燃煤电站电除尘器提效改造技术路线的选择

郦建国，吴泉明，余顺利，刘 云，周林海

（浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江 诸暨 311800）

1 引言

电除尘器因具有除尘效率高、处理烟气量大、适应范围广、设备阻力小、运行费用低、使用方便且无二次污染等独特优点，在国内外电力行业中得到了广泛的应用。我国燃煤电站现有的烟气除尘技术中，电除尘器也长期占据着主流地位。随着环境保护要求的日益提高，国家制定了更为严格的烟尘排放标准。《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）规定：一般地区烟尘排放浓度限值为30mg/m3，重点地区烟尘排放浓度限值为20mg/m3，监测位置为烟囱或烟道。为满足此标准，国内很大一部分燃煤电站现役电除尘器均需要提效改造，因此如何制订电除尘器提效改造的技术路线成为行业内关注和研究的重点问题。近年来，国内外学者的研究多集中于提高电除尘器性能及电除尘器相关新技术方面，分别在电除尘器的极配型式[1]、清灰技术[2-3]、气流分布[4-5]、电控[6-7]、适应性[8]、技术经济性[9]以及新型电除尘技术[10-12]等方面做了大量的研究工作，也取得了丰硕的成果，但在新标准下电除尘器的提效改造技术路线方面研究较少。本文试图通过分析电除尘器提效改造的主要影响因素，在分析现有提效改造技术及电除尘器对国内煤种除尘难易性评价方法的基础上，探讨了在除尘设备不同出口烟尘浓度限值下的燃煤电站电除尘器提效改造技术路线，并提出了采用电除尘技术路线时的比集尘面积（SCA）值。

2 电除尘器提效改造的主要影响因素分析

电除尘器（ESP）提效改造需要考虑的主要因素包括：1）煤、飞灰成分；2）除尘设备出口烟尘浓度要求；3）原电除尘器的状况，包括比集尘面积（SCA）、电场数、烟气流速、目前运行状况（运行参数、ESP出口烟尘浓度）；4）改造场地情况。此外，还应对改造后除尘设备的技术经济性、二次污染情况、引风机的压头情况进行分析。

对于燃煤电站，在影响电除尘器性能的诸多因素中，包括燃煤性质（成分、挥发分、发热量、灰熔融性等）、飞灰性质（成分、粒径、密度、比电阻、黏附性等）、烟气性质（温度、湿度、成分、露点温度、含尘量等）在内的工况条件占据着核心地位，其中，工况条件中的煤、飞灰成分对电除尘器性能的影响最大[8]。

作为提效改造的最终目的，除尘设备需达到的出口烟尘浓度直接影响电除尘器技术改造路线的制定。

原电除尘器的状况中的SCA及目前ESP出口烟尘浓度是影响提效改造技术路线的关键性因素。此外，应分析电除尘器运行是否处于正常状态以便在改造时对各运行状况作相应调整。

制定电除尘器提效改造的技术路线必须适用于现有改造场地情况。原电除尘器进、出口端是否可增加电场，并应充分考虑脱硝改造引风机移位后的富余场地。另外，也可考虑加宽改造的可能性。

如何制订更具技术经济性的技术路线在电除尘器提效改造中备受关注，因此，对应技术路线的技术经济性分析应始终贯彻电除尘器提效改造的全过程。除尘设备改造的经济性应以一次性投资费用即设备费用和全生命周期内即设计寿命30年的年运行费用总和进行评估。年运行费用指除尘设备电耗费用、维护费用与引风机电耗费用之和。除尘设备改造的技术经济性分析内容如表1所示。

表1 除尘设备改造的技术经济性分析内容

3 电除尘器提效改造可采用的技术

根据国内电除尘器应用现状及新技术研发和应用情况，我国电除尘器提效改造可采用的主要技术有：电除尘器扩容、低温电除尘技术、旋转电极式电除尘技术、烟尘预荷电微颗粒捕集增效技术（简称微颗粒捕集增效技术）、高频高压电源技术、电袋复合除尘技术、袋式除尘技术、湿式电除尘技术等。各改造技术的实施方法及主要技术特点如表2所示，各技术的综合比较如表3所示。

表2 各改造技术的实施方法及主要技术特点

4 电除尘器提效改造技术路线分析

电除尘器提效改造技术路线可分三大类：电除尘技术路线（包括电除尘器扩容、采用电除尘新技术及多种新技术的集成）、袋式除尘技术路线（包括电袋复合除尘技术及袋式除尘技术）、湿式电除尘技术路线。

表3 各改造技术的综合比较

4.1 电除尘器提效改造技术路线的决定性因素—煤种的除尘难易性

电除尘器提效改造的最终目的为提高除尘效率以满足烟尘排放要求，而电除尘器的除尘效率主要取决于其对所燃用煤种的除尘难易性，因此煤种的除尘难易性成为改造技术路线的决定性因素。电除尘器对煤种的除尘难易性评价方法主要有：1）按煤种名称评价。由于很多煤种没有名称，因此该方法的覆盖面较小，且相同名称的煤种成分也存在一定的差异。2）按煤、飞灰成分评价。该方法的准确性存在一定偏差，且不能涵盖所有煤种，仅供参考。3）按表观驱进速度ωk评价。该方法较科学，但需专业软件进行计算。

