燃煤电厂除尘设施在新标准下的技术改造方案研究

【摘要】为了让更好地实现可持续发展，我国环保标准日益严格，国家《火电厂大气污染物排放标准》(G13223 一2011)要求2014年7月1日起全国火电厂烟尘排放浓度需达到30mg/m3，重点区域达到烟尘特别排放限值20mg/m3；2014年9月12日国家发展和改革委员、环境保护部和国家能源局（发改能源[2014]2093 号）文件关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020）》的通知要求，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，烟尘排放浓度不高于10毫克/立方米）。在如此严格的排放标准要求下，很多燃煤电厂的除尘设备已不能满足新标准的要求，燃煤电厂配备的电除尘器80%以上面临提效改造。

【关键词】燃煤电厂，静电除尘器，技术方案

中图分类号：TV文献标识码： A

引言：

我国燃煤电厂锅炉配套的除尘设备以静电除尘器为主，目前情况来看，由于我国燃煤电厂煤种多变，加之运行维护等方面的原因，现役静电除尘器大多很难达到设计效率。近年来，随着我国环保标准的进一步提高，对烟尘的排放要求和二氧化硫的控制力度不断加大，燃煤电厂改用低硫煤或采用烟气脱硫装置（如炉内喷钙等）等措施，致使飞灰比电阻增加，静电除尘器的除尘效率急剧下降，很难达到新的排放标准要求。分析造成静电除尘器效率低的原因，提出效率低、投资少的改造方案十分必要。

一．静电除尘器的工作原理及发展现状

静电除尘器是利用电场产生的电力使尘粒从气流中分离的设备。静电除尘内设置高压电场，随着电压的逐渐升高，导致空气电力分解成正、负离子。空气电离后由于连锁反应，在极间运动的离子数大大增加，使极间电流急剧增大，形成电晕。电晕区内的空气电离后，正离子很快向负极移动，负离子则向阳极运动。含尘气体通过静电除尘器时，由于电晕的范围很小，只有少量离子在电晕区通过，获得正电荷，沉积在电晕极上；大多数尘粒在电晕区外通过，获得负电荷，最后沉积在集尘极上，被除尘器捕集。

从国际范围来看，电除尘无疑能够满足10mg/m3乃至更严格的排放标准；对于大部分中国煤种，直接使用电除尘器也可以满足新的排放标准，电除尘器不仅具备优越的经济性和安全可靠性，且不存在二次污染。但是高比电阻粉尘引起的反电晕、振打引起的二次扬尘及微细粉尘荷电不充分等常规电除尘器固有的技术瓶颈，在很大程度上影响了电除尘器的除尘效率。面对新标准，对现役电除尘器的改造提出了新的要求[1]。

二．燃煤电厂静电除尘器效率较低的原因

1.设计除尘效率不高和静电除尘器设备老化

由于以前燃煤电厂污染物排放标准不严格，早期设计和制造的除尘器一般为二电厂或三电厂，设计除尘效率一般在95%~99%[2]。再加上长期运行及维护管理不善，静电除尘器设备老化，致使除尘器效率降低。这些问题主要体现在静电除尘器本体内部各构件发生腐蚀、磨损、变形以及电气原件老化及设备短缺等方面。随着环保标准的提高，这类静电除尘器已不能满足排放标准的要求。

2.锅炉运行工况导致除尘效率降低

如锅炉燃用的煤种、粉尘特性，特别是飞灰比电阻，灰中Si、Al、Fe、Na的质量分数对静电除尘器的效率影响很大。

3.煤的含硫量对静电除尘器的效率影响

当煤中S的质量分数高于1.5%时，烟气中SO3可起到调质作用，增强飞灰的表面可导性，有利于静电除尘器除尘；而当S的质量分数低于1%时，烟气中SO3的调质作用非常微弱。硫的质量分数越低，静电除尘器反电晕程度越强烈，收尘难度越大，静电除尘效率也越低[3]。

