低低溫電除塵技術(shù)是實(shí)現(xiàn)燃煤電廠節(jié)能減排的有效技術(shù)之一

1、低低溫電除塵技術(shù)是實(shí)現(xiàn)燃煤電廠節(jié)能減排的有效技術(shù)之一北極星節(jié)能環(huán)保網(wǎng) 2014/7/1 15:25:41 中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)我國(guó)以煤炭為主的能源供應(yīng)格局在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生根本性改變，因此燃煤電廠污染物排放問(wèn)題一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) (GB 13223-2011)的出臺(tái)，將煙塵排放濃度限值由50mg/Nm3降至30mg/Nm3，重點(diǎn)地區(qū)降至20mg/Nm3，達(dá)到了與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家同樣嚴(yán) 格的標(biāo)準(zhǔn)要求。環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3095-2012)增設(shè)了PM2.5排放濃度限值，并給出了監(jiān)測(cè)實(shí)施的時(shí)間表。鑒于中國(guó)煤種多變等特殊國(guó)情，新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，對(duì)電除塵技術(shù)來(lái)說(shuō)，既是

2、挑戰(zhàn)更是機(jī)遇。電除塵器因其具有除塵效率高、設(shè)備阻力低、處理煙氣量大、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)工作量少且無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)在電力行業(yè)除塵領(lǐng)域占據(jù)著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)地 位。國(guó)內(nèi)電除塵領(lǐng)域的眾多專家在對(duì)國(guó)內(nèi)煤種的適應(yīng)性進(jìn)行了研究后，認(rèn)為在滿足新排放標(biāo)準(zhǔn)并保證經(jīng)濟(jì)性的前提下，電除塵器仍有廣泛的適應(yīng)性。但電除塵器的除塵效率與粉塵比電阻有很大的關(guān)系，低低溫電除塵技術(shù)可大幅度降低粉塵的比電阻，避免反電暈現(xiàn)象，從而提高除塵效率，不但能實(shí)現(xiàn)低排放，當(dāng)采用低溫省煤器時(shí)，還可節(jié)省能耗，同時(shí)去除煙氣中大部分的SO3。該技術(shù)在日本已得到工程實(shí)踐的考驗(yàn)。隨著我國(guó)節(jié)能減排政策執(zhí)行力度的進(jìn)一步加大，國(guó)內(nèi)對(duì)該技術(shù)的關(guān)注度 也日益增加

3、。低低溫電除塵技術(shù)概述低低溫電除塵技術(shù)發(fā)展歷史低低溫電除塵技術(shù)是從電除塵器及濕法煙氣脫硫工藝演變而來(lái)。在日本已有近20年的應(yīng)用歷史。三菱重工于1997年開(kāi)始在大型燃煤火電機(jī)組中推廣應(yīng)用基于MGGH 管式氣氣換熱裝置使煙氣溫度在90左右運(yùn)行的低低溫電除塵技術(shù)，已有超6500MW的業(yè)績(jī)，在三菱重工的煙氣處理系統(tǒng)中，低低溫電除塵器出口煙塵濃度均小于30mg/Nm3，SO3濃度大部分低于3.57mg/Nm3，濕法脫硫出口煙塵濃度可達(dá)5mg/Nm3，濕式電除塵器出口煙塵濃度可達(dá)1mg /Nm3以下。目前日本多家電除塵器制造廠家均擁有低低溫電除塵技術(shù)的工程應(yīng)用案例，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，日本配套機(jī)組容量累計(jì)已超5

4、,000MW，典型的有三菱重工(MHI)、石川島播磨(IHI)、日立(Hitachi)等。 低低溫電除塵技術(shù)簡(jiǎn)介低低溫電除塵技術(shù)是通過(guò)低溫省煤器或熱媒體氣氣換熱裝置(MGGH)降低電除塵器入口煙氣溫度至酸露點(diǎn)溫度以下，一般在90左右，使煙氣中的大部分 SO3在低溫省煤器或MGGH中冷凝形成硫酸霧，黏附在粉塵上并被堿性物質(zhì)中和，大幅降低粉塵的比電阻，避免反電暈現(xiàn)象，從而提高除塵效率，同時(shí)去除大部分的SO3，當(dāng)采用低溫省煤器時(shí)還可節(jié)省能耗。低低溫電除塵系統(tǒng)布置如圖1所示，與傳統(tǒng)工藝路線布置不同的是，電除塵器的上游布置了GGH熱回收器。燃煤電廠煙氣治理島低低溫電除塵系統(tǒng)典型布置方式主要有兩種(如圖2

