新環(huán)保標準要求下除塵新技術研究

新環(huán)保標準要求下除塵新技術研究作者：盧文鋒2011年7月29日，環(huán)境保護部和國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布了最新版的《火電廠大氣污染物排放標準》，標準對火電廠大氣污染物排放限值做了更為嚴格的規(guī)定，特別是煙塵排放限值由原來的50mg/m3下降至30mg/m3,重點地區(qū)為20mg/m3,該標準已經達到甚至超過發(fā)達國家標準，對國內的除塵技術提出了新的挑戰(zhàn)。目前能夠滿足新標準下的排放標準除塵技術，主要有采用新工藝的靜電除塵器、布袋除塵器和電袋除塵器。.國外燃煤電廠除塵方式的選擇歐、美、日等國家和地區(qū)粉塵排放要求較高的燃煤電廠主要采用電除塵器，出口排放一般都在20-30mg/m3,運行情況良好。如：歐盟2001/80/EC指令中規(guī)定粉塵排放限值為30mg/m3,其電除塵器約占85%，目前西歐電除塵器的平均排放限值小于10mg/m3；美國2005年規(guī)定粉塵排放限值為20mg/m3,其電除塵器約站80%；日本大部分地方政府規(guī)定的粉塵排放標準均低于20mg/m3,其燃煤電場全部采用電除塵器?？梢钥闯?，歐美日等發(fā)達國家執(zhí)行了比中國更為嚴格的排放標準，而電除塵器仍被廣泛使用。在德國和日本，電除塵器的占有率具有絕對的壓倒優(yōu)勢，而特別具有諷刺意味的是日本和德國恰恰是世界上兩個最大的袋式除塵器濾料纖維出口國。發(fā)達國家燃煤質量較好，煤源穩(wěn)定、熱值高、灰分低，應用電除塵器比較有利。但值得注意的是，印度、越南等發(fā)展中國家燃煤電廠也大都采用電除塵器。印度的煤種可以說是世界上最難收塵的煤種，具有高灰分、高比電阻、低熱值、低硫、低Na2O等諸多不利因素，電除塵器對粉塵的捕集比較困難，但近年來新建600MW級機組還是選擇了7-10電場，比集塵面積200-300m2/m3/s的超大型電除塵器，印度燃煤電廠90%以上采用電除塵器?？梢?，電除塵器許多獨特的優(yōu)點為各國所共識。歐洲暖通空調協會聯盟組織認為，“干式電除塵器可保證排放在10mg/m3以下，如需要可以達到5mg/m3以下。濕式電除塵器可實現小于1mg/m3的粉塵排放”。.國內燃煤電廠大機組電除塵器應用情況2010年，中國環(huán)境保護產業(yè)協會對國內煤種適應性情況進行了分析和總結，國內86%的煤種都在電除塵器除塵“容易”到“一般”的范圍內，即使放在國際視角上比較，電除塵器對我國煤種的適應性也是比較好的。對福建龍凈、浙江菲達、蘭州電力、浙江天潔、上海冶礦5家除塵設備生產廠的電除塵器應用情況進行了調查。調查顯示，2004-2010年間上述企業(yè)已經投運并經第三方測試的600MW機組以上配電除塵器175臺，全部達到合同規(guī)定的技術要求。值得注意的是，其中在電除塵器電場數 3-4個、比集塵面積80-110m2/m3/s的一低電場數、低比集塵面積前提下，電除塵器實測排放低于50mg/m3的有83臺，占測試總數的47.4%，排放低于30mg/m3的也有22臺。這充分說明對于我國的燃煤電廠來說，在適當增加電場數量和比集塵面積的情況下，達到30mg/m3甚至20mg/m3的低排放是完全可以實現的。.采用新工藝的靜電除塵器近年來，國內電除塵行業(yè)加大了對新技術的研究和開發(fā)力度。