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超淨電（diàn）袋複合（hé）除（chú）塵技術的研究應用進展

陳奎續

（福建龍淨環保股份有限公司，國家環境保護電力工（gōng）業煙塵（chén）治理工程技術中（zhōng）心，福建龍（lóng）岩 364000）

摘 要：為（wéi）了實（shí）現燃煤電廠的超（chāo）低排放，在常規電袋複合除塵技術的基礎上，突破了電區與袋區的耦合匹配、高均勻（yún）流場、高精過濾、微粒凝並（bìng）等關鍵技術升（shēng）級而形成了超淨（jìng）電袋複合（hé）除（chú）塵技術。超淨電袋複合除塵技術具有排放長期穩定、工藝流程簡單（dān）、煤種適應性廣、投資省、占地少、運（yùn）行費用低、不產生廢水等（děng）優點，近2年來（lái）在燃煤電廠超低排放工程中得到快速推廣應用，配套國（guó）內燃（rán）煤電廠總裝機容量超過30 000 MW，其中1 000 MW機組（zǔ）有8台套，排放質量濃度均小於10 mg/m3或5 mg/m3，平（píng）均運行阻力663 Pa。超淨電袋（dài）除塵（chén）已成為燃煤機組實現超低排放的主（zhǔ）流技術（shù）路線之一，將在（zài）西部地區劣質煤電廠超低排放改（gǎi）造工程中發揮更大作用。

關鍵詞：燃煤機（jī）組；超低排放；超淨電袋；除塵器（qì）；電袋複合除塵

0 引言

2013年以來（lái），中國霧霾頻發，國家出台了包括《大（dà）氣（qì）汙染防治行動計劃》等一係列嚴控煤電大氣汙染物排放措施，以及限煤、控煤政策，優化能源轉型升級。然而，中（zhōng）國 “富煤、貧油、少氣”的（de）能源資（zī）源（yuán）特征，決定了以煤為主的能源生產結構和（hé）消費結（jié）構（gòu）在短期內難以得到根本改變。火（huǒ）電（diàn）行業同時麵臨著環境保護、減（jiǎn）排目標與發（fā）展（zhǎn）需求的重重壓（yā）力和挑戰。為應對巨大的環保壓力，謀求發展，煤電企業積極實施了燃煤電廠煙氣汙染物排放達到燃氣輪（lún）機組（zǔ）的（de）排放標準的（de）要求，力求通過超低排放（fàng）技術（shù）升級改造，實現 “燒煤也可以像燒天然氣一樣清（qīng）潔”。超淨電袋（dài）複合除塵技術（以下簡稱超淨電袋）在上述背景下應運而生，並隨著《煤電節（jiē）能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年（nián））》、《全麵實施燃煤電（diàn）廠超低排放和節能改造工作方（fāng）案》等超低排放政策的頒布和實施得到了廣泛應用[1]。本文將介紹超淨電袋除塵（chén）技術（shù）的特（tè）點及應用情況。

1 超淨電袋技術及超低排放技術路線

1.1 技術（shù）特點

超（chāo）淨（jìng）電袋複合除塵技術是在常規電袋（dài）複合除塵技術的基礎上進一步技術創新、升級發展而來（lái）的，可實（shí）現煙塵排放質量濃度＜5 mg/m3或10 mg/ m3的超低排放（fàng）。它具有出口煙塵排放濃度（dù）低且穩定、煤種適應性廣、濾袋（dài）壽命長、運行阻力低（dī）、投資小、運行維（wéi）護（hù）費用低等優點[2]，並且不（bú）受煤質、飛灰成（chéng）分變（biàn）化影響，能（néng）夠保證長期高效穩定運行。

1.2 超低排放技術路線

超淨電袋是實現煙塵超低排放的工藝係統，采（cǎi）用（yòng）了（le）以（yǐ）超淨電（diàn）袋為基礎不依賴其他二次除（chú）塵的技術路線，如圖1所示，其中，煙氣冷（lěng）卻器、煙氣再熱器可選擇安裝。當不設置煙氣再熱器時，煙氣冷卻器（qì）處的換熱（rè）量按圖1中①所（suǒ）示線路回收（shōu）至汽輪機回熱係（xì）統；當設（shè）置（zhì）煙氣再熱器時，煙氣冷卻器處的換熱量按圖1中②所示線路至煙氣再熱器。其優點在於：（1）工藝流程簡（jiǎn）單、穩定（dìng）可靠；（2）一次投資低、占地少；（3）電耗低、運行維護費用低；（4）節水、無水二次汙染；（5）對煤種適應性廣，尤其是工況波動大、燃用劣（liè）質煤的場合；（6）煙塵長期穩定可靠超（chāo）低排放。

