燃煤锅炉烟气除尘技术研究现状及进展

杜宁波 李 明 吕瑞亮

（宝鸡市热力有限责任公司 陕西宝鸡 721006）

引言

2020 年、2021 年我国煤炭消耗量均超过25亿tce（数据来源于国家能源局），尽管上涨速率有所减缓，但基数仍然较大。2022 年以煤炭为主的能源格局虽有所优化和调整，但占比仍达到50%以上。煤炭燃烧不可避免地产生了大量粉尘，对大气环境和人体造成严重危害。为有效控制粉尘污染，生态环境部发布的《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014），明确规定在建锅炉烟气颗粒物（烟尘）排放浓度限值，其值从80mg/m3降低到30 mg/m3。

随着各地地方标准的发布与实施，陕西省也规定燃煤锅炉烟气颗粒物排放浓度不得超过10mg/m3，因此陕西省有关企业对燃煤锅炉均实施了超低排放改造并顺利投入运行，其中烟气除尘技术得到了广泛应用和发展。本文着重介绍了传统除尘技术与新型除尘技术的工业应用情况，并针对现有技术和工业应用过程中存在的问题，展望了未来烟气除尘技术的发展方向和前景。

1 传统除尘技术

我国火电装机容量一直居世界前列，随着生态文明建设的深入，各类大气污染物治理设施的生产规模和使用数量迅速增长，其中袋氏除尘、电除尘等传统除尘技术应用最为广泛，工艺也最为成熟。

1.1 袋式除尘技术

袋式除尘是一种以滤尘机制为原理的干式除尘技术，其除尘效率可达99%以上，主要包括过滤和清灰2 个过程。其中，过滤是指通过筛分、惯性碰撞、拦截、扩散、静电及重力等作用实现；清灰过程则通过机械振动、脉冲喷吹等方式清除滤袋表面累积的粉尘。

影响布袋除尘效率的因素主要包括滤料材质、粉尘性质、厚度、流速等。其中，滤袋的材质对处理烟气的温度、湿度、酸碱度有着严格的要求，主要缺点为随着运行时间的加长，运行阻力增加，运行成本有所上升，并且滤袋易破损或粘袋，更换后的滤袋无法回收利用。目前，滤袋覆膜技术的发展为布袋除尘技术提供了新的方向。宋朋泽[1]制备的高硅氧(改性)覆膜滤袋具有耐高温耐腐蚀、高强低伸、低阻高效、长寿命、可回收等特征，可达到颗粒物超净排放（5mg/m3）的要求，同时滤袋覆膜技术也可有效控制PM2.5[2]的排放。

1.2 静电除尘技术

静电除尘技术是利用高压直流电场使烟尘的气体分子电离、粉尘荷电，在强电场力的作用下使带有正负电荷的颗粒物分别向电晕极和落尘极移动，不断在极板上积累，最后通过振达装置进入落灰斗。

静电除尘技术具有除尘效率高，可在远程微机操作条件下处理不同温度、流量、粒径的烟尘。然而，由于荷电除尘的机理，对静电除尘器的制备、安装及操作要求较高，处理过程中烟尘的密度、比电阻、粘附性等性质也会不同程度地影响除尘效率，且处理过程中也会产生臭氧气体，造成二次污染。

为有效解决静电除尘对粘附性及含油烟尘处理的局限性，翟美丹等[3]综述了雾化电晕放电技术的研究背景及其优势，指出放电极形式、烟气温度、电极材料的电导率是影响静电除尘的主要因素。另外，燃煤电厂超低排放改造中湿电除尘技术的应用，也是对静电除尘的再提效、再改造[4]。

