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國(guó)內燃煤電廠現役主要煙(yān)塵治理設施技術特點及其實現超低排放存在的問題與技術難點,通過對當前國內開(kāi)發的新除塵技術(shù)及其應用效果的比選研究,有針對性地提出燃煤電廠現(xiàn)役機組煙塵超低排放技(jì)術改造建議(yì),相關結論可為燃煤電廠煙塵超低排放技術的選取提供參考。

隨著中國經濟持續高速發展,城(chéng)市化和工業化進程日益加快,各種大氣汙染物排放急劇增加,尤其(qí)是(shì)近幾年中國出現大範圍霧霾天氣,嚴重損(sǔn)害人民群眾身體健康,影(yǐng)響社(shè)會和(hé)諧穩定,一般認(rèn)為煤(méi)炭和石油對霧霾的影響好,尤其是燃煤電廠[1]。
按照(zhào)國家相關要求,全(quán)麵實施煤電行業(yè)節能減排升級改造,在全國範(fàn)圍內推廣燃煤電廠超低排放,即在基準氧含量6%條件下,煙塵排放濃度≤10mg/Nm3。山西省要求常規燃煤機組(zǔ)煙塵排(pái)放濃度≤5mg/Nm3,低熱值燃煤機組(zǔ)煙塵排放濃度≤10mg/Nm3。
目前燃煤電廠采用的除塵技術難以滿足超低排放要求,而“十三五”期間,山西省300MW以上燃煤電廠全部麵臨超低排放(fàng)技術改造問題,因此,結合(hé)現狀選擇適宜的技術路線(xiàn)是(shì)超低(dī)排放(fàng)技術改造的關鍵,也是實現煙塵穩定達標排放的基礎。
1電力行業煙(yān)塵排放現狀分析
2013年中國火(huǒ)電行(háng)業(yè)共有3102家,裝機容量8.62×108kW,排放煙粉塵218.8×104t,其中獨立火電廠1853家,擁有4825台機組,共有除塵設施5140套,排放煙(粉)塵183.9×104t。
自備(bèi)電廠1249家,有2690台機組,排放煙(yān)粉塵34.9×104t。2014年中國火電行業共有3288家,共排(pái)放煙粉塵235.5×104t。其中獨立(lì)火電(diàn)廠1908家,擁有(yǒu)4983台機組,共有除塵設施5301套,排放煙(粉)塵195.8×104t。自備電廠1380家,有2895台機組,排放(fàng)煙粉塵39.7×104t。2013年、2014年電力行業煙塵排(pái)放情況見表1。
表1:2013年、2014年電力行業煙塵排放情況(kuàng)

從表1中可以看出,電力行業煙塵排放量(liàng)占全國煙塵排放量從2013年的17.11%下降到2014年的13.52%,下降了3.59%。全國工業煙(粉)塵排放量從2013年的19.98%下降到2014年的16.17%,下降了3.81%。雖然占比有所(suǒ)下降,但仍然是煙塵好的排放行業,中國(guó)燃煤電廠(chǎng)煙塵的排放仍然麵臨較(jiào)大壓力。全麵實施煤電行業(yè)節能減排升級改造,在全國範圍(wéi)內推廣燃煤電廠超(chāo)低排放,可以有效降(jiàng)低(dī)煙塵排放,達(dá)到改(gǎi)善空氣(qì)環境質量的目的。
2國內燃煤電廠除塵技術(shù)使用現狀
目前國內比較成熟且適用於各級容量機(jī)組的除塵技術主要是電除(chú)塵器(qì)、袋式除塵器(qì)、電袋複合除塵器。
2.1電除塵技術
電除塵技術是利用(yòng)強電(diàn)場電(diàn)暈(yūn)放電使煙氣電離、粉塵荷電,在電場力(lì)的作用下將粉塵從煙氣中分離。
電除塵器的主要優點:
a)除塵效率高。對(duì)於常規電除塵器,正常(cháng)運行時(shí),其除(chú)塵效率一般都高於(yú)99%,有的甚至高達99.99%。能夠鋪(pù)集0.01μm以上的細微粉塵。