圖1 以超淨電袋為（wéi）基（jī）礎不依賴二次除塵實現超低排放（fàng）的技術路線
Fig.1 The technical route of ultra-low dust emission based on ultra-clean EFIP without secondary dust removing

2 超淨電袋關鍵（jiàn）技術突破

電袋複合除塵技（jì）術實現（xiàn）超低排放的關鍵技術突破包括：（1）提高電區捕集效率（lǜ）與荷電能力，保證袋區（qū）超低（dī）排放；（2）袋區高精過濾材料的應用（yòng）；（3）提高捕集PM2.5的性能（néng）；（4）進一步提高流場均勻性，從而提高除塵效率，保證排放的穩定性。因（yīn）此，超淨電袋的關（guān）鍵技術在於電與袋的耦合技術、流（liú）場均（jun1）布技術（shù）、高精過濾技術、微粒（lì）凝並技術等方麵。

2.1 電與袋的（de）耦（ǒu）合技術

超淨電袋由電區和袋區有機複合、強化耦合形成，袋（dài）區要實現超低排放，與袋區的入口煙塵濃度密切相關（guān）。一方麵，根據粉塵（chén）濃度條件對電區合（hé）理選型（xíng）。由於超淨電袋（dài）電區除塵效率要求低於（yú）常規電（diàn）除塵，電區對（duì）煤種、灰（huī）分、粉（fěn）塵比電（diàn）阻值等敏感度比常規電除（chú）塵相對較低，較容易實現設（shè）計除塵效率（lǜ）。另一方麵根據煤種、灰成分等煙氣工況參數，進一步優化電場性能。根據多依奇效率和驅進速度經驗公式[3]的原理，采用放電性能較好（hǎo）、電場強（qiáng）度較高的電區極配型式，可提高（gāo）顆粒（lì）荷電量和電區（qū）的除塵效（xiào）率，是超（chāo）淨電袋的重要技術措施（shī）之（zhī）一。

文獻[2]通過對荷電顆粒進行過濾模擬和試驗研究，在袋區入口煙塵濃度不大於10 g/m3時，過濾阻力的增長（zhǎng）率受過濾（lǜ）風速增大的影響較小（xiǎo）。文獻[4]對超淨電袋出口煙塵排放濃（nóng）度與袋區入口濃度、氣布比、電區（qū）選型（xíng）的關係進行研究，得到在袋區（qū）入口濃度小於 10 g/m3，采用優良品（pǐn）質的濾料，電區的平（píng）均場強不小於3 kV/m，板電流密度不小於0.5 mA/m2時，可使超（chāo）淨電袋達到小於（yú）10 mg/m3的排放要求。文獻[5]通過采用芒刺型（xíng）電極來提高（gāo）極線尖端的放電性能，增加電場板電（diàn）流密度和（hé）電場強度，從而有效地提高了電區對煙塵顆粒（lì）的（de）脫除效果，並且（qiě）結構上采（cǎi）用了前、後小分區供電技術，增強電源適應不同（tóng）煙塵濃度的（de）電氣性能，細化電區工作單元，提（tí）高電區工作（zuò）的（de）可靠性。

2.2 流場均布技（jì）術

除（chú）塵器內部氣流分布優劣直接影響電（diàn）袋複合除塵器的性能。氣流分布對電袋複（fù）合除塵器的影響從（cóng）電區和袋區（qū）兩（liǎng）部（bù）分來討論。電區氣流不均布將導致粉塵顆粒荷電（diàn）不均勻，並可能產生二次飛揚，從而降低除塵效率；袋區氣流不均勻，將導致濾袋長（zhǎng）期受到集中氣流（liú）衝刷（shuā），出現濾袋破損的現象，導致粉（fěn）塵排（pái）放（fàng）濃度迅速升（shēng）高[6]。