1.3 电袋复合除尘技术

电袋复合除尘是联用静电除尘器和布袋除尘器的一种高效除尘技术，通过前级电场的预收尘、荷电作用去除约70%的烟尘，剩余烟尘则通过后级滤袋过滤去除。但电袋复合除尘虽然结合了电除尘器和布袋除尘器的优点，还弥补了两者的不足，是现阶段燃煤锅炉超低排放改造后应用较为广泛的一种除尘技术[5]，可静电除尘和布袋除尘技术仍然存在运行阻力大、滤袋寿命短、更换代价大等的缺点，因此2 座除尘器协同运行，不仅占地面积大、投资成本高，而且静电除尘器产生的臭氧还会增加滤袋腐蚀的可能性[6]。

2 新型除尘技术

20 世纪70 年代至今，我国传统除尘技术研究和应用取得了不错的成绩，不仅技术领先于国际水平，大颗粒物的去除效率最高可达99.9%。但由于各行业产生的烟尘性质不一，除尘技术大范围推广存在困难，如微米级细颗粒物的去除效率还比较低，并且温度与比电阻对袋式除尘和静电除尘影响也较大，现有除尘技术均存在运行阻力大、运行费用高等缺点，因此开发新型除尘设备或技术是大气污染防治工作的重中之重，更是实现绿色发展的必由之路。

2.1 低低温电除尘技术

低低温电除尘技术是利用低低温电除尘器，通过烟气冷却器等换热装置将烟气温度降低至酸露点（约90℃左右）以下，从而使烟气量减少，粉尘性质得以改变。该技术具有除尘效率高、设备阻力低、处理烟气量大等常规电除尘器的优点，可有效解决高比电阻引起的反电晕、细粉尘荷电困难等电除尘器运行过程中的问题。

目前，低低温电除尘技术已成燃煤锅炉超低排放改造的主流技术之一。刘含笑等[7]对低低温电除尘效率的影响因素进行了分析和研究，结果表明煤种的灰硫比大于100 时，采用低低温电除尘技术不会发生低温腐蚀的风险，同时可大幅降低飞灰比电阻，提高飞灰平均粒径和电场起晕、击穿电压，从而大幅提高电除尘效率。黄怡民[8]通过实验室研究与工程实测相结合的手段，对低低温电除尘技术的污染物减排特性进行了研究，结果表明当烟气温度从100℃降低至90℃时，不同工况下电除尘器对TSP 和SO3脱除的提效幅度分别为88.92%、84.17%，且细颗粒物存在明显的团聚现象，有效提高了除尘效率。另外，郦建国等[9]通过研究发现低低温电除尘技术组合旋转电极式电除尘技术，不但可以实现电除尘器出口5mg/m3的烟尘浓度，而且还可实现高灰煤烟尘超低排放。

2.2 湿式电除尘技术

湿式电除尘技术主要利用湿式电除尘器，即一种用来处理含微量粉尘和微颗粒的新除尘设备，并将其设置在湿法脱硫工艺之后，主要去除湿气体中的尘、酸雾、水滴、气溶胶、臭味、PM2.5等有害物质，可使粉尘排放浓度降至5mg/m3及以下。湿式电除尘与静电除尘原理相似，除尘过程主要包括荷电、收集和清灰，唯一不同的是清灰方式。湿式电除尘采用喷水或溢流水方式使集尘极高效清灰，不仅可以避免已捕集粉尘的再飞扬，达到很高的除尘效率，还可以有效收集微细颗粒物（PM2.5粉尘、SO3酸雾、气溶胶）、重金属（Hg、As、Se、Pb、Cr）、有机污染物（多环芳烃、二噁英）等，但运行过程中也存在导电膜装置腐蚀，污泥和污水的再处理等问题。

Liu Hanxiao 等[10]通过收集WESP 的158 个数据集，对多种污染物和能源消耗的减排特征进行分析。结果表明，湿式电除尘器对PM、PM2.5、SO3、雾滴和Hg 均有较好的去除效果，出口浓度均符合现行的排放标准，同时也可实现CO2的减排，为湿式电除尘器在碳中和领域的应用中提供了数据支撑。Liang Yingguang 等[11]通过现场测量燃煤电厂湿式电除尘器和监测分析处理过后的样品，探究末端控制装置对可滤性颗粒物( FPM )和可凝性颗粒物( CPM )排放的影响，结果表明WESP 和除雾器（NDDs）均能有效去除FPM 和CPM，达到超低排放标准。

