燃煤电厂烟尘超低排放改造方案对比分析

胡永锋

(中国华电工程(集团)有限公司，北京 100160)

1 我国对燃煤机组超低排放的政策和要求

根据中国电力企业联合会(以下简称中电联)年度快报统计，截至2014年年底，全国全口径发电装机容量为13.6×106MW，其中火电装机容量为9.2×106MW，火电中煤电为8.3×106MW。经中电联初步统计分析，电力烟尘、SO2及NOx排放量预计分别降至98万、620万及620万 t左右，分别比2013年下降约31.0%，20.5%及25.7%。电力SO2排放量(2013年实现)、NO排放量(2014年实现)全面提前完成《节能减排“十二五”规划》规定的800万和750万t的减排目标。与2006年排放最高时相比，烟尘、SO2及NOx3项污染物排放之和减少了约50%。截至2014年年底，火电厂安装袋式除尘器、电袋复合式除尘器的机组容量超过1.89×106MW，占全国煤电机组容量的22.9%。其中袋式除尘器机组容量约0.75×106MW，占全国煤电机组容量的9.1%，电袋复合式除尘器机组容量超过1.14×106MW，占全国燃煤机组容量的13.8%［1-2］。

2014年9月12日，国家发展改革委员会、环境保护部及国家能源局联合下发了《关于印发煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)的通知》(发改能源〔2014〕2093号)(以下简称行动计划)。行动计划明确了燃煤机组主要污染物排放的目标值应与燃气轮机组排放限值的数据相对应，要求在基准氧体积分数为6%的条件下，烟尘、SO2及NOx质量浓度分别不高于10，35，50 mg/m3(标准状态，干基)，并将全国按区域划分为东部地区(11省市)、中部地区(8省)及西部地区，对不同地区的新建燃煤机组、现役燃煤机组主要污染物排放提出了不同要求:(1)对于新建燃煤机组，东部地区基本达到上述目标值，中部地区原则上接近或达到上述目标值，鼓励西部地区接近或达到上述目标值;(2)对于现役燃煤机组要加快推进环保设施的升级改造，东部地区300 MW及以上或有条件的300 MW以下机组基本达到上述目标值，鼓励其他地区达到或接近上述目标值。在行动计划的推动下，全国各省及地区相继启动实施《煤电节能减排行动计划》，并制定了实施减排计划的时间表。

2015年7月16日，环境保护部组织各发电集团在北京紧急召开了“十三五”燃煤发电机组超低排放工作推进会。会议通报了国办最新要求，传达了对现有超低排放工作部署实施“提速扩围”的精神，要求各集团公司立即开展“十三五”超低排放计划安排和“十三五”减排潜力测算工作，要求在2017年年底前，东部地区(辽宁、北京、天津、河北、山东、上海、江苏、浙江、福建、广东、海南)完成所有燃煤发电机组超低排放改造;2020年年底前，完成其他地区燃煤机组超低排放改造;个别不具备超低排放改造条件的机组要按照“一厂一策”的要求采取治理、淘汰、替代等措施，明确关停或替代时间和治理方案，确保稳定达标排放。

从国家环保部相继出台的政策和要求可以看出国家对火电厂大气污染物排放控制的信心和决心。目前我国燃煤机组的烟尘排放质量浓度基本控制在30 mg/m3以下，部分重点地区烟尘排放质量浓度可达到20mg/m3以下，而要满足烟尘质量浓度低于10 mg/m3的超低排放要求，需对现有除尘系统进行改造或结合脱硫装置协同除尘。

2 常用除尘技术［3－5］

燃煤电厂常用烟气除尘装置主要有电除尘器、旋转极板式电除尘器、低低温电除尘器、布袋除尘器、电袋复合式除尘器和湿式电除尘器等。早期投产的机组大部分采用电除尘器，随着烟尘排放要求的提高，已投产的电除尘器大部分通过电源改造和旋转极板改造，提高了除尘效率。随着近几年布袋和电袋除尘器技术的发展和成本的降低，布袋和电袋除尘器得到较为广泛的应用。

2.1 电除尘器

电除尘器主要由电晕极(阴极)、收尘极(阳极)及振打系统组成。烟气中灰尘尘粒通过高压静电场时，与电极间的正、负离子和电子发生碰撞而荷电(或在离子扩散运动中荷电)，带有电子和离子的尘粒在电场力的作用下向异性电极运动并积附在异性电极上，通过振打等方式使电极上的灰尘落入收集灰斗中，使通过电除尘器的烟气得到净化。电除尘器的优点是效率高、阻力损失小、处理烟气量大及使用寿命长，缺点是设备较复杂，设备安装、调试、运行及维护的管理水平要求高，且对粉尘比电阻有一定的要求，对粉尘有一定的选择性，对较细的粉尘除尘效率不高。火电厂常采用4电场或5电场电除尘器，并采用高频电源或脉冲电源的方式进一步提高除尘效率，可达99.9%以上，控制烟尘排放质量浓度在30 mg/m3以下。

