燃煤电厂烟尘超低排放技术比较分析研究

庞继红

(山西省阳泉市环境监测站，山西 阳泉 045000)

1 研究背景

随着我国经济发展方式的转变和经济结构的调整以及环境压力的增加，国务院于2013年9月印发《大气污染防治行动计划》，并首次制定了治理大气中可吸入颗粒物(PM2.5)的硬性目标。具体的实现目标主要有两方面：一是，与2012年相比，计划到2017年全国地级及以上城市PM2.5浓度降低10%以上，并且，优良天数目逐年提高；二是，对经济发达的京津冀、长三角、珠三角地区的PM2.5进行了更为严格的控制，使其PM2.5分别下降25%、20%、15%左右，其中，北京市PM2.5年均质量浓度控制在60 μg/cm3[1]。

2015年，环境保护部、国家发展和改革委员会、国家能源局联合发布《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》(以下简称《方案》)，对污染物高排放的燃煤电厂的排放标准制定了严格的控制阈值。《方案》要求：到2020年，全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放(即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放质量浓度分别不高于10、35、50 mg/cm3)。并对新建的燃煤发电厂作出了排放标准规定，新建燃煤发电机组达到超低排放水平[2]。作为污染排放大户的燃煤电厂的污染控制技术面临新的挑战和发展机遇。

为了加强对污染物排放的严格控制，我国的燃煤电厂超低排放技术改造势在必行，烟尘的超低排放也发展出多种技术，选择也越来越多，本文对几种主流烟尘超低排放技术在详细分析的基础上加以比较，为燃煤电厂烟尘超低排放提供技术参考。

2 技术现状

目前，国内燃煤电厂烟尘超低排放，以湿式电除尘器和电袋除尘加湿电除尘为主，对其他的技术还停留在理论研究和试验阶段。出现这种情况有时间上的原因也有技术不够成熟的原因。

3 技术方案

对于技术方案的选择，各电厂基本优先考虑技术成熟、成本控制好的技术，简单地说就是，运行稳定、故障率低、方便维护和运行成本低的技术。

3.1 湿式电除尘技术

湿式电除尘技术与干式静电除尘技术都是采用高压电场使烟尘荷电除尘，区别在于，湿式电除尘技术采用湿式清灰的方式，能够有效地控制二次扬尘，而干式电除尘通过机械振打方式清灰。而且，由于经过湿式脱硫后的烟尘含湿度较高，与经过干式电除尘处理后的烟尘相比，其比电阻更低，更能有效地吸附粒径较小颗粒，如PM2.5等。因此，湿式电除尘技术具有更高的除尘效率，除尘效率高达90%。湿式电除尘技术的主要工艺参数：烟气温度小于60 ℃，烟气流速小于3.5 m/s(板式)或小于3.0 m/s(管式)，灰硫比大于100。

缺点是，投资加大的同时增加了整个除尘系统的占地面积，维护复杂，故障点增加。

3.2 电袋两级除尘技术

静电除尘器和布袋除尘器经过长期发展，技术上已经到了瓶颈期，单一的静电除尘器和布袋除尘器已经无法满足烟尘超低排放的要求。电袋两级除尘是静电除尘和布袋除尘的合理组合，兼具静电除尘器和布袋除尘器优点。一般是“前电后袋”，即，静电除尘器电场使烟尘荷电，除去80%左右的烟尘，其余比电阻较高、粒径较细的烟尘进入布袋除尘器进行进一步除尘。烟尘经过荷电后，形成的烟尘颗粒层更加疏松、透气，提高了布袋除尘器的过滤效率，静电除尘与布袋除尘实现了技术上的完美结合，除尘效率极大提高。随着电袋除尘技术的发展，为了适应不同烟气温度对布袋除尘器滤料的要求，滤料已经由单纯的PPS发展为“PPS+PTFE”或“PPS+P84”的复合滤料。其除尘效率可稳定达到99.0%以上，从而实现烟尘的超低排放[3]。

电袋两级除尘技术运行可靠稳定，其除尘效率不受烟尘工况、煤质变化的影响，是老旧燃煤电厂超低排放方案的首选。出口烟尘质量浓度可以达到5.0 mg/m3。

超净电袋复合除尘技术的主要工艺参数：进口烟气量小于7.0×106m3/h，处理烟气温度小于250 ℃，风速小于0.95 m/min。

3.3 低低温电除尘技术

低低温电除尘器，是以低低温省煤器(DGGH)+电除尘器为核心技术，其原理为：当烟尘通过低低温省煤器时，高温烟尘与冷媒发生热交换，高温烟气一进入电除尘器烟气温度会降至酸露点温度以下，然后进入电除尘器进行除尘；大部分高温SO3烟气在低温环境中迅速降温冷凝形成硫酸雾，由于粉尘具有巨大的比表面积，因此能够黏附大量的硫酸雾，最后，碱性物质中和得以去除。硫酸雾能够改善粉尘的物理特性，并大大降低了其比电阻，提高了对小颗粒污染物的去除率[4]。

低低温电除尘器同时配合湿法脱硫系统时，烟气温度降低还能提高脱硫效率。低低温电除尘系统采用低温省煤器降低烟气温度，省煤、省电，节能降耗。烟气温度降低有利于烟气脱汞，提高脱汞效率。回收的热量可回收利用。

