火力发电厂除尘系统的电袋复合改造及应用

张男 邹新奇

摘 要：当前，我国环境状况总体恶化的趋势尚未得到根本遏制，部分区域和城市大气灰霾现象突出，许多地区主要污染物排放量超过环境容量。作为电力生产企业，本着国家十二五环保规划“预防为主，防治结合”的基本原则，切实有效削减PM2.5等细颗粒烟尘排放量是治理电煤排放污染的根本途径。为了降低成本和稳定提高除尘效率，提出电袋负荷一体化技术，将电除尘器和袋式除尘器结合，前电后袋，综合各自的优点，相互取长补短，从而有效地保证达到粉尘排放标准。

关键词：环保；除尘；改造

静电除尘器是目前电厂锅炉广泛使用的除尘设备，但是由于煤种及粉尘特性的变化，使电除尘器不能保持较高的除尘效率，使用四电场电除尘器进行除尘，其效率也很难达到99%以上，达不到国家及地方日益严格的排放标准，决大多数火电厂都面临着烟气排放含尘量超标的问题，使得电厂不得不考虑使用袋式除尘器。但袋式除尘器要求的运行工况条件较多，且目前滤袋价格相对较高，使用寿命短，要求周期性更换，因此在成本和运行维护工作量方面还存在着问题。

1 电厂主流除尘技术对比

1.1 电除尘技术的特点

电除尘技术的原理是在高压电场的作用下将气体电离，是尘粒荷电，在电场作用下，实现粉尘的捕集。其优点有：（1）除尘效率较高；（2）本体阻力低；（3）高温对电除尘器影响小。但也存在一定的局限性：（1）除尘效率与集尘面积呈指数函数关系，要达到较高的排放标准，必须增大集尘面积，从而导致占地面积大、钢材耗量大；（2）除尘效率对粉尘的特性较为敏感，对超细颗粒的捕集能力有限，最适宜收集电阻率（比电阻）为104～1011Ω·cm，对低硫煤及高电阻率的粉尘适应性差；（3）除尘效率受诸多因素，如烟温、烟气流速、飞灰特性、含硫量、入口浓度等的影响，波动较大；（4）随着运行年份的增加，除尘器效率逐年下降；（5）电除尘器本体功耗高；（6）不能在线检修，且检修环境较差。

1.2 布袋除尘技术的特点

布袋除尘器也称过滤式除尘器，其原理是利用纤维编织物制作的袋子来捕集烟气中的固体颗粒。其优点有： （1）除尘效率高，一般都可以達到50mg/m3（标态）以下，甚至可以达到25mg/m3（标态）以下；（2）结构简单，操作维护方便；（3）对粉尘特性不敏感，不受电阻率的影响；（4）烟气量及粉尘浓度的变化不影响出口排放浓度，只影响清灰频率；（5）除尘效率随着运行年份的增加反而升高，直至滤袋失效而换袋；（6）能在线检修，且检修换袋在大气环境中进行，检修环境较好。其存在的主要问题有：（1）本体阻力比电除尘器高1200～1500Pa；（2）对烟气温度较敏感，一般要求在160℃的烟气温度下运行，烟气温度太高将影响滤袋的使用寿命和成本；（3）烟气成分对滤袋的使用寿命影响较大，清灰可使滤袋发生激振，过滤时风速和粉尘颗粒会导致滤袋磨损，均对滤袋的使用寿命产生影响，导致运行出现糊袋、烧袋、漏袋和腐蚀、磨损等问题；（4）滤袋成本较高。

1.3 电袋复合除尘技术

电袋复合式除尘技术是一种将电除尘技术和布袋除尘技术有机结合的高效、新型除尘技术，它采用常规静电除尘器的第一电场作为一级除尘单元，除去烟气中的粗颗粒烟尘，然后利用布袋作为二级除尘单元，除去剩余的微细颗粒。

通过运行情况分析，分体式电袋除尘器一般在小型机组、燃油或混烧机组级采用干法脱硫时采用较好，而燃煤机组及大型火力发电厂普遍采用一体式电袋复合式除尘器的设计理念。因为一体式电袋除尘器的阻力较低，并且空间布置较为紧凑，烟气分布比较均匀，可以处理较大的烟气量，满足大容量、高负荷机组的排放标准。

1.3.1 电袋复合除尘器原理

电袋复合除尘技术有机结合了电除尘和袋除尘的优点，烟气先通过前级电除尘区，其中大部分烟尘通过电除尘方式被收集下来，未被捕集的已荷电粉尘，再均匀进入后级布袋除尘区，从而达到净化的目的。通过电场对粉尘的荷电效果，产生一种新的过滤机理。

电袋复合除尘技术充分利用了电除尘器一级电厂捕集粉尘绝对量大和荷电粉尘的过滤除尘机制优势，使得袋式除尘区的滤袋粉尘负荷大大降低、阻力减少、清灰周期延长，滤袋寿命可达4年以上，充分利用了电除尘技术的优势，克服了袋式除尘器的固有缺点，发挥了袋式除尘效率高、对粉尘特性要求低等优点，从而使除尘系统总体性能达到最优。

