國(guó)內(nèi)燃煤電廠現(xiàn)役主要煙塵治理設(shè)施技術(shù)特點(diǎn)及其實(shí)現(xiàn)超低排放存在的問題與技術(shù)難點(diǎn)，通過對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)開發(fā)的新除塵技術(shù)及其應(yīng)用效果的比選研究，有針對(duì)性地提出燃煤電廠現(xiàn)役機(jī)組煙塵超低排放技術(shù)改造建議，相關(guān)結(jié)論可為燃煤電廠煙塵超低排放技術(shù)的選取提供參考。

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，城市化和工業(yè)化進(jìn)程日益加快，各種大氣污染物排放急劇增加，尤其是近幾年中國(guó)出現(xiàn)大范圍霧霾天氣，嚴(yán)重?fù)p害人民群眾身體健康，影響社會(huì)和諧穩(wěn)定，一般認(rèn)為煤炭和石油對(duì)霧霾的影響好，尤其是燃煤電廠[1]。

按照國(guó)家相關(guān)要求，全面實(shí)施煤電行業(yè)節(jié)能減排升級(jí)改造，在全國(guó)范圍內(nèi)推廣燃煤電廠超低排放，即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵排放濃度≤10mg/Nm3。山西省要求常規(guī)燃煤機(jī)組煙塵排放濃度≤5mg/Nm3，低熱值燃煤機(jī)組煙塵排放濃度≤10mg/Nm3。

目前燃煤電廠采用的除塵技術(shù)難以滿足超低排放要求，而“十三五”期間，山西省300MW以上燃煤電廠全部面臨超低排放技術(shù)改造問題，因此，結(jié)合現(xiàn)狀選擇適宜的技術(shù)路線是超低排放技術(shù)改造的關(guān)鍵，也是實(shí)現(xiàn)煙塵穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)。

1電力行業(yè)煙塵排放現(xiàn)狀分析

2013年中國(guó)火電行業(yè)共有3102家，裝機(jī)容量8.62×108kW，排放煙粉塵218.8×104t，其中獨(dú)立火電廠1853家，擁有4825臺(tái)機(jī)組，共有除塵設(shè)施5140套，排放煙(粉)塵183.9×104t。

自備電廠1249家，有2690臺(tái)機(jī)組，排放煙粉塵34.9×104t。2014年中國(guó)火電行業(yè)共有3288家，共排放煙粉塵235.5×104t。其中獨(dú)立火電廠1908家，擁有4983臺(tái)機(jī)組，共有除塵設(shè)施5301套，排放煙(粉)塵195.8×104t。自備電廠1380家，有2895臺(tái)機(jī)組，排放煙粉塵39.7×104t。2013年、2014年電力行業(yè)煙塵排放情況見表1。

表1：2013年、2014年電力行業(yè)煙塵排放情況

從表1中可以看出，電力行業(yè)煙塵排放量占全國(guó)煙塵排放量從2013年的17.11%下降到2014年的13.52%，下降了3.59%。全國(guó)工業(yè)煙(粉)塵排放量從2013年的19.98%下降到2014年的16.17%，下降了3.81%。雖然占比有所下降，但仍然是煙塵好的排放行業(yè)，中國(guó)燃煤電廠煙塵的排放仍然面臨較大壓力。全面實(shí)施煤電行業(yè)節(jié)能減排升級(jí)改造，在全國(guó)范圍內(nèi)推廣燃煤電廠超低排放，可以有效降低煙塵排放，達(dá)到改善空氣環(huán)境質(zhì)量的目的。

2國(guó)內(nèi)燃煤電廠除塵技術(shù)使用現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)比較成熟且適用于各級(jí)容量機(jī)組的除塵技術(shù)主要是電除塵器、袋式除塵器、電袋復(fù)合除塵器。

2.1電除塵技術(shù)

