火电厂降低PM2.5排放措施研究

赵 斌，林 伟，王世海，武 晟，贾海娟,王子明 (.中国电力工程顾问集团西北电力设计院，陕西 西安 70075；.辽宁省环境监控中心，辽宁 沈阳 06)

近年来，随着环保要求的提高，特别是《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)的发布，国家对火电厂烟尘排放控制的严格程度达到一个新的高度，高效静电、布袋及电袋等除尘技术将普遍应用，这些除尘措施PM10除去效果较好，但对PM2.5除去效果较差，由此造成PM2.5颗粒所占比例逐年提高。PM2.5颗粒，主要来源有秸秆燃烧、汽车尾气排放、燃煤烟气排放等，其中火电厂的排放约占总排放量的10%左右[1]。PM2.5颗粒排放污染控制愈引起环保部门的重视，《环境空气质量标准》(GB3095-2012)新增了大气中PM2.5浓度限值的规定，因此，火电厂PM2.5的排放控制迫在眉睫。

1 我国火电行业PM2.5的来源及控制现状

火电厂排放的PM2.5一部分来自于烟气中的粉尘，另一部分来自火电厂排放到大气中的二氧化硫、氮氧化物形成的酸性水溶胶PM2.5。

我国火电厂燃煤锅炉烟气除尘技术，发展至今，国产静电除尘器技术已经达到国际先进水平，2000年以来，伴随着袋式除尘器滤袋材料性能的改善，袋式除尘器、电袋除尘器开始推广。我国从2003年起新建火电厂基本上同步配套烟气脱硫设施，同时在现役火电厂中大规模实施烟气脱硫改造。截止2010年底，火电脱硫装机比重提高到82.6%。其中，石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统占投运容量的90%以上。

2 烟气中PM2.5污染控制措施研究

本文结合目前火电行业环保控制的特点就四种PM2.5污染控制措施进行论证分析，对其进行优化组合设计，最大限度的降低PM2.5污染排放。

2.1 提高电除尘器去除PM2.5效率的控制技术

静电除尘器对颗粒的捕捉，无论其粒径大小，都是通过时颗粒荷电后被电极吸附的方式。通常认为，静电除尘器对于大颗粒烟尘的捕捉能力强，而对于PM2.5颗粒的除尘效率较低。但是，通过变化静电除尘器的荷电形式可大大提高静电除尘器对PM2.5的捕捉能力。采用低能耗的高压窄脉冲放电对粉尘颗粒物预荷电，可大大增加亚微米级颗粒的荷电量，结合传统的直流静电除尘，将提高静电除尘器对亚微米级颗粒的脱除效率，对于小于1μm的颗粒的脱除效率可达90%[2]。

2.2 提高湿法脱硫去除PM2.5效率的控制技术

湿法脱硫吸收塔能够脱除烟气中的部分颗粒，吸收塔对烟气颗粒的去除率与烟气颗粒的大小和质量有较大关系。吸收塔对于PM2.5颗粒的除尘效率较低，但是对于PM3～PM5的颗粒，除尘效率可达50%～80%。利用蒸汽相变原理可促进PM2.5颗粒增大，长大后的液滴可通过惯性碰撞机理加以捕捉。因此，如果在吸收塔内实现饱和蒸汽环境，则可以使PM2.5颗粒为凝结核，并使水蒸汽发生相变，使PM2.5颗粒直径长大，质量增加。通过增加吸收塔进口的烟气含湿量或适当提高液汽比，对现有湿法脱硫系统稍作改进，可使得吸收塔对PM2.5颗粒的脱除率达到50%以上[2]。

2.3 凝聚器PM2.5污染控制技术

凝聚器技术是近年提出的一种利用不同极性放电导致粉尘颗粒荷不同电荷、进而在湍流输运和静电力共同作用下凝聚变大的技术。该技术的应用，不仅可提高除尘器的除尘效率、降低体积及制造成本，尤其能减少微小颗粒的排放，从而降低微小颗粒的危害[3]。