1.3.2 电袋除尘器的主要技术特点

（1）综合采用静电和过滤除尘机理科学，结构紧凑，除尘总体费用低

对于常规静电除尘器，烟气中的80%～90%的粉尘是在一级电场中实现，其他几个电场仅用来除去其余10%～20%的粉尘，这样不仅占地面积大，而且设备初始投资大。由于电场多，因此耗能大、运行费用高。而电袋复合除尘器在一级电场的后部装设滤袋，较好地解决了剩余粉尘的去除问题。

（2）不受粉尘特性的影响，除尘长期高效、稳定

常规电除尘器受粉尘特性的影响很大，除尘效率极不稳定。电袋复合除尘器发挥了布袋除尘器对粉尘特性适应范围广的特点，在滤袋使用范围内，除尘不受煤种、烟气工况、飞灰特性的影响，除灰长期高效、稳定，排放浓度在50mg/m3（标态）以下，甚至更低20mg/m3（标态）以下，从而解决了制约除尘效率的因素，在整体上提高了除尘效率。

（3）运行阻力低，降低能耗

由于电除尘区的预收尘作用（电区收集了80%以上的粉尘），进入袋区的粉尘量少且“蓬松”，颗粒之间排列有序，粉尘层孔隙率高、透气性好，在运行过程除尘器可以保持较低的运行阻力（正常为800Pa以下，常规布袋除尘器为1500Pa左右）。

由于袋区阻力降低，清灰周期延长，布袋区的能耗比布袋除尘器低很多，其节省的能耗超过了电区高、低压电控设备的能耗，因此电袋复合式除尘器与布袋除尘器相比具有显著的节能功效。

（4）延长滤袋使用寿命

a.因电除尘器区收集了80%以上的粉尘，滤袋沉积的粉尘量少，清灰周期长，降低了滤袋的清灰频率，减少了袋壁受清灰气流冲刷的次数。b.荷电粉尘“蓬松”，易于剥落，在线清灰和低压力脉冲气流就能够满足运行要求，避免滤袋气布比波动而产生交变应力，降低了清灰气流对袋避的冲刷力。c.滤袋粉饼的透气性能好、运行阻力低，减缓了滤袋疲劳的破损。d.前级电除尘区收集了大部分粗颗粒粉尘，可以避免粗大颗粒粉尘对滤袋的磨损。

（5）运行可靠性提高

a.电除尘器发生故障不会影响整个设备的排放浓度，对系统正常运行影响很小。布袋除尘器的过滤速度是按电除尘器因故障不能运行时设计的，较为可靠。如果电除尘器发生故障，会增加设备的喷吹频率，阻力也会有一定的增加，但不会影响除尘器的正常运行。b.布袋除尘器即使发生破袋，对排放浓度的影响也大大减小。经过电除尘后，进入布袋除尘器的粉尘浓度约为原烟气粉尘浓度的20%，如果发生同样大小面积的破袋，对电袋除尘器的粉尘排放浓度来说，其影响也只有纯布袋除尘器的20%左右。c.造成布袋阻力增加的因素，其影响程度有所缓和。影响布袋除尘器阻力的因素较多，如烟尘浓度、点炉时的油雾、滤料的选型、设备的清灰系统设计、过滤速度的选取等。在电袋除尘器中，荷电以后的粉尘会变得更容易清灰；即使烟尘浓度有了大幅度增加，在经过电场的预除尘后，对后续的布袋除尘器的影响也会变小；燃油点炉产生的油雾经过电场后其影响程度也大大减小。这些都有助于减少系统故障的发生。

（6）运行、维护费用低

袋式除尘器虽然有较高的收尘效率，但存在运行阻力大、滤袋使用寿命短的缺点，随之带来电耗大、运行费用高、更换滤袋维修费用大等问题。

与袋式除尘器相比，电袋复合除尘器发挥电除尘器在第一电场能收集烟尘中的大部分粉尘的优点，而在除尘器的后部装设滤袋，使含尘浓度低的烟气通过滤袋，这样可以大大降低滤袋的阻力。节省风机的电耗，降低清灰频率，节省压缩空气消耗量，减少空气压缩机的电耗费用。

2 实际工程案例介绍

2.1 工程概况

大柳塔电厂三台75T/H循环流化床锅炉，每台配置一台静电除尘器，每台除尘器设计两个电场、两台阴极振打、两台阳极振打，一台槽板振打，2个灰斗，除灰采用卸料器直接装罐车方式。因设备投用年限已久，现目测烟气粉尘排放浓度在200mg/m3以上。为了能满足2014年国家环保部门烟气粉尘排放浓度标准30mg/Nm3，现对三台静电除尘器实施改造。

