新标准下我国燃煤电站烟气除尘技术发展趋势

（中国环境保护产业协会电除尘委员会，北京 100037）

新标准下我国燃煤电站烟气除尘技术发展趋势

（中国环境保护产业协会电除尘委员会，北京 100037）

燃煤电站是我国主要的烟尘排放源，本文在调查了我国燃煤电站烟气除尘技术现状的基础上，介绍了适应新标准以及我国国情的各种新技术，根据各种新技术的特点，结合我国烟气除尘装备的市场规模，分析了新标准下我国燃煤电站烟气除尘技术的应用前景及发展趋势。

除尘技术;除尘设备;燃煤电站;市场规模;发展趋势

1 前言

燃煤电站是我国大气污染的主要来源之一。截至2011年年底，我国燃煤电站装机容量已达到7.656亿kW，成为耗煤第一大户，而同期我国人均装机容量约为0.78kW，低于发达国家人均装机容量1kW的水平。在人均用电量方面，2010年我国人均用电量3126kW·h，相当于美国1956年、韩国1993年的水平[1、2]。随着国民经济的进一步发展和人民生活水平的不断提高，对能源的需求将日益增长。由于以煤炭为主的能源供应格局在中国未来中长期内将不会发生根本性改变，因此 “十二五”期间燃煤电站的装机规模将会保持高速增长的态势。据预测，2015年电力装机容量可能达到14.7亿kW，2020年可能达到18.4亿kW，2030年可能达到24.7亿kW[1]。伴随机组装机容量的快速增长，环境保护的形势将更趋严峻。也基于此，国家在短短的几年时间内，制定了更加严格的粉尘排放标准，新的国家标准《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）规定，一般地区烟尘排放浓度限值为30mg/m3，重点地区为20mg/m3。我国燃煤电站现有烟气除尘技术中，电除尘器长期占据着主流地位。随着环保要求的提高，布袋除尘器及后续开发的电-袋复合除尘器也相继在燃煤电站得到应用。新标准下燃煤电站各种烟气除尘技术的适应性及相关技术的发展趋势已成为行业内关注和研究的焦点问题。

2 电除尘器的应用情况及适应性

2.1 电除尘器的应用情况

目前我国火电厂除尘设备90%以上采用的是电除尘器。电除尘器的生产厂家及其广大用户已在其设计、制造、安装及运行上积累了丰富的经验，技术水平已接近国际先进水平，能满足各种容量火电机组的需要。电除尘器最大的优点是设备阻力低、处理烟气量大、除尘效率高、运行费用低、维护工作量少、使用温度范围广。

我国的新排放标准与发达国家的粉尘排放标准相当，因此其电除尘器应用情况对我国具有一定的借鉴意义。在国外，美国烟尘排放限值为20mg/m3，电除尘器应用比例约80%；德国的烟尘排放限值为30mg/m3，电除尘器使用比例在85%以上，近年来为适用于低硫煤，电除尘器的比集尘面积为120～150m2/（m3/s），烟尘实际排放为10～20mg/m3。日本烟尘排放的地方标准限值为20mg/m3，几乎全部采用的是电除尘器。部分电除尘器采用低低温电除尘技术或旋转电极式电除尘技术，成功实现了在较少电场数量和较低比集尘面积的前提下满足低粉尘排放[3]。

2.2 新烟尘排放标准下电除尘器的适应性

中国环境保护产业协会电除尘委员会曾组织我国电除尘领域的多位专家，就电除尘器对我国煤种的适应性情况进行了分析。其分析结论表明，对燃煤电站而言，电除尘器出口烟尘浓度限值为50mg/m3时，我国约有86%的煤种适用电除尘器；电除尘器出口烟尘浓度限值为30mg/m3时，我国约有74%的煤种适用电除尘器，电除尘器出口烟尘浓度限值为20mg/m3时，我国约有53%的煤种适用电除尘器。

在上述理论分析的基础上，中国环境保护产业协会电除尘委员会曾对2002年1月—2010年4月所测试的国内175套600MW以上机组配套电除尘器测试结果进行了统计，实测电除尘器的烟尘排放浓度全部达到设计要求。在电除尘器电场数量基本上为4个、比集尘面积为80～110m2/（m3/s）这一较少电场数量及较低比集尘面积前提下，电除尘器出口烟尘浓度≤50mg/m3的为83套，占测试项目总数的47.4%；出口烟尘浓度≤30mg/m3的22套，占测试项目总数的12.6%；出口烟尘浓度≤20mg/m3的7套，占测试项目总数的4%[3]。