此外，采取烟气脱硫措施，如炉内喷钙、循环流化床等，也会引起飞回特性的变化导致静电除尘器的除尘效率降低。

三．静电除尘器的改造方案

1.增加静电除尘器电场

根据Deutsch效率计算公式，要提高收尘效率就要增加静电除尘器收尘板面积，目前对已投运的静电除尘器提高除尘效率有两个方案可供选择：1）将原静电除尘器加宽；2）在原静电除尘器的基础上增加电场。二者相比，采取增加电场的方案效果要比采用原静电除尘器加宽的方案效果好。这是由于粉尘的荷电特性及被收集的难以程度决定的，不同粒径的粉尘在不同的电压等级和电场强度下，才能保证其迅速而充分荷电及有效被收集。因此同一台除尘器在收尘面积相同的条件下，采取多而小的电场要比采取少而大的电场更有利于提高收尘效率。

在静电除尘器电厂较少、设计效率较低的情况下，可以在原有的基础上，增加一个或两个电场使静电除尘器达到四个甚至五个电场，靠增加静电除尘器的收尘面积、增加串联的电场数量来提高除尘器效率，使静电除尘器除尘效率提高到99%~99.9%[4]。但由于静电除尘器除尘原理的限制，除尘效率很难再得到突破，难以长时间满足日益严格的环保要求，并且增加电场数目收到电厂原有空间规划的限制，比较难以实现。

2.改为布袋除尘器

袋式除尘器的除尘效率不受烟气成分、含尘浓度、颗粒分散度及粉尘比电阻等粉尘性质的影响，对微细粉尘捕集率一般可达99.9%以上，排放浓度

3.改造为固定+移动组合式除尘器

不管是对原有的静电除尘器加以扩容，还是采用布袋防尘器，都存在着受施工场地、除尘效率或投资过高的影响，从技术与经济两个角度来考虑并不是最合理的方案。

因此，在考虑了静电除尘器和布袋除尘器各自的有缺点之后，找出了第三种不同类型的除尘方式：固定+移动组合式除尘器，达到最佳的除尘效果和设备可靠性。固定+移动组合式除尘器是基于固定静电除尘和移动电极除尘两种成熟的除尘理论而提出的一种新型的除尘技术。它结合了两种不同除尘方式的优点，除尘效率高（排放浓度低于10mg/m3），既能满足新的环保标准，又能增加运行可靠性，降低电厂除尘成本。因此，组合式除尘器的开发对现役电厂除尘器改造和新建电厂（包括现役电厂扩建机组）除尘设备选择具有重要意义，具有较大的学术价值，是中国烟气治理的发展方向之一。

在静电除尘末电场改传统的振打清灰为电刷清灰，可清除高比电阻粉尘，使极板始终保持干净，防止反电晕，电刷置于烟气流之外，防止二次飞扬，电刷长期稳定运行，防止除尘效率下降。高效收集高比电阻粉尘；能有效防止反电晕现象；不产生二次飞扬；随着时间的推移，除尘效率下降缓慢；适应燃料品种的范围更宽；节省空间，节省能源，实现除尘器的小型化，适用收集的粉尘范围广泛。

使用固定电极对粉尘中粗大颗粒进行预除尘，使用移动极板收取粉尘中高比电阻、超细、高粘度粉尘，移动极板可以抑制电场反电晕的产生、提高收尘效率、节约能耗、抑制末级电场二次飞扬的产生；以较高的性价比（同等条件下末电场采用移动电极静电除尘器运行费用为固定式静电除尘器的60%），实现较高的除尘效率，并持续保障烟灰达标排放10mg/Nm3以下[5]。

四．结论

组合电除尘器既能应用于新建工程，也能应用于点除尘器提效改造。采用组合电极除尘技术进行提效改造时，工作量较小，只需对原设备进行必要的检查和消缺，在大多数场合不需要额外的场地。从而不像采用常规电除尘技术进行加高、纵向或横向扩容改造那样复杂，也不像采用袋式或电袋除尘器改造那样需要更换引风机及相关设备。

【参考文献】

[1] 蔡铭,刘练波,陈俊峰.燃煤电厂静电除尘器改造方案.2005

[2] 黎在时.电除尘器的选型安装与运行管理.2005.

[3] 刘书平，饶伯春.袋式除尘器在电厂燃煤锅炉上的应用.2002.

[4] 王敏.影响电除尘器效率原因分析及对策.2002.

[5] 解展.新环保标准要求下燃煤电厂静电除尘器的改造.2013.