國內(nèi)燃煤電廠現(xiàn)役主要煙塵治理設(shè)施技術(shù)特點及其實現(xiàn)超低排放存在的問題與技術(shù)難點，通過對當前國內(nèi)開發(fā)的新除塵技術(shù)及其應用效果的比選研究，有針對性地提出燃煤電廠現(xiàn)役機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。

隨著中國經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展，城市化和工業(yè)化進程日益加快，各種大氣污染物排放急劇增加，尤其是近幾年中國出現(xiàn)大范圍霧霾天氣，嚴重損害人民群眾身體健康，影響社會和諧穩(wěn)定，一般認為煤炭和石油對霧霾的影響好，尤其是燃煤電廠[1]。

按照國家相關(guān)要求，全面實施煤電行業(yè)節(jié)能減排升級改造，在全國范圍內(nèi)推廣燃煤電廠超低排放，即在基準氧含量6%條件下，煙塵排放濃度≤10mg/Nm3。山西省要求常規(guī)燃煤機組煙塵排放濃度≤5mg/Nm3，低熱值燃煤機組煙塵排放濃度≤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，也是實現(xiàn)煙塵穩(wěn)定達標排放的基礎(chǔ)。

1電力行業(yè)煙塵排放現(xiàn)狀分析

2013年中國火電行業(yè)共有3102家，裝機容量8.62×108kW，排放煙粉塵218.8×104t，其中獨立火電廠1853家，擁有4825臺機組，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臺機組，排放煙粉塵34.9×104t。2014年中國火電行業(yè)共有3288家，共排放煙粉塵235.5×104t。其中獨立火電廠1908家，擁有4983臺機組，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臺機組，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)，中國燃煤電廠煙塵的排放仍然面臨較大壓力。全面實施煤電行業(yè)節(jié)能減排升級改造，在全國范圍內(nèi)推廣燃煤電廠超低排放，可以有效降低煙塵排放，達到改善空氣環(huán)境質(zhì)量的目的。

2國內(nèi)燃煤電廠除塵技術(shù)使用現(xiàn)狀

目前國內(nèi)比較成熟且適用于各級容量機組的除塵技術(shù)主要是電除塵器、袋式除塵器、電袋復合除塵器。

2.1電除塵技術(shù)

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

電除塵器的主要優(yōu)點：

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

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)上易實現(xiàn)裝置大型化。單臺電除塵器的電場截面積超過400m2，可滿足大機組大煙氣量的應用。

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)運行可靠、維護費用低。

電除塵器的主要缺點：

a)對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，中國已投產(chǎn)燃煤電廠絕大部分采用電除塵器，約占火電裝機容量的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捕集煙塵的技術(shù)。

袋式除塵器的主要優(yōu)點：

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

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

c)運行維護簡單。袋式除塵運行過程中的動作部件僅脈沖閥，相對于其它除塵方式故障點少，故障率低，日常運行、維護簡單。

袋式除塵器的主要缺點：

a)運行阻力偏高。當入口煙塵濃度較大時，清灰周期較短，運行阻力偏高，有的甚至達到1800Pa以上，運行能耗高。

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重。因此，濾袋使用壽命較短，一般為3a。

袋式除塵器對燃煤鍋爐煙塵的適用性較廣，尤其適用于煤種波動大、煙塵比電阻高、排放標準嚴(20mg/m3以下)的鍋爐煙氣除塵，全國燃煤機組安裝的比例接近9%。

2.3電袋復合除塵技術(shù)

電袋復合除塵技術(shù)是將電除塵的荷電除塵及袋除塵的過濾攔截機理有機結(jié)合的一種除塵技術(shù)，前部設(shè)置一個電場的電除塵，捕集大量粉塵，沉降高溫煙氣中的顆粒，緩沖均勻氣流，后部裝設(shè)濾袋，收集細粉塵。

主要技術(shù)特點：

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

b)在相同工況和運行條件下，運行阻力比袋式除塵器低。

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

d)操作便捷、維護簡單。

e)節(jié)能明顯。配置高壓電源數(shù)量及容量僅為傳統(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;電袋復合除塵器平均運行阻力低、濾袋區(qū)清灰頻率低，壓縮空氣耗量少，節(jié)省了引風機、空壓機的電耗。

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

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

2.4除塵技術(shù)存在的問題

目前中國部分燃煤電廠煙塵排放不穩(wěn)定，存在超標現(xiàn)象，主要原因是設(shè)計燃用煤種與實際煤種偏差較大，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、運行管理問題等都會使除塵效率下降，達不到設(shè)計要求。通過對國內(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，煙塵難以實現(xiàn)超低排放的要求，必須對單一的除塵技術(shù)進行優(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

