火电厂除尘技术的发展现状与技术改造建议

2012-02-01曲增杰赵丽妮

科技传播 2012年15期

曲增杰，赵丽妮

1.国电龙源电力技术工程有限责任公司，北京 100039

2.北京龙源冷却技术有限公司，北京 100176

2011年，环保部和质检总局联合发布了新版的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）。标准规定：自2012年1月1日起，新建火电厂烟气含尘浓度执行30mg/Nm3标准；自2014年7月1日起，所有火电厂烟气含尘浓度执行30mg/Nm3标准。相比旧标准，新标准不仅大幅收紧了烟尘的排放限值，而且时段划分也更加简化。

目前，火电机组主要的除尘方式仍为电除尘器，部分新建机组安装了袋式除尘器。按照新标准，目前大部分现役火电机组的除尘器可能均面临着提效改造的需求。

1 电除尘技术

1.1 电除尘技术的发展与应用现状

电除尘技术是利用强电场电晕放电使烟气电离、粉尘荷电，在电场力的作用下将粉尘从烟气中分离出来的技术。电除尘的优点非常突出：除尘效率高，处理烟气量大，可用于高温、高压和高湿场合，阻力小等；缺点为一次投入大，除尘效率受比电阻影响等。

我国从20世纪 60年代起开始电除尘的研究工作，到90年代末，已基本赶上同期国际先进水平。进入21世纪，电除尘作为控制大气污染、解决环保与经济发展矛盾的主要技术之一，得到了飞速发展，已广泛应用于火电、有色冶金、化工、钢铁等行业，其中火电行业的用量约占全国的75%，目前已在1 000MW超超临界火电机组中得到了成功运用。

1.2 电除尘器改造现状

目前，许多电厂的电除尘已无法达到新标准的要求，需进行技术改造。分析造成除尘器效率低的原因，提出改造方案并进行技术经济比较，选择效率高、投资少的方案十分必要。

造成电除尘器效率低下的原因一般有：

1）时间长，漏风增加，造成比集尘面积减小，场内烟气流速增大，停留时间短，影响粉尘的沉积；2）极板腐蚀变形；极板表面锈蚀存在氧化皮，造成积灰污染；阳极板之间联结松动，同极距发生变化，二次电压降低；3）阴极芒刺线磨损、腐蚀，二次电流低；4）振打效果不佳；5）气流分布设计不合理，分布不均；6）电气元件老化，继电器、接触器老化，故障增加等。

针对上述原因，通常可采取以下改造措施：

1）提高除尘器高度，扩大入口面积，使流通面积增加，烟速降低，延长停留时间；2）除尘器加长，由三电场扩为四、五电场，比除尘面积减小；3）入口设均流装置，出口加装槽形板，使气流分布均匀。

1.3 “移动电极”新型电除尘技术

对于煤质稳定的电厂，通过增加电场数可以达到50mg/Nm3标准。但对于高灰分煤、高比电阻粉尘，电除尘器就力不从心了。针对高比电阻粉尘引起的反电晕、振打引起的二次扬尘等问题，出现了一种新型的技术：移动电极除尘技术。

移动电极除尘是一种采用固定电极和移动电极组合的新技术，它既弥补了常规电除尘器对高比电阻、超细、高黏度粉尘难收难清、二次扬尘等不足，又弥补了布袋除尘阻力大、运行费用高、维护工作量大、难以处理高温高湿烟气等的缺陷。

图1 移动电极除尘技术示意图

移动电极除尘技术的特点：

1）高效收集高比电阻粉尘，可以达到30mg/Nm3标准；2）节省空间和能耗，一个移动电极相当于1.5个～3个固定电极；3）适用粉尘范围广：如燃煤锅炉、冶金烧结机头等；4）粉尘二次飞扬几乎为零；5）烟气温度最高可达350℃。

通常来说，常规电除尘器为达到30mg/Nm3需要的集尘面积非常大（4或5电场），投资和占地大。而移动电极可以以较小的集尘面积实现较高的除尘效率，以较少的投资达到较好的经济收益（1个移动电场大致相当1.5个～2个固定电场）。而且，移动电极技术不仅可以在新建项目中应用，也可应用于改造项目，是传统电除尘器通过技改满足环保标准的新选择。

在国外，日本日立（HPT）公司于1979年研制出了第一台移动极板电除尘器（MEEP技术），目前已在全球58个项目上得到了成功应用。在国内，菲达环保经过两年多的研究，掌握了具有自主知识产权的旋转式移动电极电除尘技术，并已在国内两个300MW等级燃煤机组电除尘器改造项目中应用。可以预期，移动电极除尘器的出现，将会延续电除尘器在未来高标准环保要求中除尘技术的主导地位，代表了电除尘器未来的发展方向。

2 袋式除尘技术

2.1 袋式袋除尘技术的发展与应用现状

袋式除尘技术是利用纤维状编织物做成的袋式过滤元件来捕集烟尘的技术。与电除尘相比，袋式除尘不受飞灰比电阻的影响，飞灰浓度和粒度的变化、锅炉运行负荷的变化、烟气量的波动等对出口浓度的影响也极为有限，出口浓度可以低于50甚至达到10mg/Nm3。

上世纪80年代，我国在多个电厂开始试用袋式除尘器，但由于滤袋寿命等问题，之后的10余年没有大的发展。2001年底，德国Lurgi公司袋式除尘技术首次在我国内蒙古丰泰电厂200MW机组上使用。此后，国电电科院、武汉天澄、南京龙源等一批单位纷纷介入布袋除尘器的研究和应用领域。

