燃煤电厂烟气除尘技术介绍

啜广毅，王力腾，沈继平

（中国大唐集团科技工程有限公司，北京 100097）

1 燃煤电厂锅炉烟气除尘技术应用现状

20世纪80、90年代，我国燃煤电厂的锅炉烟气除尘项目，大多采用静电除尘技术，对满足当时的排放要求起了重要作用。进入21世纪后，国家加大了对大气污染治理的力度，严格了排放标准，烟尘排放浓度要求低于50mg/Nm3。由于燃煤电厂原来采用的三电场电除尘器无法达到环保标准的要求，许多燃煤电厂开始采用四电场除尘器，有的甚至采用了五电场除尘器，但仍然难以做到达标排放。

2001年，丰泰发电厂采用了德国鲁奇旋转喷吹脉冲袋式除尘技术，应用成功后，袋式除尘器开始在燃煤电厂得到大力推广和应用。不仅新建电厂广泛采用，而且原使用电除尘器的燃煤电厂也将电除尘器逐步改造或替换为袋除尘器，实现了节能减排的要求。

尽管袋式除尘器目前已成为燃煤电厂锅炉烟气除尘可确保其达标排放的理想设备，但仍有一些电厂对应用袋除尘器不放心，希望有一种除尘器既能如袋除尘器那样达标排放，又要能如电除尘器那样安全可靠，这样，电袋组合式除尘器就应运而生了。

近年来，为了提高静电除尘器的技术性能，有关设计研究单位一直在不断研发一些新技术，如转动极板、高频电源、烟气调质、粉尘凝聚等，都在陆续开始应用，但均尚未取得满意的效果，需要进一步完善和改进。

2 袋式除尘技术

袋式除尘器具有除尘效率高、运行稳定、不受烟尘性质及工况条件波动影响的特点，因而适合燃烧不同煤种的锅炉烟气除尘。袋式除尘器出口排放浓度低，一般可实现20mg/Nm3以下甚至更严格的排放标准要求。20世纪80、90年代袋式除尘器就在建材、冶金、机械、化工等行业得到了广泛应用。通过不断引进和创新，袋式除尘技术发展很快，到20世纪末，我国的袋式除尘技术就已经达到了国际先进水平。进入21世纪，袋式除尘器开始在电力行业得到了广泛应用。目前，袋式除尘技术已成为燃煤电厂锅炉烟气除尘的主流技术。

2.1 袋式除尘器的除尘机理

2.1.1 过滤机理

袋式除尘器的过滤机理是含尘气体中粉尘的惯性碰撞、重力沉降、扩散、拦截和静电效应等作用结果（如图1所示）。

布袋过滤捕集粉尘，是利用滤料的表面过滤和内部深层过滤，滤袋投运初期就会在滤料表面形成的粉尘初层，进一步提高了滤袋的过滤效率。

图1 滤袋的过滤机理

2.1.2 清灰机理

随着除尘器的运行，滤袋表面的粉尘积聚使其阻力达到设定值时，电控系统即发出指令，清灰机构将粉尘从滤袋表面上清除下来，使除尘器保持过滤与清灰连续不断地稳定工作。实现其剥离清灰的方式很多，但都是应用滤袋抖动使粉尘剥离的机理而达到良好的清灰效果。

实现滤袋抖动清灰的动力传递方式，主要为利用压缩气体脉冲喷吹、洁净烟气反吹和机械振动等方式。目前燃煤电厂应用最多的为脉冲清灰方式（如图2所示）。

图2 滤袋的清灰机理

2.2 滤袋

滤袋是袋式除尘器能否长期安全可靠、稳定运行的关键部件，因此在选用滤袋时，要充分考虑使用条件，并根据燃煤电厂燃烧各种煤质的烟气特性，选择适合的滤料，保证滤袋具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化、耐折、耐磨、寿命长的优异性能。常用的滤料有PPS/PPS、PPS/PTFE、PPS+P84/PPS、PPS+PTFE/PTFE等，表面为超细纤维的针刺毡滤料，经烧毛、轧光和PTFE乳液浸渍处理，其综合性能完全适合燃煤电厂各种烟气特性要求。

2.3 袋式除尘器的优点

（1）过滤效率高，可达99.99%以上。排放浓度一般均在20mg/Nm3以下（这是由袋式除尘器过滤机理决定的，只要滤袋不坏、焊缝不漏气，就可以实现接近零排放）。

（2）除尘效率不受工况条件波动的影响，对PM2.5以下的微细粉尘及重金属汞的捕集率均很高，可确保其达到严格的排放标准要求。

（3）清灰效果好，运行阻力低，运行阻力在1000Pa以下。

（4）运行稳定，安全可靠。

（5）设备故障率低，检修维护简便。

（6）操作运行自动化程度高，可实现无人值守。

（7）脉冲阀性能优越，膜片寿命100万次以上。

（8）滤袋寿命长，一般为3～4年。

2.4 燃煤电厂常用的脉冲类袋式除尘器

2.4.1 旋转喷吹脉冲袋式除尘器

旋转喷吹脉冲袋式除尘器是引进德国鲁奇公司的先进技术，该除尘器已在包括我国在内的世界许多国家的大中型电厂得到了广泛应用，是一项非常成熟可靠的世界先进技术。其技术特点主要有：

