燃煤电厂超低排放电除尘器提效改造技术探讨

华雪莹+俞立

（1国网安徽省电力公司电力科学研究院 安徽 合肥 230000；2大唐华东电力试验研究所 安徽 合肥 230000）

摘 要：论述了燃煤电厂电除尘提效改造的必要性，介绍了多种电除尘器提效改造技术，分析了各项技术的适用条件，并阐述了各项技术在某些电厂的应用情况进行。电厂选择电除尘器提效改造技术时需因厂制宜，保证机组烟尘超低排放改造的成功。

关键词：超低排放；烟尘；电除尘器；提效改造

0 引 言

2013年9月，国家三部委发布了“大气污染防治行动计划”，各地方政府尤其是被国家划入重点地区污染防控区的地方政府相继出台了符合各自地方特点的“地方性大气污染防治行动计划”，并配套了相应的奖励政策，拉开了火电厂大气污染物超低排放的序幕。2014年9月，国家发改委、环境保护部、国家能源局联合下发的“发改能源[2014]2093号关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》的通知，明确要求东部地区稳步推进现役30万千瓦及以上公用燃煤发电机组和有条件的30万千瓦以下公用燃煤发电机组实施大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值的环保改造，即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50 mg/Nm3，鼓励其他地区达到或接近该排放限值。2015年12月2日，国务院常务会议提出，在2020年前，对全国燃煤机组全面实施超低排放，东、中部地区要提前至2017年和2018年达标。

1 电除尘器提效改造的必要性

针对火电厂烟尘超低排放控制技术，国内形成了多种不同的技术流派，从技术路线上可归纳为两个技术流派：一是终端处理技术，烟气先经过干式除尘，再经吸收塔洗涤，最后经过湿式电除尘器进行深度净化处理。一般改造后干式除尘器出口烟尘浓度达到<30～40mg/Nm3，经过湿法脱硫烟尘浓度达到<20mg/Nm3，经过湿除达到<5mg/Nm3，排入烟囱；二是协同治理技术，烟气先经过干式除尘，然后在湿法脱硫的同时联合高效脱除烟尘，控制浆液的夹带，改造后干式除尘器出口烟尘浓度达到<20mg/Nm3，然后经过脱硫深度除尘装置达到烟尘<5mg/Nm3，排入烟囱。

无论哪种技术流派，就干式除尘器为静电除尘器的电厂而言，效率均要求很高，出口才能保证<30～40mg/Nm3或20mg/Nm3，能保证长期稳定达到该出口浓度的，就目前很多电厂的静电除尘器的现状而言有一定的难度。而且对于很多电厂而言，烟尘超低排放是各种污染物超低排放中难度最大的，电除尘器效率高低、出口烟尘浓度高低直接影响到烟尘的超低排放能否实现，所以电除尘器提效改造是有必要的。

2 电除尘器提效技术及其应用情况介绍

电除尘器提效改造技术主要有：气流均布技术、电除尘器扩容技术、低温电除尘技术、高频电源技术、旋转电极技术及导电滤槽技术等。

2.1 气流均布技术

影响电除尘器除尘效率的因素很多，其中气流分布是一个重要的因素。电除尘器内气流分布情况与本体结构、气流调节部件的设置及管道设计等因素有关。理论计算和类比数据表明，这些因素综合起来往往会使除尘效率变化20%～30%[1]。

气流分布不均主要对电除尘器的运行产生以下影响[2][3]：（1）在气流速度不同的区域所捕集的烟尘量不一样，因风速降低而增大的粉尘捕集量并不能弥补由于风速过高而减少的粉尘捕集量，从而导致总除尘效率大幅下降；（2）局部气流速度高的地方会出现冲刷现象，将已经沉积在收尘极板上和灰斗内的粉尘再次大量扬起，即产生二次扬尘；（3）在高流速区，可能会在局部产生涡流；（4）在低流速区，阴极线上可能积灰过多，产生反电晕现象。

改善气流均匀性，首先要对现有除尘器进行流场的数值模拟及入口烟道流场测试，根据除尘器的结构特点与原始状态下的流场特点，分析烟道弯头内导流板对气流的影响和进气烟箱内导流板的宽度、角度、数量、安装位置对流场的影响，最终优化导流板的布置方式。

对多个电厂除尘器提效改造技术的调研，采用改善流场均匀性技术来提高除尘效率的电厂还未遇到，由于目前电除尘器提效技术较多，五花八门，大家在选择各种改造技术的同时往往会忽略除尘器最本质的一些部分，而除尘器入口烟气的均布工作就是除尘器最本质的部分之一，是提高除尘器效率的重要工作之一，建议电厂对该部分进行一些工作，较少的投入可以取得较大的效果。