b)阻力損(sǔn)失(shī)小。電除塵器的阻力(lì)損失(shī)一(yī)般為150Pa——300Pa。
c)煙氣處理量大(dà)。電除塵(chén)器結構上易實現裝置大型(xíng)化。單台電除塵器的電場截麵積超(chāo)過400m2,可(kě)滿足大機組大煙氣量的應用。
d)操作溫度範圍廣。高溫電除塵煙溫一般在(zài)350℃——400℃,低溫電除塵器(常規電除塵器)煙溫一般(bān)在(zài)120℃——170℃。
e)運行可靠、維護費用低。
電除塵器的(de)主要缺點:
a)對於高比電阻粉塵易出(chū)現反電暈,使除塵效率下降。
b)電除塵器占地麵(miàn)積較大。到(dào)目前為止,中國已投產燃煤(méi)電廠絕大部分采用電除塵(chén)器,約(yuē)占火電裝機容量的(de)80%。
2.2袋式除塵技(jì)術
袋式除塵(chén)技(jì)術是利用纖狀編物做成的袋式過濾元件(jiàn)來捕集煙塵的技術。
袋式除塵器的主要優點:
a)除塵效率(lǜ)高、排放濃(nóng)度低。除塵效(xiào)率都可以達到99%以上。如果設計、製(zhì)造、安裝運行、維護管理得當(dāng),其除塵效率可(kě)長期穩定達到99.9%以上,煙塵出口排放濃度可長期穩定在30mg/m3甚至是10mg/m3以下。
b)工況適應範圍廣,煙塵排放長期穩定。袋式除塵捕集煙(yān)塵的主要原理為過濾,對煤質和入口煙塵工況的(de)適應性強,不因煙塵的比電阻等特性而影響除塵效率,同時對入口煙塵濃度的變化不敏感,當入口煙氣量和濃度變化時,除(chú)塵效率的波(bō)動較小。
c)運行(háng)維護簡單。袋式除塵運行過(guò)程中的動作部件僅脈衝閥,相對於其它除塵方式故(gù)障點少,故障率低(dī),日常運行、維(wéi)護簡(jiǎn)單。
袋式除塵器的主要缺點:
a)運(yùn)行(háng)阻力偏高。當入口煙塵濃度較大(dà)時,清灰周期較短,運行(háng)阻力偏高,有的甚至達到1800Pa以上,運行能耗高。
b)濾袋使用壽命短。由於濾袋過濾煙塵濃度大,清灰(huī)頻率高,尤其(qí)是大顆粒煙塵和硬度較(jiào)大的煙塵的衝刷磨損嚴重。因此,濾袋使用壽命較短(duǎn),一般為(wéi)3a。
袋式除塵器對燃(rán)煤鍋爐煙塵的適用性較廣,尤其適用於煤種波動大、煙塵比電阻高(gāo)、排放標準嚴(20mg/m3以下)的鍋爐煙氣除塵,全國燃煤機組安裝的比例接近9%。
2.3電袋複合除塵技(jì)術
電袋複合除塵技術是將電除塵的荷電除塵及袋除塵的過濾攔(lán)截機理有機(jī)結合的一種除塵技術(shù),前部(bù)設置一個電場的電除塵(chén),捕(bǔ)集大量粉塵,沉降高溫煙氣中的(de)顆粒,緩衝均勻氣流,後部裝設濾(lǜ)袋,收集細粉塵。
主要(yào)技術特點:
a)煙塵(chén)排放不受煤質變化影響,長期穩定保持低排放(fàng),出口排放濃度值低於20mg/m3。
b)在相同工況和運行條件下,運行阻力(lì)比袋式除塵器低。
c)濾(lǜ)袋使用壽命長。電袋複合除塵器在正常(cháng)情況下使用壽命可以達到4a以上,目前好長使用壽命(mìng)已達到8a。
d)操作便捷(jié)、維護簡單。
e)節(jiē)能明顯。配置高壓電源數量及容量僅為傳統常規電除塵器的1/4左右,大幅度節省了除塵器電耗;電袋複合除塵器平均運行阻力低、濾袋區清灰頻率低,壓縮空氣耗量少(shǎo),節省了引風機(jī)、空壓機的電耗。