文（wén）獻[7]提出一種針對電袋複合除塵器的氣流均布優化設計方法，其通過縮小的物理模型和數值模型實驗結果的對比和分（fèn）析，確定電袋複合除塵器計算流體動（dòng）力學（CFD）湍流模型、邊界（jiè）條件等參數的選取和設定，為實際工程的全尺寸CFD計算提供依據，確保CFD計算的準確性和可靠性；確定包括提升閥提升高度、提升閥孔徑等影（yǐng）響電袋複合除塵器氣流均布的有效調節（jiē）手段（duàn）；在建模過程中提供合理假（jiǎ）設條件（jiàn）和模型簡化方法；對提升閥提升高度值、提升閥孔徑值（zhí）在經驗值的基礎（chǔ）上（shàng）合理（lǐ）選（xuǎn）定一組數值（zhí），並用GAMBIT建模軟件在一個模（mó）型上統一建模，生成一套（tào）網格模型並導入（rù）Fluent中進行CFD計算。文獻[8]通過對入口（kǒu）煙道（dào）和（hé）除塵（chén）器建立（lì）物（wù）理模型，進行氣（qì）流分布的測試實驗，並結合實際（jì）工程的現場（chǎng）測試結果，調整CFD的相關邊界條件，建立全（quán）尺（chǐ）寸的除塵器數值模（mó）型，用Fluent軟件進行氣流均布模擬計算，為（wéi）實現大型電袋複合除塵器的氣流均布提供了參考。文獻[9]使用Pro/E軟件建立3D模型，采用數值分析方法，設定布袋的界麵為多孔介（jiè）質階躍邊界條件，電除塵器內部的氣流通過改變氣流分布板（bǎn）來調整，重點（diǎn）研究了（le）大型電袋複合除塵（chén）器內部的流場分布，得出氣流分布板設置與否、設（shè）置數量（liàng）及開孔率對電除塵區速度分布有（yǒu）較大影響，在第3層氣流分布板上（shàng）改進開孔孔徑，可（kě）有效解決電除塵區第1組灰鬥內的渦流現象，從而可（kě）提高除塵效率。

因此，CFD數（shù）值模擬技術是超淨（jìng）電袋複合除塵（chén）器保證氣（qì）流均（jun1）布性的重要手（shǒu）段，超淨電袋（dài）複合除塵器的氣流分布優化設計基於CFD數值模擬，其袋區采用多維進風技術，確保不錯的進風比例，並（bìng）且采（cǎi）用調整濾袋（dài）排布（bù）、阻流等技術措施，使氣流分布的相對（duì）均方根差小於0.2，更（gèng）利於（yú）降低粉塵排放、減小阻（zǔ）力以及延長濾袋壽命。

2.3 高精過濾技術（shù）

濾袋是決定電袋複合（hé）除塵（chén）器出口排放值好關鍵的部件，要保證（zhèng）超淨（jìng）電袋出口煙塵排放濃度長期穩定＜5 mg/m3或10 mg/m3，濾袋的過（guò）濾（lǜ）精度（dù）至關重要。在（zài）常用的工業過濾濾料中，PTFE覆膜濾料的過（guò）濾精（jīng）度高（gāo），其次為超細纖維梯度濾料，好後（hòu）是普通濾料。電袋采用濾料的過濾精度越高，就越容易實（shí）現超低排放，且後期的運（yùn）行阻力更低更平穩，對工況變化適（shì）應能（néng）力也越強。

文獻[10]對超細纖維梯度濾料的性能（néng）進行了研究，得出超（chāo）細纖維梯度濾料采用了粗細分層的結構，迎塵麵孔徑小，孔隙率大，實（shí）現 “類表麵過濾”，可有效將粉塵阻攔在濾（lǜ）料的外表層，減少微細顆粒滲入到濾料內部，同時也保證了設（shè）備的使用後期運行阻力穩定。文獻[11]通過對覆膜濾料、梯度（dù）複（fù）合針刺濾料等濾料在清潔及集塵狀態下進行分級效率試（shì）驗研究，得出濾料集塵後的分級（jí）效率均高於清潔狀態，集塵後對粒徑大於1 μm的粉塵顆粒的分級效率（lǜ）均接近100%，且覆膜濾（lǜ）料的過濾分級效率優於梯度複合針刺濾料。文獻 [12]通過選取了相同材質但不同廠家生產的濾袋，以及相應的無縫線的濾（lǜ）料進行過濾性能測試研究，得出濾袋縫製工藝和質量對排放性（xìng）能的（de）影響比濾料本身（shēn）更大。