采用低低温电除尘器，高硫煤烟气中的SO3高，容易腐蚀电除尘器。SO3黏附在粉尘上和碱性物质结合，所收集的灰尘容易堵塞灰斗。

3.4 吸收塔除尘技术

吸收塔浆液喷淋系统的除尘技术缺乏研究应用，一般认为，吸收塔的除尘效率不超过50%。烟尘经过除尘器，粒径较大的烟尘基本去除，剩下PM2.5及粒径更小的细颗粒占有很大的比重。常规吸收塔浆液喷淋系统对PM2.5及以下的烟尘颗粒的分级除尘效率较低，除尘效率受限。吸收塔一般都是单侧进气，塔内烟尘流场分布不均，容易发生烟尘断流效应，从而大大降低除尘效果。其原因分析为：由于单侧进气，因此会出现吸收塔内布气不均匀的现象，导致塔壁与塔中心产生很大的气流密度差；密度大的塔中心气流的阻力也会变大，塔壁情况正好与此相反，所以，塔壁处的烟尘会大量的溢出，从而降低了除尘效率。为了实现烟尘的超低排放要求，有必要对吸收塔进行改进。

3.4.1 喷淋增效环技术

常规的吸收塔除尘技术容易发生烟尘溢出情况，降低了工艺的处理效率。在常规吸收塔的每层喷淋层增设喷淋增效环，就可以使这一问题得以解决。其基本原理是，喷淋增效环的作用是将塔壁处的烟尘弃流导流进入塔中心处，从而有效提高除尘效率。

3.4.2 高效喷淋层技术

与普通喷淋层技术相比，高效喷淋技术因具有较低的喷嘴流量和更低的雾化颗粒粒径范围。高效喷淋层采用双头双向高效空心锥，单头流量为20 m3/h～35 m3/h，仅为普通喷嘴流量的一半，与普通喷淋技术雾化粒径范围相比，浆液雾化粒径范围降低至33.3%～36.4%，因此大大地提高了处理效率。

高效喷淋层的喷淋覆盖率是普通喷淋层的2倍，除尘效率大幅度提高。相关监测数据表明，高效喷淋层与喷淋增效环配合应用时，烟尘的粒径范围越小，其除去率越小；烟尘的粒径范围越大，其除去率越高。

3.4.3 高效除雾器技术

经过吸收塔除雾器处理净化后的雾滴中仍然含有大量的固体颗粒和溶解盐，该固体颗粒是导致烟尘产生的重要因素之一。为了降低吸收塔出口烟尘浓度，提高除尘效率，应当从控制除雾器出口的雾滴含量着手。

主要的改进方案为，管式除雾器与屋脊式除雾器组合技术法。具体的技术组合形式：一是在原有屋脊式除雾器的下层加装1套管式除雾器，管式除雾器能够弥补屋脊式除雾器去除大雾滴效率低的缺陷；二是对原有的2层屋脊式除雾器进行整体改进设计，通过在屋脊式除雾器顶部加装了1套冲洗水系统，增加了整个系统的处理效率。

由于喷淋层产生的超过80%的雾滴都是粒径在500 μm以上的大雾滴，第一种组合技术，增加了管式除雾器后可以去除该部分雾滴。然后，通过屋脊式除雾器冲洗时流下的水将管式除雾器上的大雾滴冲洗干净，冲洗时管路可以自身旋转，从而大大提高了冲洗效果。管式除雾器还能够起到均匀布气的作用，达到高效除雾的效果。

管式除雾器之后安装屋脊式除雾器，可设计为二级或三级。冲洗系统对烟气进行冲击时使液滴分离，通过叶片的导流作用可以改变烟气的流向方向，使得液滴在叶片上形成水膜，回流到吸收塔，实现去除雾滴的目的。通过这层除雾器去除粒径在18 μm以上的雾滴，通过调整雾器的叶片间距和叶片形状，使除雾效果达到最佳。

通过改进现有现除雾器设计，在现有除雾器出口增设一层冲洗水，从而形成4层冲洗水，前3层冲洗水仍随着吸收塔液位自动投入运行，加装的第4层按实际需要进行冲洗使用。在保证了除雾器出口液滴含量达标的前提下同时将沉积的灰垢冲洗干净。改进后的除雾器减小了堵塞风险。

改造后的除雾器，除雾效果显著提高，除雾器出口的液滴浓度下降了30%左右，达到小于60 mg/m3。而且，管式除雾器不但可以降低整个系统的堵塞的风险，还能够除去喷淋产生的大粒径雾滴与石膏颗粒。改造前，需要人工对其进行高压水冲洗；改造完成后，只需在检修时同时进行人工高压水冲洗，降低了人工劳动强度。

3.4.4 托盘/双托盘技术

美国最先应用多孔托盘技术，并取得了较高的除尘效果。主要技术手段是，在吸收塔进口上沿与第1层喷淋层之间或在2层喷淋层中间增设多孔托盘。其基本技术原理是，利用烟尘和浆液在托盘上

发生交汇时产生的气泡层，气泡层的形成能够增加烟尘与浆液的接触面积，在多种作用机理下烟尘颗粒被有效地去除。

在托盘上浆液产生的重力与托盘下气流向上压力平衡作用下，使吸收塔内流场分布更加均匀，从而保证了吸收塔截面上烟尘脱除效率的均匀性。如果设计采用双托盘技术，则能进一步提高吸收塔除尘效率。

4 结论

无论是理论上还是在实际应用中，电袋两级除尘由于除尘效果好，技术成熟，运行稳定，维护方便，是各燃煤电厂烟尘超低排放的技术方案首选。而湿电除尘还很少单独应用，往往只是配合布袋除尘，成本较高。低低温电除尘技术要求高，还没有广泛推广。高效吸收塔除尘在国外已有应用，在国内还基本处于探索阶段。在选择烟尘超低排放方案时，要根据具体的实际情况选择合适的除尘器设计。