5、、圖3所示)。圖2是在電除塵器前布置低溫省煤器，具有節(jié)能的效果，是目前國(guó)內(nèi)采用的主要工藝路線。圖3是在電除塵器前布置MGGH，將煙氣溫度降低，同時(shí)將煙氣中回收的熱量傳送至濕法脫硫系統(tǒng)后的再加熱器，提高煙囪煙氣溫度，該工藝路線在日本應(yīng)用非常廣泛。低低溫電除塵技術(shù)特點(diǎn)根據(jù)在日本電廠的應(yīng)用情況，與傳統(tǒng)電除塵器相比，低低溫電除塵技術(shù)具有以下特點(diǎn)。(1)除塵效率高1)比電阻下降。低低溫電除塵器將煙氣溫度降低到酸露點(diǎn)以下，由于煙氣溫度的降低，特別是由于SO3的冷凝，可大幅度降低粉塵的比電阻，避免反電暈現(xiàn)象，從而提高除塵效率(如圖4所示)。在這種模式下省略除塵塔和濕式電除塵器也可滿足排放要求。低低溫電除塵器

6、出口煙塵濃度低于30mg/Nm3，通過(guò)濕法脫硫裝置保證出口煙塵濃度小于10mg/Nm3排放。2)擊穿電壓上升。排煙溫度降低，使電場(chǎng)擊穿電壓上升，除塵效率提高。從以下經(jīng)驗(yàn)公式看，排煙溫度每降低10，電場(chǎng)擊穿電壓將上升3%。3)煙氣量降低。由于排煙溫度降低，煙氣量相應(yīng)下降，電除塵電場(chǎng)風(fēng)速降低，比集塵面積增加，有利于粉塵的捕集。(2)可除去絕大部分SO3電除塵器煙氣溫度降至酸露點(diǎn)以下，氣態(tài)的SO3將轉(zhuǎn)化為液態(tài)的硫酸霧。因煙氣含塵濃度很高，粉塵總表面積很大，這為硫酸霧的凝結(jié)附著提供了良好的條件。當(dāng)灰硫比(D/S)，即粉塵濃度(mg/Nm3)與硫酸霧濃度(mg/Nm3)之比大于100時(shí)，煙氣中的SO3去

7、除率可達(dá)到95%以上，SO3質(zhì)量濃度將低 于1ppm(約3.57mg/Nm3)。日本通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出燃煤電廠煙氣處理系統(tǒng)中硫酸霧質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)情況如圖5所示，8090的低低溫電除塵系統(tǒng)除硫酸霧或SO3效率明顯高于130150的常規(guī)電除塵系統(tǒng)。(3)當(dāng)采用低溫省煤器時(shí)，節(jié)能效果明顯對(duì) 1臺(tái)1000MW機(jī)組低低溫電除塵系統(tǒng)的節(jié)能效進(jìn)行果計(jì)算分析，煙氣溫度降低30，可回收熱量1.64108kJ/h(相當(dāng)于1.2噸標(biāo)煤/h)，節(jié) 約濕式脫硫系統(tǒng)水耗量70t/h，同時(shí)，煙氣溫度降低后，實(shí)際煙氣量大大減少，這不僅可以降低下游設(shè)備規(guī)格，而且可使風(fēng)機(jī)(IDF)的電耗約減少10%，脫硫系統(tǒng)用電量由原來(lái)的1.3%減

8、小到1.0%。(4)二次揚(yáng)塵加劇粉塵比電阻的降低會(huì)削弱捕集到陽(yáng)極板上的粉塵靜電黏附力，從而導(dǎo)致二次揚(yáng)塵現(xiàn)象比常規(guī)電除塵器嚴(yán)重，影響除塵性能。圖6表示了煙氣溫度與ESP除塵效率的 關(guān)系及ESP出口煙塵濃度的構(gòu)成。從圖6可以看出，常規(guī)電除塵器中排放的煙塵主要是未能捕集的一次粒子，而低低溫電除塵器中二次揚(yáng)塵部分是主體，未采取特別對(duì)策的低低溫電除塵器的二次揚(yáng)塵主要由振打再飛散粉塵組成，而未能捕集的一次粒子僅僅占很小一部分。低低溫電除塵器如不對(duì)二次揚(yáng)塵采取針對(duì)性的措施，煙塵排放量將會(huì)超過(guò)常規(guī)電除塵器，但在采取特別對(duì)策后，煙塵排放濃度可大幅降低。低低溫電除塵技術(shù)研究現(xiàn)狀低溫腐蝕問(wèn)題由于煙氣溫度在MGGH中

