适应低排放的电除尘技术探讨

王剑波

(浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江诸暨 311800)

适应低排放的电除尘技术探讨

王剑波

(浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江诸暨 311800)

针对高标准的排放要求以及将进一步提高的排放标准，对电除尘器是否能满足目前的排放标准和低排放要求进行了研究。通过对国内110个机组配套电除尘器实际应用情况调查和国外燃煤机组电除尘器应用分析，客观地评价了电除尘器对国内煤种的适应性，指出移动电极式电除尘器、双极异距电流体微粒聚合器、烟气调质、湿式电除尘器、低低温电除尘器等新技术的发展和综合应用是满足30mg/m3低排放标要求的最佳选择。

电除尘器;适应性;低排放;除尘性能;比集尘面积;新技术

电除尘器已经有100多年的发展历史，因具有除尘效率高、适应范围广、运行费用低、可靠性高、使用方便且无二次污染等独特优点，一直是工业烟尘治理领域、特别是燃煤锅炉除尘设备的首选。目前，国家已经出台更为严格的粉尘排放标准，《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223－2011)已将最高排放标准由原来的50mg/m3提高到30mg/m3，这给电除尘器技术带来了挑战，也带来了机遇。对电厂来说，由于一般配套安装有具有一定除尘效率的湿法脱硫设备，所以电除尘器出口粉尘浓度至少要达到50mg/m3以下才能满足新标准。但是由于我国电煤资源紧缺，大多数电厂的煤种多变、混烧劣质煤情况突出，在极端情况下甚至出现电除尘器性能不达标，此外粉尘的高比电阻、二次扬尘及微细粉尘在很大程度上影响了电除尘器的除尘效率，也是目前常规电除尘器面临的主要技术瓶颈。

1 低排放下国内外电除尘器应用情况

1.1 国内低排放电除尘应用情况的调查结果

2004-01-01，火电厂开始执行《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223－2003)，最高排放标准为50mg/m3。大多数电厂考虑到湿法脱硫装置有50%左右的除尘效率，所以新建的电除尘器出口粉尘排放浓度多在80～100mg/m3之间，也有部分电厂对电除尘器提出了50mg/m3的要求。

在BMCR工况下，对国内110个机组配套电除尘器进行了测试，其统计分析结果见表1和表2。其中，1000MW机组14个、600MW机组55个、300MW机组35个，200MW机组6个。在110个机组配套电除尘器中，3电场电除尘器为2台，出口排放均小于50mg/m3;4电场电除尘器为90台，出口排放小于50mg/m3的有59台;5电场电除尘器为18台，出口排放小于50mg/m3的有10台。在测试电除尘器中，出口粉尘排放≤30mg/m3的电除尘器有24台，占电除尘器总量的21.8%;出口粉尘排放30～50mg/m3的电除尘器有46台，占电除尘器总量的41.8%;出口粉尘排放为50～100mg/m3的电除尘器有27台，占电除尘器总量的24.6%;出口粉尘排放＞100mg/m3的电除尘器有13台，占电除尘器总量的11.8%。

表1 出口排放低于30mg/m3电除尘器统计

表2 电除尘器设计比集尘面积统计

从以上分析可以看出，低排放、高效率的电除尘器设计比集尘面积以80～110m2(m3/s)的范围居多;在电除尘器的电场数量基本上为4个、设计比集尘面积＜110m2/(m3/s)的情况下，出口粉尘浓度≤50mg/m3的电除尘器数量占总量的63.6%，其中出口粉尘排放≤30mg/m3的电除尘器占21.8%。这说明电除尘器能够做到低排放、高效率的要求，多数的煤种对电除尘器的适应性较好，在适当增加电场数量和设计比集尘面积的情况下，达到30mg/m3甚至更低的排放是完全可以实现的［1］。

1.2 低排放下国外燃煤机组电除尘器应用情况

国外的电除尘器技术一直在不断改进，以减少能耗、增加其可靠性、满足法规要求的低排放标准。电除尘器在国际上依然是燃煤电厂烟气除尘最主要的设备，低排放下部分发达国家燃煤电厂电除尘器应用情况见表3。在日本，极大部分地方政府制定的标准均低于20mg/m3。

