超净电袋复合除尘技术对劣质煤的适应性分析

陈奎续

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

超净电袋复合除尘技术对劣质煤的适应性分析

陈奎续

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

阐述了我国劣质煤发电在新形势下的发展趋势，分析了劣质煤机组实现烟尘超低排放的技术及工艺路线的研究现状，针对其存在的问题提出技术经济性更优的超净电袋复合除尘技术路线，并从技术角度全面分析了超净电袋复合除尘技术对劣质煤机组超低排放的适应性，通过工程案例验证了该技术在燃烧劣质煤的大型机组上应用的可行性和稳定性。

劣质煤；超净电袋复合除尘技术；超低排放

1 引言

通常，煤的低位发热量在4500kcal/kg以下的可视为劣质煤。劣质煤的特征是灰分（Aad）含量高、固定碳含量低、无灰干燥基挥发分含量高、灰软化温度偏低，燃烧时产生烟尘较大、大多数易结焦。其中，低热值煤是劣质煤中的典型代表，其是指煤矸石、煤泥、洗中煤等煤炭开采、洗选过程中产生的低热值资源。由于其发热量低，大多被堆弃、填埋处理。大量堆积的低热值煤不仅会释放有害气体，污染环境，还占用了大量土地资源。因此，必须实现煤炭资源综合高效利用，促进节能减排，解决低热值煤的资源利用问题。目前，低热值煤发电作为一个特殊的发电项目类型，已在山西、内蒙古等地区作为重点工作推进[1]。

在目前煤电产能过剩、国家严控煤电装机规模的背景下，常规煤电项目的增长空间已十分有限，电力企业投资方向开始逐渐转移至劣质煤发电。2015年，山西省发改委下发了《山西省低热值煤发电“十二五”专项规划》。2016年5月，国家发改委印发的《关于发展煤电联营的指导意见》提出，要“重点推广坑口煤电一体化”“继续发展低热值煤发电一体化”。因此，在国家和地方政策的大力推动下，低热值煤发电将得到新一轮的快速发展[2]。

2 燃劣质煤机组超低排放技术的现状

2014年8月，山西省关于推进全省燃煤发电机组超低排放的实施意见中，提出新建煤电机组排放烟尘浓度需执行超低排放标准，包括低热值煤电厂。2015年12月国家发改委等部门发布了《关于印发全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的通知，明确要求全国有条件的新建燃煤发电机组达到超低排放水平，并加快现役燃煤发电机组超低排放改造步伐。可看出，超低排放将是我国燃煤电站绿色火电发展的大方向，煤电行业已进入超低排放阶段[3]。

超低排放技术率先在优质煤电厂实施了工程示范。然而，对于劣质煤电厂而言，其燃烧的煤质灰分高、热值低，要达到烟尘超低排放，难度较大。因此，其烟尘控制技术路线通常采用以湿式电除尘技术为二次除尘的技术路线[4]（见图1）。但湿式电除尘器在一定程度上会增加环保投资及用电量，并存在占地面积大、改造周期长、部件易被腐蚀、废水需二次处理等弊端。另外，如果过分依赖二次除尘，放松对一次除尘的要求，特别是对于高灰分的劣质煤，如果一次除尘设备出口的烟尘浓度过高，不但会直接影响石膏综合利用价值，还间接影响脱硫效率和设备的使用寿命[5]。

图1 以湿式电除尘器为基础的工艺技术路线

因此，我国环保企业通过技术创新研发出超净电袋复合除尘技术，旨在不加装湿式电除尘器的前提下，简化工艺，形成以超净电袋复合除尘器为基础且不依赖二次除尘的技术路线（见图2），实现烟尘的超低排放，解决燃劣质煤电厂烟尘超低排放达标的问题[6、7]，并具有很好的技术及经济性。

图2 超净电袋复合除尘器技术路线

3 超净电袋复合除尘技术对劣质煤的适用性

3.1 技术原理及特点

电袋复合除尘器是将静电除尘和过滤除尘机理有机结合的复合除尘技术，其充分利用了前级电场收尘效率高和颗粒荷电的特点，大幅度降低了进入滤袋区烟气的含尘浓度，降低了滤袋过滤负荷，避免粗颗粒对滤袋冲刷造成磨损，并利用荷电粉尘过滤机理提升了设备的综合性能[8]。超净电袋复合除尘器是在常规电袋复合除尘器的基础上进一步技术创新、升级发展而来的，可实现烟尘排放浓度＜5mg/Nm3或10mg/Nm3，也是一种不上湿电而简化烟气系统的超低排放工艺技术。其具有长期稳定低排放，运行阻力低，滤袋使用寿命长，运行维护费用低，排放浓度不受煤质、工况变化的影响等优点。

