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超淨電袋複合除塵技術的研究應用進展

陳奎續（xù）

（福建龍淨環保股份有限公司，國家環境保護電力工業煙塵（chén）治理工程技（jì）術中心，福（fú）建（jiàn）龍岩 364000）

摘 要：為了實現燃煤電廠的超低排放，在常規電袋複合除塵技（jì）術的（de）基礎上，突破（pò）了（le）電（diàn）區與袋區的（de）耦合匹配、高均勻流場、高精過濾（lǜ）、微粒凝並等關鍵技術升級而形成了超淨電袋複合除塵技術。超淨電袋複合（hé）除塵技術具有排放長期（qī）穩定、工藝流程簡單、煤種適應性廣、投資省、占地少、運行費用低、不產生廢水等優點，近2年來在燃煤電廠超低排（pái）放工程中得到（dào）快速推（tuī）廣應用，配套國內燃（rán）煤電廠總裝機（jī）容量超過30 000 MW，其（qí）中1 000 MW機組有（yǒu）8台套，排放質量濃度均小於10 mg/m3或5 mg/m3，平均運行阻力663 Pa。超淨電（diàn）袋除塵已（yǐ）成為燃（rán）煤機組實現超低排放的（de）主流（liú）技術路線之一，將在（zài）西部地區（qū）劣質煤電廠超低排放改造工程中發（fā）揮更大（dà）作用。

關鍵詞：燃煤機組；超低排放；超淨電袋；除塵器；電袋（dài）複合除塵

0 引言

2013年以來，中國霧（wù）霾頻發，國（guó）家出台了包括《大氣汙（wū）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（jí）限煤、控煤政策，優（yōu）化能源轉型升級。然而，中國 “富煤、貧油、少氣”的能（néng）源資（zī）源特（tè）征，決定了（le）以煤為主的能源生產結構和消費（fèi）結構在短（duǎn）期內難以得（dé）到根本改（gǎi）變。火電（diàn）行業同時（shí）麵臨著環境保護、減排目標與發展需求的重（chóng）重壓力和挑戰。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（qì）汙染物排放達到燃氣輪機組的排放標準的要求，力求通過超（chāo）低排（pái）放技術升級（jí）改造（zào），實現 “燒煤也可以像燒天然（rán）氣一樣清潔”。超淨電袋複合除塵技（jì）術（以下簡稱超淨電袋）在上述背景下應運而（ér）生，並隨著《煤電節能減排升級與（yǔ）改（gǎi）造行動計劃（2014—2020年（nián））》、《全麵實施燃煤電廠超低排放和節能改造（zào）工作方案》等超低排放政策的（de）頒布和實施（shī）得到了廣泛應用[1]。本文（wén）將介紹超淨電（diàn）袋除塵（chén）技術的特點及應用情況。

1 超（chāo）淨電袋技術及超低排（pái）放技術路線

1.1 技術特點

超淨電袋（dài）複合除塵技術是在常規電袋複合除塵技術的基礎上進一步技術創新、升級發展而來的，可實現煙塵排放（fàng）質量（liàng）濃度＜5 mg/m3或10 mg/ m3的超低排放。它具有出口煙塵排放濃度低且穩定（dìng）、煤種適應性廣（guǎng）、濾袋壽命長、運行阻力低、投資小、運行維護費用低等優點[2]，並且不受煤質、飛灰成分變化影響，能夠保證長期高效穩定運行。

1.2 超低排放技術路線（xiàn）

超淨電（diàn）袋是實（shí）現煙（yān）塵超低（dī）排放的工藝係統，采用（yòng）了以超淨電袋為基礎不依賴其他二次除塵的技術路線，如圖1所示，其（qí）中，煙氣冷卻器、煙氣再（zài）熱器可選擇安裝。當不（bú）設置煙氣再熱器時，煙氣冷卻器處（chù）的（de）換熱量按圖1中①所示線路回收至汽輪機回熱係（xì）統；當設置煙氣再熱（rè）器時，煙氣冷卻器（qì）處（chù）的換（huàn）熱量按圖1中②所示線路至煙氣再熱器（qì）。其優點在於：（1）工藝流程簡單、穩定可靠；（2）一次投資低（dī）、占地少（shǎo）；（3）電耗低、運行維護費用（yòng）低；（4）節水、無水二次汙染；（5）對煤種適應性廣，尤（yóu）其是工況波動大（dà）、燃用劣質煤的（de）場合；（6）煙塵長期穩定可靠超低排放。

