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國內(nèi)燃煤電廠現役主要煙塵治理設施技術特點及其實現超低排放存在的問題與技(jì)術難點,通(tōng)過對當前國內開發的新除塵技術(shù)及其應用效果的(de)比選研(yán)究,有針對性地提(tí)出燃煤電廠(chǎng)現役機組煙塵超低排放技術改造建議,相(xiàng)關結論可為燃煤電(diàn)廠煙塵超低(dī)排放技術的選取提供參考。

隨著中國經濟持續(xù)高速發展,城(chéng)市化和工業化進程日(rì)益加快,各種(zhǒng)大氣汙染物排放急劇增加,尤(yóu)其是近幾年中國出現大範圍霧霾天氣,嚴重損害人民群眾身體(tǐ)健康,影響社會和諧穩定,一般認為煤炭和石油對霧霾的影響好,尤其是燃煤電廠[1]。
按照國家相關要求,全麵實施煤電行業(yè)節能減排升級改(gǎi)造,在全國範(fàn)圍內推廣(guǎng)燃(rán)煤電(diàn)廠超低(dī)排放,即在基準氧(yǎng)含量6%條件下,煙(yān)塵排放濃度(dù)≤10mg/Nm3。山西(xī)省要求常規燃煤機組煙塵排放濃度≤5mg/Nm3,低熱值燃煤機組煙塵排放濃度(dù)≤10mg/Nm3。
目前(qián)燃煤電廠采用的除塵技(jì)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技術改造問題,因此,結合現狀選(xuǎn)擇適(shì)宜(yí)的技術路線是超低排放技術改造(zào)的關鍵,也是實現煙塵穩定達標排放的基礎。
1電力行業煙塵排放現狀分析
2013年中國火電行業共(gòng)有3102家,裝機容量8.62×108kW,排放煙粉塵218.8×104t,其中獨(dú)立火電廠1853家,擁有4825台機組,共有除(chú)塵設施5140套,排(pái)放煙(粉(fěn))塵183.9×104t。
自備電廠(chǎng)1249家,有2690台機組,排放煙粉塵34.9×104t。2014年中國火電行業(yè)共有3288家,共排(pái)放煙粉塵235.5×104t。其中獨立火電廠1908家,擁有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,排放煙粉塵39.7×104t。2013年、2014年電力行業煙(yān)塵排放情況見表1。
表(biǎo)1:2013年、2014年(nián)電力行業煙塵排放情況(kuàng)

從表1中可以看(kàn)出,電力行業煙塵排放(fàng)量占全國煙塵排放量從2013年的17.11%下降到(dào)2014年的13.52%,下降了3.59%。全國(guó)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(rán)占比有所下降,但(dàn)仍然是煙塵好的排放行業,中國燃煤電廠煙塵的排放仍然麵臨較大壓力。全麵實施煤電行(háng)業(yè)節能減排升級改造,在全(quán)國範圍內推廣燃煤電廠超低排(pái)放,可以(yǐ)有效降低煙塵排放,達到(dào)改善空氣環境質量的目的。
2國內燃煤電(diàn)廠(chǎng)除塵技術使用現狀
目前國內比較成熟且適用於各級容量機組的除塵技術主要是電除塵器、袋(dài)式除塵器、電袋(dài)複合除塵器。
2.1電除塵技術
電除塵技術是利(lì)用強電場電暈(yūn)放(fàng)電使煙氣電離、粉塵荷電,在電場力的作用下將粉塵從煙氣中分離。
電除塵器的主(zhǔ)要優(yōu)點:
a)除塵效率高(gāo)。對於常規電除塵器,正常運(yùn)行時,其除塵效率一般都高(gāo)於(yú)99%,有的(de)甚至高達99.99%。能夠鋪集0.01μm以上的細微(wēi)粉塵。
b)阻力損失小。電除塵器的阻力損失一般為150Pa——300Pa。