从电除尘器对我国煤种适应性分析及实测结果来看，常规电除尘器对于国内大部分常用煤种仍具有广泛的适应性，可以在具备较佳技术经济性的前提下满足≤30mg/m3甚至更严的粉尘排放标准。但同时必须看到，由于我国电厂的燃煤品质变化很大，而收尘设备必须满足使用最难收尘煤种时的排放要求，因此现在许多电厂迫切需要新的烟气除尘技术来应对当今日益严格的排放标准和复杂的燃煤品质。

3 燃煤电站各种除尘新技术及其特点

近年来，为适应国内燃煤电站烟气除尘市场需要，国内外众多企业和科研院所加大了对燃煤电站除尘新技术的研究和开发力度，取得了较为丰硕的成果，随着许多除尘新技术的不断成功应用，不但扩大了原有除尘技术的适应范围，而且为实现低排放和节能降耗开辟了许多新的路径。

3.1 低温电除尘技术

3.1.1 工作原理

低温电除尘器的除尘原理与常规电除尘器相同，区别于常规电除尘器的是，低温电除尘器是通过低温省煤器（主要采用汽机冷凝水与热烟气通过换热器进行热交换，使得汽机冷凝水得到额外的热量，以减小汽机冷凝水回路系统中低压加热器的抽汽量），使进入电除尘器的烟气温度由常规状态（120℃～160℃）下降到低温状态（90℃～110℃，一般控制在酸露点以上10℃），由于排烟温度的降低，进入电除尘器的烟气量减少、烟气流速降低，粉尘比电阻降低。从而实现余热利用和提高除尘效率的双重目的。

3.1.2 技术及应用特点

（1）可提高电除尘器的除尘效率。降低粉尘比电阻，减小烟气量，进一步提高电除尘器的除尘效率。可与高频电源、旋转电极式电除尘器等多项技术组合。

（2）可节省煤耗及厂用电消耗。视降温幅度大小，平均可节省电煤消耗1.5～4g/kW·h，排烟温度每降低10℃，平均可节约电煤约1g/kW·h，一般3～5年可回收投资成本。

（3）每级低温省煤器的烟气压力损失为300～500Pa。

（4）可灵活布置，低温省煤器可组合在电除尘器进口封头内，也可独立布置在电除尘器的前置烟道上。

3.2 旋转电极式电除尘技术

3.2.1 工作原理

旋转电极式电除尘器收尘机理与常规电除尘器相同，由前级固定电极电场（常规电场）和后级旋转电极电场组成。旋转电极电场中阳极部分采用回转的阳极板和旋转的清灰刷。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并可最大限度地减少二次扬尘，增加粉尘驱进速度，大幅提高电除尘器的除尘效率，降低排放浓度，同时降低对煤种变化的敏感性。

3.2.2 技术及应用特点

（1）保持阳极板永久清洁，避免反电晕，有效解决高比电阻粉尘收尘难的问题。

（2）最大限度减少二次扬尘，显著降低电除尘器出口烟尘浓度。

（3）减少煤、飞灰成分对除尘性能影响的敏感性，增加电除尘器对不同煤种的适应性，特别是高比电阻粉尘、黏性粉尘，应用范围比常规电除尘器更广。

（4）可使电除尘器小型化，占地少。

（5）特别适合于老机组电除尘器改造，在很多场合，只需将末电场改成旋转电极电场，不需另占场地。

（6）与布袋除尘器相比，阻力损失小，维护费用低，对烟气温度和烟气性质不敏感，并且有着较好的性价比。

（7）在保证相同性能的前提下，与常规电除尘器相比，一次投资费用略高、运行费用较低、维护成本几乎相同。从整个生命周期看，旋转电极式电除尘技术器具有较好的经济性。

（8）对设备的制造、安装工艺要求较高。

鉴于旋转电极式电除尘器的上述技术特点，旋转电极电场（同极间距460mm）的驱进速度可达常规末电场（同极间距400mm）的2～2.5倍，最高可达3倍，末电场除尘效率可以由常规电场的50%～70%提高到70%～90%。因此，1个旋转电极电场的使用效果相当于2个常规电场的使用效果。

3.3 烟尘预荷电微颗粒收集技术

3.3.1 工作原理

烟尘预荷电微颗粒收集技术，在含尘气体进入除尘器前，先对其进行分列荷电处理，使相邻两列的烟尘分别带上正、负不同极性的电荷，然后，通过扰流装置的扰流作用，使带异性电荷的不同粒径粉尘产生速度或方向差异而有效凝聚，形成大颗粒后进入除尘设备。