9、被降低至90左右，低于酸露點(diǎn)，使煙氣中的大部分SO3在MGGH中冷凝，形成具有腐蝕性的硫酸霧。關(guān)于煙氣溫度低于酸露點(diǎn)溫度是否引起低溫腐蝕問(wèn)題，有日本學(xué)者的研究結(jié)果顯示，合適的ESP入口粉塵濃度可以保證SO3凝聚在粉塵表面，不會(huì)發(fā)生設(shè)備腐蝕。三菱重工的研究結(jié)果顯示當(dāng)灰硫比大于10時(shí)，腐蝕率幾乎為零(如圖7a所示)，三菱重工已交付的火電廠的低低溫電除塵器灰硫比一般遠(yuǎn)大于100，都沒(méi)有低溫腐蝕問(wèn)題。美國(guó)南方電力公司也通過(guò)灰硫比來(lái)評(píng)價(jià)腐蝕程度(如圖7b所示)，當(dāng)?shù)偷蜏仉姵龎m器采用含硫量為2.5%的燃煤時(shí)，灰硫比在50100之間可避免腐蝕，當(dāng)采用含硫量更高的燃煤時(shí)，為避免腐蝕，灰硫比應(yīng)大于200。低低溫

10、電除塵器目前多應(yīng)用于低硫煤。在IHI(石川島播磨)的業(yè)績(jī)中，對(duì)應(yīng)的煤種含硫量最高為1.17%。美國(guó)應(yīng)用的低低溫電除塵器中，有電除塵器入口SO3氣體濃度為51.5mg/Nm3的報(bào)道。日本日立在實(shí)驗(yàn)室完成了SO3氣體濃度為143mg/Nm3，降溫后SO3氣體濃度為0.286mg/Nm3的試驗(yàn)。日本各電廠的燃煤穩(wěn)定，因此其酸露點(diǎn)溫度也較穩(wěn)定。由于燃煤含硫量越高，煙氣中的SO3濃度越高，其對(duì)應(yīng)的酸露點(diǎn)溫度就越高，發(fā)生腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加。低低溫電除塵器對(duì)高硫煤的腐蝕情況還有待進(jìn)一步研究。常陸那珂電廠將高硫煤和次煙煤等混合后燃用，在一定程度上解決了高硫煤低溫腐蝕問(wèn)題?？傊?，低低溫電除塵器一般不存在腐蝕問(wèn)題，

11、但對(duì)高硫煤工況尚未見(jiàn)工程應(yīng)用。二次揚(yáng)塵問(wèn)題在低低溫電除塵系統(tǒng)中，二次揚(yáng)塵會(huì)對(duì)煙塵排放起決定性的作用，應(yīng)采用防止二次揚(yáng)塵的措施?，F(xiàn)有的措施有：1)采用離線振打技術(shù)。在振打時(shí)關(guān)斷該通道的氣流，也可配合斷電振打來(lái)提升極板的清潔效果(如圖8所示)，三菱重工主要采用這種技術(shù)。2)采用移動(dòng)電極電除塵技術(shù)，日立主要采用這種技術(shù)。3)出口封頭內(nèi)設(shè)置收塵板式的出口氣流分布板，使部分來(lái)不及捕集或二次飛揚(yáng)的粉塵進(jìn)行再次捕集。需要指出的是，采用離線振打技術(shù)增大了電除塵器尺寸，增加了成本和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，需要對(duì)隔離門(mén)進(jìn)行維護(hù)，當(dāng)一個(gè)室因振打而關(guān)閉時(shí)會(huì)破壞正常的氣流?；叶范氯麊?wèn)題由于溫度較低，灰的流動(dòng)性降低易引起灰斗堵塞。