c)煙氣(qì)處理量大。電除塵器結構上易實現(xiàn)裝置大型化。單台(tái)電除塵(chén)器的(de)電場截麵積超過400m2,可滿足大機組大煙氣(qì)量的應(yīng)用。
d)操作溫度範圍廣。高溫電除塵煙溫(wēn)一般在(zài)350℃——400℃,低溫電除(chú)塵器(常規電除塵器)煙溫一般在120℃——170℃。
e)運(yùn)行可(kě)靠、維護費用低。
電除塵器的主要缺點:
a)對於高比電阻粉塵易出現反電暈,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,中國已投產燃煤電廠絕大部分采用電除(chú)塵器,約(yuē)占火電裝機容量的80%。
2.2袋式除塵技術
袋式除塵(chén)技術是利用纖狀編物做成的袋式過濾元件來捕集煙塵(chén)的技術。
袋式除(chú)塵器的主要優點:
a)除(chú)塵效率(lǜ)高、排放濃度低。除塵效率(lǜ)都可以達到99%以上。如果設計、製造、安裝運行、維護管(guǎn)理得當,其除塵效率可長期穩定達到99.9%以上,煙塵出口排(pái)放濃度可長期穩定在30mg/m3甚(shèn)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(chú)塵捕集煙塵的主要原理為(wéi)過濾,對煤質和入口煙塵工況的適(shì)應性強,不因煙塵的比電阻等特性而影響除塵效率(lǜ),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,除塵效率的波動較小。
c)運行(háng)維護簡單。袋式除塵運行過程中的動(dòng)作部(bù)件(jiàn)僅脈衝閥,相對於其它除塵方式故障點少(shǎo),故障率低,日常運行、維(wéi)護簡單。
袋式除塵(chén)器(qì)的主要缺點:
a)運行阻力偏高。當入口煙塵濃度較大時(shí),清灰周期較(jiào)短,運行阻力偏高,有的甚至達到1800Pa以上,運行能耗(hào)高。
b)濾袋使用壽命短。由於濾袋過濾煙塵濃度(dù)大,清灰頻率高,尤其是大顆粒煙塵和(hé)硬度較大的煙塵的衝刷磨損嚴重。因此,濾袋使(shǐ)用壽命較短,一般為3a。
袋式(shì)除塵器對(duì)燃煤鍋(guō)爐煙塵的適用(yòng)性較廣,尤其適用於煤種波動(dòng)大、煙塵比電阻高、排放標準嚴(20mg/m3以下)的(de)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(chén)技術是將電(diàn)除塵的荷(hé)電除塵及袋除塵的過濾攔截機理有機結合的一種除塵技術(shù),前部設(shè)置一個電場的電除塵,捕集大量粉塵,沉降高溫煙氣中的顆粒(lì),緩衝均勻氣流,後(hòu)部裝設濾袋,收集細粉塵。
主要技術特(tè)點:
a)煙(yān)塵排放不受煤質變化影響,長期穩定保持低排放,出口排放濃度值低於20mg/m3。
b)在相同(tóng)工況和運行條件下,運行阻力(lì)比(bǐ)袋式除(chú)塵器低。
c)濾袋使用壽命長。電袋複合除塵(chén)器在正常(cháng)情況下使用壽命可以達到4a以上,目前好長使用壽命已達(dá)到8a。
d)操作便捷、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(guī)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(yùn)行阻力低、濾袋區清灰頻(pín)率低(dī),壓縮空氣耗量少,節省了引風機、空(kōng)壓機的(de)電耗。