電除塵技術(shù)是利用強(qiáng)電場(chǎng)電暈放電使煙氣電離、粉塵荷電，在電場(chǎng)力的作用下將粉塵從煙氣中分離。

電除塵器的主要優(yōu)點(diǎn)：

a)除塵效率高。對(duì)于常規(guī)電除塵器，正常運(yùn)行時(shí)，其除塵效率一般都高于99%，有的甚至高達(dá)99.99%。能夠鋪集0.01μm以上的細(xì)微粉塵。

b)阻力損失小。電除塵器的阻力損失一般為150Pa——300Pa。

c)煙氣處理量大。電除塵器結(jié)構(gòu)上易實(shí)現(xiàn)裝置大型化。單臺(tái)電除塵器的電場(chǎng)截面積超過400m2，可滿足大機(jī)組大煙氣量的應(yīng)用。

d)操作溫度范圍廣。高溫電除塵煙溫一般在350℃——400℃，低溫電除塵器(常規(guī)電除塵器)煙溫一般在120℃——170℃。

e)運(yùn)行可靠、維護(hù)費(fèi)用低。

電除塵器的主要缺點(diǎn)：

a)對(duì)于高比電阻粉塵易出現(xiàn)反電暈，使除塵效率下降。

b)電除塵器占地面積較大。到目前為止，中國(guó)已投產(chǎn)燃煤電廠絕大部分采用電除塵器，約占火電裝機(jī)容量的80%。

2.2袋式除塵技術(shù)

袋式除塵技術(shù)是利用纖狀編物做成的袋式過濾元件來(lái)捕集煙塵的技術(shù)。

袋式除塵器的主要優(yōu)點(diǎn)：

a)除塵效率高、排放濃度低。除塵效率都可以達(dá)到99%以上。如果設(shè)計(jì)、制造、安裝運(yùn)行、維護(hù)管理得當(dāng)，其除塵效率可長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)到99.9%以上，煙塵出口排放濃度可長(zhǎng)期穩(wěn)定在30mg/m3甚至是10mg/m3以下。

b)工況適應(yīng)范圍廣，煙塵排放長(zhǎng)期穩(wěn)定。袋式除塵捕集煙塵的主要原理為過濾，對(duì)煤質(zhì)和入口煙塵工況的適應(yīng)性強(qiáng)，不因煙塵的比電阻等特性而影響除塵效率，同時(shí)對(duì)入口煙塵濃度的變化不敏感，當(dāng)入口煙氣量和濃度變化時(shí)，除塵效率的波動(dòng)較小。

c)運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單。袋式除塵運(yùn)行過程中的動(dòng)作部件僅脈沖閥，相對(duì)于其它除塵方式故障點(diǎn)少，故障率低，日常運(yùn)行、維護(hù)簡(jiǎn)單。

袋式除塵器的主要缺點(diǎn)：

a)運(yùn)行阻力偏高。當(dāng)入口煙塵濃度較大時(shí)，清灰周期較短，運(yùn)行阻力偏高，有的甚至達(dá)到1800Pa以上，運(yùn)行能耗高。

b)濾袋使用壽命短。由于濾袋過濾煙塵濃度大，清灰頻率高，尤其是大顆粒煙塵和硬度較大的煙塵的沖刷磨損嚴(yán)重。因此，濾袋使用壽命較短，一般為3a。

袋式除塵器對(duì)燃煤鍋爐煙塵的適用性較廣，尤其適用于煤種波動(dòng)大、煙塵比電阻高、排放標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)(20mg/m3以下)的鍋爐煙氣除塵，全國(guó)燃煤機(jī)組安裝的比例接近9%。

2.3電袋復(fù)合除塵技術(shù)

電袋復(fù)合除塵技術(shù)是將電除塵的荷電除塵及袋除塵的過濾攔截機(jī)理有機(jī)結(jié)合的一種除塵技術(shù)，前部設(shè)置一個(gè)電場(chǎng)的電除塵，捕集大量粉塵，沉降高溫?zé)煔庵械念w粒，緩沖均勻氣流，后部裝設(shè)濾袋，收集細(xì)粉塵。

主要技術(shù)特點(diǎn)：

a)煙塵排放不受煤質(zhì)變化影響，長(zhǎng)期穩(wěn)定保持低排放，出口排放濃度值低于20mg/m3。

b)在相同工況和運(yùn)行條件下，運(yùn)行阻力比袋式除塵器低。

c)濾袋使用壽命長(zhǎng)。電袋復(fù)合除塵器在正常情況下使用壽命可以達(dá)到4a以上，目前好長(zhǎng)使用壽命已達(dá)到8a。

d)操作便捷、維護(hù)簡(jiǎn)單。

e)節(jié)能明顯。配置高壓電源數(shù)量及容量?jī)H為傳統(tǒng)常規(guī)電除塵器的1/4左右，大幅度節(jié)省了除塵器電耗;電袋復(fù)合除塵器平均運(yùn)行阻力低、濾袋區(qū)清灰頻率低，壓縮空氣耗量少，節(jié)省了引風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)的電耗。

f)捕集細(xì)顆粒物(PM2.5)效率高，電袋復(fù)合除塵器協(xié)同發(fā)揮電場(chǎng)區(qū)使細(xì)顆粒物發(fā)生極化或凝并及濾濾袋區(qū)高效過濾的作用，對(duì)細(xì)顆粒物(PM2.5)具有極高的捕集效率[1]。