2.3 聚并技术

聚并是指烟尘中微细颗粒通过物理、化学方式相互接触与碰撞，最终结合形成较大颗粒物的过程。相比微细颗粒，大颗粒物质更易被除尘装置捕集，因此聚并技术在一定程度上提高了除尘效率。目前,聚并技术主要有电聚并、湍流聚并、声聚并、化学聚并等，其中湍流聚并技术研究最广泛、效果更显著[12]。

湍流聚并技术是指颗粒在急速的湍流射流中由于流体的剪切作用力而加剧碰撞团聚的现象。王国昌等[13]采用数值模拟方法研究了聚并器结构和烟气颗粒特征对烟气湍流聚并的影响，结果表明方翼和V 型钝体结构均能提升流场的涡量和湍动能耗散率，从而促进颗粒碰撞和聚并的发生,当来流中既有大颗粒又有小颗粒时，大、小颗粒之间的碰撞明显加强，提升聚并效果。陈冬林等[14]研究了烟气参数对湍流聚并效果的影响，结果表明烟气流速能显著增大聚并器内湍流强度，提高飞灰颗粒的聚并效率；烟气温度在酸露点以上时，其对飞灰颗粒聚并效率的促进作用有限；同时，颗粒物浓度越大，则烟道内单位体积的颗粒物数量越多，从而增加了颗粒间的碰撞概率，使得飞灰颗粒聚并效率明显提高。

2.4 协同脱除技术

协同脱除技术是指在同一设备内同时脱除2种及2 种以上烟气污染物，或者为下一流程设备脱除污染物创造有利条件，如脱硝系统便可以协同脱除粉尘和Hg，湿式静电除尘器也可以协同脱除气溶胶、Hg、NH3等污染物。

干法烟气脱除技术与湿法烟气脱除技术相比，无需液体清灰及废液回收处置工艺，避免了设备腐蚀及堵塞的可能。与烟气联合脱除技术相比，干法烟气协同脱除技术具有能耗低、节省设备投资费用、占地面积小及运行费用低等优点，因此干法烟气协同脱除技术符合可持续及绿色发展的要求，未来在烟气除尘领域具有广阔的发展前景。

侯勇等[15]在某燃煤电厂开展活性炭喷射耦合布袋除尘协同脱除燃煤烟气污染物的分析测试，结果表明活性炭喷射对有机物有较好的脱除性能，特别是SVOC，并且可协同脱除燃煤烟气中气态汞、可凝结颗粒物，脱除效率分别达到56.14%,49.1%。潘超群[16]采用网格化等速采样法对某600MW 燃煤机组进行了现场测试，并分析了湿式电除尘器对主要污染物指标的协同脱除效果，结果表明湿式电除尘器对2.5μm 及以上的颗粒物脱除效率在80%以上，对SO2、SO3、雾滴的脱除效率不低于30%，对汞的脱除效率达到60%以上。

结语

传统除尘技术对烟气中大颗粒物去除效率较高，且工艺成熟，运行可靠。然而，随着国家对工业粉尘治理决心的提高和愈发严格的环保排放标准，因此由于对微细颗粒去除效率低，经传统除尘技术处理后的烟气颗粒物排放浓度往往达不到现行标准。

目前，虽然新型除尘技术解决了微细颗粒去除率低和排放不达标的问题，但仍存在技术不成熟、投资及运行成本高等亟待解决的问题，因此应根据实际情况，对在用锅炉除尘系统进行提效改造，对新建项目选择因地制宜、合理的除尘工艺；加快新型除尘技术的优化和集成，开发和应用适合我国国情的协同式污染物脱除技术；开发新除尘技术的同时，也要考虑PM2.5排放控制和国家“双碳”目标，真正实现绿色、清洁生产。