圖1 以超淨電袋（dài）為基礎不依賴二次除塵實（shí）現超低排放的技術路線
Fig.1 The technical route of ultra-low dust emission based on ultra-clean EFIP without secondary dust removing

2 超淨電袋關鍵技術突破

電袋複（fù）合除塵技術（shù）實現超（chāo）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，保證袋區超低排放；（2）袋區（qū）高精過濾材料的（de）應用；（3）提高（gāo）捕集PM2.5的性能；（4）進一步提高（gāo）流場均（jun1）勻（yún）性，從而提（tí）高除塵（chén）效率，保證排放的穩定（dìng）性。因此，超淨電袋的關鍵技術在於電與袋的耦合技術、流場均布技術、高（gāo）精過濾技術、微（wēi）粒（lì）凝並技術等方麵。

2.1 電與袋的耦合技術（shù）

超淨電袋由（yóu）電區和袋區有機（jī）複合、強化耦合形（xíng）成，袋（dài）區要實現超低排放，與袋區的入（rù）口煙塵（chén）濃度密切相（xiàng）關。一方麵，根據粉塵濃度（dù）條件對電區合理選型。由於超淨電袋電區除塵效率要求低於常規電除塵，電區（qū）對煤種、灰分、粉塵比電阻值等敏感度比常規電除塵相對（duì）較低，較（jiào）容易（yì）實現設計除塵效率。另一方麵根據煤（méi）種、灰成分等煙氣工況參數，進一步優化電場性能（néng）。根據多依奇（qí）效率（lǜ）和驅進速度經驗公式[3]的原理，采用放電性（xìng）能較好（hǎo）、電場強度較高的電區極配型式，可提高（gāo）顆粒荷電量和電區的除塵效率，是超淨電袋的重要技術措（cuò）施（shī）之一。

文獻[2]通過對荷電顆粒進行過濾模擬和（hé）試驗研究，在袋區入口煙塵濃度不大於10 g/m3時，過濾阻力的增長率受過（guò）濾風速增大的影響較小。文獻[4]對超（chāo）淨（jìng）電袋（dài）出口煙塵排放濃度與袋區入（rù）口濃度、氣布比、電區選型的關係進行研究，得到在袋區入口濃（nóng）度小（xiǎo）於 10 g/m3，采用優良品（pǐn）質的濾料，電區的平均場強不小於3 kV/m，板電流密度不小於0.5 mA/m2時，可（kě）使超淨電袋（dài）達到小於10 mg/m3的排（pái）放要求。文獻[5]通過采用（yòng）芒刺型電極來提高極線尖端的放電性能，增加電場板電流密（mì）度和電場（chǎng）強度，從（cóng）而有效地提高了電區對煙塵顆粒的脫除效果，並且結構上（shàng）采用了前、後小分區供電技術，增強電源適應不同煙塵濃度的電氣性（xìng）能，細化（huà）電（diàn）區工作單元，提高電區工作的可靠性。

2.2 流場均布技術

除塵器內部氣流分布優（yōu）劣直接影響電袋複合除塵器的性能。氣流分布對電（diàn）袋複合除塵器的影響從電區（qū）和袋區兩部分來討論。電（diàn）區氣流不均布將導致粉（fěn）塵（chén）顆粒（lì）荷電不（bú）均勻，並可能產生二次飛揚，從（cóng）而降低除塵效率；袋區氣流不（bú）均勻，將導致濾袋長（zhǎng）期受到集中氣流衝刷，出現濾（lǜ）袋（dài）破損的現象，導致粉塵排放濃度迅速升（shēng）高[6]。