電袋復(fù)合除塵器具有長(zhǎng)期、穩(wěn)定低排放的特點(diǎn)，且不受煤質(zhì)變化的影響，好適合中國(guó)煤質(zhì)多變的條件[2]。在一般情況，電袋復(fù)合除塵器可保證除塵器出口煙氣粉塵濃度為20mg/m3以下，全國(guó)燃煤機(jī)組安裝電袋復(fù)合式除塵器的比例接近11%。

2.4除塵技術(shù)存在的問題

目前中國(guó)部分燃煤電廠煙塵排放不穩(wěn)定，存在超標(biāo)現(xiàn)象，主要原因是設(shè)計(jì)燃用煤種與實(shí)際煤種偏差較大，煙氣工況變化較大、設(shè)備選型不合理、制造和安裝質(zhì)量出現(xiàn)問題、運(yùn)行管理問題等都會(huì)使除塵效率下降，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。通過對(duì)國(guó)內(nèi)燃煤電廠除塵技術(shù)使用現(xiàn)狀的研究，各種除塵技術(shù)處理后，煙塵難以實(shí)現(xiàn)超低排放的要求，必須對(duì)單一的除塵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，協(xié)同治理。

3燃煤電廠煙塵超低排放技術(shù)路線探討

針對(duì)燃煤電廠煙塵排放越來(lái)越嚴(yán)格的要求，國(guó)內(nèi)開發(fā)了多種新除塵技術(shù)，為超低排放奠定了基礎(chǔ)。煙塵的超低排放控制技術(shù)呈現(xiàn)出多元化的選擇，主要針對(duì)對(duì)現(xiàn)行除塵技術(shù)具有良好改造效果的低低溫靜電除塵、濕式電除塵技術(shù)為核心的超低排放技術(shù)進(jìn)行比選研究。

3.1低低溫電除塵技術(shù)為核心的超低排放技術(shù)

低低溫靜電除塵技術(shù)是指在空氣預(yù)熱器和電除塵器之間有煙氣換熱器，其運(yùn)行溫度由通常的低溫狀態(tài)(120℃——170℃)下降到低低溫狀態(tài)(90℃——110℃左右)，這種煙氣換熱器和電除塵器的組合稱為低低溫電除塵器。其工作原理是：

煙溫降低，使得粉塵比電阻降低，粉塵的荷電性能提高;煙溫降低，煙氣量減少，電除塵器電場(chǎng)風(fēng)速也得以降低;煙溫降低，煙氣中顆粒及氣體分子熱運(yùn)動(dòng)能力減弱，氣體擊穿電壓提高，粉塵趨近速度提高;當(dāng)除塵器入口煙氣溫度已經(jīng)降到露點(diǎn)溫度以下，可去除絕大部分SO3，減小尾部煙氣低溫腐蝕[3]。

技術(shù)特點(diǎn)：

a)煙氣的體積流量得以降低，電場(chǎng)煙氣通道內(nèi)的煙氣流速也相應(yīng)降低。根據(jù)相關(guān)質(zhì)料，煙溫下降10℃，煙氣量下降2.5%。

b)比電阻下降到108Ω˙cm——1010Ω˙cm，是電除塵器不錯(cuò)工作范圍，克服了電除塵器對(duì)粉塵比電阻敏感這一弊病，避免了反電暈的發(fā)生，是解決電除塵器對(duì)付高比電阻粉塵治本之措。

