燃煤电厂除尘技术的分析比较

蔡松

【摘 要】国家对火力发电厂烟尘排放的控制越来越严格，对除尘器的研究变得至关重要，文章介绍了几种除尘器的技术特点。

【关键词】火力发电厂；除尘器

0 引言

2014年9月，国家发展和改革委员会、环境保护部、国家能源局联合印发了《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》的通知（发改能源[2014]2093号）（简称“行动计划”），要求“东部地区（辽宁、北京、天津、河北、山东、上海、江苏、浙江、福建、广东、海南等11省市）新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值”（即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米）。为积极响应国家环保政策，现阶段，新建火电机组已按此排放标准执行。此外，广东地区很多已建燃煤机组已在进行超低排放改造。超低排放改造技术路线的选取尤为关键。本文主要论述烟尘超低排放中各方案的优缺点。

1 静电除尘器方案

静电除尘器的除尘原理是通过电极在烟气中放电，使粉尘荷上电荷，并且在电场力的作用下向电极移动，被集尘极捕获并收集。在静电除尘器壳体内设有很多组阴极线和与之对应的阳极板，给阴阳极施加高压直流电，阴极（放电极）附近空气被电离，形成电晕。电晕区的范围较小，正离子很快流向放电极，电子则扩散到电晕外区域。烟气流过电极区间时，大部分粉尘带上负极性，在电场力的作用下向阳极板（收尘极）移动，与阳极板接触后放出电荷，通过振打落入灰斗。

静电除尘器是国内燃煤机组广泛使用的一种除尘设备，技术成熟，最大容量可以为1000MW容量机组配套。对于燃煤电厂，影响静电除尘器收尘效率的主要因素包括粉尘特性、烟气流速、除尘器面积、运行电压控制、设备结构特点等。

静电除尘器的除尘效率与粉尘特性、烟气流速、比集尘面积、电场参数控制水平、电极结构、气流均匀性等都有很大的关系[1]。

1.1 粉尘特性

粉尘特性中，比电阻参数对静电除尘器的设计尤为关键，当比电阻在100-1100Ω·cm时，静电除尘器运行效果较好。

1.2 烟气流速

通常，对于除尘器中烟气流速的研究，被分为平行方向和垂直方向。当烟气流速较低时，粉尘在电场中的停留时间较长，有利于粉尘的捕集。但如果烟气流速太低，要大大增加流通截面，从而影响经济性，通常情况下，静电除尘器中的烟气流速为0.85-1.35m/s。

1.3 比集尘面积

将单位烟气量下所对应的集尘极板面积称为比集尘面积，比集成面积与除尘效率成正比。现阶段，国家规范越来越严格，静电除尘器需设计3-6个电场才能满足要求，比集尘面积约为80～125m2/（m3/s）。

1.4 气流均匀性

当除尘器中气流较为均匀时，除尘器中各区域流量也会较为均匀，可以充分利用除尘器的空间，充分利用有效面积。因此，气流均匀性对静电除尘器的除尘效率影响也很大。

2 电袋除尘器方案

电袋复合除尘器具有静电除尘器和滤袋式除尘器的功能，静电除尘器放置于前面的电场，滤袋式除尘器放置于后面的电场。

电袋复合除尘器前面电场采用静电方式收尘，把大部分（70%～95%）粗颗粒粉尘先清除下来，剩下较细的粉尘用滤袋收尘，既能保证整体收尘效率高于传统静电除尘器，又能减小粗颗粒粉尘对滤袋的磨损。经过荷电的粉尘在滤袋上排列有序、滤袋透气性较高，烟气侧阻力低于单纯的滤袋式除尘器，清灰周期较长，有利于减少机械磨损，提高滤袋的使用寿命[2-3]。

电袋复合除尘器按结构区分有两种型式，一种是“整体式”，另一种是“分体式”。整体式的结构是前面两个电场后设置1～2个滤袋除尘室，静电除尘和滤袋除尘布置在一个整体的壳体内。整体式布置结构紧凑，占地面积较小，但是设计时要充分考虑气流分布，在有限的空间内设置有效的导流措施，保证各区域的滤袋承受的负荷接近。

由于结合了静电除尘器和滤袋式除尘器两种型式的优点，两种收尘技术综合使用在一定程度又弥补了单一除尘技术的不足，因此是一种值得推广的新设备，适合于比电阻特殊的煤种或者对排放要求很高的工程。而且电袋复合除尘器烟侧阻力介于两种除尘器之间，相比单一的滤袋除尘器清灰周期长，滤袋的寿命明显提高，减轻了检修维护工作量。

3 湿式静电除尘器方案

湿式除尘器最早在化工行业中应用，主要用于净化烟气中凝结状态的酸雾（如SO3）。当这项技术转移到电力行业使用时，湿式除尘器的主要用途用于捕集细小颗粒、升华金属冷却后的凝固颗粒、净化脱硫后烟气携带的酸性气溶胶，附带功能是去除脱硫塔逃逸出来的石膏浆液。

湿式静电除尘器的原理与干式静电除尘器类似，都是在阴极线与阳极之间建立高压电场，使气体电离产生带正电荷的离子与负电荷的电子，电荷与颗粒碰撞后使其带电（荷电），在电场力作用下带电颗粒趋向电极，最后被极板或极线捕获并收集。但是湿式静电除尘器的工作条件以及收集对象与常规的干式静电除尘器不同，因此其具有一些独有的特点[4-6]：

