袋式除尘技术是燃煤电厂烟气达标排放的保障

袋式除尘技术是燃煤电厂烟气达标排放的保障

（中国环境保护产业协会袋式除尘委员会，北京 100037）

我国大气污染形势严峻，包括煤电在内的各工业行业都要准备应对更加严格的环保标准。通过与电除尘器进行技术经济性等多方面对比，显示袋式除尘器不仅除尘效果好，而且能在更大程度上削减微细粒子和汞的排放，综合经济指标更优。袋式除尘在煤电行业的应用已获得低排放、低阻力、低投资、低消耗、长寿命、少检修等良好效果，能够满足今后更加严格的环保标准。

袋式除尘技术；燃煤电厂；烟尘控制；可靠保障

1 前言

2013年9月国务院印发的《大气污染防治行动计划》要求“加快重点行业脱硫、脱硝、除尘改造工程建设。所有燃煤电厂……现有除尘设施要实施升级改造。”2014年2月12日，国务院总理李克强主持召开国务院常务会议，研究部署进一步加强雾霾等大气污染治理。会议认为，打好防治大气污染的攻坚战、持久战，是改善民生的当务之急，是转方式、调结构的关键举措，也是推进生态文明建设的重大任务。

2014年3月1日起施行的《北京市大气污染防治条例》规定：“大气污染防治，应当以降低大气中的细颗粒物浓度为重点，坚持从源头到末端全过程控制污染物排放，严格排放标准，实行污染物排放总量和浓度控制，加快削减排放总量。”

作为燃煤烟尘最大源头的煤电行业，面临着“现有除尘设施实施升级改造”、“加快削减排放总量”的繁重任务。

2 煤电行业要准备应对更加严格的排放标准

我国是煤炭生产和消耗的第一大国，以煤炭为主要能源的格局还将维持很长的时间。煤电行业是煤炭的最大用户。2012年底，我国煤电装机约7.6亿千瓦，煤炭消耗量约19亿吨。

毫无疑问，煤电行业是燃煤烟尘最重要的贡献者。2012年我国电力烟尘排放量约151万吨，占当年全国工业烟尘排放总量的14.67%。而且，在燃煤锅炉排放的烟尘中，绝大部分为PM10和PM2.5。这些细颗粒物是形成尘霾天气、影响城市大气质量和能见度的主要因素之一，并严重危害人体健康。

新的《火电厂大气污染物排放标准》规定火电厂烟尘排放浓度应小于30mg/Nm3，重点地区应小于20mg/Nm3。从排放限值来看，新标准已经接近欧美发达国家的水平，但从我国的现实情况来看，与控制PM2.5的能力还有一定的差距。

随着国民经济的发展，煤炭产量逐年迅速攀升。2013年我国煤炭产量36.8亿吨，为十年前的2.6倍。2011年我国煤炭消耗量占全球当年煤炭总产量的46%，大部分用于发电和作为工业民用燃料。如果忽略煤种和锅炉类型的差别，那么我国产生的燃煤烟尘也占据了世界总量的半壁江山。

我国排放了世界最多的大气污染物，但却不具有世界最大的容纳空间。世界陆地总面积为1.49亿平方公里，除去南极洲面积1400万平方公里，在有人居住的1.35亿平方公里面积中，中国国土只占7.1%。也就是说，我国在世界7.1%的陆地面积上产生46%的烟尘，而世界其余92.9%的陆地面积上仅产生54%的烟尘，如果我国的大气污染物排放限值与其他国家相同，我国每平方公里的燃煤烟尘量，将是世界其他地区平均值的11.15倍。

由于经济发展的不均衡性，在我国局部区域，大气污染物的平均数量会更高。环境保护部吴晓青副部长指出：“京津冀、长三角、珠三角三个区域，国土面积仅占我国国土面积的8%左右，却消耗全国42%的煤炭，52%的汽、柴油；生产全国55%钢铁，40%水泥；SO2、NOx和烟尘排放量均占全国的30%，单位平方公里的污染物排放量5倍于其他地区。既加剧了PM2.5的排放，更加重了霾的形成。这些地区每年出现霾的天数在100天以上，个别城市甚至超过200天”。