低低溫電除塵技術、高頻電源、機電多復式雙區(qū)、濕式電除塵器、煙氣調質、移動電極、零風速關斷振打、煙道凝聚器等等一批先進實用的新技術，不但為電除塵器實現低排放創(chuàng)造了更好的條件，擴大了電除塵器的應用范圍，還不同程度地提高了產品的技術經濟性。目前，國內推廣應用和積極研究的新技術和產品主要有如下幾種。低低溫電除塵技術自1997年起，由于日本地方環(huán)保排放控制綜合要求不斷提高，對應的煙氣處理工藝促使低低溫高效煙氣處理技術在日本火電機組得到全面發(fā)展。低低溫煙氣處理技術工藝的原理是在鍋爐空預器后設置MGGH（熱媒水熱量回收系統），使進入除塵器入口的煙氣溫度由原來的130℃-150℃降低至90℃左右（日本稱為低低溫狀態(tài)），從而提高常規(guī)電除塵的收塵性能。而濕法脫硫裝置出口設置MGHH通過熱媒水密封循環(huán)流動，將從降溫換熱器獲得熱量去加熱脫硫后凈煙氣，使其溫度從50℃左右升高到80℃以上。具體工藝流程見圖1。

空氣預熱器煙囪O,riHHHttiHmi'■"WHfl5,-llllllllllllllilil推理水驛環(huán)京處理后的燃氣空氣預熱器煙囪O,riHHHttiHmi'■"WHfl5,-llllllllllllllilil推理水驛環(huán)京處理后的燃氣熱媒水n牌潴坦H非閥電除塵器脫硫塔r-H41ll|IIIIMI|l1l-Jhl"'圖1低低溫電除塵技術工藝流程圖低低溫技術除塵提效的核心措施就是在傳統干式電除塵器之前布置了一級MGHH,將電除塵器的運行溫度降至低低溫狀態(tài)，對于電除塵器來說，帶來了兩個顯著優(yōu)勢：（1）任何煙塵基本都沒有高比電阻狀態(tài)，不會發(fā)生反電暈現象，圖2是常規(guī)鍋爐飛灰比電阻值與煙氣溫度的關系曲線。一般當煙氣溫度在130℃-150℃時，煙塵比電阻值處于較高點，電除塵器易出現低電壓、大電流的“反電暈”現象，造成除塵效率下降。而在90℃-110℃區(qū)間時，煙塵比電阻值可以下降1-2個數量級，使飛灰比電阻值下降至1011以下，使得煙塵比電阻處于最適宜電除塵器收塵的比電阻范圍內，從而確保電除塵器的高效收塵，可以完全杜絕“反電暈”現象的發(fā)生。丸山電也與陽氣溫度失冬山踐量出丸山電也與陽氣溫度失冬山踐量出電界阻反臨電T圖2鍋爐飛灰比電阻值與煙氣溫度的關系曲線（2）煙氣溫度降低使得煙氣量減小，煙氣通過電場的流速降低，停留時間增加，相當于電除塵器的比集塵面積增加。排煙溫度每降低10℃，煙氣量減少2.5%-3%。（3）排煙溫度降低還會使電場擊穿電壓升高，從而提高電除塵的除塵效率。根據經驗公式估算，煙溫每降低10℃，電場擊穿電壓上升約3%。另外，對于整個系統來講，由于電除塵器前煙溫降低至90℃左右，煙氣中的氣態(tài)SO3會完全冷凝形成液態(tài)，從而被電除塵器前大量的粉塵顆粒所吸附，再通過電除塵器對粉塵的收集而被去除，相當于SO3調質的作用，可以大大提高電除塵器性能。同時SO3調質的作用，可以大大提高電除塵器性能。同時SO3的去除避免了下游設備因SO3引起的酸腐蝕問題。這樣FGD系統基本不用專門考慮SO3的腐蝕，同時又充分發(fā)揮了脫硫后GGH的作用，把煙氣加熱到足夠溫度，滿足環(huán)保擴散要求，節(jié)省了大筆防腐投資，維修工作量和有關費用。（目前國內一般都是設置一般設置濕煙囪，不設GGH）對于濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝來說，由于進入吸收塔的煙氣溫度降至90℃左右，可以大大減少脫硫噴淋水的耗量，并提高脫硫的反應效果，進一步降低能耗。