2.2 电除尘器扩容技术

电除尘器扩容技术是指通过增加电厂有效高度、宽度、或直接增加电场来提高电除尘器效率。比集尘面积是电除尘器的一个重要的参数，它的大小在一定程度是表示着除尘器的除尘效率的高低。由于以前排放标准要求并不是很严格，所以很多电厂的除尘器建造的较小，比集尘面积较小，已无法满足现在排放标准的要求。因此通过增加电厂有效高度、宽度、或直接增加电场是提高电除尘器效率的有效途径。江西某电厂2×1000MW机组电除尘器为6电场电除尘器，较一般电厂的电除尘器多出1或2个电场，测试报告表明该电除尘器除尘效果较好，出口浓度为10mg/Nm3左右。通过对齐分析得出，其比集成面积大是除尘效率高的一个重要的因素。

但对于改造项目该技术受到一定的条件的限制。如原电场高度与宽度已达到最大值、电除尘器后与引风机之间距离较短而无法布置新增电场等，所以电厂需要根据自身除尘器及场地的特点来选择是否采用该提效技术。

2.3 低温电除尘技术

低温电除尘技术是指在电除尘器入口烟道上布置低温省煤器，使得除尘器入口烟气温度降低，可以：（1）降低粉塵比电阻，提高粉尘荷电效果；（2）减少烟气量，增大比集成面积；（3）若将烟温降低到酸露点以下，可使烟气中的SO3析出，吸附大量烟尘，而且可以除去大量SO3。通过以上几点，加装低温省煤器可进一步提高电除尘器除尘效率。目前超低排放采用协同除尘改造技术路线的电厂，许多均使用了低温电除尘技术，从使用效果上来看，均可以达到改造的目标。

针对锅炉目前排烟温度情况和余热利用情况，低温省煤器的改造也有两种方案：（1）纯低温省煤器改为带暖风器的广义回热技术，低省分高、低温段布置于电除尘器前后，低温段用于加热暖风器，高温段用于加热凝结水。（2）将原低省改为MGGH的升温段，在烟囱入口增加烟气再热段，提高烟气温度至80℃左右。所以加装低温省煤器的有附带效果，对于方案（1），低温省煤器可以节省电厂能耗，节能效果可观，许多电厂作为自己的节能项目来进行改造；对于方案（2），可以提高排烟温度，消除石膏雨、烟羽、大白烟等视觉效果，对于电厂的社会效益有正面影响。

不过能否加装低温省煤器也需要进行一定的分析：（1）除尘器入口烟道处空间是否满足安装低温省煤器的要求，有的电厂脱硝SCR钢架会刚好占用这个地方，所以场地条件需要满足要求；（2）排烟温度是否有安装低温省煤器的必要。低温省煤器理想的温降为150℃到95℃，有个较大的温度梯度，这与电厂空预器出口的烟气温度有关。有些电厂夏天极端情况下的排烟温度仅115℃左右，而冬天时仅100℃不到，这样的排烟温度不太适合安装低温省煤器；（3）低温省煤器需要将烟气降温到多少，是80℃还是100℃，也是需要讨论的，根据目前几个接触到的电厂反应，当控制烟温在95℃以下时，低温省煤器靠除尘器侧的换热管道易腐蚀泄漏，是否是个别原因还是因为酸液凝结而产生腐蚀，目前还需要进行进一步的研究，每个电厂可以根据自己的实际情况进行运行。

2.4 高频电源技术

将常规电源改为高频电源（或脉冲电源）：（1）高频电源输出直流电压比工频电源平均电压高约20%，电流提高近一倍，增加粉尘荷电量，从而提高电除尘器效率。高频电源尤其适合于在前电场应用，由于前电场烟尘浓度较高，大量的粉尘需要快速荷上电荷，配上高频电源，提高了电流，在烟气流动下粉尘荷电效率大幅提高，避免了因粉尘浓度高而产生的电晕封闭。（2）可以为电除尘器提供从纯直流到窄脉冲的各种电压波形，可根据电除尘器的工况，提高最佳电压波形，达到节能的效果。

从目前众多电厂改造情况来看，该技术在电除尘器提效方面是有一定的效果的，有许多电厂不仅电除尘效率有了较大的提高，而且节能效果非常明显。

2.5 旋转电极技术

旋转电极式电除尘器其收尘机理与常规电除尘器相同，而与常规电除尘器所采用的清灰方式不同。常规电除尘器清灰方式通过振打、声波等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，导致排放增加。有研究表明，在高效电除尘器出口粉尘中，有约20%是由清灰过程中的二次扬尘造成的。而旋转电极其采用清灰刷来进行清灰，附着于集尘极上的粉尘在随旋转阳极板运动到非首次区域后，被正反旋转的一对清灰刷刷除。由于集尘极能保持清洁状态且粉尘在非收尘区域中被清除，能有效克服困扰常规电除尘器对高比电阻粉尘的反电晕及振打二次扬尘等问题，大幅提高除尘效率。