表3 低排放下国外燃煤电厂电除尘器应用

从表3可以看出，欧、美、日等发达国家执行了比中国更为严格的排放标准，而电除尘器仍被广泛地使用。在德国和日本，电除尘器的占有率具有绝对压倒性优势，特别是日本，燃煤电站几乎全部采用了电除尘器。日本燃煤电站电除尘器主要是通过两大技术来达到低排放:一是低低温电除尘技术。日本燃煤电厂在20世纪90年代就开发了低低温电除尘技术，其基本原理是将通过将电除尘器的烟气温度从130℃左右降低到90℃左右，以大幅度降低粉尘的比电阻，使得电除尘器的除尘效率得到显著提高。低低温电除尘技术相对于常规电除尘器所增加的成本非常低，而电除尘器的除尘效率增加明显，一般均可以到达到小于30mg/m3的标准，其在与湿法脱硫系统配套使用时，甚至可以小于10mg/m3。这种方法在日本已得到较多的应用，现在几乎成了日本燃煤电厂一种标准的除尘系统配置方式;二是移动电极式电除尘器的应用，通过在电除尘器的末电场设置移动式收尘极板，克服高比电阻粉尘的反电晕，最大限度地减少了粉尘的二次飞扬，从而保证了更低浓度的粉尘排放［2］。

发达国家燃煤条件较好，热值高、灰分低，燃用煤种稳定，对应用电除尘器比较有利。但是值得注意的是，近年印度、越南等发展中国家燃煤电厂也大都采用电除尘器。在印度，由于其大部分煤种具有高灰分、低热值、低硫、低Na2O、高比电阻等特点，电除尘器对粉尘的收集比较困难，但近年新建的大量600MW及以上机组燃煤电厂，大部分采用7～10个电场、比集尘面积高达250m2/(m3/s)的电除尘器以达到50mg/m3的排放要求［3］。可见，电除尘器有着许多独特的优点为各国所认知。

2 常规干式电除尘器技术瓶颈及面临挑战

2.1 存在的技术瓶颈

在我国工业领域应用最多的是常规干式电除尘器。粉尘的高比电阻、二次扬尘及微细粉尘在很大程度上影响了电除尘器的除尘效率，也是目前常规电除尘器面临的主要技术瓶颈。

常规电除尘器对高比电阻粉尘除尘效率低。高比电阻粉尘容易引起反电晕，使电除尘器收尘性能大幅下降。在工业领域普遍存在以下情况:燃煤电厂锅炉燃用煤种复杂多变，对于一些除尘性能差的煤种(如准格尔煤)，常规电除尘器对其除尘效率低下;许多经干法脱硫后的烟尘性质发生变化也给常规电除尘器带来了新的难题;使用低硫煤或循环流化床锅炉带来的飞灰比电阻普遍增高，使得电除尘效率下降问题日益突出。

另外，二次扬尘引起电除尘器出口粉尘排放浓度增加。常规干式电除尘器通过振打、声波等清灰方式来清理集尘极上的粉尘，在清灰过程中，有一部分已被收集到的粉尘会重新返回到气流，最终逸出电除尘器，致使粉尘排放浓度增加。有研究表明，在常规干式电除尘器出口的粉尘中，约有20%是由清灰过程中的二次扬尘造成的［4］。

常规干式电除尘器对微细粉尘的除尘效率低。PM2.5的粉尘粒径小、质量轻，因此常规干式电除尘器对其荷电不充分，且在振打时易造成二次扬尘，故除尘效率低下，有时＜90%。

2.2 面临的挑战和机遇

(1)技术瓶颈的存在。常规干式电除尘器无法完全避免存在的三个瓶颈，但可通过技术改进使之最小化。因此，寻找常规电除尘器技术瓶颈的突破点，对提高电除尘器除尘效率、满足粉尘排放要求及继续保持和增强电除尘技术的优势是极其必要的。

(2)日益提高的粉尘排放标准。随着人们环保意识的不断增强以及国家对环保事业的日益重视，大气污染物排放标准也日益提高。我国原国家标准要求粉尘排放限值为50mg/m3，目前，国家已出台更高的排放标准，《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223－2011)中排放限值已提高到30mg/m3，这给电除尘器技术带来了挑战。

(3)国内电厂燃用煤种多变。目前，很多火电厂使用的燃煤在不断变化，与设计煤种存在很大偏差，从而可能使电除尘器性能不能满足要求。

(4)燃煤灰分大。我国许多燃煤的灰分大，相对增加了粉尘排放，也构成了电除尘器的挑战。

综上所述，从国际和国内电除尘器运行情况来看，30mg/m3或者更高的粉尘排放标准给电除尘技术带来了挑战，更是带来了机遇，其必将带来我国电除尘技术的又一次技术飞越。