f)捕集(jí)細顆粒物(PM2.5)效率高,電袋複合除塵器協(xié)同發揮電場區(qū)使細顆粒物發生極化或凝並及濾濾袋(dài)區高效過濾的作用,對細顆(kē)粒物(PM2.5)具有極高的捕集效率[1]。
電袋複合除塵器具有長期、穩定低排放的特點,且不受煤質變化的影響,好適合中國煤質(zhì)多變的條件[2]。在一般情況,電袋複合除塵器可保證除塵器出口煙氣(qì)粉塵濃(nóng)度為20mg/m3以下,全國燃煤機組安裝電袋複合式除(chú)塵器的比例接近11%。
2.4除塵技術存在的問題
目前中國部分燃煤電廠(chǎng)煙塵排放不穩定,存在超標現象,主要原因是設計燃用煤種與(yǔ)實際(jì)煤種偏差較大,煙氣(qì)工況變化較大、設備選型不合理、製造和安裝質量出現問題、運行管理問題等都會使除塵效率下降,達不到設計要求。通過對國內燃煤電廠除塵技(jì)術使用現狀的研究,各種除塵(chén)技術處理後,煙塵難以實現超低排放的要求,必須對單一的除塵技術進行優化,協同治理(lǐ)。
3燃煤電廠煙塵超低排放技術路線探討
針對(duì)燃煤電廠煙塵排放(fàng)越來越嚴格(gé)的要求,國內開發了多種新除塵技術,為超低排放奠定了基(jī)礎。煙塵的超低排放控製技(jì)術呈現出(chū)多元化的(de)選(xuǎn)擇,主要針對對現行除塵技術具有良好改造效果的低低溫靜電除塵、濕(shī)式電除塵技術為核心的超(chāo)低(dī)排(pái)放技術進行比選研究。
3.1低低溫電除塵(chén)技術為核心的超(chāo)低排放技術
低低溫靜電除塵技術是指在空(kōng)氣(qì)預熱器和電(diàn)除(chú)塵器之間有煙氣換(huàn)熱器,其運行溫度(dù)由通常的低溫狀態(120℃——170℃)下降到低低溫狀態(90℃——110℃左右),這種煙氣換熱器和(hé)電(diàn)除塵器的組合稱為低低溫電除塵器。其工作原(yuán)理是:
煙溫降低,使得粉塵比電阻降低,粉塵的荷電性能(néng)提高;煙溫降低,煙氣量減少,電除塵器電場風速也得以降低;煙溫降(jiàng)低,煙氣中顆粒及氣體分子熱運動能力減弱,氣體擊穿電壓提(tí)高,粉塵趨近速(sù)度提高;當除塵器入口煙氣溫度已經降到露點溫度以(yǐ)下,可去除(chú)絕(jué)大部分(fèn)SO3,減小尾部煙(yān)氣低溫腐蝕[3]。
技術特點:
a)煙氣的體積流量得以降低(dī),電場煙氣通道內的煙氣流(liú)速也相應降低。根據相關(guān)質料,煙溫下降10℃,煙氣量下降2.5%。
b)比電阻下降到108Ω˙cm——1010Ω˙cm,是電除塵器不錯工作範圍(wéi),克服了電除塵器對粉塵比電阻敏感這一弊病,避(bì)免了反電暈的發生,是解決(jué)電除塵器對付高比電阻粉塵治本之(zhī)措。
c)煙溫下降10℃,煙氣的擊穿電(diàn)壓升高3%,對電除塵器提效非常有利。
d)可降低濕法脫(tuō)硫工藝水量約30%。
e)回熱走低加(jiā)係統,可節煤(méi)1g/(kW˙h)——3g/(kW˙h)。
f)係統阻力下降(jiàng),引風機接電約(yuē)10%。
g)在灰硫比大於100時,SO3的去除率可達95%,大大減少對下遊係(xì)統的低溫腐蝕。
該(gāi)技術適用條件:
a)進入低(dī)低(dī)溫電除塵器係統的煙氣含塵濃度不大於100g/m3。
b)燃煤收到基硫分應不(bú)大於2%,煙氣灰(huī)硫(liú)比宜大於100。
c)入口煙(yān)氣溫(wēn)度。熱回收器應小於200℃,再加熱器宜為50℃上下。
d)低低溫電除塵器應工作在85℃——110℃範圍,再加熱器應不小於70℃。
