火力发电厂除尘器提效改造技术选择和应用

摘要: 本文主要介绍国内主要的除尘器技术及除尘器组合技术，以及各除尘技术的应用，为火电企业除尘环保提效改造提供一些建议。

关键词:火力发电厂;除尘器；技术应用

中图分类号：TM58 文献标识码：A

随着国家环保治理力度不断加大，对火电厂烟囱出口烟尘排放浓度要求日益提高，要求治理整改的期限也越发紧迫。根据《火电厂大气污染物排放标准GB 13223-2011》标准限值要求，其中：2012年1月1日起，新建火电锅炉烟尘排放浓度不超过30mg/m3，重点地区新建火电发电锅炉烟尘排放浓度不超过20mg/m3；2014年7月1日起，现有火电发电锅炉烟尘排放浓度不超过30mg/m3，重点地区现有火电发电锅炉烟尘排放浓度不超过20mg/m3。

严苛的环保标准迫使国内各电力企业对下属火电厂出口烟气排放不达标的机组进行改进治理，各火电企业均面临着一场“环保战”。

1国内环保形势及除尘器改造的困难

1.1国家环保要求

根据《火电厂大气污染物排放标准GB 13223-2011》标准限值要求，其中：2012年1月1日起，新建火电锅炉烟尘排放浓度不超过30mg/m3，重点地区新建火电发电锅炉烟尘排放浓度不超过20mg/m3；2014年7月1日起，现有火电发电锅炉烟尘排放浓度不超过30mg/m3，重点地区现有火电发电锅炉烟尘排放浓度不超过20mg/m3。2013年2月27日，国家环保部《关于执行大气污染物特别排放限值的公告》（公告2013年第14号，以下简称《公告》）规定：“十二五”期间，位于重点控制区47个城市主城区的燃煤发电机组自2014年7月1日起执行20mg/Nm3烟尘特别排放限值。

1.2火电企业除尘器改造的困难

1.2.1 新标准要求更高，大幅收紧了火力发电燃煤锅炉烟尘排放限制，针对重点地区制定了更加严格的排放限制，重点地区特别限值为20mg/Nm3。

1.2.2 与旧标准相比，新标准时间段划分简化，任务更加迫切，对现役机组采用了“一刀切”的方式，仅以2012年1月1日为界划分为现有及新建机组2个时段，留给现役机组进行改造的时间只有2年。

1.2.3 目前，除尘器提效改造新技术在火力发电燃煤锅炉上的应用时间比较短，安全可靠性和除尘效率队时间的适应性有待进行一步验证。

1.2.4 目前电厂燃煤煤种变化较大，严重偏离设计煤种，变差的煤种给电除尘改造雪上加霜。

1.2.5 除尘器需提效改造机组数量庞大，整体完成工期跨度较长，需要各单位派专人、专责监督项目。

1.2.6 改造资金投入高，各厂应结合实际情况，优先考虑最节约资金且能达标的治理方案。

1.2.7 各电厂除尘器的运行工况各不相同，需要针对各厂特点，结合实际运行工况，对改造方案进行严谨的制定和审核。

1.2.8 除尘器改造需结合机组大修进行，部分电厂的大修周期超出公告限定日期，相关电厂需提前制定停机计划。

2除尘器技术介绍

2.1本体增容技术

2.1.1除尘原理介绍：电除尘本体增容技术主要是增加除尘器集尘面积来降低灰尘浓度的排放，即横向增加室数、纵向增加场数、高度方向增加极板的面积。

2.1.2 应用案例：河南某电厂#1机组容量300MW，锅炉为亚临界机组、原配双室三电场静电除尘器，电除尘器的比集尘面积为80 m2/（m3/s），除尘器出口设计排放浓度为小于150 mg/Nm3。

改造方案为将现有除尘器三个电场设备（包括控制部分）全部拆除，保留壳体和部分钢架，保持除尘器宽度不变，全部电场高度加高3m，在现有三电场除尘器后面增加一个新电场即变为四电场，并对原第一电场进行了高频电源改造，改造后电除尘器的比集尘面积由原来的80 m2/m3/s增加至101.8 m2/m3/s。改造后的性能测试报告显示机组在320MW负荷时，电除尘器的折算排放浓度为38.09 mg/Nm3。

2.1.3 案例分析：从案例的改造情况及性能测试结果来看，入口粉尘浓度和比集尘面积是影响除尘效率的主要因素。

入口粉尘浓度高时，即使比集尘面积相当，出口排放浓度也相差较大，在本项目中，#1炉和#4炉入口浓度相差6g/Nm3，比集尘面积相当，但出口排放相差50mg/Nm3。在相同条件下，#1炉提高比集尘面积27%至101.8 m2/（m3/s），虽然入口粉尘浓度未有改变，但出口粉尘浓度降至40mg/Nm3以内。