3.3.2 技术及应用特点

（1）减少烟尘总质量排放，有效提高电除尘器除尘效率。

（2）显著减少PM2.5的排放，改善大气能见度，提高空气质量。

（3）减少汞、砷等有毒元素的排放。

（4）压力损失小于250Pa。

3.4 高频高压电源技术

3.4.1 工作原理

电源作为电除尘器的核心设备，对电除尘的除尘效率、运行能耗等关键性能起着关键性作用，约占设备总投资的25%。高频电源是把三相工频电源经三相整流成直流，经逆变电路逆变成几十千赫兹以上的高频交流电流，然后通过高频变压器升压，经高频整流器进行整流滤波，直流输出至电场。

高频电源主要包括三个部分：逆变器、变压器、控制器。

高频电源的供电电流由一系列窄脉冲构成，其脉冲幅度、宽度及频率均可以调整。这就意味着可以给电除尘器提供从纯直流到窄脉冲的各种电压波形，因而可以根据电除尘器的工况，提供最佳电压波形，达到节能减排的效果。

3.4.2 技术及应用特点

（1）与工频电源相比，高频电源可增大电场电晕功率，提高电场内粉尘的荷电效果，可以在临近电除尘器的击穿电压下稳定工作，使电场内的平均电压比工频电源供给的电压提高25%～30%。高频电源一般可应用于电除尘器的前电场，烟尘排放降低10%～20%。

（2）高频电源工作在脉冲方式时，其脉冲宽度在几百微秒到几毫秒之间，在较窄的高压脉冲作用下，可以有效提高脉冲峰值电压，增加粉尘荷电量，克服反电晕，增加粉尘驱进速度，提高电除尘器的除尘效率并大幅度节能。

（3）高频电源功率因数达0.9以上，高于常规工频电源。与常规工频电源相比，高频电源无功损耗相对较小。

（4）控制方式灵活，高频电源可在几十微秒内关断输出，使火花熄灭，5～15ms左右恢复全功率供电。

（5）体积小，重量轻，控制柜和变压器一体化，可降低电缆费用。由于不再设置独立的高压控制柜，可减少控制室基建费用。

3.5 湿式电除尘技术

3.5.1 工作原理

金属放电线在直流高电压的作用下，将其周围气体电离，使粉尘或雾滴粒子表面荷电，荷电粒子在电场力的作用下向收尘极运动，并沉积在收尘极上，水流从集尘板顶端流下，在集尘板上形成一层均匀稳定的水膜，将板上的颗粒带走。因此，湿式电除尘器与常规电除尘器的除尘原理相同，都要经历荷电、收集和清灰三个阶段。然而，与常规电除尘器清灰不同的是，湿式电除尘器采用液体冲刷集尘极表面来进行清灰。

3.5.2 技术及应用特点

（1）有效收集微细颗粒物（PM2.5粉尘及SO3气溶胶）、重金属（汞Hg、砷As、硒Se、铅Pb、铬Cr）等。烟尘排放可达10mg/m3甚至5mg/m3以下。

（2）收尘性能与粉尘特性无关，对黏性大或高比电阻粉尘也能有效收集，同时也适用于处理高温、高湿的烟气。

（3）没有如锤击设备等的运动部件，可靠性较高。

（4）进入WESP电场的烟气温度需降低到饱和温度以下。

（5）在高粉尘或高SOx浓度的烟气条件下，不宜采用。

（6）需要设置废水处理设备及采用很好的防腐措施。

3.6 电-袋复合除尘技术

3.6.1 工作原理

电-袋复合除尘器，是一种有机集成静电除尘和过滤除尘两种除尘机理的除尘器。前面的收尘室为电除尘方式，后面为袋除尘方式，可以保证最大的除尘效率，用于老电除尘器改造时有其独特的优点。

3.6.2 技术及应用特点

（1）除尘效率高，对粉尘特性不敏感，不受粉尘比电阻的影响，但对烟气温度、烟气成分较敏感。

（2）需要管理两套除尘系统。

（3）本体阻力低于袋式除尘器但远高于电除尘器，运行费用较高。

（4）滤袋的使用寿命及换袋成本仍是电-袋复合除尘器的一个重要问题。目前旧滤袋的资源化利用率较小。

3.7 除尘新技术的综合性比较

上述各除尘新技术的综合性比较如下表所示。

除尘新技术的综合性比较表

由于每种新技术都有其特定的使用条件和增效范围，因此具体采用何种技术可根据电厂的现有除尘设施情况、场地条件及排放要求来确定。

4 新标准下燃煤电站烟气除尘技术的应用前景及发展趋势

4.1 烟气除尘装备的市场规模分析

截至2011年年底，全国600MW及以上的火电机组占火电总装机比重已达到76.78%，即600MW及以上的火电机组总装机量达到了5.878亿kW，300MW以下的火电机组总装机量为1.778亿kW。据统计，2011年年底全国现役100万kW超超临界火电机组达40台，现役60万kW级机组共计913台，其他机组可估算为30万kW级的机组为593台。