3 电除尘新技术

目前，电除尘器新技术都是围绕着如何解决微细粉尘的收集、减少二次扬尘的发生、克服高比电阻的影响等这种严重制约粉尘低排放的突出问题展开的，要满足低排放要求，大力发展和综合应用电除尘新技术才是治本的关键，也是最佳的现实选择。

3.1 移动电极式电除尘器

移动电极式电除尘器是一种新型电除尘器，由前级常规电场和后级旋转电极电场组成。旋转电极电场中阳极部分采用可移动的收尘极板和可旋转的的清灰刷，阴极部分采用与常规电除尘器相同的阴极系统。附着于移动收尘极板上的粉尘在尚未达到形成反电晕的厚度时，就随移动极板运行至没有烟气流通的灰斗内，被旋转的清灰刷彻底清除。由于清灰在无烟气流通的灰斗内进行，从而消除了因振打清灰造成的二次扬尘。这种新型电场的应用不仅可以降低电除尘器出口粉尘浓度，而且可以使出口粉尘浓度保持稳定，不会出现类似常规电除尘器出口粉尘浓度周期性波动的情况。但该技术结构相对复杂，对制造、安装工艺及维护要求较高。

3.2 双极异距电流体微粒聚合器

双极异距电流体微粒聚合器的原理:含尘气体进入除尘器前，先对其进行分列荷电处理，使相邻两列的烟气粉尘带上正、负不同极性的电荷，然后，通过扰流装置的扰流作用，使带异性电荷的不同粒径粉尘有效凝聚，形成大颗粒后进入除尘设备。但聚合器的安装需要一定长度的进口烟道，故其使用受到一定限制;提效又受除尘设备出口排放和粉尘粒径影响，不适用收集磨琢性强的粉尘。

3.3 烟气调质

烟气调质系统是通过调整烟气或烟气粉尘的组分及一些物理特性，从而降低粉尘比电阻值或改变粉尘的物理化学特性，提高电除尘效率的装置。目前主要有水调质、SO3调质、NH3调质、SO3+NH3双重调质、Na2CO3调质等，其中SO3调质是燃煤锅炉应用最广泛、最成熟可靠技术，它可提高表面导电性，降低粉尘比电阻值。但要注意不是所有的工况都适合使用烟气调质，也会受烟气条件和粉尘性质的影响和制约，其对煤种、烟气条件的适应性往往需经过理论分析后，再经试验来确定。

3.4 湿式电除尘器

湿式电除尘器的工作原理是:金属放电线在直流高电压的作用下，将其周围气体电离，粉尘在电场中荷电并在电场力的作用下向集尘极运动，当运动到集尘极表面时，随液体膜流下而被除去。WESP电除尘过程的三个阶段与干式ESP相同——荷电、收集、清灰，而与振打清灰不同的是，WESP采用的是液体冲洗集尘极表面清灰，同时粉尘形成泥浆而排出去。但该技术初始投入成本较高、耗水量大、污水需要处理、在高粉尘浓度或高NOx浓度的烟气条件下，不宜采用湿式电除尘器［5］。

3.5 低低温电除尘器

通过GGH换热器降温，ESP的运行温度降到约为90～100℃左右时，对任何灰质的粉尘，比电阻都在反电晕临界值以内，不会反生反电晕。另外，烟气温度降低，粉尘比电阻降低，烟气量减小，在电除尘器规模尺寸不变的情况下，烟气通过电场的流速降低，停留时间增加，比集尘面积增加，除尘性能显著提高。因此，采用普通干式电除尘技术就可以使粉尘排放浓度降至30mg/m3以下，日本电站燃煤锅炉采用低低温电除尘器，可以达到极低的粉尘排放。另一方面由于烟气温度降低，SO3会雾化而吸附于粉尘上被带走，因此虽然ESP运行在酸露点以下，但仍不会被结露腐蚀。但采用低低温电除尘技术，需要解决以下两个问题:一是由于粉尘的比电阻降低，粉尘粘结力减小，为了防止二次扬尘，需要从振打方式和极板结构方面采取改进措施;二是含高浓度粉尘的原烟气通过GGH需要采取相适应的GGH结构和清灰方式，日本布置于低低温ESP之前的GGH，采用钢球喷射清灰［6］。