根据调研的几个电厂的应用情况来看，该技术对控制二次扬尘具有一定的效果，有利于除尘效率的提高。但较多电厂对旋转电极的运行故障率有一定的担忧，因此应用并不广泛。

2.6 导电滤槽技术

导电导电滤槽技术是近几年研发出来的电除尘器提效技术，该技术为在阳极板后增加垂直于气流的收尘装置，可以在不对原电除尘器造成较大的影响的情况下，有效抑制二次扬尘，增大收尘面积，提高电除尘器的收尘效果。其原理为：当烟尘刚进入电收尘器的电场时，流通断面的粉尘浓度分布基本一样均匀，但到电场的末端，由于电场力的作用，流通断面的粉尘浓度分布发生较大的变化，趋势是：在收尘板与放电极之间的空间中，越靠近收尘板附近粉尘浓度越高，而放电极附近的粉尘浓度相对较低。尽管大部分粉尘都靠近收尘板，但由于获电粉尘的相互排斥及存在粉尘有的获电不足，使部分粉尘不能被收尘板捕集，而随气流逃逸出电场的现象。另外，当电场振打清灰时，大部分的二次扬尘也是沿阳极板表面逃逸出电场的。若能有效地捕集电场末端沿阳极板表面逃逸的粉尘，电除尘器的收尘效率将会大幅提高。导电滤槽可有效捕集低比电阻粉尘，获电的低比电阻粉尘在电场力和风力的作用下，其运动方向指向导电滤槽进口，而进入槽内的粉尘在静电吸附和拦截过滤双重作用下，均会被有效捕集。即使低比电阻粉尘被捕集后会有反弹的现象，大部分也不会被气流带走。

该技术已在多个电厂应用，起到一定的提效效果，而且导电滤槽技术改造工作量较小，投资少，工期较短，比较适合于受场地限制的除尘改造项目，而且基本不增加运行阻力。

2.7 烟气调质技术

烟气调质就是在烟气进入电除尘器之前对烟气进行调质处理以降低粉尘比电阻，提高粉尘颗粒的荷电性能，使之易于被电除尘器捕集，以提高电除尘器效率，降低粉尘排放。常用的调质剂如：SO3或NH3等化学调质剂，也有特殊配方的其他调质剂。

该调质系统的工作机理：就是以一定的工艺流程产生SO3，将SO3与空气的高温混和气体喷射到电除尘器的入口，SO3与烟气中的水汽迅速结合，在粉尘表面形成一层硫酸薄膜，致使粉尘颗粒的比电阻下降，荷电性能提高，易于被电除尘器收集。调整SO3的喷射量，可以将粉尘比电阻调节到适合该电除尘器的理想范围，使用本系统可使电除尘器效率达到设计效率。该工艺所用的原料可以有两种：一种是硫磺，另一种是SO2。应用最广的是以硫磺为原料。

但加装烟气调质系统主要有以下几个方面的顾虑：（1）是否降粉尘排放的同时增加硫氧化物的排放；（2）对管道和设备会不会造成腐蚀；（3）烟气调质后是否影响灰的综合利用；（4）运行系统的可靠性，即不会因为该系统而造成工作环境恶化，进而导致系统无法正常投运。

通过对几个应用该技术的电厂调研可知，该技术在对除尘器提效方面有一定的效果。某电厂电除尘器在调质前的效率为96.15～97.3%，调质后电除尘除尘效率达到99.77～99.80%，效果是很显著的，而且该技术的特点是投资小，效果好，运行维护费用相对较低，特别是在已投运电除尘的机组。

3 总结

本文对目前应用较多的燃煤电厂电除尘器提效改造技术进行了介绍，并且分析了各项技术的适用条件以及介绍了部分电厂的应用情况。当然，电除尘器提效改造技术不仅只有以上的技术。

电除尘器的各种改造提效技术均有自己的技术特点及适用条件，没有任何一种提效技术是适用于所有电除尘器的，电厂可以根据机组条件、除尘器本身条件、改造场地、烟气综合条件及投资预算等选择适合自己的改造技术，而且各种技术并不互相排斥，可以进行各种改造技术的组合，来达到电除尘器提效改造的目标，保证机组烟尘超低排放改造的成功。

参考文献

[1]劉后启，林宏.电收尘器[M].第一版.北京：中国建筑工业出版社，1987：61-176.

[2]杨衡. 提高电除尘器效率的气流流型优化与数值模拟[D].西安：西安建筑科技大学，2004：1-34.

[3]杨文生，赵心夏.改进气流分布板是提高电收尘器收尘效率的有效途径 [J].西南民族大学学报，2003，29（3）：347-351.