超淨電袋根據煤種灰分、過濾風速、排放要求等因素（sù）來（lái）選擇高精（jīng）濾料，一般情況下不（bú）錯超細纖維梯度濾料，當高灰分且場地受限、高過濾（lǜ）風速時選（xuǎn）用微（wēi）孔覆膜濾料。從加工難易程度及成本上看，微孔覆膜濾料大於（yú）超細纖維梯度濾料。

2.4 微粒（lì）凝並技術

除塵（chén）器出（chū）口排放的粉塵中，粒徑（jìng）小於2 μm的細微粉（fěn）塵占80%以上，非常（cháng）容易被（bèi）氣流（liú）帶出除塵器而（ér）逃逸。因此，采取技（jì）術措施，提高除塵器（qì）對細微顆粒物的（de）捕集能力是進一步降低排放的關鍵。電場內顆粒物的荷（hé）電方式主要是擴散荷電和場致荷電。一般而言，粒徑大（dà）於2 μm和小於1 μm的（de）粉塵分別以場（chǎng）致荷電、擴散（sàn）荷電為主（zhǔ），而粒徑在1 μm左右的細顆粒物，兩種荷（hé）電方式都很弱。因此，細顆粒物（wù）很難被電區捕（bǔ）集，從而降低了除（chú）塵器的除（chú）塵（chén）效率[13]。

文（wén）獻[14]通過（guò）對粉（fěn）塵荷電與過濾過程影響關係的實驗（yàn）研究，發現在靜電作用下顆（kē）粒層（céng）的結（jié）構（gòu）更（gèng）為穩定，不容易出現坍塌現象；細顆（kē）粒荷電後可產生一定程度的聚並，形成大（dà）顆粒，有利於除塵器對其捕集，進一步提高細（xì）顆粒的脫除效率。文獻[15]提出電袋複合除塵器捕集粉塵除（chú）了靜電凝並作用外（wài），濾袋表麵的二次粉塵層和一次粉塵層中粉塵顆（kē）粒之間的微米級間隙，以及濾料（liào）纖維層中纖維間距的微距，加上（shàng）荷電粉塵層形成的（內（nèi））電場力和（或）外加電場的作用，使微細粉塵發生極化、庫倫和電場吸附，是實現高效捕集微細粉塵PM2.5的重要機理。

結合上述實（shí）驗研究和機（jī）理分析，超淨電袋複合除塵器可采用以下3項措施以增強微粒凝並效應：（1）采用強放電、高場強極配形式；（2）采用（yòng）新（xīn）型電源技術，以便提高針端放電性（xìng）能，增加顆粒的荷電量；（3）采用嵌入式結構，減少電荷的損失，增強過濾效應。

2.5 濾袋（dài）資源化利用技術

早期廢舊（jiù）濾袋的回收處理主（zhǔ）要是（shì）填埋。隨（suí）著技術進步，當前主要進行資源（yuán）化利用，通過破碎、熔化拉絲等工藝加工成保溫岩棉、再生料等，逐漸形成規模化回收利（lì）用。隨著濾袋新材料的開發，濾袋將朝無任何汙染方向發展。文獻[16]采用強酸和（hé）氧化劑清洗廢（fèi）舊PTFE濾袋，再對廢舊濾袋進行熱（rè）處理，然後球磨成PTFE粉料，對其進行（háng）回收再利用。文獻[17]提出金屬纖維氈濾袋與化（huà）學纖維濾料相比，具有耐溫高、耐腐蝕強、壓降低、易（yì）加工等優點，並且廢舊濾袋（dài）資源化利用（yòng）簡單、價值高，將廣泛地應用在電廠燃煤鍋爐、煤氣淨化等煙氣除塵領（lǐng）域。可以看出，開發和推廣應用金屬纖維氈濾袋，將促進濾袋（dài）向無任何汙染的方向發展。