通過管式煙氣換熱器的煙氣不會泄漏，并能有效利用回收的熱能，不僅可以將此部分熱能用于煙氣再熱系統，還可用于加熱汽機冷凝水系統，減少煤耗或輸送給采暖供熱系統。根據工況條件及環(huán)保節(jié)能要求的不同，低低溫煙氣處理工藝可采取如下3套布置方案：方案一：以煙氣降溫為核心的電除塵增效、節(jié)能綜合技術方案，即在電除塵器前布置換熱器來降低煙溫至90-110℃，回收余熱用于加熱汽機冷凝水系統，從而減少汽機抽汽量來減少煤耗。如圖3：%1低壓加熱翳器群器饃煤預省省空/\\90'110'C?I低壓加熱器%1低壓加熱翳器群器饃煤預省省空/\\90'110'C?I低壓加熱器圖3低低溫煙氣處理工藝布置方案一方案二：以煙氣降溫為核心的電除塵增效、節(jié)能、脫硫增效綜合技術方案，即在電除塵器前后各布置一套換熱器來降低煙溫，除塵器前降至90℃-110℃，除塵器后繼續(xù)降低至70℃-80℃（進入濕法脫硫吸收塔所需煙溫），回收余熱用于加熱汽機冷凝水系統，從而減少汽機抽汽量來減少煤耗，并降低脫硫工藝水耗量。見圖4。

圖4低低溫煙氣處理工藝布置方案二方案三：以煙氣降溫為核心的電除塵增效、節(jié)能、煙囪防腐蝕綜合技術方案，即在電除塵器前和脫硫吸收塔后各布置一套換熱器，將除塵器前回收的余熱用于脫硫后煙溫的再熱，在節(jié)能的同時解決煙囪防腐難題。與日本電廠工藝相同。見圖5。溫度菖斯垓溫度菖斯垓圖5低低溫煙氣處理工藝布置方案三以上三種方案的核心除塵提效技術都是利用煙溫降低至低低溫狀態(tài)來實現的，但對于余熱回收的力度和用途不盡相同。因此三種方案需要各電廠根據實際工況條件以及各自不同的環(huán)保和節(jié)能需要靈活選用。寧德電廠4#爐600MW機組配套電除塵器就采用了低低溫煙氣處理工藝方案進行提效改造，應用了電除塵器前增設煙氣余熱利用裝置的除塵提效方案。（1）具體改造措施：在空預器和電除塵器之間的煙道處加裝煙氣余熱利用節(jié)能換熱裝置；對電除塵器電場內部做了常規(guī)檢修。（2）改造效果：除塵器平均出口排放濃度由改造前的97.64mg/m3下降到24.89mg/m3。在設計凝結水用量45%的情況下，煙溫從150℃下降至95℃（降幅達到55℃），煙氣換熱降溫達到了預期效果。（3）節(jié)能經濟性分析：節(jié)約煤耗，每發(fā)一度電節(jié)約電煤2.5g/kW.h，機組年發(fā)電利用小時數為5500h，平均煤價900元/t，則每年可降低電煤消耗費用：60x5500x900x2.5/106=742.5萬元/a（4）脫硫工藝水耗：根據電廠自身運行的統計數據，由于煙溫降低后，工藝用水可以節(jié)約45t/h左右，按每頓工藝用水2元計算，則每年可降低運行成本：45x5500x2/104=49.5萬元/a綜上，本項目合計每年至少可節(jié)省運行成本792萬元，2-3年的時間即可收回設備的全部投資費用?？梢?，采用低低溫電除塵器提效技術，不僅能提高電除塵器的效率，每年還能節(jié)省792萬元的運行成本，且節(jié)省的費用與電除塵的正常運行費用相當，甚至還要高些。實踐證明，低低溫電除塵工藝在日本燃煤火電廠運行十多年是成功的，也是一項成熟可靠的除塵工藝。同時從該技術消化吸收改進后應用在國內的實際工程情況來看，也都十分成功，也為今后進一步的推廣應用積累了建設和運行經驗。該技術適合于灰硫比三100時（煤種含硫量一般不高于1.5%）,對電除塵器的比集塵面積有一定要求。