燃煤锅炉烟气除尘［C］.2004中国国际脱硫脱硝技术与设备展览会及技术研讨会论文集.北京:2004.

［15］肖宝恒.袋式除尘器的发展及其在燃煤电厂的应用前景［J］.电力环境保护，2001，17(3):44 －46.

［16］肖宝恒.丰泰发电公司2×200 MW机组袋式除尘器运行总结［J］.电力环境保护，2005，21(3):18 －19.

［17］陈秋.布袋除尘器在火电厂应用的技术分析［J］.河北电力技术，2008，27(6):29 －31.

［18］肖宝恒.燃煤电厂电除尘器增效改造的途径［J］.电力环境保护，2007，23(6):13 －15.

［19］刘贯连，张积秋，边彩霞.布袋除尘器在670 t/h燃煤锅炉上应用的技术经济分析［J］.电力环境保护，2005，21(1):30 －33.

［20］江德厚，郝党强，王勤.燃煤电厂袋式除尘器发展趋势及其运行寿命的影响因素［C］.2007年火电厂环境保护综合治理技术研讨会论文集.郑州:2007.

［21］中国环境保护产业协会袋式除尘委员会.我国袋式除尘行业2008年发展综述［J］.中国环保产业，2009，(5):4－11.

［22］赵江翔，张积秋，高树岭.大型低压脉冲袋式除尘器在220MW燃煤锅炉上的应用［C］.全国袋式除尘技术研讨会论文集.抚顺:2007.

［23］高志东.电袋复合除尘器在燃煤电厂的应用［J］.电力设备，2007，8(12):41 －43.

［24］党小庆，李 伟，马广大.电袋复合除尘器性能对比试验研究［J］.电力环境保护，2007，26(6):1 －3.

［25］张秀琨，郑刚.电袋复合除尘器研究与应用［J］.能源技术与管理，2007，(3):74 －76.

［26］聂孝峰，方建文，李强，等.300MW机组电袋复合除尘器的应用探讨［J］.电力科技与环保，2010，26(2):37 －39.

［27］徐庆.静电布袋紧密混合除尘技术开发与工程化设计［D］.清华大学:2008.

［28］许秦坤，张凤林.一种新颖电袋复合除尘器的提出及其除尘机理研究［J］.南方金属，2007，(2):30 －34.

［29］江得厚，孙宁，董雪峰，等.燃煤电厂电袋复合除尘器不是最佳组合［C］.2009年燃煤电厂环境保护综合治理技术研讨会论文集.郑州:2009.

Study on application and selection of dust collector in coal－fired power plant

对目前我国燃煤电厂中使用较多的几种除尘器——电除尘器、袋式除尘器及电袋复合除尘器的原理、发展及应用进行了介绍和阐述，并结合几种除尘器的特点和国内外运行实例，就我国燃煤电厂除尘器的选择提出了建议。关键词:燃煤电厂;除尘器;应用;工艺选择

The mechanism，development and application of electrostatic precipitator，fabric bag filter and compact hybrid particulate collector which were most widely used in China＇s coal－ fired power plant were discussed.Then combined of their different characteristics and operating situation in and abroad，suggestions of coal－ fired power plant＇s dust collector selection were given.

coal－fired power plant;dust collector;application;technology selection

X701.2

B

1674－8069(2011)02－018－04

2010-12-03;

2011-02-13

连 平(1985-)，男，山东威海人，硕士研究生，主要研究方向为环境污染控制机理与技术。E－mail:lp－8891@163.com