2.2 改造过程简介

总体改造方案为将原有三台静电除尘器分别改造成电袋复合除尘器。具体改造系统图如下：

2.2.1 利旧部分：（1）本次改造保留原静电除尘器支架、灰斗、壳体、进口喇叭不动；（2）根据设计需要对原一电场阴阳极、振打等内部构件和高低压设备进行更新；（3）对除尘器壳体和灰斗进行校核和修补。

2.2.2 拆除部分：拆除原二电场阴阳极系统、高低压设备及相关的电气、控制系统，其空间布置滤袋，将其作为布袋除尘区。

2.2.3 新建部分：结构上电除尘与布袋除尘必须在同一壳体范围内，并采取气流均布措施，确保两种除尘方式的气流平衡，尽可能使用原有柱网及壳体，气流均布装置更新（采用16Mn耐磨材质，厚度不小于5mm）。本次改造须本着最佳除尘效果原则，在原有二电场基础上，根据设计布袋除尘区大小，可以适当对二电场壳体进行扩容、烟道走向改造。

2.3 改造前后对比

以4#锅炉改造前后参数对比为例

2.3.1 原电除尘器设计参数（见表1）

2.3.2 改造后布袋除尘区基本参数（见表2）

表1原电除尘器设计参数 表2改造后布袋除尘区布袋详细技术参数

2.3.3性能保证值

除尘器本体漏风率≤2%；

除尘效率：≥99.94%（入口粉尘浓度≥50g/Nm3）；

除尘器出口排放浓度（每标准干烟气）：<30mg/Nm3。

2.3.4 试验目的：本次试验测定满负荷条件下電袋除尘器效率，本体漏风率，本体阻力及除尘器出口处烟尘浓度等。

2.3.5 试验工况：本次试验于2014年8月7日进行，试验期间锅炉主汽流量为75t/h，电袋除尘器正常运行。

2.3.6 试验内容

（1）除尘器除尘效率

η=■×100%

η：除尘器除尘效率，%；Cin：进口烟气含尘浓度（标准状态下干燥烟气），mg/m3；Cout：出口烟气含尘浓度（标准状态下干燥烟气），mg/m3；？驻？琢：除尘器漏风率，%。

（2）除尘器漏风率

在除尘器进出口测点处烟道断面，同时测试烟气动压，求出进出口两端烟气流量，再通过下式计算，求得除尘器漏风率：

？驻？琢=■×100%×100%

？驻？琢：除尘器漏风率，%；qvout：除尘器出口标况烟气量，m3/h；qvin：除尘器进口标况烟气量，m3/h。

（3）除尘器阻力

在除尘器进出口测点处烟道断面，同时测试各点全压，然后按下式计算：

？荪P=Pin-Pout

？荪P：阻力，Pa；

Pout：进口断面全压平均值，Pa；Pin：出口断面全压平均值，Pa。

（4）除尘器出口烟尘排放浓度

在除尘器出口采用等速采样装置按网格法测量，测量过程中记录取样烟气体积、烟气温度、静压、动压和大气压，取样的重量等，然后进行计算：

C=（G2-G1）/VSND

C：采样后粉尘浓度，mg/m3；G2：采样后滤筒重，mg/m3；G1：采样前滤筒重，mg/m3；VSND：采样烟气标态体积，m3。

2.3.7 试验主要数据

表3 电袋除尘器试验数据汇总

2.3.8 试验结论

试验期间，大柳塔热电厂4号锅炉，电袋除尘器出口处折算烟尘排放浓度平均值为17mg/Nm3，满足设计性能保证值除尘器出口排放浓度≤30mg/Nm3。

试验期间，大柳塔热电厂4号锅炉，电袋除尘器除尘效率为99.85%。

试验期间，大柳塔热电厂4号锅炉，电袋除尘器本体阻力为290Pa。

试验期间，大柳塔热电厂4号锅炉，电袋除尘器本体漏风率为1.49%。

由于试验期间实测的除尘器入口烟尘浓度为12g/Nm3左右，而设计的除尘器入口烟尘浓度为50g/Nm3，因此，除尘器的除尘效率不按照设计的99.94%进行性能指标考核。

3 结束语

目前，我国电除尘器改造市场非常广阔，由于环保的需要，电改袋或电改电袋是大势所趋。与袋除尘器比，电袋复合除尘器因投资少、运行阻力低等优点而受到广泛关注和认可。电袋复合除尘器技术对设计人员也提出了更高的要求，设计人员需要熟练掌握电除尘器和袋除尘器两种技术，对除尘器各部分的组成和相互间的配合与影响要有充分的理解，并对通风除尘系统的其余部分如引风机、输灰系统等也应有一定的了解。在实际工程中，技术人员要结合现场具体情况，注重除尘器的各设计要点，与制造、安装等相关人员共同努力，争取做出运行能耗更低、除尘效率更高的除尘设备，为除尘技术的发展以及全社会的节能、减排做出贡献。

参考文献

[1]展锦程.环境保护[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2]王俊民.电除尘工程手册[K].北京：中国标准出版社，2007.

作者简介：张男（1981，3-），女，辽宁新民人，毕业于辽宁工程技术大学，本科，工程师，研究方向：除尘改造。