鉴于上述情况，在现有的排放标准下，我国实现大气环境质量全面和根本好转的目标不容乐观。何况，我国经济还将迅速发展，以煤电为例，预计到2015年，火电装机将突破10亿千瓦，2020年可达12.5亿千瓦。国家和广大民众不可能容忍大气环境长期污染，不可能容忍大气污染治理达标的愿望迟迟不能实现。所以，不能认为现有的标准就是最严格的了，制订并实施更加严格的标准势在必行，实行更加严格的监管也势在必行。包括煤电行业在内的各工业行业都需要认真准备应对更加严格的环保标准。

3 袋式除尘技术确保煤电行业烟尘技术高效控制

3.1 烟尘控制

在目前各类除尘技术中，袋式除尘可以实现最低的出口含尘浓度，可以为最严格的环保标准提供可靠的技术支撑，是包括煤电在内的各行业烟尘高效控制的可靠保障，是减少大气污染物排放的主力军。

中国环境保护产业协会袋式除尘委员会于2013年10月组织调查的10个燃煤电厂28台袋式除尘器（包括9台电袋除尘器）应用情况表明，出口烟尘浓度全部低于30mg/Nm3，其中19台低于20mg/Nm3，占总数的67.8%；6台低于10mg/Nm3，占总数的21.4%（见表1）。表2列出了其他13个电厂袋式除尘器（或电袋）的烟尘排放浓度，也全部低于30mg/Nm3。

表1 10个燃煤电厂袋式除尘器出口烟尘浓度调查

表2 其他13个燃煤电厂袋式除尘器烟尘排放浓度

在干法脱硫系统中，袋式除尘器也获得了令人满意的效果。广州HY热电厂2台1025t/h亚临界自然循环汽包煤粉锅炉，采用干法脱硫工艺，脱硫后高浓度粉尘的收集依靠长袋脉冲袋式除尘器。入口含尘浓度高达800～1000g/Nm3，而出口排放浓度≤20mg/Nm3。

3.2 脱汞效果

燃煤电厂也是我国汞排放的主要来源之一，火电厂大气污染物排放新标准规定：汞排放限值为0.03mg/m3。

烟气中的汞主要以颗粒汞和气态汞的形态出现。一般说来，滤袋表面的粉尘层具有吸附床的作用，颗粒汞容易被飞灰所吸附。因此，在滤袋表面保持一定厚度的粉尘层是必要的，不宜过度清灰。气态汞易溶于水，在半干法脱硫时喷入适量的水，使烟气降温，同时将气态汞转化为颗粒汞，再用袋式除尘器有效去除。表3所列为三个电厂测试的袋式除尘器脱汞效果。

表3 袋式除尘器的脱汞效果

表3中的WG电厂原采用电除尘器，2010年6月改为袋式除尘器，稳定运行至今。经中国环境科学研究院检测，煤中汞含量0.51mg/kg，袋式除尘器出口颗粒物浓度12.71mg/m3，汞排放浓度5.96μg/m3，袋式除尘器对总体汞的脱除率达72.55%，对颗粒汞的去除率为96.38%，对气态汞的去除率为35.22%。测试结果表明，袋式除尘器确实具有多污染物协同去除的功能。

表3中的HD发电厂2#炉，经过袋式除尘器后，气态汞的去除率较低，为13.21%，而颗粒态汞去除率很高，为97.55%，绝大部分的飞灰以及飞灰上附着的颗粒汞都被截留下来。