高壓電源新型高壓電源及控制技術主要有三種：高頻高壓電源、三相工頻高壓電源和脈沖電源。高頻高壓電源電除塵用高頻高壓供電裝置（簡稱高頻電源）是相對于目前常規(guī)工頻（50HZ）電源而言，高頻電源的基本原理如圖6。高頻電源的頻率一般達到20k-30kHz，特別是國內企業(yè)龍凈環(huán)保公司的高頻電源頻率可達40kHz，相當于常規(guī)工頻電源的800倍。高頻高壓供電技術是當今國內外電除塵器供電的前沿技術，此技術僅掌握在世界少數幾個國家，目前僅有美國、瑞典、中國等幾個國家有成功投入商業(yè)運行的實際經驗。高頻電源的出現，對電除塵性能的提高具有十分重要的意義。從現場實際使用效果來看，高頻電源可節(jié)電20%-40%,提效可達20%-30%。

圖6高頻電源的基本原理高頻電源三相交流輸入整流為直流電源，經全橋逆變?yōu)楦哳l交流，隨后升壓整流輸出直流高壓。高頻電源工作頻率可達40kHz，主要包括三個部分：變換器（整流、逆變）、變壓器（升壓、整流）、控制器。其中全橋變換器實現直流到高頻交流的轉換，高頻變壓器/高頻整流器實現升壓整流輸出，為電除塵提供高壓電源。（1）高頻電源優(yōu)越的性能特點高頻電源具有輸出波紋小、平均電壓電流高、體積小、重量輕、成套設備集成一體化、轉換效率與功率因數高、采用三相電源對電網影響小等顯著優(yōu)點，特別是可大幅度提高除塵效率，所以它是傳統可控硅工頻電源革命性的更新換代產品。高頻電源的應用實現了電除塵器供電電源技術水平質的飛躍，極大拓展了電除塵器的適應范圍，對我國環(huán)保設備配套電源產品的產業(yè)結構調整和優(yōu)化升級產生了重要影響。（2）高頻電源提高除塵效率的原理高頻電源輸出直流電壓比工頻電源平均電壓高約30%，因為工頻電源峰值電壓在電除塵器電場中會觸發(fā)火花，容易限制了加在電極上的平均電壓。而高頻電源諧振頻率為30k-40kHz，與常規(guī)的工頻電源相比，高頻電源波紋系數小于5%，在直流供電時它的二次電壓波形幾乎為一條直線，高頻電源提供了近乎無波動的直流輸出，使得靜電除塵器能夠以次火花發(fā)生點電壓運行，從而提高了電除塵器的供電電壓和電流，增大了電暈功率的輸入，提高了電除塵器的效率（如圖7）。

二次電壓kV?蛭值電壓‘閃絡點二次電壓kV?蛭值電壓‘閃絡點、高期平均電壓二次電流?二次電流?mA(3)高頻電源高效節(jié)能高頻電源效率＞0.9,功率因數＞0.9，比工頻電源節(jié)能20%以上，設備運行3-5年節(jié)省的電費相當于收回全部投資。高頻電源在純直流供電的方式下，即使在70%的額定輸出功率運行時，設備功率因數與效率維持基本不變，而工頻電源隨著輸出功率的下降，功率因數與效率下降明顯。高頻電源在額定負載下比常規(guī)工頻電源節(jié)能約20%，在非額定輸出時節(jié)能比例更大。在通常情況下，除塵電源是沒有滿負荷輸出的。因此，高頻電源節(jié)能顯著。三相工頻高壓電源三相工頻高壓電源基本原理：三相380VAC/50Hz—3①工頻交流信號輸入，經6只可控硅同步移相調壓，經三相整流變壓器升壓后，三相整流成一路300Hz直流高壓信號輸出，加到電除塵器。如果A相正半波發(fā)生火花閃絡放電擊穿，等到A相正半波的過零換相時，B相的可控硅已經開通，這時輸出火花封鎖信號，可以關斷A,C相的負半波，卻無法即使關斷B相已經導通的信號，一直要持續(xù)到B相的過零點，才得以完全封鎖輸出。A相閃絡沖擊也許只有瞬態(tài)導通電流的1.5-2.0倍；但B相是在A相對介質擊穿的狀態(tài)下繼續(xù)導通的，大大加強了擊穿的強度，實際上所產生的閃絡火花瞬態(tài)沖擊電流，有可能是瞬態(tài)導通電流的3.0-5.0倍，給控制系統帶來強烈干擾，是成倍遞增的。因此，三相電源最核心的技術，就是在強干擾沖擊，強火花沖擊下，提高抗干擾能力，實現可靠動態(tài)的火花閃絡跟蹤技術。脈沖電源脈沖電源又分為工頻基波脈沖電源，高頻基波脈沖電源。工頻基波脈沖電源由兩組獨立電源組成，基波電源和脈沖電源。高頻基波脈