1）对细小颗粒以及酸雾、气溶胶等有很高的捕集效率，细小颗粒捕集效率保证值可以达到70%～90%，对酸雾的捕集效率可以达到50%～80%。

2）烟气特性与干式静电除尘器不同，阳极板上的湿灰或者冲洗水膜富含电解质，具有良好的导电性，阳极板的电压降远低于干式静电除尘器，因此在二次电压稍低的工况下（55～60kV），电场强度也高于干式静电除尘器，如板式湿式除尘器的平均电场强度约为干式静电除尘器的3倍。

3）工作在饱和湿烟气状态下，颗粒表面都凝结有电解质，导电性较好，电场比较稳定，荷电与除尘效率高。烟气处于湿饱和状态，烟气中的粉尘表面已经被电解质润湿，粉尘的导电特性基本以表面导电为为主，与粉尘理化特性相关的体积导电已经不起主导作用，因此一些常规干式静电除尘器无法收集的粉尘，如高比电阻、颗粒较细、灰粘性大等特殊粉尘，也可被湿式静电除尘器有效收集。

4 几种除尘方案分析研究

现阶段，绝大多数燃煤电厂烟囱排放烟尘浓度均需≤5mg/Nm3，火力发电厂锅炉排出的烟气先经过静电除尘器（或电袋除尘器）再进入脱硫吸收塔（脱硫吸收塔具有洗尘的效果），烟气通过吸收塔以后，还要经过吸收塔顶部的除雾器，除去烟气中的液滴（液滴中含有脱硫产物石膏），最终再通过烟囱排出，若需设置湿式除尘器，一般在吸收塔出口至烟囱的烟道上安装湿式除尘器。一般的设计方案如下：

方案一：采用静电除尘器+高效湿法脱硫洗尘+高效除雾器+湿式除尘器的配置。

方案二：采用电袋除尘器+高效湿法脱硫洗尘+高效除雾器的配置。

方案二中，电袋除尘器出口烟尘浓度理论上可达到20mg/Nm3或者10mg/Nm3以下，若要达到10mg/Nm3以下，技术上是可行的，但造价要比20mg/Nm3贵很多。

若不设置湿式除尘器，烟囱出口烟尘浓度要小于10mg/Nm3，对脱硫系统中除雾器的要求就更高了。

从多个工程设计实例可分析得出，若静电（或者电袋）除尘器出口烟尘浓度可控制在20mg/Nm3以下，脱硫系统中采用高效除雾器（三级屋脊式或者管束）不采用湿式除尘器，烟囱出口烟尘排放浓度控制在10mg/Nm3以下，技术上是可行的，具体分析如下：

吸收塔洗尘率按65%，采用高效除雾器，烟气中雾滴浓度为20mg/Nm3，雾滴中石膏含固量为15%，若干式除尘器出口烟尘浓度为20mg/Nm3，烟囱出口烟尘浓度为：20-20×0.65+20×0.15=10mg/Nm3。

若烟囱出口烟尘浓度要控制在5mg/Nm3以下，不设置湿式除尘器，除雾器采用高效除雾器，即便干式除尘器出口烟尘浓度控制在10mg/Nm3以下，在实际运行中（或者长期运行）也会存在很大风险，因为烟尘中雾滴浓度以及雾滴中石膏含固量这两个数值目前还没有正式的计算规范规程，是一个理论经验值。烟气中雾滴浓度为20mg/Nm3，雾滴中石膏含固量为15%，是目前所做的改造工程或者新建工程，最为优化的数值。

综上所述，个人认为，不设置湿式除尘器，设置高效除雾器，烟囱出口烟尘浓度控制在10mg/Nm3以下，技术上是可行的。但烟囱出口烟尘浓度要控制在5mg/Nm3以下，从长期运行来看，是存在一定风险的。

5 结论

在国家对火力发电厂日益严格的前提下，对除尘器的研究变得越来越重要，除尘器可笼统的分为：静电除尘器、电袋除尘器、湿式除尘器等，影响静电除尘器收尘效率的主要因素包括粉尘特性、烟气流速、除尘器面积、运行电压控制、设备结构特点等。电袋复合除尘器具有静电除尘器和滤袋式除尘器的功能，静电除尘器放置于前面的电场，滤袋式除尘器放置于后面的电场。湿式除尘器的主要用途用于捕集细小颗粒、升华金属冷却后的凝固颗粒、净化脱硫后烟气携带的酸性气溶胶，附带功能是去除脱硫塔逃逸出来的石膏浆液。

【参考文献】

[1]俞群.电除尘器技术发展现状及新技术简介[J].硫磷设计与粉体工程，2006（5）.

[2]聂孝峰，李东阳，郭斌.燃煤电厂电袋复合除尘器技术优势[J].环境污染与防治， 2013（1）.

[3]江得厚，郝党强，王勤.燃煤电厂袋式除尘器发展趋势及其运行寿命的影响因素[J].环境保护，2008（5）.

[4]刘鹤忠，陶秋根.湿式电除尘器在工程中的应用[J].电力勘测设计，2012（3）.

[5]胡志光，贾博强.中国电除尘器与袋式除尘器的现状比较与分析[J].防治技术，2012（12）.

[6]金小峰，王恩禄，王长普.各种除尘技术性能比较及袋式除尘器在我国的应用前景[J].锅炉技术，2007（1）.

[责任编辑：朱丽娜]