文獻[7]提出一種針（zhēn）對電袋複合除塵器的氣流均布優化設（shè）計方法，其通過縮小的物理模型和數值模型（xíng）實驗結果的對比和分析，確定電袋複合（hé）除塵器計算流體動力學（CFD）湍流模型、邊界條（tiáo）件等參數的（de）選取（qǔ）和設定，為實際工程（chéng）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、提升閥孔徑等影響電袋複合除塵器氣流均（jun1）布的有（yǒu）效調節手（shǒu）段；在建模過程中提供合理假設條件（jiàn）和模型簡化方法；對提升閥提升高度值、提升閥孔徑值在經驗值的基礎上合理選定一（yī）組數值，並用GAMBIT建模軟件在一個模（mó）型上統一（yī）建（jiàn）模，生成一套網格（gé）模型並導（dǎo）入Fluent中進行CFD計算。文獻[8]通過對入口煙（yān）道和除塵器建立物理模型，進行氣（qì）流分（fèn）布的測試實驗，並結（jié）合實際工程的現場測試結果，調整CFD的相關邊界條件，建立全尺寸（cùn）的除塵器數值模型（xíng），用Fluent軟件（jiàn）進行氣流均布模擬（nǐ）計算（suàn），為實現（xiàn）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（jiàn）建立3D模（mó）型，采用數值分析方法，設定（dìng）布袋的界麵為多孔介質階躍（yuè）邊界條件，電除塵器內部的氣（qì）流通過改變氣流分布板來調整，重點研究了大型電袋複合除（chú）塵器內部的流場分布，得出氣流分（fèn）布板設（shè）置與否、設（shè）置數量及開孔率對電除塵區速度分布有較大影響，在第3層氣流分布板上改進開孔孔徑，可有（yǒu）效解決電除塵區第1組灰鬥內的渦流現（xiàn）象，從而可提高（gāo）除塵效率。

因此，CFD數值模擬技術是超淨電袋複合除塵器保證氣流均布性的重要手段，超（chāo）淨電袋複合除塵器的氣流分布優（yōu）化（huà）設計基於（yú）CFD數（shù）值模擬，其袋區采用多維進風技術，確保不（bú）錯的進風比（bǐ）例（lì），並且采用調整濾袋排布、阻流（liú）等技術措施，使氣流分布的相對均方根差小於0.2，更利於降低粉塵（chén）排放、減（jiǎn）小阻力以及延長濾袋壽命。

2.3 高精過濾（lǜ）技術

濾袋是決定電（diàn）袋複合除塵器出口排放值好關鍵的（de）部件，要保證超淨（jìng）電袋出口煙塵排放濃度（dù）長期穩定＜5 mg/m3或10 mg/m3，濾（lǜ）袋（dài）的過濾精度至關重要。在常用的工業過濾濾料（liào）中，PTFE覆（fù）膜濾料的（de）過濾精度高，其次為超細（xì）纖維梯度（dù）濾料，好後是普通濾料。電袋采用濾料的過濾精度越高，就越容易（yì）實現超低排放，且後期的（de）運行阻力更低更平穩，對工況變化（huà）適應能力也越強（qiáng）。

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

超淨電袋根據煤種灰（huī）分、過濾（lǜ）風速、排放要求等因素來選（xuǎn）擇（zé）高精濾料，一般情況（kuàng）下不錯超細纖維（wéi）梯度濾料，當高灰分且（qiě）場（chǎng）地受限、高過濾風速時選用微（wēi）孔（kǒng）覆膜濾（lǜ）料。從加工難易程度及成本上看，微孔覆膜濾料大（dà）於超細纖維梯度濾料。

2.4 微粒凝並技術

除塵器出口排放的粉塵中，粒徑小（xiǎo）於（yú）2 μm的細微（wēi）粉塵占80%以上，非常容易被氣流帶出（chū）除（chú）塵器而逃逸。因此，采取技術措（cuò）施，提高除塵器對細微顆粒物的捕集能力是進一步降低排放的關鍵。電場內顆粒物的荷電（diàn）方式主要是擴散荷電和場致（zhì）荷電。一般而言，粒徑大於2 μm和小於1 μm的粉（fěn）塵分別以場（chǎng）致荷電、擴散荷電為主，而（ér）粒徑在1 μm左（zuǒ）右（yòu）的細顆粒物（wù），兩（liǎng）種荷電方式都很弱。因此，細顆粒物很難被電區（qū）捕集，從而降（jiàng）低了除塵器的除塵效率[13]。