（1）大型袋束机构，一个袋束的过滤面积可达4000m2以上。一个袋束的喷吹机构为一个大型脉冲阀加气包的独立结构型式。

（2）旋转喷吹臂转动轻便灵活，用手轻轻一推，即可自由转动，可方便地将滤袋、袋笼取出和装入，而且传动机构在除尘器的顶部，滤袋的安装和更换以及检修维护都很简便（如图3所示） 。

图3 旋转喷吹机构

（3）滤袋为椭圆形，在花板上呈同心圆式布置，旋转臂上设有与各圈袋孔分别对中的喷嘴，属于概率清灰，且清灰压力低，仅为0.085～0.10MPa，对滤袋的损伤程度小，因而滤袋的使用寿命长（一般在3～4年，已有6年以上的应用案例）。

（4）清灰控制有慢速、正常、快速清灰三种模式，可适应滤袋上灰尘负荷的变化，使滤袋在整个寿命期内维持较低的过滤阻力（一般为600～1000Pa），运行费用少，可保证设备运行稳定、安全可靠。

（5）脉冲喷吹清灰用的脉冲阀口径大，一般为8＂～14＂，每只脉冲阀喷吹可以多达上千条滤袋，因此大大减少了脉冲阀的数量，设备结构简单。

（6）花板与旋转喷吹装置单元化、标准化设计，制造与安装简便。

2.4.2 行喷吹脉冲袋式除尘器

行喷吹脉冲袋式除尘器是燃煤电厂锅炉烟气除尘的主流技术之一，应用广泛，由于其脉冲清灰效果好，可长期双低（低阻力、低排放）运行，真正实现节能减排的目标，是燃煤电厂广泛应用的高效环保设备之一。其主要技术结构特点有：

（1）滤袋为圆形外滤式，成行成列吊挂在花板上，袋区内外气流分布合理，滤袋负荷均匀。

（2）喷吹管喷孔与滤袋一对一对中喷吹，清灰效果好，清灰压力（为0.2～0.3MPa）可调，长期运行阻力低（800～1000Pa）（如图4、图5所示）。

图4 过滤状态 图5 清灰状态

（3）脉冲喷吹装置为模块式设计结构，花板、喷吹管、稳压气包和脉冲阀等组装成模块，整体发运到现场，既保证了设备质量，又减少了现场安装工作量。

（4）除尘、脱汞效率高，粉尘排放＜20mg/Nm3、汞排放＜0.03mg/Nm3。

（5）煤种适应性广，各种煤质烟尘均可达标排放，低阻运行。

（6）检修维护方便、可实现不停机离线检修，确保达标排放。

3 静电除尘技术

20世纪80年代，我国先后引进了瑞典FIAK公司、德国LURGI公司、美国GE和EE公司的先进技术，电除尘器在各工业部门得到了大量应用。特别是在电力行业，燃煤锅炉烟气除尘绝大多数都采用电除尘器。

3.1 电除尘器的除尘机理

电除尘器是在两个曲率半径相差较大的收尘极和放电极上，通上高压直流电，维持足以使气体电离的静电场（见图6）。

图6 气体电离和粉尘荷电示意图

在放电极（负极）上施加高压电使其电晕放电，气体产生电离，生成大量的电子和离子，并吸附在粉尘上，在电场力的作用下，带有正、负离子的粉尘分别向放电极和收尘极运动而沉积在电极上。当粉尘沉积到一定厚度时，借助于振打机构振动使粉尘落入下部灰斗。

3.2 电除尘器的的优点：

（1）除尘效率高，可达99%以上。

（2）压力损失小，一般≯250Pa。

（3）能处理高温气体，一般常规电除尘器可处理低于350℃的气体。

（4）日常运行维护费用低。

（5）对不同粒径粉尘有分类富集作用。不同粒径的粉尘，可在不同的电场内捕集下来。

3.3 电除尘器的缺点

（1）除尘效率因工况条件的变化而波动。

（2）应用范围受粉尘比电阻的限制，比电阻在104～5×1010Ω·cm时，电除尘器的捕集性能良好。如果＜104Ω·cm或＞5×1010Ω·cm时，电除尘器不仅性能低，有时甚至是不可能的。