WG和ZJ两个电厂还进行电除尘器脱汞效果的对比测试，结果见表4。由表4可见，电除尘器总脱汞率为42%～60.46%，低于袋式除尘器56.39%～72.55%。

表4 静电除尘器脱汞性能测试结果

4 袋式除尘技术在其他行业的应用

在成功用于煤电行业之前，袋式除尘技术早已广泛用于多个行业，粉尘排放浓度普遍稳定在30mg/Nm3以下，低于采用其他除尘技术。

4.1 钢铁行业

袋式除尘技术在钢铁行业的应用份额超过95%，烟（粉）尘排放浓度低于30mg/Nm3。在炼焦、烧结、炼铁、炼钢和轧钢等生产工序，从原料、燃料准备的除尘到各种炉窑的烟气净化，几乎全部采用袋式除尘器。原来较多采用电除尘的烧结机头和机尾，近几年来也纷纷改为袋式除尘系统。

高炉煤气净化的现代技术是采用袋式除尘器，代替原湿法文氏管除尘器，净煤气含尘浓度低于5mg/Nm3，净化后的煤气进行余压发电。袋式除尘有利于减缓煤气中残余粉尘对透平机叶轮的磨损，增加发电量。

4.2 有色冶金行业

有色冶金行业的原料准备和火法冶炼的炉窑烟气处理几乎全部采用袋式除尘器。有色冶金尤其是铜、铅、锌等重金属冶炼烟气中含有危害人体健康的金属及其化合物，因而其排放限值低于一般的烟（粉）尘。有色冶金行业排放的烟尘粒径小，难以捕集，但袋式除尘系统的烟尘排放浓度普遍低于30mg/Nm3。

电解铝行业的含氟烟气净化目前全部采用袋式除尘器，为了减少Al2O3原料的损失，出口含尘浓度均低于10mg/Nm3。

4.3 水泥行业

水泥生产过程中的原材料准备和水泥成品储运，物料的破碎、烘干、粉磨、煅烧等工序已全面采用袋式除尘器。

2004年，海德堡珠江水泥有限公司5000t/d新型干法生产线的窑尾首次应用脉冲袋式除尘器，处理风量超过97万m3/h，排放浓度始终低于10mg/m3，滤袋使用寿命达到6年。此后的10年中，脉冲袋式除尘器越来越多地应用于窑头、窑尾烟气除尘，现在4000t/d以上直至l2,000t/d的水泥生产工艺线采用或改用袋式除尘器的已有很多厂家。工信部早在2010年就《关于水泥工业节能减排的指导意见》明确要求：2011～2015年现有的水泥窑电除尘器改为袋式除尘器（低压脉冲除尘器）。

4.4 垃圾焚烧处理行业

近年来，我国垃圾焚烧处理规模发展迅速，垃圾焚烧发电厂的数量和处理能力日益增加。截至2012年，我国共有垃圾焚烧处理设施138座，日焚烧处理能力12万吨，年焚烧处理垃圾4000万吨，我国的垃圾焚烧发电厂的烟气净化全部采用袋式除尘器。新修订的《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）明确烟气排放在线监控要求，以及焚烧炉启、停炉和事故排放要求，进一步严格了污染物控制要求，其中颗粒物排放24小时均值≤20mg/Nm3；二英类控制限值采用了国际上最严格的0.1ngTEQ/m3。这也是有关标准规定垃圾焚烧烟气只能采用袋式除尘技术的原因。现在，许多新建的垃圾焚烧发电厂尾气净化系统的烟尘排放浓度要求都低于5mg/Nm3。

4.5 煤化工行业

煤制气、煤制油及褐煤提质生产过程中的重要环节，是原煤被研磨成煤粉，并以袋式除尘器收集煤粉成品。除尘器入口煤粉浓度为每立方米数百克，出口含尘浓度普遍低于30mg/Nm3。

随着水煤气技术的发展，制气压力越来越高。在高压和高温下，对水煤气进行高精度净化，是水煤气工艺中不可或缺的环节。为了水煤气加工中的催化剂不被粉尘毒害，要求净煤气的含尘浓度低于5mg/Nm3，甚至低于2mg/Nm3。袋式除尘器满足了这一要求。