因此，通过将电除尘器的提高比集尘面积提高至100 m2/（m3/s）以上，电除尘器的出口粉尘浓度有望降至40mg/Nm3以内。

2.2移动极板技术

2.2.1除尘原理介绍：移动电极技术主针对在集尘极的高比电阻微细粉尘采用常规清楚方式难以清除，防止反电晕的产生，解决振打的二次扬尘而提出的技术。

移动电极电除尘的收尘极板由若干分离开的条状板材通过链条联接而成，通过驱动轮，使收尘极板在上下链轮间往复移动，在极板上的粉尘层还没有达到能形成反电晕的厚度时，就被移动到了主气流下方的灰斗。移动电极通常设在电除尘的末级电场，其他上游电场仍采用固定极板。

2.2.2 应用案例：江苏某电厂#4机组为300MW容量等级燃煤亚临界纯凝机组，三电场静电除尘器，改造前除尘效率≥99.35%，比集尘面积为65.68 m2/m3/s，入口烟尘浓度25-30g/Nm3，除尘器出口烟尘浓度200mg/Nm3左右。改造方案为一、二、三电场加高阳极板，增加第四电场采用旋转极板方式，所有电场配置高频电源的电除尘改造方案。改造后结果显示 #4机组除尘器结果为出口烟尘质量浓度为29.7mg/m3(标干态，6%O2)；烟尘排放量为除尘效率为99.90%。

2.2.3 案例分析：该电厂#4机组改造由于一、二、三、电场阳极板加高，使得通流面积加大，降低了电场风速，延长了烟气停留时间。加装高频电源和旋转极板，有效地解决了比电阻高，二次飞扬、粉尘粘附性较强难以清除的痼疾。根据检测报告达到了设计烟气排放标准，符合环保规定。与顶部振打相比，侧部振打有更好的效果。从旋转极板的改造应用结果看这种技术路线可以有效的弥补常规电除尘器对高比电阻、超细粉尘、高粘度粉尘难收，难清，收集率低的不足。又避免了袋式除尘设备阻力大，运行费用高，日常维护量大，换袋成本昂贵，以及难以处理高温、高湿烟气的缺陷。但是29.7mg/m3的烟气排放值虽然满足非重点地区30 mg/m3排放标准，但对于20 mg/m3的排放限值要求还有距离。如果煤质发生变化，或长期运行中系统效能下降，排放值可能上升。

2.3 SO3调质技术

2.3.1除尘原理介绍：SO3调质技术原理是在含尘烟气进入除尘器前，在含尘烟气中喷入SO3，使SO3吸附在粉尘的表面进而提高粉尘的表面导电，降低粉尘比电阻提高除尘效率。

2.3.2 应用案例：山西某电厂#1机组容量600MW， 1号机组配套典型双室电除尘器，改造前性能测试，出口排放达到300mg/Nm3左右，改造后除尘器出口排放浓度约80 mg/Nm3。

2.2.3 案例分析：该厂灰成分SiO2+Al2O3含量高，碱金属氧化物（Na2O、K2O）含量低，飞灰在120℃左右比电阻为1012（Ω·cm）左右，粉尘比电阻较高，通过调质降低飞灰比电阻、提高除尘效率的空间大。同时含硫量低，仅-0.3%，碱金属氧化物Na2O含量低，为0.8%，决定了飞灰表面导电差，更有利于调质，SiO2+Al2O3含量约为85%，属于碱性灰，利于吸附SO3，Al2O3含量高达38.78%，Al2O3含量高飞灰浸润性强有利于SO3的吸附，电厂排烟温度126℃，实际测的烟气温度在120℃—140℃之间，适合烟气调质。

2.4低温电除尘技术

2.4.1 除尘原理介绍：低温电除尘技术是通过在电除尘器前增设换热器来降低排烟温度进而降低飞灰比电阻实现提高除尘效率的技术。换热器的布置位置根据现场的情况而定。

2.4.2 应用案例：广东某电厂电除尘器为三室五电场，比除尘面积为105.23m2/m3/s，低温省煤器采用一级布置，除尘器之前布置6台。通过低温省煤器排烟温度由125.4℃降低到95℃左右，降低幅度约20℃。改造前除尘器出口为81.9 mg/Nm3，改造后除尘器出口为75.3 mg/Nm3。

