超低排放之除尘设备改造路线研究

张铭路

【摘要】按照国家超低出台排放政策，部分地方政府和电力集团甚至要求烟尘排放达到5 mg/m3以下，迫使现役除尘器提效改造。本文介绍了某电厂660MW机组电除尘器改造路线研究，及采用超净电袋复合除尘器技改后，实现烟气排放浓度<5 mg/Nm3，证明了采用超净电袋复合除尘器提效改造是满足超低排放的有效措施。

【关键词】电除尘器；改造路线；研究

国家发改委、环保部、国家能源局联合下发的《煤电节能减排升级改造行动计划（ 2014-2020）》的精神，珠江三角洲地区应控制烟尘的排放达到5mg/m3以下。2014年2月24日广东省广州市政府发布《广州市燃煤电厂“超洁净排放”改造工作方案》，提出燃煤电厂“50355”的改造目标（即NOx≤50mg/Nm3、S02≤35mg/Nm3、烟尘≤5mg/Nm3）。一系列超低排放政策迫使现役除尘器进行提效改造。

某电厂地处珠江三角洲的中心地带，电厂装有3台66万千瓦机组，总装机容量1980MW，年设计发电能力130亿千瓦时。电厂于1993年正式动工兴建，全套发电设备由国外进口，1996年6月三台机组相继移交商业运行。锅炉是由美国ABB-CE公司设计制造的亚临界、一次再热、单汽包、控制循环、单炉膛、固态排渣煤粉炉，与GEC ALSTHON公司制造660MW汽轮发电机组配套。静电除尘器是由ABB/ESO公司设计制造的四电场、四室、除尘效率为99.30/0的高效静电除尘器。为了提高除尘器效率、降低烟尘排放浓度，达到新国标的要求，同时减少脱硫GGH堵塞，避免引风机磨损等问题，电厂拟对电除尘器进行改造。

一、电除尘器提效技术研究

（一）新型高压电源

主要的新型电源有：高频电源、三相电源、中频电源和恒流源等，其主要作用是根据电除尘器特征和烟尘、烟气条件而有针对性的进行供电优化，尽可能的提高电除尘器的有效供电，以提高除尘效率。

（二）烟气调质技术

烟气调质能有效地降低粉尘比电阻，提高电除尘器对高比电阻粉尘的除尘效率。在燃煤稳定、比电阻较高，且经过理论分析和实际实验验证有效后，应用效果较好。但是它的应用仍有一定的局限性，不是所有的工况都适合使用，易受烟气条件和粉尘性质的影响和制约；且投资较高、系统结构较复杂，运行不正常时，可能腐蚀设备，且会带来一定量的二次污染。

（三）移动电极技术

转动极板电除尘器的工作原理与传统电除尘器一样，仍然是依靠静电力来收集粉尘，属于电除尘技术的一种。该技术能提高电除尘器的效率，降低排放浓度。但是缺点仍然是煤种适应性差，较好的效果也就相当于增加了一个电场的作用，不能从根本上解决电除尘器在微细粉尘收集上的局限性；而移动电极的传动链条在一定时间（约4—7年）内因机械运动变形和磨损，使得其必须更换，造成运行维护成本增高。该技术在国内已经有300MW机组的工程应用实例，在600MW以上机组上还没有工程应用实例。

（四）机电多复式双区电除尘技术

对于高比电阻粉尘，收尘板上粉尘层会发生反电晕现象，即粉尘层的表面会产生放电，导致粉尘二次返流。对于高比电阻粉尘，双区电除尘器能明显改善其除尘效率。对双区电除尘器的设计，还要考虑到荷电和捕集需交替进行，互为补充、加强，所以应用的双区电除尘器一般都为复式结构。随着环保要求的不断提高，在电除尘器的后电场采用双区电除尘器结构来捕集微细粉尘、高比电阻粉尘或高飞灰可燃物粉尘取得了一定的业绩，但大型机组采用该技术的业绩并不太多。

（五）其它提效技术

1.新增一个常规电场

要提高电除尘器的效率，必须增加收尘极板的面积以增大比集尘面积。新增一个常规电场能大幅提高阳极板面积，提高比集尘面积，有效提高除尘器除尘效率。但由于该技术占地较大，在现有机组除尘改造中常受到占地的限制。本工程用地条件有限，无法再增加一个常规电场，建议不采用该技术。

2.掏空原除尘内部进行扩容

其目的是通过增大收尘面积，改善极配型式并解决断线问题；提高工作电压和工作电流，加强振打清灰能力；消除设备运行故障，提高电气控制水平等措施来提高除尘器的除尘效率，降低出口烟尘浓度，但受限于原有电除尘器的设计容量，在原有基础上进行扩容提效的空间也有限，难以达到超低排放的新要求。

3.低低温电除尘技术

低低温电除尘器工艺的核心是在电除尘器之前布置一套MGGH（热媒体烟气加热器），由于GGH进行热交换，电除尘器运行温度降低到90℃左右，低于以前的130℃—150℃，使粉尘的比电阻和烟气量降低，电除尘效率得到提高。但是该技术需对空预器后面的烟风系统进行全面改造调整，工程量大；而除尘器内的防结露问题、清灰问题以及二次扬尘（低温下易二次飞扬）等问题都有待解决。