2.2 旋转极板式电除尘器

旋转极板式电除尘器是在电除尘器末级采用旋转极板，极板下端设置清灰刷，极板平行于烟气设置，采用链条传动，当极板旋转到电场下端时，清灰刷在远离气流的位置对板面的粘灰进行刷除，可有效避免二次扬尘。由于刷除清灰较为彻底，可使极板保持清洁的时间长，在2次刷灰的间隔时间里，极板表面还不能形成连续的粉尘层，无法建立较强的粉尘层电场，不会出现粉尘层气隙击穿所引发的反电晕。旋转极板式电除尘器可控制烟尘排放质量浓度在30 mg/m3以下。

2.3 低低温电除尘器

低低温电除尘器是通过低温省煤器将电除尘器入口烟气温度降至酸露点温度以下，降低了烟尘的比电阻，从而有效提高了除尘效率，同时可以高效捕集SO3，保证燃煤电厂满足低排放要求。此外，低温省煤器可将回收的热量加以利用，具有较好的节能效果。低低温电除尘器具有以下技术特点:(1)低温时烟尘比电阻会迅速下降，更易于被捕集，提高除尘效率;(2)烟尘温度降低，使烟气量降低，电场风速减小，烟尘在电除尘器的荷电机会增加，除尘效率增加。

2.4 布袋除尘器

布袋除尘器采用过滤原理，烟尘通过滤料的筛滤以及颗粒间的相互碰撞、截留、布朗扩散、静电等作用而被捕集，除尘效率可达到99.9%以上。滤袋的使用寿命和运行阻力是布袋除尘器经济性的关键所在，其寿命与材质、烟气温度、成分、酸露点、粉尘性质等因素有关，同时也受过滤风速、入口粉尘质量浓度、清灰频率和管理维护的影响。

2.5 电袋复合式除尘器

电袋复合式除尘器包括电除尘器区和袋式收尘区2大部分。电除尘器适合捕集大颗粒粉尘，布袋除尘器适合捕集细小颗粒的粉尘，在电袋复合除尘器中，先由电场捕集烟气中大部分粉尘，再由布袋收集剩余细微粉尘。电袋复合除尘器有机结合了电除尘器与布袋除尘器的优点，前级电场的预除尘和荷电为提高电袋复合除尘器的性能起到了重要作用。电袋除尘器的效率不受粉尘比电阻及粒径的影响，排放质量浓度可以保证在30 mg/m3以下，且长期稳定，预除尘降低了滤袋的粉尘负荷量，从而降低了阻力上升速率。由于滤袋收集的粉尘量少，阻力上升缓慢，因此可延长滤袋的清灰期，节省清灰能耗，延长滤袋使用寿命。

2.6 湿式电除尘器

湿式电除尘器常设置在烟气脱硫(FGD)装置后，电除尘器电极在高电压的作用下，将其周围的气体电离，粉尘在电场中荷电并在电场力的作用下向集尘极运动，当其到达集尘极表面被液体膜吸附。湿式电除尘器同时能脱除SO3酸雾以及微细粉尘和湿烟气中的气溶胶，可以缓解烟道和烟囱的腐蚀。湿式电除尘器采用液体冲刷积尘板表面进行清灰，除尘性能与粉尘特性无关，可有效收集黏性大或比电阻高的粉尘。由于工作环境比较恶劣，因此集尘板、放电线、喷嘴的选材需具有一定的抗腐蚀特性。湿式电除尘器从结构上分为管式和板式2种，管式只有垂直方向烟气流，而板式可以采用水平气流也可以采用垂直气流，在电极长度相同的条件下，管式允许的烟气流速是板式的2倍，因此，对于给定的除尘效率，管式结构更加紧凑。工程应用的湿式电除尘器布置方式主要有水平烟气布置、垂直烟气布置以及垂直烟气与湿式脱硫整体布置3种。

3 烟尘超低排放改造方案

根据GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》的要求，燃煤火电机组烟尘排放限值分别为30 mg/m3和20 mg/m3(重点地区)。经过2010—2014年的除尘改造，燃煤机组烟尘排放质量浓度基本已达到30 mg/m3以下。目前，为了达到行动计划提出的烟尘排放质量浓度在10 mg/m3以下的要求，单独提高现有除尘装置的效率收效甚微，需结合脱硫超低改造进行协同除尘，可行的改造方案主要有采用高效除尘脱硫塔、加装除尘除雾器及加装湿式电除尘器。对于部分地区要求烟尘排放质量浓度小于5 mg/m3的要求，在脱硫后加装湿式电除尘器是最为稳定、可靠的改造方案。

3.1 高效除尘脱硫塔

湿法烟气脱硫大多采用的是喷淋空塔，除尘效率约为50%，为了提高脱硫效率，常采用加装托盘和聚气环的提效方案，该方案同时可有效提高脱硫塔的除尘效率，根据实验数据估算，2层托盘可提高脱硫塔除尘效率至85%。为了保证脱硫塔的除尘效果，需在脱硫塔出口安装高效除雾器，控制雾滴烟尘质量浓度小于20 mg/m3。在脱硫塔入口烟尘质量浓度小于30 mg/m3时，可控制机组最终烟尘排放质量浓度小于10 mg/m3。该改造方案可结合脱硫提效改造，若脱硫塔采用串塔，需保证二级塔出口的除雾效果，改造工程量和难度较小，改造工期短，改造后系统运行稳定、可靠。