按煤种名称评价ESP对国内煤种的除尘难易性如表4所示；按煤种煤、飞灰成分评价ESP对国内煤种的除尘难易性如表5所示；按表观驱进速度ωk值的大小评价ESP对国内煤种的除尘难易性，如表6所示。

4.2 改造技术路线分析

对于既定的除尘设备出口烟尘浓度限值要求，电除尘器提效改造时需要优先分析煤种的除尘难易性及原有电除尘器的状况（以比集尘面积SCA和目前电除尘器的出口烟尘浓度为主要考虑因素），在考虑满足现有改造场地的前提下，以具备最佳技术经济性为原则来确定改造技术路线。

表4 按煤种名称评价ESP对国内煤种的除尘难易性

表5 按煤、飞灰成分评价ESP对国内煤种的除尘难易性

表6 按ωk评价ESP对国内煤种的除尘难易性

（1）除尘设备出口烟尘浓度限值为50mg/m3时改造技术路线。

1）煤种除尘难易性评价为“一般及以上”时，优先采用电除尘技术路线。可对电除尘器扩容或采用电除尘新技术和多种新技术的集成。

2）煤种除尘难易性评价为“较难”时，宜通过可行性研究后选择除尘技术路线。

3）煤种除尘难易性评价为“难”时，优先采用袋式除尘技术路线。

上述技术路线如表7所示。

表7 除尘设备出口烟尘浓度限值为50mg/m3时改造技术路线

（2）除尘设备出口烟尘浓度限值为30mg/m3时改造技术路线。

1）煤种除尘难易性评价为“容易或较容易” 时，优先采用电除尘技术路线。可对电除尘器扩容，或采用电除尘新技术和多种新技术的集成。

2）煤种除尘难易性评价为“一般”时，宜通过可行性研究后选择除尘技术路线。

3）煤种除尘难易性评价为“较难或难”时，优先采用袋式除尘技术路线。

上述技术路线如表8所示。

表8 除尘设备出口烟尘浓度限值为30mg/m3时改造技术路线

（3）除尘设备出口烟尘浓度限值为20mg/m3时改造技术路线。

1）煤种除尘难易性评价为“容易或较容易”时，优先采用电除尘技术路线。可对电除尘器扩容，或采用电除尘新技术和多种新技术的集成。

2）煤种除尘难易性评价为“一般”时，宜通过可行性研究后选择除尘技术路线。

3）煤种除尘难易性评价为“较难或难”时，优先采用袋式除尘技术路线。

上述技术路线如表9所示。

表9 除尘设备出口烟尘浓度限值为20mg/m3时改造技术路线

（4）要求烟尘排放浓度≤10mg/Nm3，且对SO3、雾滴、PM2.5排放有较高要求时，可采用湿式电除尘技术。

（5）当煤的成分或工况条件满足下列条件之一时，不宜采用袋式除尘技术路线。

1）非循环流化床锅炉且除尘器前端未设置脱硝装置，同时除尘器入口烟气温度长期高于180℃时。

2）燃煤含硫量Sar≥3.0%，且除尘器前端未设置脱硫装置时。

3）引风机全压裕量不足且无法改造时。

5 小结

本文在分析燃煤电厂电除尘器提效改造的主要影响因素基础上，结合国内电除尘器改造可采用的主流技术及国内煤种的除尘难易性评价，探讨了除尘设备出口烟尘不同浓度限值下的燃煤电厂电除尘器提效改造的技术路线。主要结论有：

（1）电除尘器提效改造的主要影响因素包括煤、飞灰成分，除尘设备需达到的出口烟尘浓度，原电除尘器的状况（比集尘面积SCA和目前电除尘器的出口烟尘浓度为主要考虑因素）以及改造场地情况等。

（2）一般电除尘器的除尘效率主要取决于其对所燃用煤种的除尘难易性，因此煤种的除尘难易性成为电除尘器提效改造技术路线选择的决定性因素。本文介绍的电除尘器对煤种的除尘难易性评价方法具有一定的指导意义，可供参考。

（3）除尘设备出口烟尘浓度限值为50mg/m3，煤种除尘难易性评价为“一般及以上”时，优先采用电除尘技术路线，可对电除尘器扩容或采用电除尘新技术和多种新技术的集成；而煤种除尘难易性评价为“难”时，则优先采用袋式除尘技术路线。除尘设备出口烟尘浓度限值为30mg/m3、20mg/m3，煤种除尘难易性评价为“容易或较容易”时，优先采用电除尘技术路线；而煤种除尘难易性评价为“较难或难”时，则优先采用袋式除尘技术路线。

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