3.2 超净电袋复合除尘技术对劣质煤适用性分析

超净电袋复合除尘器适用于国内大多数燃煤机组燃用的煤种，特别是高灰分、高硅、高铝、高比电阻、低钠的劣质煤种。

3.2.1 电区捕集效率与荷电能力的提高是保证袋区超低排放的前提

超净电袋复合除尘器是由“电区”和“袋区”有机复合而成，而袋区的超低排放，首先与袋区的入口浓度有关。大量实验表明，在袋区入口浓度＜10g/Nm3时，当采用优良品质的滤料，气布比约1m/min时可达到出口排放浓度＜10mg/Nm3的要求。当机组燃用高灰分劣质煤产生高粉尘浓度工况条件时，只要保证超净电袋电区的除尘效率，使进入滤袋区的粉尘浓度处于较低状态，与低灰分煤种工况一样可实现超低排放。因此，超净电袋可以较好地适应高灰分的劣质煤。

一方面，可根据粉尘浓度条件并对电区合理选型。由于要求超净电袋电区的除尘效率低于常规电除尘，电区对煤种、灰分、粉尘比电阻值等的敏感度同比电除尘低，较容易实现设计的除尘效率。例如：某工程项目燃用较难收尘的煤种，烟尘浓度值高达100g/Nm3，若使用超净电袋，要使进入滤袋区的粉尘浓度为10g/Nm3，此时要求电场区的除尘效率达90%便可，采用2个电场即可满足。

另一方面根据煤种、灰分等烟气工况参数，进一步优化电场性能，根据多依奇效率和驱进速度经验公式[9]可知，改进两极结构和保证两极的供电电压对提高电区的捕集效率和粉尘的荷电能力十分重要。超净电袋的重要技术措施之一是通过改善电区极配型式，采用高放电性能、高场强的电区极配型式，提高颗粒荷电以及电场区除尘效率。如采用高放电性能的芒刺电极能有效增加针端放电性能，增加板电流密度，提高电场强度，增加颗粒的荷电量。

另外，超净电袋复合除尘器采用前后小分区供电技术，提高平均工作电压，颗粒荷电量相应也得到提高，尤其对细颗粒荷电与电凝并发挥了重要的作用。同时，小分区供电提高了电区可靠性，即使其中一个电区发生故障，另外一个电场区仍可以继续工作。

3.2.2 细微颗粒聚并技术提高捕集PM2.5的性能

大量的测试数据表明，除尘器出口逃逸的粉尘80%以上为粒径小于2μm的细微粉尘，这些粉尘粒径小、质量小，极易随气流从除尘器中穿透逃逸。因此，要减少排放，关键是要提高除尘器捕集细微颗粒物的能力。

颗粒物在电场内的荷电主要有扩散荷电和场致荷电两种方式。一般而言，大于2μm粒径的粉尘以场致荷电为主，小于1μm粒径的粉尘以扩散荷电为主，对于粒径在1μm左右的细微颗粒物，两种荷电方式对其作用都不强，所以很难被电区捕集，使得电除尘器存在一个“逃逸窗口”，从而降低了除尘效率[10]。但细微颗粒物通过电区时可发生极化作用，极化的细微颗粒物易于聚并形成大粒径颗粒或颗粒链（见图3），超净电袋除尘器通过电区的强化作用，增强了细微颗粒物的极化效果，对细微颗粒物凝并长大具有显著作用，辅之以覆膜滤料或梯度滤料的协同作用，因而大大增强了电袋复合除尘器对PM2.5的捕集效果。

图3 细微颗粒聚并形成颗粒链

3.2.3 高均匀的流场进一步提高除尘效率并保证排放的稳定性

除尘器内部气流分布优劣直接影响电袋复合除尘器的性能。气流分布对电袋复合除尘器的影响从电区和袋区两部分来讨论。电区气流不均布将导致粉尘颗粒荷电不均匀，并可能产生二次飞扬，从而降低除尘效率；袋区气流不均匀，将导致滤袋长期受到集中气流冲刷，出现滤袋破损的现象，导致粉尘排放浓度迅速升高[11]。

因此，超净电袋复合除尘器从电区、袋区两部分的气流分布着手，保证整体的流场高均匀性，从而进一步提高除尘效率，保证超低排放的稳定性：1）从除尘器进口至电场区保证气流沿电场断面均匀分布，使得电场发挥最佳效果。通过合理设置和调节进口喇叭内的气流分布板，达到几何均方根差σ＜0.2的要求。2）气流在袋区的合理分布，达到以下两个指标：各袋室的流量偏差小于±5%；每个袋室内，各滤袋流量的几何均方根差σ＜0.2。