锅炉烟气首先经过双极荷电区，双极荷电器有一组正、负相间的平行通道，气体和灰尘通过时，按其通道的正或负，分别获得正电荷或负电荷。这样，灰尘一半荷正电，一半荷负电。然后进入凝聚区，带正电的粒子和带负电的粒子在湍流输运和静电力共同作用下碰撞凝聚，小颗粒变成大颗粒，简称粒子粗大化；接着进入到电除尘器内部，粗大化的粒子便于除尘器收尘，尤其是减少了微细颗粒的排放。凝聚器工作原理见图1。

图1 双极荷电凝聚原理

试验表明,采用双极荷电技术改善了电除尘器的电气运行状况,电场电流有一定的提高，除尘效率可提高0.21%～0.90%，出口排放浓度可减少30%～50%，实现了电除尘器的提效、节能、减排。凝聚器能够将细微颗粒凝聚成大颗粒，尤其是对PM10的粒子，效果显著，PM2.5粒子减少达到80%以上。

2.4 电袋复合除尘器PM2.5污染控制技术

电袋复合除尘器PM2.5污染控制技术是相结合的方式通过静电与布袋除尘器脱除PM2.5的污染控制技术，此种技术能够大幅度提高脱除PM2.5的效率，而且易于实现对现有电站除尘器的改造，电袋除尘技术由于荷电粉尘电凝并现象，将细颗粒粉尘凝并成较大颗粒粉尘，其细颗粒排放控制比纯布袋除尘器效果更加明显。

电袋复合除尘技术利用电除尘区除去烟气中绝大部分粉尘，同时使得进入后级滤袋区的粉尘荷电，同性电荷的粉尘相互排斥在滤袋表面形成规则有序、结构疏松的粉尘层。异性荷电粉尘发生电凝并的作用，使得粉尘在吸附到滤袋表面前，由小颗粒凝并成大颗粒，由于颗粒带电又增强了粉尘层和纤维层对细颗粒的作用，使得微细颗粒粉尘PM2.5更容易被捕集。随着滤袋选择、方案选型等关键技术的不断突破，采用电袋复合除尘器将可成为未来燃煤锅炉控制PM2.5细微颗粒的主要措施。

电袋复合除尘器本身对微细粉尘PM2.5的捕集效率较高，出口PM2.5排放浓度通常在20mg/m3以下，这些排放的粉尘中微细粉尘PM2.5占50%左右,为了增加微细粉尘PM2.5的捕集，在原针刺毡滤料的基础上增加覆膜，即采用覆膜滤料[4]，这样可以减少PM2.5粉尘排放，同时使除尘器系统阻力保持较低的压差，减少引风机的能耗，电袋复合除尘器脱除PM2.5效率大于90%，具有高效的脱除PM2.5性能。

3 结语

PM2.5污染控制首先应充分利用现有的环保设施，考虑到提高静电除尘器去除PM2.5效率的污染控制技术、提高湿法脱硫去除PM2.5效率的污染控制技术等两种技术可充分利用现有的环保设施，简单易行，为首先推荐的污染控制技术。凝聚器PM2.5污染控制技术、电袋复合除尘器PM2.5污染控制技术为深度的污染控制技术，凝聚器对PM2.5粒子的脱除效率可达到80%以上，电袋复合除尘器技术对PM2.5的脱除效率大于90%。

[1]He K B,Lei Y.Anthropogenic emissions of PM and its key chemical components in China: historical trends and future projection[R].Beijing: Tsinghua University,2008.

[2]高 玮,叶勇健.利用现有环保设备降低火电厂PM2.5颗粒排放的方法[J].勘测设计电力,2012,(2):27-31.

[3]王 庚.膨体聚四氟乙烯(ePTFE)覆膜滤料过滤性能的研究[D].北京:北京化工大学,2005.

[4]尚 伟,黄 超,王 菲.超细颗粒物PM_(2.5)控制技术综述[J].环境科技, 2008,21(2):75-78.