沖電源由多組獨立高頻電源疊加組成。粒子在直流電暈荷電的過程中，隨著顆粒帶電量的增加從而在顆粒表面產生勢壘能。荷電的發(fā)生是只有那些具有動能大于或足以克服荷電粒子表面勢壘能的電子和粒子碰撞而產生。低于荷電粒子表面勢壘能的電子不能達到粒子表面進而不荷電。當荷電發(fā)生到一定階段時，粉塵的荷電速度減小，從而影響粉塵的帶電量，造成除塵效率低下。在脈沖放電中，由于瞬間電位較高，電子從電場中獲得的能量很大，產生高能電子，這些高能電子與中性氣體分子碰撞裂解或激發(fā)中性分子進而產生更多的電子。此時，電場空間帶電粒子主要是電子，電暈電流是電子傳輸形成的。飛灰粒子荷電是以電子荷電為主。飛灰在脈沖放電電暈場中的電子荷電機理是以電子的電場荷電和動能擴散荷電為主，飛灰粒子的電子荷電不僅與電場強度有關，也與電子的熱運動程度有關。由于飛灰在直流電暈下的電場荷電很快達到飽和并在飛灰粒子表面形成勢壘能，抑制飛灰的進一步荷電。但在脈沖期間，單位空間內，被激發(fā)出的電子密度很大，能力很高，高能電子足以客服這勢壘能而轟擊飛灰粒子表面使粒子的荷電量超過飽和電場荷電的極限。從而獲得更快的趨近速度，提高除塵效率。新型高壓電源及控制技術應用于高粉塵濃度電場時，可提高電場的工作電壓和荷電電流。適宜高比電阻粉塵，用于克服反電暈。機電多復式雙區(qū)機電多復式雙區(qū)電除塵器是在電除塵器的末電場使用機電多復式的雙區(qū)電場。主要特點是在電場結構設計上，不僅可將粉塵荷電區(qū)和收塵區(qū)分開，而且能采用連續(xù)多個小分區(qū)進行復式配置。同時，在配電上采用獨立電源分別對荷電區(qū)和收塵區(qū)供電，使荷電和收塵各區(qū)段的電氣運行條件最佳化。由于收塵區(qū)采用了高場強的圓管+板式的極配形式，實現了高電壓低電流的運行特性，可以有效提高對電除塵末電場細微粉塵的捕集，并可以抑制高比電阻粉塵的反電暈與低比電阻粉塵的二次反彈現象，同時管式電極還可以收集荷正電的粉塵，從而提高除塵效率。機電多復式雙區(qū)電除塵器的結構見圖8。

祜凈，肉祜凈，肉圖8雙區(qū)電除塵器的結構自2004年第一臺機電多復式雙區(qū)電除塵器投運至今，在國內已有近百臺雙區(qū)電除塵，經過分析總結，末電場應用機電多復式雙區(qū)后，相當于增加10%-15%的收塵面積，特別適用于場地受限的老機組改造項目，同時，也適合在一些高比電阻粉塵的新建機組上直接采用該技術。該技術一般可應用于最后一個電場，單室應用時需增加一套高壓設備，通常輔助電極比普通陰極成本高。適用于高比電阻粉塵工況采用，可與高頻電源、斷電振打等技術合并應用。濕式電除塵器濕式電除塵器結構與常規(guī)電除塵器結構基本類似（圖9），所不同的是濕式電除塵器取消了傳統的振打清灰方式，而用一套噴淋系統取代振打系統用以清灰，以此達到更高的收塵效率，脫除so3、PM25等污染物的目的。圖9濕式電除塵器結構圖9濕式電除塵器結構濕式電除塵器克服傳統干式電除塵技術的反電暈與二次揚塵等瓶頸限制，具有極高的除塵效率。