文獻[14]通過對粉塵荷（hé）電與過濾過程影響關係的實驗研究，發現（xiàn）在靜電作用下顆粒層的（de）結構更為穩定，不容易出現坍塌現象；細顆粒荷電後可產生一定程度的聚並，形成大顆（kē）粒，有利於除塵器對其捕集，進一步提高細顆粒的脫除效率。文獻（xiàn）[15]提出電袋複合（hé）除塵器捕集粉塵除了靜電（diàn）凝並作用外，濾袋表麵的（de）二（èr）次粉塵層和（hé）一次粉塵層中粉塵顆粒之間（jiān）的微米級間隙，以及（jí）濾料纖（xiān）維層中纖維（wéi）間距的微距，加上荷電粉（fěn）塵層形（xíng）成的（de）（內）電（diàn）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。

結合上述實驗研究和機理分析，超淨電袋複合除塵器（qì）可采用以下3項措施（shī）以增強微粒凝並效應：（1）采用強放電、高（gāo）場強極配（pèi）形式；（2）采用新（xīn）型電源技術，以便提高針端（duān）放電性能，增加顆粒（lì）的荷電量；（3）采用嵌入式結構，減少電荷的損（sǔn）失，增強過濾（lǜ）效（xiào）應。

2.5 濾袋資源化利用技術

早期廢舊濾袋的回（huí）收處理（lǐ）主要是填埋。隨著技術進步，當前主要進行資源化利用，通過破碎（suì）、熔化拉絲等工藝（yì）加工成保溫岩棉、再生料等，逐漸（jiàn）形（xíng）成規（guī）模化回收（shōu）利用（yòng）。隨著濾袋新材料的開發（fā），濾袋將朝無任何汙染方向（xiàng）發展。文獻[16]采用強酸和氧化（huà）劑清洗廢舊PTFE濾袋，再對廢舊濾袋進行熱（rè）處理，然後球磨成PTFE粉料，對其進行回收再利用。文獻[17]提（tí）出（chū）金屬（shǔ）纖維氈濾袋（dài）與化學纖維濾料相比，具有（yǒu）耐溫（wēn）高、耐腐（fǔ）蝕強、壓（yā）降低、易加工等優點，並且廢舊濾袋資源化利用簡單、價值高，將廣（guǎng）泛地應用在電廠燃煤鍋爐、煤氣淨化等煙氣除塵領域。可以看出，開發和推（tuī）廣應用（yòng）金屬纖維氈濾袋，將促進濾袋向無任何汙染的方向發展。

3 超淨電袋應用進展

3.1 總體應用情況

近2年來，超淨電袋在燃煤電廠超低（dī）排放工程中得到快速推（tuī）廣。截至2016年11月，燃煤機組超淨電袋配套總裝機容量（liàng）超過30 000 MW，其中1 000 MW機組有8台（tái）套。投運累（lèi）計6 910 MW，排放（fàng）質量濃度均小於10 mg/m3或（huò）5 mg/m3，平均運行阻力663 Pa。並出口土耳其（qí）、柬埔寨、塔（tǎ）吉克斯坦等多個國家，出口項目（mù）總裝機容量8 240 MW。其（qí）中，土耳其澤塔斯電廠4號爐（lú）660 MW機（jī）組超淨電袋實現煙塵排放小於7 mg/m3，阻力低於500 Pa，各項技術指標優良。

2016年1月電力行業（yè）標準《燃煤電廠超淨電袋（dài）複合（hé）除塵（chén）器》（DL/T 1493—2016）頒布實施，有（yǒu）效（xiào）規範了超淨電袋的設計、生產、安裝與使用。超淨電袋標（biāo）準的實施，助力燃煤電廠超低排放技術路線選（xuǎn）擇的多樣化，在西部地區劣質煤電（diàn）廠的超低排放中（zhōng），超淨電袋將發揮更大的作用。