3.6 电除尘器电源新技术

电除尘器电源的新技术为电除尘技术提供了新的动力，为电除尘效率的提高及保证出口粉尘排放浓度≤30mg/m3提供了技术支持，其中高频电源、三相电源等的应用取得较好的效果，但电除尘效率的保证，必须是比集尘面积足够大，并具有优良的本体机械结构，所有的电源技术在本体基础上才能发挥电源应有的作用。

高频电源输出到电除尘器的电压几乎是平稳的纯直流，从而带来了常规反并联可控硅调压电源所不具备的优点。高频电源纯直流供电时，输出电压纹波通常小于5%，远小于工频电源35%～45%的纹波百分比，高频电源运行平均电压为工频电源的1.3倍，可以有效地增强电场粉尘的荷电效果，提高电除尘器的收尘效率。

三相电源是由三对反并联可控硅进行调压，与常规单相电源相比，它输出到电除尘器的电压波形更平直，不存在波形畸变，在实际应用在电除尘器第一电场，可提高工作电压和工作电流，从而有效提高粉尘荷电能力，提高除尘效率。

4 结语

(1)电除尘器是能同时达到低排放、高效率和低能耗的除尘设备，在发达国家燃煤电厂应用普遍，出口粉尘排放浓度普遍低于30mg/m3，我国燃煤电厂已投运大型机组配套电除尘器也有大量低于30mg/m3的实际案例。因此，在适当增加电场数量和设计比集尘面积情况下，电除尘器达到30mg/m3甚至更低的排放是完全可以实现的。

(2)目前围绕着满足低排放的要求，多种电除尘本体新技术的开发和研究方兴未艾，许多新技术的应用取得很好的效果，特别是移动电极式电除尘器、烟气调质等新技术的推广应用，以及低低温电除尘、湿式电除尘、粉尘凝聚等新技术的研究开发为电除尘器实现30mg/m3低排放进一步创造了有利条件，电除尘的技术创新仍然大有可为。

(3)电除尘器在中国电力行业的应用已有30年，电厂用户已经普遍掌握并熟悉了电除尘器的操作、维护技术，对电除尘器的可靠性和长寿命有了较多的信赖，具备优越的市场接受性和应用前景。

［1］朱建波，郦建国，刘 云.低排放下电除尘器的适应性研究［C］.2009全国燃煤电厂除尘技术论坛.厦门:2009.

［2］Avinash Chandra.Enhancement of collection efficiencies of electrostatic precipitators:Indian experiments［C］.Electrostatic Precipitation of The 11th International Conference on Electrostatic Precipitation，Hangzhou:2008.

［3］Toshiaki Misaka，Yoshihiko，Mochizuki，Recent application and running cost of moving electrode type electrostatic precipitator［C］.Electrostatic Precipitation of The 11th International Conference on Electrostatic Precipitation，Hangzhou:2008.

［4］Stephen L F，Andreas B，Per Johansson.Reduction of rapping losses to improve ESP performance［C］.Electrostatic Precipitation of The 11th International Conference on Electrostatic Precipitation，Hangzhou:2008.

［5］Michael R B.Wet ESP for the collection of submicron particles，mist and air toxics［C］.Electrostatic Precipitation of The 11th International Conference on Electrostatic Precipitation，Hangzhou:2008.

［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，2008，38(8):59－64.

Discussion on electrostatic precipitation technology for low dust emission

Focused on the high emission standard as well as it will be enhanced further，the research of if ESP meet the present dust emission standard or the dust emission standard to be enhanced is studied.Based on research of 110 units ESP applied in our country and analysis of application fact of ESP in foreign countries，the adaptability of China＇s coal for ESP is objectively evaluated.It indicats that the development and comprehensive application of the Travelling electrode ESP，Bipolar unequal electrofluid particle polymerizer，flue gas conditioning，wet ESP and LLW temperature ESP new technologies are the best choice for technical solution of ESP to meet the dust emission standard of 30mg/m3.

Electrostatic Precipitator(ESP);adaptability;low emission;dust collection performance;specific collection area;new technology

X701.2

B

1674－8069(2012)01－023－04

2011-09-10;

2011-12-30

王剑波(1961-)，男，浙江诸暨人，高级工程师，主要从事电除尘技术研究及电除尘器设计、市场营销。E－mail:wangjbfd @126.com