3 超淨電袋應用（yòng）進展

3.1 總體應用情況

近2年來，超淨電袋在燃煤電廠超低排放工程中得到快速推廣。截至2016年11月，燃煤機組超淨電（diàn）袋配套總裝（zhuāng）機容量超（chāo）過30 000 MW，其中1 000 MW機（jī）組有8台套（tào）。投運（yùn）累計6 910 MW，排放質量濃度均小於10 mg/m3或5 mg/m3，平均運行阻力663 Pa。並出口（kǒu）土耳其、柬埔寨、塔吉克斯坦等多個國（guó）家，出口（kǒu）項目總裝機容量8 240 MW。其中，土耳其澤塔（tǎ）斯（sī）電廠（chǎng）4號（hào）爐660 MW機組超淨電袋實現煙塵排放小於7 mg/m3，阻力低於500 Pa，各項技術指標優（yōu）良。

2016年1月電力行（háng）業標準《燃煤電（diàn）廠超淨電袋複合除塵器》（DL/T 1493—2016）頒布實施，有（yǒu）效規範了超（chāo）淨電袋的設計、生產、安裝與使用。超淨電袋標準（zhǔn）的實施，助力燃煤電廠超低排放技術路線選擇的多樣化，在西部地區劣質煤（méi）電廠的超低（dī）排放中，超淨電袋將發揮更大的作用。

3.2 超淨電袋首個（gè）示範工程應用

廣東沙角C電廠2號660 MW燃（rán）煤機組，於2014年7月（yuè）進行超低排放改造，采用國（guó）內首台超淨電袋複合除塵（chén）器。該機（jī）組原配套4室4電場的電除塵器，由於原設計的比集塵麵積較（jiào）小、除塵效率低，因（yīn）此需要增（zēng）效改造[18]。電廠通（tōng）過對多種技術方案進行（háng）分析、論證，確定采用超淨電袋複合除塵技術方案實施改造。運行後超淨電袋的（de）性能測試結果見表（biǎo）1。測試表明，各項性能參數滿足設計要求，除塵器出口及煙囪出口顆粒物排放濃度均滿足超低排放要求。

表1 沙角C電廠2號（hào）爐超淨電袋性能測試結果
Table 1 Performance test result of ultra-clean EFIP of Shajiao C Power Plant Boiler 2

圖2和圖3分別為2號機組超淨電袋投運（yùn）初期（qī）和投運一年半的超（chāo）淨電（diàn）袋出口連續3個月（yuè）的CEMS在線監測數據。從圖中可以看出，超淨電袋出口的顆（kē）粒物排放（fàng）質量濃度（dù）穩定在10 mg/m3以內，且（qiě）投運一年半後其排放（fàng）穩定性進一步提高（gāo）。

3.3 超淨電袋（dài）在劣質煤大型（xíng）機組的應用

圖2 投運初期（qī）的超淨電袋（dài）出口顆粒物質量濃度
Fig.2 Particulate concentrations at the ultra-clean EFIP outlet in initial operation stage

圖3 投運一年半的超淨電袋出（chū）口顆粒物質量濃度
Fig.3 Particulate concentrations at the ultra-clean EFIP outlet after 18-month operation

河南平頂山發電分公司2×1 000 MW機組超（chāo）低排放改造工（gōng）程，是國內首台1 000 MW等級（jí）超淨電袋項目，於2015年改造完成並投運。其燃用煤種為（wéi）山西長治貧煤，其灰分高達（dá）39.78%，飛（fēi）灰中SiO2和Al2O3含量高，比電阻較大，是典型的劣質煤。該工程原采用（yòng）3室5電場靜電除塵器，並經過（guò）低低溫電除塵提（tí）效改造（zào），但（dàn）未能達標排放，好終采用超淨電袋技術方案再次提效改造[19]。2號爐（lú）超（chāo）淨電袋投運初期和運行一年的（de）性能測試結果（guǒ）見表2。測試表（biǎo）明，投運初期和運行一年後的各項性能（néng）都非常穩（wěn）定地滿足設計要求，除塵器出口及煙囪（cōng）出（chū）口顆粒物排放均達到超低排放要求。