12、三菱重工提出的對(duì)策有：1)灰斗的卸灰角需增加；2)灰斗不僅需保溫，在下部還需用蒸汽加熱器或電加熱器進(jìn)行有效加熱，強(qiáng)化蒸汽加熱管并涂抹遠(yuǎn)紅外線涂料，以保證下灰通暢；3)灰斗內(nèi)壁涂增加光滑度的材料。國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況及典型案例分析國(guó)外低低溫電除塵技術(shù)已有近20年的應(yīng)用歷史，投運(yùn)業(yè)績(jī)超過(guò)20個(gè)電廠，機(jī)組容量累計(jì)超15,000MW，國(guó)外投運(yùn)情況為低低溫電除塵技術(shù)的國(guó)內(nèi)應(yīng)用提供了借鑒。國(guó)內(nèi)在2010年開(kāi)始加大該技術(shù)研發(fā)，目前已有600MW機(jī)組投運(yùn)業(yè)績(jī)。石川島播磨(IHI)的常陸那珂1號(hào)機(jī)組石川島播磨(IHI)的常陸那珂1號(hào)機(jī)組1000MW燃煤電廠2003年12月投運(yùn)，熱回收器從煙氣中吸收相當(dāng)于發(fā)電量的3%5

13、%的熱量，其工藝流程為：含有高濃度粉塵和SO3的煙氣通過(guò)空氣預(yù)熱器將煙氣溫度從370降到138，通過(guò)MGGH將煙氣溫度降至92，然后進(jìn)入低低溫電除塵器，出口煙塵濃度為30mg/Nm3，出口煙氣溫度90，除塵效率為99.8%。脫硫裝置出口SO3濃度111mg/Nm3、塔內(nèi)流速 4.0m/s、石膏純度在95%以上、石膏含水率在10wt%以下，為了使脫硫裝置出口煙氣溫度達(dá)到酸露點(diǎn)以上，符合日本煙氣排放的溫度標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)煙氣再加熱器將溫度升高到90左右，煙塵排放濃度小于8.0mg/Nm3且避免了對(duì)下游設(shè)備的腐蝕。由于脫硫系統(tǒng)的除塵效率較高，一般可達(dá)80%左右，因此低低溫電除塵器的出口煙塵濃度限值設(shè)置在3

14、0mg/Nm3是合理的。運(yùn)煤設(shè)備考慮了混煤運(yùn)用的設(shè)計(jì)，通過(guò)調(diào)節(jié)兩臺(tái)煤炭裝載輸送機(jī)的排出速度，可按任意比率在輸送帶上進(jìn)行混煤。對(duì)于含硫高的煤和次煙煤等對(duì)低低溫電除塵器存在運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的煤種，可通過(guò)混煤加以利用。日本日立(Hitachi)碧南電廠4、5號(hào)機(jī)組日本日立已將“DeNOx系統(tǒng)+低低溫電除塵器+DeSOx系統(tǒng)+濕式電除塵器”技術(shù)成功應(yīng)用在日本中部電力株式會(huì)社的碧南電廠1000MW燃煤機(jī)組中，碧南電廠共有五臺(tái)機(jī)組，其中4#、5#爐1000MW機(jī)組均為低低溫電除塵器，分別于2001年、2002年投運(yùn)。如圖9所示，進(jìn)入移動(dòng)電極電除塵器的煙氣溫度為8090，GGH進(jìn)口粉塵濃度為530g/Nm3，低低溫

15、電除塵器出口煙塵濃度小于30mg/Nm3，脫硫系統(tǒng)出口煙塵濃度35mg /Nm3，濕式電除塵器出口煙塵濃度0.321.0mg/Nm3，煙囪入口SO3濃度小于0.286mg/Nm3，此工藝通過(guò)移動(dòng)電極解決了低低溫電除塵器二次揚(yáng)塵問(wèn)題。日本電源開(kāi)發(fā)株式會(huì)社的橘灣火力發(fā)電站2號(hào)機(jī)組由日本電源開(kāi)發(fā)株式會(huì)社提供 的橘灣電廠2號(hào)機(jī)組(1050MW)配套低低溫電除塵器于2000年12月開(kāi)始商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)溫度90，測(cè)試溫度96，設(shè)計(jì)低低溫電除塵器出口煙塵濃度24.0mg/Nm3，測(cè)試低低溫電除塵器煙塵出口濃度3.7mg/Nm3，測(cè)試煙囪出口煙塵排放濃度為1mg/Nm3 。國(guó)外低低溫電除塵器出口煙塵濃度設(shè)計(jì)為低