2.4.3 案例分析：飞灰比电阻、排烟温度是影响低温电除尘技术除尘效果的主要影响因素。该电厂燃煤飞灰比电阻比较低，接近最有利于电除尘除尘的比电阻范围104-1011Ω.cm，同时锅炉排烟温度低，排烟温度降低幅度小约20℃。而另一相邻电厂燃煤飞灰比电阻较高，排烟温度高，烟温降低幅度大约55℃，飞灰的比电阻降低范围比较大，根据除尘效率与比电阻关系，通过降温除尘效率将得到较大改善，因此增加低温省煤器后电除尘的除尘效率效果明显。比集尘面积小于110 m2/m3/s时，通过低温电除尘粉尘浓度很难达到30 mg/Nm3。

2.5组合电除尘技术

2.5.1除尘原理介绍：把本体增容、移动极板、高频电源、低温省煤器、凝并器等技术组合在一起，发挥每种技术的优势，提高总的除尘效率。

2.5.2案例介绍：江苏某电厂#1炉原配套2台双室三电场静电除尘器。电除尘器增容提效改造工程改造范围包括：对原电除尘器一、二、三电场（包括外壳、灰斗）全部拆除，进行加宽、加高扩容改造，并在原电除尘器后增加一常规电场及一转动极板电场。除尘器改造后的性能测试，测试燃用煤质好于实际燃用煤质，实际燃用煤质好于设计燃用煤质，测试报告显示机组在137.5MW负荷时，电除尘器的折算排放浓度为13.4 mg/Nm3。

2.6湿式电除尘技术

2.6.1除尘原理介绍：将水雾喷向放电级和电晕区，水雾在芒刺电极形成的强大的电晕场内荷电后分裂进一步雾化，电场力、荷电水雾的碰撞、拦截、吸附凝并，共同对粉尘粒子起捕集作用，最终粉尘粒子在电场力的驱动下到达集尘极而被捕集。水在集尘极上形成连续的水膜，将捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出。

2.7烟道凝并技术

2.7.1 案例介绍：含尘气体进入除尘器前，先对其进行分列荷电处理，使相邻两列的烟气粉尘带上正、负不同极性的电荷，然后，通过扰流装置的扰流作用，使带异性电荷的不同粒径粉尘有效凝聚，形成大颗粒后进入除尘设备。

烟道凝聚器原理图

2.8电袋除尘技术

2.8.1除尘原理介绍：电袋复合除尘技术是利用静电除尘和过滤除尘两种机理，是两种除尘技术的组合，首先利用电除尘作为一级除尘，保留原有电除尘的一个电场或两个电场，然后利用袋式除尘单元作为二级除尘。根据电除尘和袋过滤除尘单元的组合方式可将电袋复合除尘器分为“前电后袋”式和“嵌入”式。“前电后袋”式是电、袋串联，又分为两种，一种是电、袋做成一体，另一种是电、袋分体，相互独立，进入袋式除尘的气流可以调整，可在运行时检修，但占地大，烟尘荷电可能消失导致粉尘疏松阻力大。

2.8.2案例介绍：河北某电厂3号机组为300MW火电机组，采用双室四电场电除尘器，改造前除尘器出口含尘浓度＞120mg/m³，改造后除尘器出口含尘浓度为25mg/m³左右，除尘器阻力1000-1200pa。

2.8.3 案例分析：该电厂锅炉燃煤灰份为38.94%左右，个别时段最高灰份可达53.10%左右，属高灰分工况机组。电袋除尘器由于是电除尘与袋除尘技术的结合体，它可有效的通过滤袋物理过滤原理将电除尘区不能补集的粉尘进行过滤补集，适用于含尘浓度较高的火力电厂。但是滤袋的防腐性和耐高温性较差，不适用于高烟温、高硫份烟气除尘。同时，科学的增大布置滤袋过滤面积可有效的降低除尘器自身阻力。

3除尘器技术选择建议

3.1除尘器改造的总原则

3.1.1应根据锅炉类型、烟气成分及条件、燃用煤质及其变化等条件，确定是否采用静电除尘器技术。

3.1.2静电除尘器提效改造技术包括：静电除尘器本体增容改造、小分区供电、烟气调质、高频电源、电控改造、机电复合双区、旋转电极、降低烟温等。各种电除尘器节能提效技术可根据除尘器具体设备运行工况进行相应的技术组合。

3.1.3各种类型技术的选取及应用均有一定的适用范围，选择哪种类型的技术均需发挥其设备的优点，避免其使用的缺点，在新建及原有除尘器改造时，针对本电厂的设备实际运行工况及现场条件进行选择。