需要说明的一点是，包括煤电行业在内，各行业烟尘排放达标甚至远低于国家排放限值的除尘系统，大多是采用目前常规的袋式除尘设备、滤料、控制系统而实现的，并非花费昂贵的代价所换取。这说明，袋式除尘技术不但满足了现有环保标准，还可以支持排放限值更严格的环保标准。之所以有一部分袋式除尘系统不尽人意，除了少量以次充好、假冒伪劣因素之外，主要是在对袋式除尘技术的理解、对相关标准和规范的遵循、制作和安装质量的把握、运行管理到位与否等方面出现了问题，而不是袋式除尘技术本身的原因。

5 燃煤电厂电除尘器与袋式除尘器的运行能耗比较

除尘器的总能耗主要包括两个方面：一是除尘器的阻力能耗，二是除尘器的用电和能源介质消耗。电除尘器与袋式除尘器的除尘机理和结构不同，二者的能耗内容存在较大差异 ，能耗比较应在同等条件下进行，技术数据也应具有代表性。

低压脉冲袋式除尘器的运行能耗包括：烟气流动阻力能耗、清灰用空压机电耗、灰斗加热等；电除尘器的运行能耗包括：烟气流动阻力能耗、高压电源能耗、振打清灰装置能耗、绝缘子保温箱电加热、灰斗加热等。

以600MW锅炉机组为例，对袋式除尘器与电除尘器的能耗进行比较。为了便于定量分析，以达到30mg/Nm3排放限值为比较基准，均按节能模式运行，年运行时间7000h，每度电价0.35元，灰斗加热能耗忽略不计，结果见表5。

由表5不难看出，当达到同样排放浓度、袋式除尘器与电除尘器均采用先进技术和节能模式时，袋式除尘器的总运行能耗最低，五电场电除尘器的能耗要高7%，六电场电除尘器能耗要高22%。

6 燃煤电厂袋式除尘器与电除尘器技术经济比较

袋式除尘器与电除尘器技术经济比较包括主要技术性能和经济指标两方面。

主要技术性能包括：颗粒物排放浓度、分级效率与总效率、设备阻力、漏风率等；主要经济指标包括：投资造价、运行能耗、检修费用、设备折旧、综合利用、占地面积等。

以新建一台600MW锅炉机组配套除尘器为例，对袋式除尘器与电除尘器进行技术经济比较。为了便于定量分析，处理烟气量按360万m3/h计，以达到30mg/Nm3排放限值为比较基准。两种除尘器均按节能模式运行，年运行时间为7000h，电价取0.35元/kW·h。灰斗加热能耗忽略不计。为了客观评价，取值力求具有代表性。

表5 电除尘器与袋式除尘器运行能耗比较

6.1 烟尘排放浓度与除尘效率

袋式除尘器出口烟尘浓度一般为5～30mg/Nm3，实际应用中总除尘效率可达99.94%以上，并且效率稳定，不受煤种和烟尘理化性质的影响。在捕集微细粒子方面表现出明显优势，PM10捕集率可达99.84%，PM2.5捕集率可达99.31%。

电除尘器出口粉尘浓度一般为25～50mg/ Nm3，采用新技术后总除尘效率可达99.8%以上，但实际运行时其效率往往会受到煤种、烟尘比电阻、浓度、粒径分布、温度、振打清灰二次扬尘等因素的影响，除尘效率将衰减，实际除尘效率多在99.5%～99.8%。

6.2 设备阻力

设备阻力是除尘器运行能耗的组成部分，但不能完全代表除尘器运行能耗。燃煤电厂袋式除尘器设备阻力一般为700～1400Pa，为保障袋式除尘净化效率和滤袋寿命，不提倡袋式除尘运行阻力过低，通常控制在900～1200Pa为宜。