c)煙溫下降10℃，煙氣的擊穿電壓升高3%，對(duì)電除塵器提效非常有利。

d)可降低濕法脫硫工藝水量約30%。

e)回?zé)嶙叩图酉到y(tǒng)，可節(jié)煤1g/(kW˙h)——3g/(kW˙h)。

f)系統(tǒng)阻力下降，引風(fēng)機(jī)接電約10%。

g)在灰硫比大于100時(shí)，SO3的去除率可達(dá)95%，大大減少對(duì)下游系統(tǒng)的低溫腐蝕。

該技術(shù)適用條件：

a)進(jìn)入低低溫電除塵器系統(tǒng)的煙氣含塵濃度不大于100g/m3。

b)燃煤收到基硫分應(yīng)不大于2%，煙氣灰硫比宜大于100。

c)入口煙氣溫度。熱回收器應(yīng)小于200℃，再加熱器宜為50℃上下。

d)低低溫電除塵器應(yīng)工作在85℃——110℃范圍，再加熱器應(yīng)不小于70℃。

e)低低溫電除塵器換熱介質(zhì)宜采用水媒介，煙氣與水換熱冷端端差、熱端端差應(yīng)大于20℃。

2013年7月實(shí)測(cè)南昌發(fā)電廠1號(hào)機(jī)組低低溫電除塵器，入口煙溫由140℃下降到95℃，除塵器出口煙塵濃度由58mg/m3下降到16mg/m3。通過對(duì)低低溫靜電除塵技術(shù)特點(diǎn)的分析，配合協(xié)同治理技術(shù)，是可以實(shí)現(xiàn)煙塵超低排放的。典型技術(shù)路線為：煙氣換熱裝置→低低溫電除塵器→高脫硫、除塵效率的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置(WFGD)→煙氣再熱裝置(FGR，可選擇安裝)。

a)煙塵排放濃度達(dá)到<10mg/m3的協(xié)同治理技術(shù)方案。適用煤質(zhì)：灰分<25%、硫分<2%、燃煤熱值>18MJ/kg，灰硫比適宜時(shí)，超過此范圍的煤質(zhì)需進(jìn)行分析、論證。技術(shù)參數(shù)配置：低低溫電除塵器入口煙溫低于酸露點(diǎn)(一般可取90℃)，入口煙塵濃度<30mg/m3。

b)煙塵排放濃度達(dá)到<5mg/m3的協(xié)同治理技術(shù)方案。適用煤質(zhì)：灰分<20%、硫分<1.5%、燃煤熱值>20MJ/kg，灰硫比適宜時(shí)，超過此范圍的煤質(zhì)需進(jìn)行分析、論證。技術(shù)參數(shù)配置：低低溫電除塵器入口煙溫低于酸露點(diǎn)(一般可取90℃)，入口煙塵濃度<15mg/m3。

3.2濕式電除塵為核心的超低排放技術(shù)

濕式電除塵器(WESP)與干式電除塵器的除塵原理基本相同，都要經(jīng)歷氣體電離、粉塵荷電、收集和清灰四個(gè)階段。其工作原理是：采用自沖刷、噴霧沖刷和液膜沖刷等方式來(lái)進(jìn)行清灰。目前，濕式電除塵器根據(jù)極板材質(zhì)和型式的不同，大致可分為金屬板式、柔性電極式、導(dǎo)電玻璃鋼式三種類型。

技術(shù)特點(diǎn)：

a)WESP具有除塵效率高、沒有高比電阻反電暈、沒有運(yùn)動(dòng)部件、沒有二次揚(yáng)塵、運(yùn)行穩(wěn)定、壓力損失小、操作簡(jiǎn)單、能耗低等優(yōu)點(diǎn);濕式電除塵器采用液體沖刷集塵極表面來(lái)進(jìn)行清灰，可有效收集微細(xì)顆粒物(PM2.5粉塵、SO3酸霧、氣溶膠)、重金屬(Hg、As、Se、Pb、Cr)、有機(jī)污染物(多環(huán)芳烴、二惡英)等，綜合治理能力強(qiáng)。使用濕式電除塵器后，煙氣中的煙塵排放可達(dá)10mg/Nm3甚至5mg/Nm3以下[4]。

在燃煤電廠濕法脫硫之后使用，可解決濕法脫硫帶來(lái)的石膏雨、藍(lán)煙、酸霧問題，緩解下游煙道、煙囪的腐蝕問題，節(jié)約防腐成本。濕式電除塵器能實(shí)現(xiàn)超低排放，徹底解決煙囪排放問題，達(dá)到“一勞永逸”的效果。

b)濕式電除塵器用水清灰，耗水量大。

c)濕式電除塵器所處環(huán)境腐蝕性強(qiáng)，需要解決濕式電除塵器的防腐問題。

該技術(shù)適用條件：

a)適合用于排放要求高，對(duì)多種污染物排放均有較高要求的電廠。

b)適用于前端除塵器改造難度大、費(fèi)用高的場(chǎng)合。

c)濕法脫硫后煙塵濃度增加導(dǎo)致排放超標(biāo)，且濕法脫硫系統(tǒng)改造難度大，難以實(shí)現(xiàn)煙塵穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的項(xiàng)目。