袋式除尘器的优点：

1）除尘效率高，可以≤30mg/Nm3；2）不受粉尘特性的影响；3）可捕集一定量的二噁英和SO2等有害气体。

不足：

1）阻力大，一般为1 500Pa～2 000Pa，能耗大，运行费用较高；2）滤袋寿命有限，更换费用高，工作量大；3）滤袋不能承受高温，对烟气中的水分和油性物质有要求。

布袋除尘器的发展史基本上是滤料的发展史。可以说滤袋的性能、寿命和造价在很大程度上决定了袋式除尘器的发展进程。国内滤料的应用环境表现为“四高一大一低”（烟温高；SO2、NOx、O2含量高；含尘浓度大；要求滤料阻力低）。因此，在滤料的使用上应充分考虑国内锅炉的实际，有针对性地选用。

近年来，袋式除尘技术有了长足的进步，主机、滤料、自动控制水平都有了很大提高，对于烟气的高温、高湿、高浓度、微细粉尘、吸湿性粉尘、易燃易爆粉尘等有了更强的适应性，在加强清灰提高效率、降低消耗、减少故障、方便维修方面达到一个新的高度。

2.2 袋式除尘器的应用展望

随着排放标准的日益提高，袋式除尘器成为理所当然的选择，其最大优点是效率高，对粉尘特性不敏感，对亚微米粒径的细尘有较高的除尘效率，而这些均为电除尘的弱项。在一些钢厂和水泥厂将电除尘改造为袋式除尘器后，排放浓度、维修工作量都低于电除尘器。可以预期，袋式除尘器将在火电行业中得到更广泛的应用，这与国外的发展趋势是一致的。

3 电-袋复合除尘技术

电除尘器和袋式除尘器均属高效除尘器，但它们又都分别存在着不足。因此，一种新的电－袋复合式除尘技术越来越受到人们的关注。它集电除尘和袋式除尘的优点于一身，成为高效除尘的新选择。

3.1 电一袋复合除尘器的设计构思

电－袋除尘器在前部设置一个电场的电除尘，收集大部分粉尘，而在后部装设滤袋，使含尘浓度大大降低的烟气通过滤袋进一步除尘。具体思路如下：

1）采用与常规除尘器相同的占地和布置方式；2）前级布置电除尘器,收集的粉尘占总量的80%～90%；3）后级采用袋式除尘器，此时粉尘负荷大大降低，滤袋阻力减少、清灰周期延长；同时袋式除尘对粉尘特性要求低、效率高的优点得以发挥，收集的粉尘占总量的10%～20%。

电－袋除尘器与传统除尘设备相比，具有效率高（可以实现30mg/Nm3）、不受粉尘特性影响、能满足不同工况条件运行要求、高效稳定、阻力低、滤袋粉尘负荷小、滤袋寿命长、维护量小等特点。有研究显示，纯袋式除尘器的粉尘沉积在滤袋表面时呈密实平整结构，而带电荷的粉尘积聚在滤袋表面时呈现凹凸不平的松散结构，更有利于气流的通过，降低滤袋阻力[1]。

3.2 电除尘器改造为“电-袋”复合除尘器

电－袋除尘器不仅适合新建项目，而且适用于现有设备的提效改造。在排放标准小于30mg/Nm3时，它的投资可低于单独采用袋式除尘器或电除尘器时的投资[2]。

电除尘器进行“电-袋”改造时，改造思路如下：

1）保留原电除尘器的进口喇叭和第一电场，钢支架、灰斗、壳体和保温设施；2）原第一电场进行壳体、阳极板排清洗，更换极线，并调整校正极距，对振打装置和电场进行检修；3）拆除原后面的电场阴阳极系统，改为袋式除尘，安装导流装置以保证烟气流过布袋时的气量分配；4）为保护滤袋，采用喷水降温法；5）设预除灰装置。

在电－袋除尘器中，电除尘能捕集大量粉尘，沉降高温烟气中未熄灭的高温颗粒，缓冲均匀气流；滤袋串联在后，收集细粉尘，严把排放关。同时，两除尘区域中任何一方发生故障时，另一区域仍保持一定的除尘效果，具有较强的弥补性。

3.3 电－袋除尘器存在问题及应用前景

电－袋复合除尘器并不是电除尘和布袋除尘的简单叠加，有一系列工程实际问题需要解决：

1）解决同一除尘器内同时满足电除尘和布袋除尘工作的条件；2）解决电场与布袋之间的气路联接和气流分布问题，实现后置袋式除尘各个滤袋流量和粉尘浓度均匀分布，降低系统阻力；3）根据烟气工况及特点选择寿命较长的滤袋；4）根据运行特点，保证前级电场高效投运，解决电场的结构问题和高压电气的控制问题；5）因燃煤变化而引起的烟气工况变化导致的滤袋阻力控制问题；6）解决锅炉出现各种故障时滤袋的保护问题。

从工程实践来看，想要同时取得电除尘和袋式除尘的双重优点并非轻而易举：

1）做到气流分布均匀并不容易。烟气均布非常重要，不但影响电除尘的效率，而且影响滤袋的寿命。对电除尘来说，最佳情况是烟气平进平出，而袋式的最佳情况是下进风，两者很难同时达到最佳；2）臭氧对聚苯硫醚（PPS）的腐蚀影响。由于性价比较高，PPS目前是电厂袋式除尘器滤料的首选，但其抗氧化性较差，一般应运行在160℃和含氧量9%以下。电除尘电晕放电必然产生臭氧，在高温和一定湿度下，臭氧对PPS的腐蚀进而对滤袋寿命的影响不可忽视[3]。

但是，电－袋除尘器作为提高除尘效率和有效控制微细粒子粉尘的新一代环保产品，已经显示出巨大的市场需求和强大的生命力。随着环保要求的提高以及对微细粒子强化控制的要求，新上火电和技改项目中采用电－袋复合除尘技术的比例将会进一步增加。