表2 平頂山電廠2號爐超淨電袋性能測試結果
Table 2 Performance test result of ultra-clean EFIP of Pingdingshan Power Plant Boiler 2

圖4和圖5分（fèn）別為超淨電袋投運初期和運行一年（nián）的超淨電（diàn）袋出口的CEMS在線監測數據（jù）。從（cóng）圖中可以看出（chū），顆粒物排放濃度穩定在10 mg/m3以（yǐ）內，投運一年後排放濃度更加穩定，波動更小。

圖4 投運初期的超淨電袋出口顆粒物濃（nóng）度（dù）
Fig.4 Particulate concentrations at the ultra-clean EFIP outlet in initial operation stage

圖5 運行一年的超（chāo）淨電袋出口顆（kē）粒物濃（nóng）度
Fig.5 Particulate concentrations at the ultra-clean EFIP outlet after one-year operation

4 結語

超淨電袋（dài）複合除塵技術在耦合技術、流場均布技術、微粒（lì）凝並（bìng）技術、高精過濾技術（shù）研究等多方麵進（jìn）行了創新。它不受煤質、飛灰成（chéng）分變（biàn）化影響（xiǎng），適用於國內大多數燃煤機組燃用的煤種，特別是高灰分、高矽、高鋁（lǚ）、高比電阻、低鈉的劣質煤種，並（bìng）且具有長期穩定超低排放、運行（háng）阻力低（dī）、濾袋使用（yòng）壽命長、能耗低（dī）、改造工期短、係統運行（háng）穩定等優點。以超淨電（diàn）袋複合除塵作為一次（cì）除（chú）塵且（qiě）不依賴二次除塵的超低排（pái）放技術路線，工藝流程簡（jiǎn）單可靠、技術經濟指標先進。該技術及技術路線在國內外多台大（dà）型機組煙塵超低排放工程中（zhōng）成（chéng）功應用，是燃煤（méi）機組實現超（chāo）低排放的主流技術路線之一（yī），將為中國煤電機組實現超低排放，尤其是西部地區劣質煤電廠的超低（dī）排放提供技術保障，發揮更大作用。

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ResearchandApplicationProgressofUltra-CleanElectrostatic-FabricIntegrated PrecipitatorTechnology

CHENKuixu
（FujianLongkingCo.LTD.,StateEnvironmentalProtectionEngineeringTechnologyCenterforPowerIndustryDustControl, Longyan364000,China）

Abstract：To achieve the goal of ultra-low emission for coal-fired power plants,based on the conventional EFIP technology,the ultra-clean electrostatic-fabric integrated precipitator(EFIP)is developed,by upgrading the key technologies such as coupling matching between electrostatic field and fabric area,high uniform flow field distribution,high-precision filtration and particle coalescence technology. Featured by stable long-term emissions,simple technical process,high adaptability to varieties of coal,low investments,less land occupation,low maintenance costs and no waste water production,the ultra-clean EFIP technology has been rapidly popularized and widely used in coal-fired power plant ultra-low emission projects for the recent couple of years,with the total installed capacity of domestic coal-fired power plants over 30 000 MW,including eight 1 000-MW units.The emission concentrations are all below 10 mg/m3or 5 mg/m3, and the average running resistance is around 663 Pa.The ultra-clean EFIP has become one of the mainstream technical routes to achieve ultra-low emission for coal-fired power plants,and will play an even more important role in the ultra-clean emission renovation projects for power plants burning inferior coals in western area of China. This work is supported by the projects of Low-Cost Ultra-Low Emission Technologies and High-End Manufacturing Equipment of National Key Research and Development Plan(No.2016YFC0203703)and Techniques and Demonstration of Electrostatic-Fabric Integrated Fine Particles Efficient Capture for Coal-Fired Boiler Flue Gas of Strategic Priority Research Program(B)of the Chinese Academy of Sciences (No.XDB05050100).

Keywords：coal-fired unit;ultra-low emission;ultra-clean electrostatic-fabric integrated precipitator;precipitator;electrostatic-fabric integrated precipitating

中圖（tú）分類號：TM621；X51

文獻標誌碼：A