e)低低溫電除塵器換熱介質(zhì)宜采用水媒介(jiè),煙氣與水換熱冷端端(duān)差、熱端端差應大於20℃。
2013年7月實測南(nán)昌發電廠1號機組低(dī)低溫電除塵器,入口煙溫由140℃下降(jiàng)到95℃,除塵器出口煙塵濃度由58mg/m3下降到(dào)16mg/m3。通過(guò)對低低溫靜電除塵(chén)技術特點的分析,配(pèi)合協同治理技術,是可以實現煙塵超低排(pái)放的。典型技術路線為:煙氣換熱(rè)裝置→低低溫電除塵器→高脫硫、除塵效率的石灰石-石膏濕法煙氣(qì)脫硫裝置(WFGD)→煙氣再熱(rè)裝置(FGR,可選擇安裝)。
a)煙塵排放濃度達到<10mg/m3的協同治理技術方(fāng)案。適用(yòng)煤質:灰分<25%、硫分<2%、燃煤熱值>18MJ/kg,灰硫比適宜時,超(chāo)過此範圍的煤質(zhì)需進行分析、論證。技術參數配置:低低溫電(diàn)除塵器入(rù)口煙溫低(dī)於酸露點(一般可取90℃),入口煙塵濃度<30mg/m3。
b)煙塵排放濃度達到(dào)<5mg/m3的協同治理技術方案。適用煤質:灰分<20%、硫分<1.5%、燃煤熱值>20MJ/kg,灰硫比適宜時(shí),超過此範圍的煤質需進(jìn)行分(fèn)析(xī)、論證。技術參數配置:低低溫電(diàn)除塵器入口煙溫低於酸露點(一般可取90℃),入口煙塵濃度<15mg/m3。
3.2濕式電除(chú)塵為核(hé)心的超低(dī)排放技術
濕式電除塵器(WESP)與(yǔ)幹式電除塵器的除塵原理(lǐ)基本相同,都要經曆(lì)氣體電離(lí)、粉塵荷電(diàn)、收集和清灰四個階段(duàn)。其(qí)工作原理是:采用自衝刷、噴霧衝刷和液(yè)膜衝刷等方(fāng)式來進行清灰。目前(qián),濕式電除塵器(qì)根據極板材質(zhì)和型(xíng)式的不同,大致可分為金屬板式、柔性(xìng)電極式、導電玻璃鋼式三種類型。
技術特(tè)點:
a)WESP具有除塵效率高、沒有高比電阻反電暈、沒有運動部件(jiàn)、沒有二次揚塵、運行穩定、壓力損失小、操作簡單、能耗低等(děng)優點;濕式電除(chú)塵器采用液體衝刷(shuā)集塵極表麵來進行清灰,可有效收集(jí)微細顆粒物(PM2.5粉塵(chén)、SO3酸霧、氣溶膠)、重金屬(shǔ)(Hg、As、Se、Pb、Cr)、有機汙染物(多環芳烴、二惡英)等,綜合治理能力強(qiáng)。使(shǐ)用濕式電除塵器(qì)後,煙氣中的煙塵排放可達10mg/Nm3甚至5mg/Nm3以下[4]。
在(zài)燃煤電廠(chǎng)濕法脫硫之後(hòu)使用,可解決(jué)濕法(fǎ)脫硫帶來的石膏雨、藍煙、酸霧問題,緩解下(xià)遊煙道、煙囪的(de)腐蝕問題,節約防腐成本。濕式電除塵器能實現超低排放,徹(chè)底解決煙囪排放問題,達到“一勞永逸(yì)”的效果。
b)濕式電除塵器用水清灰(huī),耗水量大。
c)濕(shī)式電除塵(chén)器所處環境腐蝕性強,需要解決濕式電除塵器的防腐問題。
該技術適用條件:
a)適合(hé)用於排放(fàng)要求高,對多(duō)種汙染物排放均有較高要求的電廠。
b)適用於前端除塵器改造難度大、費用高的場合。
c)濕法(fǎ)脫硫後煙(yān)塵濃度增加導(dǎo)致排放超標,且濕法脫硫係統改造難度大,難以實現煙塵穩定(dìng)達標排放的項目(mù)。