3.2.4 袋区高精过滤滤料的应用是实现超低排放的重要保证

滤袋是决定电袋复合除尘器出口排放值最关键的部件，要保证超净电袋出口排放浓度长期稳定＜5mg/Nm3或10mg/Nm3，滤袋的过滤精度至关重要。大量的实验研究表明：常用工业滤料中，过滤精度高低依次为PTFE覆膜滤料、超细纤维梯度滤料、普通滤料，其中PTFE覆膜滤料和超细纤维梯度滤料称为高精过滤滤料。滤料过滤精度越高，电袋实现超低排放就越可靠，适应工况变化能力也越强，而且中长期运行阻力更低更平稳。超净电袋复合除尘器选用PTFE覆膜滤料或超细纤维梯度滤料，可有效实现超低排放。

4 超净电袋复合除尘器在燃劣质煤大型机组的应用案例

4.1 典型案例一：河南平顶山发电分公司1号机组超低排放改造工程

4.1.1 机组情况

河南平顶山发电分公司一期工程建设2×1030MW超超临界燃煤机组，燃用煤种为山西长治贫煤，煤质分析如表1所示，其灰分较大，高达39.78%，且飞灰中的SiO2和Al2O3含量较高，比电阻较大，是典型的劣质煤。该工程原采用三室五电场静电除尘器，但烟尘出口排放超标。该电厂于2015年对1号和2号机组采用超净电袋复合除尘技术进行了超低排放改造，主要技术参数如表2所示。

表1 煤质分析

4.1.2 运行效果分析

该项目的测试结果见表3。测试表明：各项性能参数满足设计要求，除尘器出口及烟囱出口烟尘排放浓度均可满足超低排放要求。

4.2 典型案例二：国电投河南电力有限公司开封发电分公司2号机组超低排放改造工程

4.2.1 机组情况

国电投河南电力有限公司开封发电分公司2号机组容量为630MW，燃用煤种为郑煤集团的贫煤，煤质分析如表4所示，灰分较大，高达32.17%，且飞灰中的SiO2和Al2O3含量较高，比电阻较大，也是典型的劣质煤。该工程原采用三室四电场静电除尘器，由于烟尘出口排放不达标，于2015年7月采用了超净电袋复合除尘技术对原电除尘器进行超低排放改造，主要技术参数如表5所示。

4.2.2 运行效果分析

该项目测试结果见表6。测试结果表明：各项性能参数满足设计要求，除尘器出口及烟囱出口烟尘排放浓度均满足超低排放要求。

表2 主要技术参数表

表3 测试结果

表4 煤质分析

表5 主要技术参数表

表6 测试结果

5 结语

在我国电力发展方向逐渐转移至劣质煤发电以及全面实施超低排放的新形势下，燃劣质煤机组的超低排放越来越受到业内关注。超净电袋复合除尘器不受煤质、飞灰成分变化影响，适用于国内大多数燃煤机组燃用的煤种，特别是高灰分、高硅、高铝、高比电阻、低钠的劣质煤种，并具有除尘效率高、能耗低、改造工期短、系统运行稳定等诸多特点，该技术已在河南平顶山发电分公司1030MW机组和国电投开封发电分公司630MW机组等大型机组烟尘超低排放改造中成功应用，是燃劣质煤机组实现烟尘超低排放的发展方向。

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Adaptability Analysis of Ultra-clean EFIP Technology on Inferior Coal

CHEN Kui-xu
(Fujian Longking Co., Ltd, Fujian Longyan 36400, China)

The paper expounds the development trend of the inferior coal power generation under the new situation in our country, analyzes the inferior coal generating set to realize the technology of ultra-low emission of flue dust and research status of the technical route. Based on the existing problems, the paper puts forward the technical route of the ultra-clean EFIP that is superior technically and economically. At the same time, from a technical point of view, the paper analyzes comprehensively adaptability of the ultra-clean EFIP technology to the ultra-low emissions of the inferior coal generating set. Finally, through the engineering cases, the paper validates the application feasibility and stability of the technology in the large-sized generating set that burns the inferior coals.

inferior coal; ultra-clean EFIP; ultra-low emission

X701

A

1006-5377（2017）04-0028-05

中国科学院战略性先导科技专项（B类）课题“燃煤锅炉烟气电袋复合细粒子高效捕集技术与示范”（XDB05050100）。