通過分析濕式電除塵器除塵技術(shù)特點(diǎn)，配合協(xié)同治理技術(shù)，是可以實(shí)現(xiàn)煙塵超低排放的。通過干式除塵及新技術(shù)(低低溫、旋轉(zhuǎn)電極等)與濕式除塵的不同組合及濕法脫硫系統(tǒng)協(xié)同除塵，可以得到多種煙塵超低排放工藝路線，典型技術(shù)路線為干式除塵器→高脫硫、除塵效率的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置(WFGD)→濕式電除塵器→煙氣再熱裝置(FGR，可選擇安裝)。

該工藝技術(shù)的主要設(shè)備有高效干式除塵、濕法脫硫、濕式電除塵器，干式除塵設(shè)備可選用低低溫電除塵器、電袋復(fù)合除塵器、袋除塵器等，要求出口煙塵排放濃度≤20mg/Nm3。濕式電除塵器有效地避開了粉塵比電阻對(duì)干式電除塵器的影響及沒有機(jī)械振打清灰產(chǎn)生的二次揚(yáng)塵，同時(shí)靜電和水霧相結(jié)合可顯著提高除塵效率。

燃煤電廠濕法脫硫后配套濕式電除塵器，真正使大氣污染物煙塵排放濃度達(dá)到超低排放(≤10mg/Nm3或5mg/Nm3)，實(shí)現(xiàn)超低排放。國(guó)內(nèi)山東黃臺(tái)電廠8號(hào)300MW機(jī)組、上海石洞口一電廠3號(hào)300MW機(jī)組、內(nèi)蒙古蒙西電廠1號(hào)300MW機(jī)組、江蘇泰州電廠二期工程2×1000MW機(jī)組等均進(jìn)行濕式電除塵器改造，均實(shí)現(xiàn)了煙塵的超低排放[5]。

3.3燃煤電廠煙塵超低排放技術(shù)改造建議

通過對(duì)新除塵技術(shù)及燃煤電廠煙塵“超低排放”的技術(shù)探討，結(jié)合燃煤電廠現(xiàn)役機(jī)組超低排放的要求及改造條件，建議：

a)現(xiàn)有除塵方式除塵器出口煙塵排放濃度小于20mg/m3的除塵器可以考慮不再進(jìn)行除塵器改造，可在脫硫塔后加裝濕式電除塵器。

b)采用布袋除塵器或電袋除塵器的機(jī)組，除塵器出口煙塵排放濃度小于30mg/m3、大于20mg/m3的除塵器，應(yīng)對(duì)選除塵器進(jìn)行改造。同時(shí)，在脫硫塔后加裝濕式電除塵器。

c)除塵器出口煙塵排放濃度在50mg/m3左右的電除塵器，機(jī)組灰硫比較大，可進(jìn)行低低溫電除塵器技術(shù)進(jìn)行改造。如場(chǎng)地受限，也可以對(duì)電除塵器進(jìn)行電袋或袋除塵器改造，同時(shí)，在脫硫塔后加裝濕式電除塵器。

4結(jié)語(yǔ)

目前圍繞滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，多種除塵器新技術(shù)的開發(fā)和研究不斷呈現(xiàn)新成果，通過對(duì)低低溫電除塵、濕式電除塵器技術(shù)特點(diǎn)及適用條件的研究，各種以低低溫電除塵、濕式電除塵器為核心超低排放技術(shù)的均能夠?qū)崿F(xiàn)超低排放，可以有效降低煙塵的排放，減少對(duì)環(huán)境空氣的污染。

在選擇煙塵超低排放技術(shù)時(shí)，還需結(jié)合不同區(qū)域經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境條件、煤質(zhì)差異及各煙氣治理設(shè)施之間的相互影響等進(jìn)行系統(tǒng)化的全過程進(jìn)行考慮。由于煙塵超低排放技術(shù)需要“協(xié)同治理”，在每個(gè)裝置脫除其主要目標(biāo)污染物的同時(shí)，協(xié)同脫除其它污染物或?yàn)橄掠窝b置脫除污染物創(chuàng)造有利條件。所以各系統(tǒng)需要正常運(yùn)行至關(guān)重要，三分技術(shù)，七分管理”，應(yīng)制定嚴(yán)格和科學(xué)的操作、維護(hù)、管理規(guī)程，并加強(qiáng)對(duì)員工的培訓(xùn)。