燃煤电厂除尘系统超低排放改造

(1.江苏国信扬州发电有限责任公司，扬州 225131；2.扬州职业大学电子工程学院，扬州 225131)

0 引 言

某公司#1锅炉配套浙江菲达环保科技股份有限公司制造的2FFA4×45M-4×72-145(2F18-4)型双室四电场静电除尘器。设计除尘器保证效率为99.7%。#1炉电除尘自投产以来，已运行十几年，设备趋于老化，效率降低。该公司在2012年对#1炉电除尘进行了高频电源改造，改造后#1电除尘器出口烟尘排放浓度在50 mg/Nm3左右。

为进一步加强大气污染防治工作，2014年8月，江苏省经信委和环保厅颁发《关于推进燃煤发电机组大气污染物超低排放示范工程的通知(苏经信电力[2014]541号)》，通知要求“燃煤发电机组通过深度治理改造，机组污染物达到燃气轮机组排放限值标准，即烟尘排放浓度不大于5 mg/Nm3……”。在此情况下，该公司于2014年对#1炉进行烟气污染物超低排放技术改造，将烟囱出口烟尘排放浓度稳定控制在5 mg/m3以内。

1 除尘提效主要工艺路线

为使烟囱出口的粉尘排放浓度达到小于5 mg/m3的超低排放标准，该公司根据国内电厂除尘提效改造的业绩及公司实际情况，对加装五电场技术、移动极板电除尘技术、电袋复合技术、低低温电除尘技术和湿式电除尘技术五个改造方案进行了对比。现对各技术做简要说明。

1.1 加装五电场

增加电场个数的目的即为增加比集尘面积。根据电除尘器效率计算多依奇公式，在烟气量一定的条件下，增加电除尘器集尘极板面积，可以提高比集尘面积，从而提高除尘效率。五电场电除尘器除尘效率可提高到≥99.88%，当电除尘器入口烟尘浓度为20 g/Nm3时，电除尘器出口烟尘浓度≤24 mg/Nm3。经过湿法脱硫装置，按40-50%除尘效率，则FGD出口烟尘浓度可以达到国家标准规定≤20 mg/Nm3排放要求，但不能满足超低排放标准的要求。

1.2 移动极板电除尘

移动极板电除尘器的除尘原理与常规电除尘器完全相同，只是两者的清灰方式不同。移动极板电场由可移动的收尘极板、固定放电极、旋转清灰刷共同组成。常规电除尘器采用振打、声波等方式来达到清灰的目的，而移动极板电除尘器是将阳极-收尘极部分采用回转的阳极板，再利用安装在灰斗中(非电场区域)的旋转刷子刷掉被捕集的粉尘。其工作原理见图1。根据将一个常规电场改为移动极板后的实际运行经验，一个移动极板电场除尘效率相当于2个常规电场，因此第四电场改为移动极板后，总集尘面积相当于增加一个第五常规电场。由于附着于回转阳极板上的粉尘在尚未达到形成反电晕的厚度时，就被布置在非电场区的旋转清灰刷彻底清除，因此不会产生反电晕现象，最大限度地减少了二次扬尘，且增加粉尘驱进速度，大幅提高了电除尘器的除尘效率，降低粉尘排放浓度。同时这一清灰方式降低了对煤种变化的敏感性，且有利于微细颗粒和重金属颗粒的脱除，因此应用范围比常规电除尘器更广。

图1 旋转电极电除尘器工作原理图

1.3 电袋复合除尘

电袋复合除尘器是电除尘和袋式除尘有机结合的一种新型高效除尘器。它通过前级电场捕集80%左右的粗粉尘，后级滤袋过滤区捕集少量的残余粉尘。同时通过前级电场区产生的荷电粉尘可有效改善沉积在滤袋表面粉尘层的过滤特性，更易于在滤袋处形成均匀的饼层，使滤袋的透气性能、清灰性能得到大幅改善，从而达到低阻高效收尘的效果。此技术结合了电除尘和滤袋除尘的两种除尘特点，它的除尘效率不受煤种、飞灰特性的影响，有助于捕集PM2.5，满足排放浓度≤20 mg/Nm3或更高的要求。与纯布袋除尘器相比，该技术运行阻力较低，只有500～800 Pa。滤袋设置在电除尘后，运行负荷低，清灰周期长，有助于延长滤袋寿命。但采用袋式除尘会增大风烟系统阻力，引风机出力及电耗均明显上升。

1.4 低低温电除尘

低低温电除尘器是通过在电除尘前烟道设立热交换器，使烟气温度降至85～90℃(需低于烟气酸露点温度)，使烟气中的大部分SO3在经过热交换器后结露，且被粉尘中的碱性物质立即吸收、中和，烟气粉尘的比电阻大大降低，飞灰特性得到很大改善，从而实现余热利用和提高除尘效率的双重目的。因电除尘器前烟气含尘浓度很高，粉尘总表面积很大，这为硫酸雾的凝结附着提供了良好的条件。当粉尘浓度与H2SO4雾浓度之比(灰硫比D/S)大于100时，烟气中的SO3去除率可达到95%以上，可大幅减少SO3排放。实际应用表明，对热交换器下游的设备基本没有腐蚀作用；但该技术对燃煤的含硫量比较敏感，煤种变化对其影响大，且由于飞灰附着力降低，二次扬尘可能增加。