3.1.4静电除尘器技术改造应结合烟气脱硫、脱硝改造、风机改造等进行整体系统性考虑，优化除尘器和烟气脱硫匹配方案，确保全寿命周期内投资和运行费用最低。

3.1.5静电除尘器改造前首先对除尘器进行整体评价，对除尘器原始设计效率、比集尘面积、煤质、灰分条件、运行状况、本体及内部构件的腐蚀、磨损、变形等进行详细分析，确定除尘器实际运行效率和排放浓度，找出不达标的原因，以便确定改造的技术路线。

3.1.6在充分利用原有除尘器基础上，优先选用电除尘器增容改造。

3.2除尘器提效改造技术的适用范围

3.2.1本体增容技术

重点控制区电厂电除尘器改造后比集尘面积至少130m2/（m3/s）以上，烟气流速小于0.9m/s。并考虑辅助提效措施，优先考虑低温省煤器、高频电源。确认可能燃烧煤质中飞灰比电阻大于1011Ω.cm，SiO2+Al2O3≤90%，Al2O3含量高，硫含量低的情况，可考虑增设烟气调质。同时与袋式除尘器综合技术经济性比较，确定方案。

达标区电厂电除尘器改造后比集尘面积至少110m2/（m3/s）以上，烟气流速小于1.0m/s。并考虑辅助提效措施，优先考虑低温省煤器、高频电源。确认可能燃烧煤质中飞灰比电阻大于1011Ω/cm，SiO2+Al2O3≤90%，Al2O3含量高，硫含量低的情况，可考虑增设烟气调质。同时与袋式除尘器/电袋除尘器综合技术经济性比较，确定方案。

3.2.2移动极板技术

单独采用该技术不能使除尘器达标，可以作为辅助措施采用。以下条件考虑采用转动极板：

3.2.2.1采用转动极板改造时，除尘器本体需同时扩容改造，改造后比集尘面积应在110 m2/（m3/s）以上；

3.2.2.2配套设置高频电源；

3.2.2.3粉尘属细、粘粉尘。

同时与袋式除尘器/电袋除尘器综合技术经济性比较，确定方案。

3.2.3 SO3调质技术

3.2.3.1采用烟气调质技术，除尘器出口烟尘排放浓度降低到50 mg/Nm3以下困难；

3.2.3.2烟气调质技术除尘效果明显的条件是：

3.2.3.2.1飞灰比电阻大于1011Ω/cm；

3.2.3.2.2飞灰呈现弱碱性，具体体现在：SiO2+Al2O3≤90%，Al2O3含量高，硫含量低；

3.2.3.2.3排烟温度在120-140℃之间。

3.2.4低温电除尘技术

3.2.4.1在煤质较好的情况下，除尘器出口浓度达到50mg/Nm3比收尘面积要大于110 m2/（m3/s），通过低温电除尘技术，除尘器出口浓度要想达到30mg/Nm3以下，比收尘面积要大于110 m2/（m3/s）；

3.2.4.2经过低温省煤器降温后，烟温保证在酸露点10℃以上；

3.2.4.3通过低温省煤器进行除尘器改造，如果想达到比较高的减排增量必须同时具备两个条件：

3.2.4.3.1飞灰比电阻不小于1012Ω/cm；

3.2.4.3.2排烟温度高，通过低温省煤器后烟温降低幅度大。

3.2.5湿式电除尘技术

3.2.5.1粘性大、高比电阻粉尘；

3.2.5.2对其它污染物有去除要求的，如超细粉尘、气溶胶、酸雾等；

3.2.5.3适用于与湿法脱硫配套使用，可以在酸露点下运行。

3.2.6袋式/电袋除尘技术

单独采用该技术能使除尘器达标，以下条件考虑采用袋式除尘/电袋除尘技术：

3.2.6.1因场地、基础等受限，采用本体扩容或转动极板，除尘器本体改造后比集尘面积仍达不到基本值；

3.2.6.2烟气温度稳定在160℃以下，且氧含量

3.2.6.3布置面积要求过滤风速在1.0m3/m2/s以下。

同时与电除尘器扩容、转动极板综合技术经济性比较，确定方案。

4 结束语

除尘器提效改造技术的应用，应充分考虑改造机组的实际运行工况、场地空间、燃煤品质、地方环境以及经济性等综合因素，本着“因地制宜”的原则进行除尘器提效改造技术的选择。

参考文献：

[1] 国家环境保护部,国家质检总局.GB13223—2011火电厂大气污染物排放标准；

[2]《火电厂大气污染物排放标准GB 13223-2011》

[3] 钱俊、郭婷婷等《除尘器改造技术调研报告2013》

作者简介：

史继伟（1982—）男，助理工程师，张家口发电厂设备部灰硫专业高级点检员。