电除尘器设备阻力较低，四电场电除尘器通常为300Pa，五电场电除尘器通常小于400Pa，六电场电除尘器通常小于450Pa。

6.3 总运行能耗

对于新建600MW锅炉机组，袋式除尘器与电除尘器运行能耗比较结论是：当达到同样的烟尘排放浓度，两种除尘器均采用先进技术和节能模式时，袋式除尘器总运行能耗最低，年运行能耗费用334万元；五电场电除尘器年运行能耗费用357万元，能耗高出7%；六电场电除尘器年运行能耗费用407万元，能耗高出22%。

6.4 投资造价与折旧

仍以新建600MW锅炉机组配套除尘器为例，对设备供货及安装总承包价格进行比较。

袋式除尘器烟尘排放浓度按20～30mg/Nm3计，过滤风速取1.0m/min，滤料材质和结构取PPS ＋ PTFE/PTFE，袋式除尘器总包价格约为3260万元。

若电除尘器排放浓度按50mg/Nm3计，通常采用2台双室五电场方案，采用高频电源等新技术，五电场电除尘器的总包价格约为3580万元，比袋式除尘器高出近10%；若电除尘器排放浓度按30mg/Nm3计，采用六电场电除尘器的总包价格约为4200万元，比袋式除尘器高出近29%。

若除尘器寿命按20年计取，袋式除尘器折旧为163万元/年，五电场电除尘器折旧为179万元/年，六电场电除尘器折旧为210万元/年。

6.5 检修费用

除尘器的检修费用主要指大修、中修和小修时易损件更换的费用，袋式除尘器与电除尘器的检修周期不同，易损件更换周期也不同。为方便比较，将一个检修周期内的检修费用均摊到每年，再进行比较，较为真实。

脉冲喷吹袋式除尘器内部无活动部件、无故障点，运行时维护工作量很少。滤料寿命按4年计，新建600MW机组配套袋式除尘器的过滤面积为6万m2，滤袋价格约720万元 ，平均每年滤袋检修费用180万元；袋笼每8年更换20%，费用32万元，平均每年袋笼检修费用4万元；脉冲阀寿命很长，几乎不发生检修费用。以上合计，袋式除尘器年均检修费用为184万元。检修后的废旧滤袋还可由专业回收公司处置，综合利用。

电除尘器运行活动的部件较多，易损件有极板、极线、轴承、锤头、瓷轴等，易损件每8年的更换费用按电除尘器设备费用的25%计，五电场电除尘器检修费用约895万元，平均每年的检修费用为112万元；六电场电除尘器检修费用约1050万元，平均每年的检修费用为131万元。

6.6 风机叶轮检修费用

当除尘器出口浓度超过50mg/Nm3时，烟尘进入引风机会导致叶轮磨损，检修时需要对叶轮补焊、加固或更换。采用袋式除尘器后，出口烟气中的颗粒物浓度低、粒径小，可显著减少风机叶轮的磨损，引风机叶轮的寿命可大为提高。据电厂用户提供的数据分析，每台引风机检修的平均费用为20万元/次，若采用袋式除尘（或六电场电除尘），每台锅炉4台引风机可4年进行一次叶轮检修或更换，检修费用为80万元，平均检修费用为20万元/a；若采用五电场电除尘，出口粉尘浓度50mg/Nm3，每台锅炉4台引风机4年内将进行三次叶轮检修或更换，检修费用为240万元，平均检修费用60万元/a。可见，采用袋式除尘器可降低检修成本。

6.7 环境效益

袋式除尘器的烟尘排放浓度多在20mg/Nm3以下，五电厂电除尘器排放浓度在50mg/m3以下。600MW锅炉机组烟气量按2,323,400Nm3/h计，袋式除尘器比电除尘器多去除烟尘1.67t/d。相应增加粉煤灰综合利用效益约4.9万元/a（按100元/t计）。

按电除尘器出口PM2.5占35%，袋式除尘器出口PM2.5占13%计，一台袋式除尘器排放PM2.5微粒0.15t/d，一台五电场电除尘器排放PM2.5微粒0.98t/d，袋式除尘器减少PM2.5微粒排放242t/a·台。可保障下游湿法脱硫系统稳定运行，减少“石膏雨”的产生，具有良好的环境效益。