1.5 湿式电除尘

湿式电除尘器的工作原理是：金属放电线在直流高电压的作用下，将其周围气体电离，粉尘在电场中荷电并在电场力的作用下向集尘极运动，当运动到集尘极表面时，随液体膜流下而被除去。因此，湿式电除尘器运行的三个阶段与干式电除尘器相同：荷电、收集和清灰。然而，与振打清灰不同的是，湿式电除尘器采用的是液体冲洗集尘极表面来进行清灰，同时粉尘形成泥浆而排出去。该技术收尘与粉尘特性无关，不受比电阻影响，对黏性大或高比电阻粉尘也能有效收集，可有效收集微细颗粒物、重金属、有机污染物等，烟尘排放可达10 mg/m3甚至5 mg/m3以下。适用于处理高温、高湿的烟气，可有效去除SO3酸雾，有利于缓解烟道、烟囱腐蚀，但在高粉尘或高SOX浓度的烟气条件下，不宜采用。

2 工艺方案比较

各除尘方案的技术性能对比详见表1。

表1 除尘方案技术性能对比表

3 改造方案

根据以上分析，增加五电场、低低温电除尘等单项改造均可使烟尘排放浓度降低，但无法达到小于5 mg/Nm3的超低排放要求，且不能解决PM2.5及石膏雨问题。移动极板电除尘器、电袋复合除尘器运行安全可靠性较差。湿式电除尘技术虽然可以使烟囱出口烟尘排放浓度长期稳定超低排放，但由于该公司#1炉改造前静电除尘器出口烟尘浓度为50 mg/Nm3，脱硫出口雾滴浓度约40 mg/Nm3，鉴于单电场湿式静电除尘器除尘效率约为70～80%，要使湿式除尘器出口烟尘浓度达到5 mg/Nm3(含石膏)，需设置双电场湿式静电除尘器。由于造价和现场位置的限制，本项目不能设置双电场湿式静电除尘器，因此需首先对干式除尘器及脱硫系统进行改造，提高干式除尘器除尘效率，保证湿式电除尘器进口烟尘浓度<20 mg/Nm3(含石膏)。

该公司在保证安全运行、检修方便的前提下，本着高效、绿色、环保的理念，结合现场实际情况，采用加装低低温省煤器、电除尘加装五电场、加装湿式电除尘器三个技术同步实施的方案，对#1炉进行粉尘超低排放改造，将烟囱出口烟尘排放浓度稳定控制在5 mg/Nm3以内。具体改造方案如下。

充分利用原电除尘器入口喇叭前水平烟道布置的空间，在每个入口喇叭前水平烟道支架上加装低低温省煤器，单台炉安装4台低低温省煤器，同时对原电除尘器前烟道支架进行加固。增设低低温省煤器后，考虑到后续设备的防腐问题，在改造期间需按大修标准项目对电除尘阴阳极系统、振打系统等进行检查检修，并更换一、二电场阳极板，二电场阴极线。

#1、#2炉进行联合风机改造后，电除尘尾部空间长度超过10米，因此可以在第四电场尾部和引风机基础之间增加长度为4.5米的第五电场。新增电场，高度和宽度尺寸、内部结构布置与前四个电场的完全一致，振打方式仍采用侧部重锤回转振打。五电场的灰斗下单独增加一套气力输灰系统。

根据现场场地条件，湿式除尘器高位卧式布置，布置在脱硫塔与烟囱之间(原GGH处)。极板采用316L不锈钢、极线采用2205双相钢、烟气流向侧进侧出；单台炉湿式电除尘器配备4个供电分区；雾化和冲洗喷嘴选择不易腐蚀磨损的材料，采用日立防堵技术。

4 改造效果

4.1 加装低低温省煤器

改造后，#1锅炉低低温省煤器系统运行稳定，所有系统、设备的联锁保护全部投入，热控测点、仪表及联锁自动均按要求投入，换热器模块未发生腐蚀泄漏现象。低低温省煤器系统投运后#1锅炉的煤耗降低，减少了污染物的产生。结合#1锅炉电除尘改造后性能试验，低低温省煤器系统投用后，电除尘出口烟尘浓度有明显下降。在机组额定负荷工况下，各参数测定见表2。

表2 低低温省煤器投运后节能情况

4.2 加装第五电场

#1机组电除尘器和低低温省煤器性能测试结果表明，经过加装第五电场改造后，满负荷下电除尘的除尘效率都满足保证效率≥99.88%的设计要求；烟尘排放浓度在15.8～20.6 mg/Nm3之间，满足出口烟尘浓度≯30 mg/N m3的设计要求，电除尘器出口烟尘排放从50 mg/Nm3左右降低至30 mg/Nm3以下；除尘器漏本体风率均满足设计值≤2%的要求；新增电场电耗满足不超过原电除器总电耗1/4的设计要求。

4.3 加装湿式电除尘器

改造后#1机组湿式电除尘器性能试验表明，湿电除尘效率满足≥75%的设计要求；在#1锅炉湿式电除尘器入口粉尘浓度小于20 mg/Nm3时，出口烟尘浓度满足≯5mg/Nm3的设计要求。

在满负荷，低低温省煤器、五电场电除尘、湿式电除尘、五台脱硫浆液循环泵全部投运的工况下，湿式电除尘器的入口烟尘浓度为14.71 mg/Nm3，出口烟尘浓度为3.83 mg/Nm3，除尘效率73.96%，SO3去除效率71.02%，雾滴去除率50.03%，PM2.5去除率76.56%，汞去除率54.69%，基本满足设计要求。

5 结束语

综上所述，增设低低温省煤器、增加第五电场、在脱硫吸收塔出口增加湿式电除尘器，这一组合方案以较少的改造工程量，确保#1机组烟尘排放低于5 mg/Nm3，达到烟尘超低排放的目标；还可同时解决PM2.5、SO3酸雾、逃逸的石膏雾粒、超微米颗粒物、气溶胶以及重金属等环境污染问题，具有一定前瞻性。实现节能、环保的双重目的，具有较高的社会效益和环保效益。