3.2 加装除尘除雾器

除尘除雾器布置在脱硫塔顶部，主要由分离器、导流环、筒体和挡水环构成。脱硫后的烟气经过布置在脱硫塔顶部的除尘除雾器时，先通过旋流子分离器产生离心运动，在离心力的作用下，雾滴与粉尘向筒体壁面运动，在运动过程中相互碰撞，凝聚成较大的液滴，液滴被抛向筒体内壁表面，与壁面附着的液滴层接触后一同落入浆液，实现雾滴与粉尘的脱除。分离器之间设置导流环，提升气流的离心运动速度，并维持合适的气流分布状态，防止液滴的二次夹带。在脱硫塔入口烟尘质量浓度小于30 mg/m3时，除尘除雾器可控制机组最终烟尘排放质量浓度小于10 mg/m3。该方案改造工程量和改造难度较小，改造工期较长，改造后系统运行较为稳定、可靠。

3.3 加装湿式电除尘器

为了有效控制烟尘排放，可在脱硫塔出口加装湿式电除尘器，除尘器可采用烟气下进上出方式直接布置在脱硫塔顶部，也可布置在脱硫塔出口烟道上。湿式电除尘器可有效控制雾滴和烟尘的排放，除尘除雾效率可达到85%以上，同时可高效捕集SO3，在脱硫塔入口烟尘质量浓度小于30 mg/m3的条件下，可控制烟尘排放质量浓度小于5 mg/m3。该方案可独立加装，也可结合脱硫提效改造联合布置，该方案改造难度较小，改造工程量较大，改造工期较长，改造后系统运行稳定、可靠。

以上3种协同除尘改造方案的技术特点比较见表1。

表1 协同除尘改造方案的技术特点比较

4 经济性比较

在现有除尘装置基础上，结合脱硫提效改造协同除尘的作用，在脱硫塔入口烟尘质量浓度小于30 mg/m3，机组最终烟尘排放质量浓度小于10 mg/m3的情况下，分别对300，600，1000 MW机组3种改造方案的经济性进行比较，计算结果见表2。机组年运行小时数按5 000计算，厂用电价格按0.35元/(kW·h)计算。从3种方案的经济性比较来看，初期投资方面，加装湿式电除尘器的费用最高，其次为加装除尘除雾器，高效除尘脱硫塔改造费用最低;折算到每1 kW·h增加的运行成本，高效除尘脱硫塔改造增加的成本最低，其次是加装除尘除雾器，成本最高的是加装湿式电除尘器。由于初期投资费用折算到每1 kW·h的费用非常低，与运行成本相比可以忽略，综合比较，脱硫塔入口烟尘质量浓度小于30 mg/m3，满足烟尘排放质量浓度小于10 mg/m3要求的最佳改造方案为高效除尘脱硫塔。

表2 烟尘超低排放改造方案的经济性比较

续表

5 结论

目前燃煤电厂通过除尘器改造后，烟尘排放质量浓度基本小于30 mg/m3，为满足质量浓度低于10 mg/m3的超低排放要求，根据机组的实际情况，可结合脱硫提效改造，采用高效除尘脱硫塔改造、加装除尘除雾器及加装湿式电除尘器的3种方案，3种方案技术经济性比较如下。

(1)3种改造方案技术特点相比较，加装湿式电除尘器难度较大、工期较长，其次为加装除尘除雾器，高效除尘脱硫塔改造最为简单，工期最短。

(2)3种改造方案初期投资相比较，加装湿式电除尘器的费用最高，其次为加装除尘除雾器，最低为高效除尘脱硫塔改造。

(3)从运行的经济性比较，高效除尘脱硫塔运行成本最低，其次是除尘除雾器，最高的是湿式电除尘器。

综上所述，对于现有机组除尘装置出口烟尘质量浓度小于30 mg/m3，要满足最终烟尘排放质量浓度小于10 mg/m3的电厂，推荐的烟尘改造方案为高效除尘脱硫塔改造。

［1］中国电力企业联合会.中国电力工业现状与展望［R/OL］(2015-03-10)［2015-07-25］.http://www.cec.org.cn/yaowenkuaidi/2015-03-10/134972.html.

［2］中电联节能环保分会.中电联发布2014年度火电厂环保产业信息［R/OL］(2015-05-07)［2015-07-25］.http://www.cec.org.cn/huanbao/jienenghbfenhui/fenhuidongtai/fenhuixinwen/2015-05-12/137681.html.

［3］赵海宝，郦建国，何毓忠，等.低低温电除尘关键技术研究与应用［J］.中国电力，2014，47(10):117-121.

［4］张彦琪，谭青，王伟敏，等.湿式电除尘技术在电厂电厂烟气净化中的应用［J］.上海节能，2013(12):34-37.

［5］中国环境保护产业协会电除尘委员会.新标准下我国燃煤电站烟气除尘技术发展趋势［J］.中国环保产业，2012(9):38-42.