通過分析濕式電除塵器除塵技術特點,配合協同治理技術,是可以(yǐ)實(shí)現煙(yān)塵超低排放的。通過幹式除塵及新技術(低低溫、旋轉電極等)與濕式除塵的不同組合及濕法脫(tuō)硫係統協同(tóng)除塵,可以得到多種煙塵超(chāo)低排放工藝(yì)路(lù)線(xiàn),典型技術(shù)路線為幹式(shì)除塵器→高脫硫、除塵效率的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置(WFGD)→濕式電除塵器→煙(yān)氣再熱裝置(FGR,可選擇安裝(zhuāng))。
該工藝(yì)技術的主要設備有高效幹式除塵、濕法脫硫、濕式電除(chú)塵器,幹式除塵設備(bèi)可選用低低溫電除(chú)塵器(qì)、電袋複合除塵器、袋除塵器等,要求出口煙(yān)塵排(pái)放濃度≤20mg/Nm3。濕式電除塵器有效地避開了粉塵比電阻對幹式電除(chú)塵器的(de)影響及(jí)沒有機械振打清灰產生的二次揚塵,同時靜電和水霧相結合可(kě)顯著提高除塵效率。
燃煤電廠濕法脫硫後配套(tào)濕式電除塵器,真(zhēn)正使(shǐ)大氣汙染物煙塵排放濃度(dù)達到(dào)超(chāo)低排放(fàng)(≤10mg/Nm3或5mg/Nm3),實現(xiàn)超低排放。國內(nèi)山東黃台電廠8號300MW機組、上海石洞口一電廠3號(hào)300MW機組、內蒙(méng)古蒙(méng)西電廠1號300MW機組(zǔ)、江蘇泰州電廠(chǎng)二期工程2×1000MW機組等均進行濕(shī)式電除塵器改造(zào),均(jun1)實現了煙(yān)塵的超低排放[5]。
3.3燃煤電廠煙塵超低排放技術改造建議
通過對新除塵技術及燃煤電(diàn)廠煙塵“超低排放”的技(jì)術探討(tǎo),結(jié)合燃煤電廠現役機組超(chāo)低排(pái)放(fàng)的要求及改造條件,建議:
a)現有(yǒu)除塵方式除塵器(qì)出(chū)口煙塵排(pái)放濃(nóng)度小於(yú)20mg/m3的除塵器可以考慮不再進行除塵器改造,可在脫硫塔後加裝濕式電除塵器。
b)采用布袋(dài)除(chú)塵(chén)器或電袋除塵器(qì)的機組,除塵器出(chū)口煙塵(chén)排放濃度小於30mg/m3、大於(yú)20mg/m3的除塵器,應對選除塵器(qì)進(jìn)行改造。同時,在脫硫(liú)塔(tǎ)後(hòu)加裝濕(shī)式電除塵器。
c)除塵器出口煙塵排放濃度在50mg/m3左(zuǒ)右的電除塵器,機組灰硫比較大,可進行(háng)低低溫電除塵器(qì)技術進行改造。如場地受限,也(yě)可以對電除塵器進行電袋或袋除塵器(qì)改造,同(tóng)時,在脫硫塔後(hòu)加裝濕式電除塵器。
4結語
目前圍繞滿足超低排(pái)放標準的要求,多種除(chú)塵器新技術的開發和研究不斷呈現(xiàn)新成果,通過(guò)對低低溫電除塵、濕式電除塵器技術特(tè)點及適用條件的研究,各種以低低(dī)溫電除(chú)塵、濕式電除塵(chén)器為核心超低排放技(jì)術的均能夠實現超低排放,可以有效(xiào)降低(dī)煙塵的排放,減少對(duì)環境空氣的汙染(rǎn)。
在選擇煙塵超低排放技術時,還需結合(hé)不同區域經濟、資(zī)源、環境(jìng)條件、煤質差異及各煙氣治理設施之間的相互(hù)影響等進行係統化(huà)的全過(guò)程進行考慮。由於煙塵超低排放技術需要“協同治理”,在每個裝置脫除其主要目標汙染(rǎn)物的同時,協同脫除其它汙染物或為下遊裝置(zhì)脫除汙(wū)染物創造有利條件。所以各係統需要正常運(yùn)行至關重要,三分技(jì)術,七分管理”,應製定嚴格和科(kē)學的操作、維護、管理規程,並加強對員工的培訓。