16、于30mg/Nm3，國(guó)外由于脫硫系統(tǒng)除塵效率較高，這個(gè)低低溫電除塵器煙塵出口濃度設(shè)計(jì)是合理的，實(shí)際上，低低溫電除塵器煙塵出口濃度可以更低，比如廣野電廠600MW機(jī)組低低溫電除塵器煙塵出口濃度為16.4mg/m3，橘灣電廠2號(hào)機(jī)組1050MW低低溫電除塵器煙塵出口濃度為3.7mg/m3。國(guó)內(nèi)應(yīng)用案例低低溫電除塵技術(shù)在國(guó)外應(yīng)用非常成熟，也引起了國(guó)內(nèi)業(yè)主的廣泛關(guān)注。福建大唐寧德電廠3#、4#兩臺(tái)600MW燃煤發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)爐配套雙列雙室五電場(chǎng)靜電除塵器。2010年該機(jī)組電除塵器通過(guò)采用低低溫電除塵技術(shù)，并對(duì)原電除塵器全面檢修，前電場(chǎng)采用高頻電源(3#爐)，對(duì)高低壓電控設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，將煙氣溫度降至

17、93左右，低于94的煙氣酸露點(diǎn)。經(jīng)測(cè)試，4#爐煙塵排放濃度從原約60mg/Nm3下降到20mg/Nm3，SO3脫除率為73.78%。華能長(zhǎng)興電廠2 6 6 0 M W 、臺(tái)州第二發(fā)電廠21000MW機(jī)組等已經(jīng)簽訂低低溫電除塵器的合同，目前項(xiàng)目正在執(zhí)行中。低低溫電除塵器核心問(wèn)題及對(duì)策措施探討由于低低溫電除塵器運(yùn)行溫度處于酸露點(diǎn)溫度以下，煙塵性質(zhì)發(fā)生了很大的改變，其核心問(wèn)題主要有：電除塵器選型技術(shù)，煤種變化和高硫煤帶來(lái)的不良影響，二次揚(yáng)塵、灰斗腐蝕、堵灰、絕緣子室結(jié)露、陰極線材料、人孔門(mén)及周圍區(qū)域的腐蝕等。選型技術(shù)面臨挑戰(zhàn)與常規(guī)電除塵器相比，低低溫電除塵器中的煙塵性質(zhì)發(fā)生了根本性變化，不能用常規(guī)的

18、選型方法或經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，需研究針對(duì)性的選型技術(shù)，這是電除塵器制造商面臨的挑戰(zhàn)，應(yīng)加強(qiáng)機(jī)理研究，吸取國(guó)內(nèi)外低低溫電除塵器運(yùn)行的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。防止煤種變化和高硫煤帶來(lái)的不良影響燃煤含硫量越高，相對(duì)來(lái)說(shuō)煙氣中的SO3濃度越高，其對(duì)應(yīng)的酸露點(diǎn)就越高，發(fā)生腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)增加。特別要注意當(dāng)鍋爐燃煤收到基硫的重量百分比高于1.0%，尤其當(dāng)高于1.5%時(shí)對(duì)低低溫電除塵器的影響。防止二次揚(yáng)塵由于煙塵性質(zhì)的改變，粉塵附著力降低，二次揚(yáng)塵加劇。因此低低溫電除塵器宜采用離線振打技術(shù)，即振打清灰時(shí)，阻斷其一個(gè)或多個(gè)通道氣流通過(guò)，并與其振打清灰進(jìn)行聯(lián)鎖，達(dá)到控制二次揚(yáng)塵的目的；也可采用移動(dòng)板式電除塵技術(shù)，即通過(guò)改變末電場(chǎng)清灰方式來(lái)最大限度地避免二次揚(yáng)塵。防止灰斗腐蝕、堵灰由于SO3黏附在粉塵上并被堿性物質(zhì)吸收中和，收集下來(lái)的灰的流動(dòng)性變差，因此灰斗卸灰角度需大于常規(guī)設(shè)計(jì)，不宜小于65。作為電除塵器的儲(chǔ)灰裝置，灰斗需要一定時(shí)間存灰，因此灰斗是電除塵器防腐的重點(diǎn)之一，因煙氣溫度較低，且灰中SO3含量較高，因