針對燃煤電廠煙塵排放越來越嚴格的要求，國內(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，主要針對對現(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)是指在空氣預熱器和電除塵器之間有煙氣換熱器，其運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，電除塵器電場風速也得以降低;煙溫降低，煙氣中顆粒及氣體分子熱運動能力減弱，氣體擊穿電壓提高，粉塵趨近速度提高;當除塵器入口煙氣溫度已經(jīng)降到露點溫度以下，可去除絕大部分SO3，減小尾部煙氣低溫腐蝕[3]。

技術(shù)特點：

a)煙氣的體積流量得以降低，電場煙氣通道內(nèi)的煙氣流速也相應降低。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，是電除塵器不錯工作范圍，克服了電除塵器對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)回熱走低加系統(tǒng)，可節(jié)煤1g/(kW˙h)——3g/(kW˙h)。

f)系統(tǒng)阻力下降，引風機接電約10%。

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

該技術(shù)適用條件：

a)進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。熱回收器應小于200℃，再加熱器宜為50℃上下。

d)低低溫電除塵器應工作在85℃——110℃范圍，再加熱器應不小于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、熱端端差應大于20℃。

2013年7月實測南昌發(fā)電廠1號機組低低溫電除塵器，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。通過對低低溫靜電除塵技術(shù)特點的分析，配合協(xié)同治理技術(shù)，是可以實現(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，超過此范圍的煤質(zhì)需進行分析、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(一般可取90℃)，入口煙塵濃度<30mg/m3。

b)煙塵排放濃度達到<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，超過此范圍的煤質(zhì)需進行分析、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(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進行清灰。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、導電玻璃鋼式三種類型。

技術(shù)特點：

a)WESP具有除塵效率高、沒有高比電阻反電暈、沒有運動部件、沒有二次揚塵、運行穩(wěn)定、壓力損失小、操作簡單、能耗低等優(yōu)點;濕式電除塵器采用液體沖刷集塵極表面來進行清灰，可有效收集微細顆粒物(PM2.5粉塵、SO3酸霧、氣溶膠)、重金屬(Hg、As、Se、Pb、Cr)、有機污染物(多環(huán)芳烴、二惡英)等，綜合治理能力強。使用濕式電除塵器后，煙氣中的煙塵排放可達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的石膏雨、藍煙、酸霧問題，緩解下游煙道、煙囪的腐蝕問題，節(jié)約防腐成本。濕式電除塵器能實現(xiàn)超低排放，徹底解決煙囪排放問題，達到“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，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、費用高的場合。

c)濕法脫硫后煙塵濃度增加導致排放超標，且濕法脫硫系統(tǒng)改造難度大，難以實現(xiàn)煙塵穩(wěn)定達標排放的項目。

通過分析濕式電除塵器除塵技術(shù)特點，配合協(xié)同治理技術(shù)，是可以實現(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干式電除塵器的影響及沒有機械振打清灰產(chǎn)生的二次揚塵，同時靜電和水霧相結(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到超低排放(≤10mg/Nm3或5mg/Nm3)，實現(xiàn)超低排放。國內(nèi)山東黃臺電廠8號300MW機組、上海石洞口一電廠3號300MW機組、內(nèi)蒙古蒙西電廠1號300MW機組、江蘇泰州電廠二期工程2×1000MW機組等均進行濕式電除塵器改造，均實現(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，應對選除塵器進行改造。同時，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，機組灰硫比較大，可進行低低溫電除塵器技術(shù)進行改造。如場地受限，也可以對電除塵器進行電袋或袋除塵器改造，同時，在脫硫塔后加裝濕式電除塵器。

4結(jié)語

目前圍繞滿足超低排放標準的要求，多種除塵器新技術(shù)的開發(fā)和研究不斷呈現(xiàn)新成果，通過對低低溫電除塵、濕式電除塵器技術(shù)特點及適用條件的研究，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，減少對環(huán)境空氣的污染。

在選擇煙塵超低排放技術(shù)時，還需結(jié)合不同區(qū)域經(jīng)濟、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行系統(tǒng)化的全過程進行考慮。由于煙塵超低排放技術(shù)需要“協(xié)同治理”，在每個裝置脫除其主要目標污染物的同時，協(xié)同脫除其它污染物或為下游裝置脫除污染物創(chuàng)造有利條件。所以各系統(tǒng)需要正常運行至關(guān)重要，三分技術(shù)，七分管理”，應制定嚴格和科學的操作、維護、管理規(guī)程，并加強對員工的培訓。