（3）不能捕集有害气体。

（4）对制造、安装和操作水平要求较高 。（5）钢材消耗量大。

3.4 影响电除尘器性能的因素

影响电除尘器性能的因素很多，主要有：

（1）粉尘特性，主要包括粉尘的粒径分布、成分和比电阻等。

（2）烟气性质，主要包括烟气温度、成分、湿度和含尘浓度等。

（3）结构因素，包括极板、极线形式、比收尘面积、气流分布等结构参数。

上述因素都直接影响粉尘荷电、极板收尘效率，同时又会影响清灰效果，清灰不好又会影响收尘。所以，这些因素制约着电除尘器在当今严格的排放要求下的进一步应用，只有在这几个方面有技术上的突破，方能使电除尘器的除尘效率有所提高。

3.5 提高电除尘器除尘效率的新技术

3.5.1 旋转电极技术

旋转电极安装在末电场，为若干个小块极板固定在板链上的低速旋转机构。极板由原来的整体压型板改为小块极板，固定在板链上形成。下部极板两侧有一对正反旋转的螺旋刷，以清除极板两面的积灰。该项技术已在包头、兰州、合肥等电厂应用，其效果正在考核中。

（1） 旋转电极的作用是：1）极板上的粉尘直接刷在灰斗内，避免了二次飞扬，减少了粉尘排放；2）提高了高比电阻、高黏性粉尘的清灰效果，起到了提高末电场除尘效率的作用。

（2）旋转电极的应用效果：从旋转电极的结构和工作原理看，由于采用刷除式清除极板集尘，清灰效果好，同时避免了粉尘二次飞扬，对提高除尘效率毫无疑问是有一定效果的。从对几台300MW机组电除尘器末电场安装旋转电极的情况来看，运行初期效果还是明显的。从结构上看，如果在设计、制造和安装调试等环节不严加注意和把关，就难免会出现运转故障。因为结构上的故障点本来就多，因此任一环节稍有疏忽，故障率就很高，甚至会发生断链、极板掉落的严重故障。

3.5.2 新型电源的应用

我国高压供电电源技术近年来也在不断进步。供电技术水平的提高为电除尘技术的进步提供了新的动力，可有效地提高粉尘的荷电能力，使电除尘器的除尘效率有一定提高。

3.5.3 烟气调质技术

在除尘器前对烟气进行调质处理，可以降低比电阻，使烟气条件适合电除尘器的工作环境，以提高除尘效率。

烟气调质技术是通过向烟气中注入调质剂SO3，改变烟尘的一些物理化学特性，降低比电阻、黏性等，从而提高电除尘器除尘效率。目前应用较多的调质剂是SO3，也可采用氨法烟气调质，或SO3加氨法即双调法，效果会更好一些。

3.5.4 微细粉尘静电凝聚技术

静电凝聚技术是近年提出的一种利用不同极性放电使粉尘颗粒凝聚变大的技术。该技术的应用，不仅可提高除尘效率，还能减少微小颗粒的排放。该项技术待应用成功后将会逐步推广。

4 电袋组合式除尘器

电袋组合式除尘器是前级电除尘器和后面袋式除尘器组合在一起的除尘设备。这种除尘设备是在人们对袋式除尘器不太放心的情况下而采用的。经过前几年的应用，电袋组合式除尘器不可否认地起到了一定的环保作用。但众多的案例说明，电袋组合式除尘器由于存在臭氧的腐蚀、运行阻力的增高以及投资较多、占地面积大、滤袋寿命相对较短等诸多缺陷，其应用将会逐步减少，被成熟可靠的袋式除尘器以及技术上有所突破的电除尘器取代将是不可避免的。

5 三种除尘器的技术经济性比较（见下表）

三种除尘器的技术经济性能比较表

6 结论

通过对三种除尘设备的技术经济性能对比，可明显看出：

（1）袋式除尘器：可以长期稳定达标排放，技术先进成熟、安全可靠，煤种适应性强，自动控制水平高，可实现无人值守，操作维护简便，是燃煤电厂锅炉烟气除尘的优先采用技术。

（2）电除尘器：煤质稳定、特性较好时可考虑采用电除尘器，但其比收尘面积等设计参数必须满足除尘效率要求，同时还要采用烟气调质、新型电源等提高效率的新技术，但即便如此，也难以实现达标排放。

（3）电袋组合式除尘器：电袋组合除尘器在达标排放、运行阻力、滤袋寿命、投资和运行费用，以及操作维护等诸多重要方面都不如单纯的袋式除尘器好，且还存在臭氧腐蚀的风险，因此不必考虑选用电袋组合式除尘器。

[1]刘后启，林宏.电收尘器[M].北京：中国建筑工业出版社，1987.

[2]江得厚，等.燃煤电厂电-袋复合除尘器的应用及问题分析[J].中国环保产业2012（2）.

[3]柳静献.电除尘器中臭氧产生规律的实验研究[C].中国环保产业协会袋式除尘委员会，2011.