浅淡电袋复合除尘器在1000MW高效超超临界机组上的应用

陕西延长石油富县发电有限公司 盛小龙

除尘器是火力发电厂烟气除尘的关键设备，目前静电除尘器应用最广、市场占有率最高；布袋除尘器由于在引进初期滤料质量不过关，推广较慢；随着近年来国内环保标准的不断提高，尤其是燃用灰分较大或某些难收尘煤时，电袋复合除尘器以其高效、节能、煤种适应性强、可实现长期稳定超低排放等优异性能，在火力发电厂得到广泛应用，为火力发电厂烟气除尘提供了更有效和可靠的技术解决方案。

1 设计条件

某电厂新建2台1000MW 高效超超临界燃煤间接空冷机组，锅炉为高效超超临界参数变压直流锅炉，除尘器入口烟气含尘量为12.51g/Nm3（设计煤种）、21.93g/Nm3（校核煤种1）。

1.1 燃料特性

该项目主要煤质资料及灰成分分析如下：

煤质检测项目、设计煤、校核煤种1分别为全水分Mt(%)/12.5/9.9、收到基灰分Aa(%)/10.97/18.17、全硫St,ar(%)/1.48/1.93、收到基低位发热量Qnet,v,ar(MJ/kg)/24.08/22.46、煤灰中二氧化硅SiO2(%)/54.60/55.70、煤灰中三氧化二铝Al2O3(%)/14.94/15.90、煤灰中三氧化二铁Fe2O3(%)/12.17/9.19、煤灰中氧化钙CaO(%)/10.83/10.67、煤灰中氧化镁MgO(%)/0.67/0.84、煤灰中氧化钠N a2O(%)/1.28/0.96；煤灰比电阻：校核煤种1ρCA在测量电压500V、测试温度（℃）分别为室温、80、100、120、150时的比电阻（Ω·cm）为1.20×1010、1.60×1011、7.30×1011、2.70×1012、5.80×1011。

从以上看出，校核煤种1相对较差，因此煤种分析按校核煤种1进行分析：校核煤种1全硫为1.93%，有利于粉尘在电除尘器收集。由此产生的SOX的含量适中，对袋式除尘器使用寿命影响较小；飞灰中Al2O3含量15.90%<40%，SiO2+Al2O3含量71.6%<80%，Na2O含量0.96%>0.3%，粉尘荷电收集较容易。SiO2含量接近60%，易磨损前端低温省煤器。

综上看出，Na2O>0.3%，全硫>1%，Al2O3=15.90%<40%，SiO2+Al2O3<80%，但飞灰比电阻值较高，在测试温度80-120℃区间比电阻值为1.6×1011～2.7×1012，不利于收尘，属一般性煤种。

1.2 项目烟尘设计排放要求

该项目烟囱出口烟尘排放按＜5mg/Nm3设计。考虑除尘器+高效脱硫除尘的综合除尘方案，高效脱硫的除尘效率按≮50%考虑，除尘器出口烟尘排放浓度至少＜15mg/Nm³。

2 火电厂除尘技术简介

静电除尘器原理是利用高压电场使发生电离，烟气中的粉尘颗粒荷电，在库仑力的作用下使带电尘粒向极性相反的电极移动并沉积在电极上，从而将尘粒从含尘气体中分离出来。其除尘效率根据燃用煤质有所不同，最高可达99.9%，除尘器出口排放可达到20～30mg/Nm3，在1000MW 机组上应用较广。

布袋除尘器原理是烟尘在经过滤布纤维时因惯性力作用与纤维碰撞而被拦截。细微的尘粒（粒径≤1µm）则受气体分子冲击（布朗运动）不断改变着方向，而纤维间的空隙小于气体分子布朗运动的自由路径，尘粒便与纤维碰撞而被分离出来。过滤作用可由滤布本身和积聚在滤布上的尘饼产生。由于形成了尘饼，分离的效应（主要是截留和扩散效应）提高，因此直径远小于滤料孔径的颗粒也可被收集。布袋除尘器除尘效率高，一般在99.9%以上，出口排放稳定，一般≤20mg/Nm3，甚至可达“零排放”，但其阻力可达1000～2000Pa，国内在1000MW 机组上的应用只有1台。

低低温静电除尘器技术是在静电除尘器的基础上，在除尘器入口布置一级低温省煤器，使除尘器入口烟温降低、煤灰比电阻降低、烟气量减小，提高除尘效率。一般除尘器入口烟温降至90℃左右，使煤灰比电阻降低，电场击穿电压上升，此时的粉尘更容易被捕集；烟气流量减小，电场流速降低，增加了粉尘在电场的停留时间，同时比集尘面积增大，从而提高除尘效率。出口排放一般可达到15～20mg/Nm3。国内在新建1000MW 机组和改造项目上应用较广。

电袋复合除尘器是通过静电除尘与布袋除尘有机结合的一种新型的高效除尘器，电袋复合除尘器是在前级设置一定级数电场的电除尘器，通过电场区收集约80%以上的粉尘。后级设置布袋除尘器，使含尘浓度低并超预负荷的烟气通过滤袋而被收集下来，达到排放浓度≤10mg/Nm3的排放要求。国内已经在很多1000MW 机组电厂成熟应用。