以上电除尘提效技术只能有限改善大型燃煤机组的除尘效率，但随着国家对燃煤机组烟尘排放标准的进一步提高，现有的这些提效技术就难以满足新国标的要求，特别是针对本电厂区域要控制烟尘的排放达到5mg/m3以下，采有以上措施就不能满足要求了，为此，需进一步研究更有效的新技术来满足日渐严格的烟尘排放标准了。

二、除尘新技术研究

（一）布袋除尘技术

布袋除尘器是一种干式过滤装置，工作原理比较简单，即利用过滤原理，用纤维编物制作的袋式过滤单元来捕集含尘烟气中的粉尘。

布袋除尘器的最大优点是：除尘效率不受烟气成份、含尘浓度、颗粒分散度及粉尘比电阻等粉尘性质的影响，对微细粉尘捕集率一般可达99.9%以上，烟尘排放浓度低且稳定，可达到<30mg/m3甚至更小。特别是用于收集高比电阻粉尘及微细粉尘这种对于电除尘器来说最困难的粉尘时，具有很强的优势，虽然布袋除尘技术不是新技术，但随着科技进步，除尘布袋的制造技术的进步，布袋除尘技术也取得了相当的应用业绩。布袋除尘器与电除尘器相比存在设备阻力大，维护费用高，对烟气温度、烟气成分较敏感，旧滤袋無法达到资源化利用等缺点。

（二）電袋复合除尘技术

电袋复合除尘器结合了静电除尘器和袋式除器的优点，烟气先经过静电除尘器的电场，静电除尘器除去约80%的烟尘和粗颗粒的烟尘，静电除尘器极板上收集的烟尘经振打后落入其下部灰斗中排出；余下约20%的细颗粒烟尘则被布袋单元捕获。

这种技术充分发挥了静电除尘器的作用，除去了大部分的粗颗粒的烟尘，减轻了粗颗粒烟尘对布袋除尘器的磨损，延长了布袋除尘器的使用寿命，同时布袋除尘器发挥其捕获细小烟尘的长处，两者结合使用，提高了除尘器的整体除尘效率。

（三）脱硫吸收塔后加装湿式电除尘器

湿式静电除尘器的主要工作原理为：将水雾喷向放电极和电晕区，水雾在芒刺电极形成的强大的电晕场内荷电后分裂进一步雾化，电场力、荷电水雾的碰撞拦截、吸附凝并，共同对粉尘粒子起捕集作用，最终粉尘粒子在电场力的驱动下到达集尘极而被捕集。水在集尘极上形成连续的水膜，将捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出。

三、优化方案比选

综合上述各方案的优缺点，初步确定适合本项目的三种技术方案，为选择合适的静电除尘器改造方案、降低改造成本、减少投资和运行维护费用，需要从技术性能特点和经济性两个方面对这三种方案进行对比分析，具体的技术对比见表1。

通过以上对比，采用电袋复合除尘器改造方案最为适合。但要控制烟尘的排放达到5mg/m3以下，还需对电袋复合除尘器进行优化设计，采用超净电袋复合除尘技术来满足烟尘的超低排放要求。

根据电袋复合除尘器的理论研究及大量工程实践总结得知，影响其排放性能的重要因素有：电区与袋区的耦合匹配、气流分布均匀性、滤料过滤精度、滤袋区入口烟尘浓度、过滤风速、电场区细颗粒荷电和电凝并程度、设备内部烟尘泄漏程度以及设备制造和安装质量等。超净电袋复合除尘技术汇集各种成功经验，通过合理优化选型，实现电区与袋区最佳匹配，改善气流分布均匀性来提高除尘效率，采用高精过滤材料，提高过滤精度来满足烟尘的超净排放。

四、超净电袋复合除尘器改造效果

该电厂改造前除尘器出口烟尘浓度在60—80mg/m3，烟囱出口烟尘排放浓度也大幅超过新标准的排放限值。采用超净电袋复合除尘技术方案进行设备改造，超净电袋复合除尘器前区布置两个分区的电除尘器，后区布置超净布袋除尘器，电除尘器的所有振打装置改造为顶部安装的电磁锤振打装置，结合除尘和振打的控制优化，改造取得了预期结果。超净电袋复合除尘器改造后于2015年2月成功投运。2015年4月，经第三方检测，除尘器出口烟尘质量浓度为3.70mg/m3（标态、干基、6%02），烟囱入口烟尘质量浓度为2.66mg/m3（标态、干基、6%02），提效显著，实现了小于5mg/m3的超低排放。

五、结语

通过对各种改造方案进行研究、比选后，采用超净电袋复合除尘器提效改造实现超低排放，改造后达到了设计要求。该改造方案可以简化设备，大大节省设备投资、减少占地、降低运行维护费等。因此，采用超净电袋复合除尘技术是满足当前超低排放政策的有效措施。