6.8 占地面积

对于新建600MW锅炉机组配套的除尘器，在相同处理烟气量和排放要求下，袋式除尘器占地面积约1330m2，五电场电除尘器占地面积约2584m2，六电场电除尘器占地面积约3128m2，三者占地比例为1∶2∶2.35。袋式除尘器的占地面积明显小于电除尘器。

综上所述，以600MW新建锅炉机组配套除尘器为例，从烟尘排放浓度、工程投资、节能降耗、检修费用、排污纳费、综合利用等方面全面考虑，在同等条件下，袋式除尘器和电除尘器的技术经济对比结果见表6。

通过上述袋式除尘和电除尘技术经济的对比分析，得出以下结论：

（1）袋式除尘器出口烟尘浓度为10～30mg/m3，净化效果好于电除尘器，特别是在捕集PM2.5方面表现出明显优势，是燃煤锅炉和工业锅炉宜选的除尘设备。

表6 600MW锅炉机组袋式除尘与电除尘技术经济比较

（2）袋式除尘器运行阻力虽然高于电除尘器，但袋式除尘器总的运行能耗仍然较低，五电场电除尘器的运行能耗比袋式除尘器高6.8%，六电场电除尘器的运行能耗比袋式除尘器高21.8%。

（3）在相同处理烟气量和排放要求下，袋式除尘器投资造价最低，五电场电除尘器的总包价格比袋式除尘器高出近9.8%，六电场电除尘器的总包价格比袋式除尘器高出28.8%。

（4）袋式除尘器的年均检修费用较高，为184万元/a；五电场电除尘器平均检修费用为112万元/a；六电场电除尘器平均检修费用为131万元/a。

（5）从除尘器投资、运行能耗、检修费用等方面综合考量，袋式除尘器的总费用最少，经济性显著。袋式除尘器与五电场、六电场电除尘器总费用的比例是1∶1.07∶1.1。

（6）袋式除尘器占地面积最小，三种除尘器占地面积的比例为1∶2∶2.35，袋式除尘器更适宜老厂进行环保改造。

（7）袋式除尘器对煤种、工况变化的适应性强，不受粉尘比电阻影响，效率稳定，日常检修维护工作量较少，也有益于脱硫系统稳定运行。大量工业应用实践表明，只要在设计、制造与采购、安装和运行过程中认真把控质量，进行精细化维护管理，袋式除尘器滤袋的使用寿命能够实现在4年以上。

7 结语

（1）我国大气污染形势严峻，污染防治任务艰巨。党中央、国务院下大决心打好防治大气污染的攻坚战、持久战。认为这是“改善民生的当务之急，是转方式、调结构的关键举措，也是推进生态文明建设的重大任务”。包括煤电在内的各工业行业都要准备应对更加严格的环保标准，加快脱硫、脱硝、除尘改造工程建设，所有燃煤电厂现有的除尘设施要实施升级造。

（2）从烟尘排放浓度、工程投资、节能降耗、检修费用、排污费、综合利用等方面对袋式除尘器和电除尘器进行技术经济对比，结果表明，袋式除尘器不但除尘效果好，而且能在更大程度上削减细颗粒物和汞的排放，综合经济指标更优。

（3）袋式除尘在煤电行业的应用已经获得低排放、低阻力、低投资、低消耗、长寿命、少检修等良好效果，不但能够满足现有的环保标准，也能够满足今后可能更加严格的环保标准，是燃煤电厂烟尘稳定达标排放的可靠保障。

Bag Hose Precipitating Technology—A Guarantee for Flue Gas Emission of Complying with Standard in Coal-fired Power Plants

(Bag Hose Precipitating Committee of CAEPI, Beijing 100037, China)

X701

A

1006-5377（2015）02-0014-07