由于前级电除尘捕集约80%以上的粉尘，后级滤袋捕集的粉尘量仅有常规布袋除尘的约1/4，粉尘负荷量大大降低，清灰周期大幅度延长，而粗粒径的粉尘已在前级电除尘除去，则对滤袋的冲刷磨损大大减小，滤袋寿命延长（滤袋寿命已达到5年甚至更长），除尘器阻力下降。另外，由于荷电烟尘在滤袋表面堆积时粉尘层疏松、排放有序，透气性良好，形成异性相吸的“电凝并”现象，小颗粒粉尘凝并成大颗粒，使得大量细颗粒粉尘得以收集。荷电效应提高了粉尘在滤袋上的过滤特性，使滤袋的透气性能、清灰性能得到大大的改善，这也是电袋复合除尘器运行阻力比常规布袋除尘器低很多的主要原因。另外电袋复合除尘器具有更高的捕集微细粉尘PM2.5效率，而且对极细的颗粒汞也有良好的捕集效果。美国能源与环境研究中心(EERC)已经进行了电袋脱汞测试，结果脱汞效率达到90%以上[1]。

3 除尘器方案比选

由于该项目要求烟囱排放口要烟尘≤5mg/Nm3，除尘器出口≤15mg/Nm3，因此静电除尘器较难实现，而布袋除尘器阻力较大且国内在1000MW 机组上的应用案例极少，因此该项目仅在电袋复合除尘器（方案一）和低低温静电除尘器（方案二）之间比选。

方案一：除尘器后设置低温省煤器，每炉设两台二电场两袋区电袋复合除尘器。除尘器出口≤10mg/Nm³。考虑脱硫协同除尘效率50%，完全可达到烟囱入口排放浓度≤5mg/Nm³。调研电袋复合除尘器在国内某百万机组电厂的应用情况，当除尘器入口烟尘浓度达到50g/Nm³时，除尘器出口烟尘浓度小于10mg/Nm³，因此无需设置湿式静电除尘器。

方案二：每炉设两台三室五电场静电除尘器，并在除尘器前设置低温省煤器。电除尘出口排放浓度≤20mg/Nm³。要求脱硫装置协同除尘效率至少大于75%，方可满足烟囱入口烟尘排放浓度≤5mg/Nm³，因此国内大部分1000MW 机组会在脱硫后设置湿式静电除尘器，以满足排放口烟尘浓度长期稳定小于5mg/Nm³。

3.1 综合技术特点比较

电袋复合除尘器与低低温静电除尘器技术特点分别如下：除尘效率。99.99%/99.97%；除尘器出口排放浓度。≤10mg/Nm3/15～20mg/Nm3；温度适应范围。110～160℃/该项目入口烟温降到100℃以下，煤灰比电阻降低一个数量级，利于提高除尘效果；对煤质变化适应性。较强/较差。煤灰比电阻变化会直接影响除尘器的除尘效率；设备阻力。初期≤800Pa，长期运行＜1100Pa/≤300Pa；设备电耗。本体电耗约450kW，阻力增加导致引风机与空压机增加的电耗约1240kW/约1800kW；运行管理。锅炉负荷变化或烟尘浓度变化会影响清灰频率及阻力，对排放浓度影响很小，长期停运需做好滤袋保护工作/锅炉负荷变化或烟尘浓度变化直接影响排放浓度。

电袋复合除尘器除尘效率更高、运行更稳定，几乎不受煤种变化的影响，除尘器出口排放浓度可长期稳定在10mg/Nm3以下，无需在脱硫后配置湿式静电除尘器。且低温省煤器布置在电袋复合除尘器后管排几乎零磨损，仅需考虑腐蚀问题；采用低低温静电除尘器须在除尘器入口加装低温省煤器，但目前使用效果一般，提效不明显，易发生磨损、板结、腐蚀等问题，且当煤种发生变化或工况波动大时对其影响较大，所以很多电厂又在脱硫装置后加装了湿式静电除尘器，增加了占地、水耗、污水，又增加了一系列新问题。

3.2 综合经济比较

初投资。根据近年百万机组招标情况，电袋复合除尘器初投资（万元）为：除尘器约5000、低温省煤器约1600、合计约6600；低低温静电除尘器初投资（万元）为：除尘器约6000、低温省煤器约1900、合计约7900。

运行费用。主要考虑电耗，电袋复合除尘器、低低温静电除尘器的除尘器整流变运行功耗功耗(kW)为450/1800，144/180，36/96，15/30，1165/430，75/0，1885/2536，年运行费用（万元）分别约368、494。以上年利用小时数按5500h 计，上网电价按0.3545元/kWh 计。

检修费用。静电除尘器易损件每10年检修费用按其设备费15%估算，折合每年约90万元。电袋复合除尘器滤袋寿命按5年计，每次更换滤袋费用约855万元（约19000条布袋，每条布袋约450元），折合每年171万元；电袋复合除尘器电区设备检修费用约占静电除尘器的21%（主要根据比集尘面积的比值确定）。电袋复合除尘器、低低温静电除尘器的电区易损件更换费用分别为19、90万元/年，布袋更换费用分别为171、0万元/年，总计分别为190、90万元/年。

单台炉综合经济比较。按30年折旧到每年费用，电袋复合除尘器、低低温静电除尘器的初期投资（万元/年）分别为220/263，运行费用368/494，检修费用190/90，年总费用合计分别约778、847，电袋复合除尘器的年综合费用比低低温静电除尘器低69左右。

综上，近年来国家环保政策日趋严格，特别是在火力发电厂全面实现超低排放的大前提下，仅靠静电除尘器已不能满足当前的环保要求。“低温省煤器+静电除尘器+湿式电除尘”的技术路线不仅一次性投资及运行费用更高，且运行过程中已暴露出很多问题。而电袋复合除尘器除尘效率更高、运行更稳定、一次性投资更低、运行维护更简单，无需在脱硫装置后配置湿式静电除尘器亦可确保超低排放长期稳定；且电袋复合除尘器具有更高的捕集微细粉尘PM2.5效率，对极细的颗粒汞也有良好的捕集效果，可实现烟尘、汞、SO3、PM2.5等多污染物协同治理，对于环境保护具有重要的意义。