該產品一般設置于濕法脫硫后的煙氣處理，可以有效控制PM25細微顆粒物、SO3酸霧、氣溶膠、汞等重金屬和二嗯英等復合污染物，達到粉塵接近零排放的目標。濕式電除塵器在美國、日本、歐洲等發(fā)達國家和地區(qū)已經有近30年的歷史，技術已經非常成熟。該技術適用于國家排放標準或PM25更為敏感的重點地區(qū)的老機組改造項目和新建機組，可以達到滿意的效果。煙氣調質煙氣調質技術是通過向煙氣中噴入一些物質以調整煙氣的組分及某些物理特性，從而降低粉塵比電阻，提高電除塵效率。目前，普遍應用的是SO煙氣調3質技術，即向煙氣中噴入SO氣體，利用其易冷凝和吸附于粉塵表面的特性，使3得粉塵表面形成酸膜，從而形成導電通道，降低粉塵比電阻，提高除塵效率。該技術在德國、美國應用多年，多用于老機組的提效改造，在世界范圍內運行的煙氣調質系統已經超過500套。該技術適用于粉塵比電阻高的老機組提效項目，以及設計煤和校核煤差異較大的新建機組。該技術適用于灰成分中三氧化二鋁偏高或呈弱堿性、整體比電阻偏高、含硫量較小、運行煙溫小于145℃的工況和條件。移動電極移動電極除塵器與常規(guī)電除塵器的收塵原理完全相同（如圖10）,陽極板在驅動輪的帶動下緩慢地向下移動，附著在極板上的粉塵隨極板轉移到非收塵區(qū)域，被正反兩把轉動清灰刷刷除，粉塵直接刷落于灰斗中，減少了二次揚塵。由于集塵極能保持清潔狀態(tài)且粉塵在灰斗中被清除，有效克服了困擾常規(guī)電除塵器對高比電阻粉塵的反電暈及振打二次揚塵等問題，可以提高除塵效率。圖10移動電極原理示意移動電極為日本日立公司的專利產品，自1979第一臺設備投入工業(yè)應用以來，30多年的時間內共計有49臺的工程業(yè)績，其中電力燃煤鍋爐至今配套22臺/套。目前，我國個別設備廠家仿照日立結構在國內市場推出了大概6臺機組，從實際使用情況來看，效果平平，故障率高。依目前國內除塵產品的機加工和安裝水平分析，移動電極技術并不是最佳選擇。移動電極相比常規(guī)電除塵器轉動部件較多，發(fā)生故障的可能性相對較大。移動電極的電場比常規(guī)電除塵器少，如果有電場發(fā)生故障退出運行，對除塵效率影響較大，易對其后的脫硫系統運行造成不利影響。移動電極上的鏈條、鏈輪長期在高粉塵環(huán)境里運行，存在磨損問題。極板在清灰過程中與清灰刷摩擦較大，清灰刷與極板間的間隙容易變大，目前的生產廠家雖然設計有調整裝置，但需要在除塵器停運時進行調整。與常規(guī)電除塵相比，極板和清灰刷驅動電極消耗了額外的電功率。特別是由于運動配合部件繁多，其所需要的制造以及安裝水平也很高。另外，還增加了維護保養(yǎng)的難度。一般只需將末電場改成移動電極電場。零風速關斷振打技術該技術保持陽極板清潔，避免反電暈，避免二次揚塵，對設備的設計、制造、安裝工藝要求較高。煙道凝聚器煙道凝聚器的工作原理是使含塵氣體在進入電除塵器前，利用聲、電、化學等方法使得粉塵顆粒發(fā)生凝聚，使較難收塵的細顆粒物凝聚為大顆粒后再進入電除塵器，以利于收塵。目前，通過在煙道布置擾流裝置和采用雙極荷電方式的電凝聚最為熱門，國外已經進入工業(yè)應用階段，效果良好。.采用新工藝的布袋除塵器電廠煙氣溫度一般在120-160℃，適合在這種溫度段使用的只有Nomex、PPS、P84（聚酸亞胺）、PTFE。Nomex化學性能較后三種差，都不選用，P84、PTFE適宜高過200℃使用，而價格貴的很多，電廠一般選擇性能價格比較好的PPS（聚苯硫醚），但其抗氧化性能較差，運行中要防止高含氧量運行