《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）的实施，预计燃煤电站约75%的300MW以下机组、50%的600MW机组及20%的1000MW超超临界机组的除尘设备将需要提效改造。目前国内对老机组的改造方法包括本体改造、旋转电极式电除尘改造、电源更换、烟气调质和电袋改造等。按目前市场燃煤机组除尘设备的改造费用，保守估计，以300MW机组、600MW机组和1000MW机组除尘设备的平均改造费用分别约为1500万元、2200万元、3000万元计，则近4年间每年的老机组改造市场规模约为43亿元。

根据中电联的《电力行业“十二五”规划》，到2015年我国火电装机容量将达9.33亿kW，则今后4年期间，我国火电装机容量增长量为1.674亿kW，折算成600MW机组约为280台，即每年有70台套的新建火电机组，按现有除尘设备在市场上的平均价格估算，则年均新建机组配套除尘设备的市场规模大约为30亿元[4]。

根据以上的分析，近期国内每年的除尘市场规模（改造及新建项目市场规模之和）估算为73亿元左右。根据近期电厂的招投标情况来看，老机组改造中按电除尘器和电-袋除复合尘器市场份额约为60%和30%，新建机组中按电除尘器和电-袋复合除尘器市场份额分别约为80%和15%。在电除尘器中，旋转极板式电除尘器又约占25%的市场份额。据此估算，我国燃煤电站电除尘器年均市场规模约为49.8亿元，电-袋复合除尘器的年均市场规模约为17.4亿元，旋转极板式电除尘器的年均市场规模约为12亿元。

另外，我国是全球最大的电除尘器生产国和使用国，电除尘器在国际市场上也具有较强的市场竞争力。近几年随着印度、越南、土耳其、巴西等新兴工业国家电力建设的大发展，电除尘器、电-袋复合除尘器的出口发展势头迅猛。据统计，2011年，我国电除尘行业出口额超过25亿元，未来几年，我国除尘设备在国外市场的年均市场规模预计为30亿～50亿元。

4.2 烟气除尘技术的市场发展趋势

目前，浙江菲达、福建龙净等一批燃煤电站除尘行业骨干企业，致力于推广如旋转电极式电除尘器、高频电源、烟尘预荷电微颗粒收集装置、低温电除尘器、湿式电除尘器等高效除尘新技术。上述新技术中应用较多的为旋转电极式电除尘器、高频电源及电-袋复合除尘器：1）旋转电极式电除尘器和高频电源现已拥有电力部门较多的应用业绩，并显示出高效的除尘效果，我国电除尘行业对这些新技术也给予了极大的关注；2）电-袋复合除尘器因对粉尘特性不敏感，不受粉尘比电阻的影响而具较高的除尘效率，近几年在我国得到了快速的发展。

根据上述各项新技术的特点，结合我国国情，可以预见，今后我国燃煤电站的各项除尘技术中，以旋转电极式电除尘技术为核心的电除尘技术和以电-袋复合除尘技术为核心的袋式除尘技术将得到更多、更为广泛的应用。另外，随着节能减排及在微细颗粒物控制方面认识和实践的不断深入，高频电源、烟尘预荷电微颗粒收集装置等与现有除尘设备的集成技术也将不断得到应用。

[1] 中国环境保护产业协会电除尘委员会.我国电除尘行业2011年发展综述[J].中国环保产业，2012，（7）： 1-7.

[2] 郦建国，刘云. 中国煤种成分对电除尘器性能影响分析及电除尘器适应性评价[J].科技导报，2010，28（7）：104-107.

[3] 中国环境保护产业协会电除尘委员会. 燃煤电站电除尘器选型设计指导书[Z].2010，4.

[4] 中国电力联合会. 电力行业“十二五”规划[Z]. 2011.

China Development Report on Pollution Control Industry of Motor Vehicle in 2011

(Electrical Precipitation Committee of CAEPI, Beijing 100037, China)

X701

A

1006-5377（2012）09-0038-05