3.2 超（chāo）淨電袋首個示範工程應用（yòng）

廣東沙角C電廠2號660 MW燃煤機組，於2014年7月進行超低排放改造，采用國內首台（tái）超淨電袋複（fù）合除塵器（qì）。該機組原（yuán）配套4室4電場的電除塵器，由於原設計的比集塵麵積較小、除塵效率低，因此需要（yào）增效改造[18]。電廠通過（guò）對多種技術方（fāng）案進行分析、論證，確定采用超淨（jìng）電袋（dài）複合除塵技術方案實施改造。運行後超淨電袋的性（xìng）能測試結果見表1。測試表明，各項性能參數滿足設計要求，除塵器（qì）出口及煙囪出口顆粒物排放（fàng）濃度均滿足超低（dī）排放要求。

表1 沙角C電廠2號（hào）爐超淨電袋性（xìng）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初期和投運一年半的超淨電袋出口連續3個（gè）月的CEMS在（zài）線（xiàn）監（jiān）測數據。從圖中可（kě）以看出，超淨電袋出口的顆（kē）粒物排放質量濃度（dù）穩定在（zài）10 mg/m3以內，且投運一（yī）年半後其排放穩定性進一（yī）步提（tí）高。

3.3 超淨電（diàn）袋在劣質煤大型機組的（de）應用

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

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

河南平頂（dǐng）山發電分公司2×1 000 MW機組超低（dī）排放（fàng）改造工程，是國（guó）內首台1 000 MW等級超淨電袋項（xiàng）目，於2015年改造完成並投運。其燃用煤種為山西長治貧煤，其灰（huī）分高達39.78%，飛（fēi）灰中SiO2和Al2O3含量高，比電阻較大（dà），是典型的劣質煤（méi）。該工程原采用3室（shì）5電場靜電除塵器，並經過低低溫電除塵提效改造，但未能達標排放（fàng），好終采用（yòng）超淨電袋技術方案再次提效改造[19]。2號（hào）爐超淨電袋投運初期和運（yùn）行一年的性能測試（shì）結果（guǒ）見表2。測試表明（míng），投運初期和運行（háng）一年後的各項性能都非常（cháng）穩定地滿（mǎn）足設計要求，除塵器出口及煙囪出口顆粒物排放均達到超低排放（fàng）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（tú）5分（fèn）別為超淨電袋投運初期和運行一年的超淨電袋（dài）出口的CEMS在線監測數據。從圖中可以（yǐ）看出，顆粒物排放濃度（dù）穩定在10 mg/m3以內，投運一年後排放（fàng）濃度更加穩定，波動更小。

圖4 投運初期的（de）超淨電袋（dài）出口顆粒物（wù）濃度（dù）
Fig.4 Particulate concentrations at the ultra-clean EFIP outlet in initial operation stage

圖5 運行一年的（de）超淨電袋出口顆粒物濃度（dù）
Fig.5 Particulate concentrations at the ultra-clean EFIP outlet after one-year operation

4 結語（yǔ）

超淨電袋複合（hé）除塵技術在耦（ǒu）合技術、流場均布技術、微粒凝並技術、高精過濾技術研（yán）究等多方麵進行了創新。它不受煤質、飛灰成分變化（huà）影響，適用於（yú）國內大多數燃煤機（jī）組燃（rán）用的（de）煤種，特別是高灰分、高矽（guī）、高鋁、高比電阻（zǔ）、低鈉的劣質煤種，並且具有長期穩定超低排放、運行（háng）阻力低、濾袋使用壽命長、能耗低、改造工期短（duǎn）、係統運行穩定等優點。以超淨電袋複合除塵作為一次除塵且（qiě）不依（yī）賴二次除塵的超低排放技術路線，工藝流程簡單（dān）可靠、技術經濟指標先進。該（gāi）技（jì）術及技術路線在國內外（wài）多台大型機組煙塵超低排放工程（chéng）中成功應用，是燃煤機組實（shí）現超低排放的主流（liú）技術路線之一，將為中國煤電機組實現超（chāo）低排放，尤其是西部地（dì）區（qū）劣質煤電廠的超低排放提供技術保障，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

中圖分類號（hào）：TM621；X51

文獻標誌碼：A