f)捕集細顆粒物(PM2.5)效(xiào)率高,電袋複合除塵器協同發揮電場區使細顆粒物發生極(jí)化或凝並及濾濾袋區高效過濾的作用,對細顆粒物(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(dī)排放的特(tè)點,且不受煤質變化的影(yǐng)響,好適合中國煤質多變的條件[2]。在一般情況,電袋複合(hé)除塵(chén)器可保證除塵器出口煙氣粉塵(chén)濃(nóng)度為20mg/m3以下,全國燃煤機組安裝電袋複合式除塵器的比例接(jiē)近11%。
2.4除塵技術存在的問(wèn)題
目前(qián)中國部分(fèn)燃煤電廠煙塵排放不穩定,存在超標現象,主要(yào)原因是設計燃用煤種與(yǔ)實際(jì)煤種偏差較大,煙氣工況變化較大(dà)、設備選型不合理、製造和安裝質量出現問題、運(yùn)行管(guǎn)理問題等都會使除塵效(xiào)率下降(jiàng),達不到設(shè)計要求。通過對國內燃煤電廠除塵技(jì)術使用(yòng)現狀的研究,各種除(chú)塵技術處(chù)理後,煙塵難以實現超低(dī)排放的(de)要求,必須對單一的除塵技術進行(háng)優化,協同治理。
3燃煤電廠煙塵(chén)超低排放(fàng)技術路(lù)線(xiàn)探討
針對燃煤電廠煙塵排(pái)放越來越嚴(yán)格的要求,國內開發了多種新除塵技術(shù),為超低排放奠定了基礎。煙塵的超低排放控製技術呈現出多元化(huà)的選擇,主要針對對現(xiàn)行除塵技術具有良好改造效果的低低溫靜電除塵、濕式電除(chú)塵技術為核心的超低排放技術進行比選研究。
3.1低低(dī)溫電除塵(chén)技術為核心的超低排放技術
低低溫靜(jìng)電除塵(chén)技術是(shì)指在空氣預熱器和電除塵器之間有煙氣換熱器,其運(yùn)行溫度由通常的低溫狀態(120℃——170℃)下降到低低溫狀態(90℃——110℃左右),這種煙氣換熱器和電除塵器的組合稱為(wéi)低(dī)低溫(wēn)電除塵(chén)器。其工作原理是:
煙(yān)溫降低,使得粉塵比電(diàn)阻降低,粉塵的荷電性能提高;煙溫降(jiàng)低,煙氣量減少,電除塵器(qì)電場風速也(yě)得以降(jiàng)低;煙溫降低,煙氣中(zhōng)顆粒及氣體分(fèn)子熱運動能力減弱,氣體擊穿電壓提高,粉塵趨近(jìn)速度提高;當除塵器入口煙(yān)氣溫度已經降到露(lù)點溫度以下,可去除絕大部分SO3,減小尾部煙氣低溫腐蝕[3]。
技術(shù)特點:
a)煙氣的體積流量得以降低,電(diàn)場煙氣通道內的煙氣流速也(yě)相應降低。根據相關質料,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,克服了電除塵器對粉塵比電阻敏感這一弊(bì)病,避(bì)免了反電暈的發生,是解決電除塵(chén)器對付高比電阻粉塵治本之(zhī)措。
c)煙溫下(xià)降10℃,煙氣的擊穿電壓升高3%,對電除塵器提效(xiào)非常有利。
d)可降(jiàng)低(dī)濕法脫硫工藝水量(liàng)約30%。
e)回熱走(zǒu)低加係統,可節煤1g/(kW˙h)——3g/(kW˙h)。
f)係統阻(zǔ)力下降,引風機接電約10%。
g)在灰(huī)硫(liú)比大於100時,SO3的去除率可達95%,大大減少對下遊係統的(de)低溫腐(fǔ)蝕。
該(gāi)技術適用條件:
a)進入低低溫電除塵器係(xì)統的煙氣含塵濃度不大於100g/m3。
b)燃煤(méi)收到基硫(liú)分應不大於2%,煙氣灰硫比(bǐ)宜大於100。
c)入口煙氣溫(wēn)度。熱回收器(qì)應小於200℃,再加熱器宜為50℃上(shàng)下。
d)低低溫電除塵器應(yīng)工作在85℃——110℃範圍,再加(jiā)熱(rè)器應不小於70℃。
e)低低溫電除塵器換熱介(jiè)質宜采用水(shuǐ)媒介,煙氣與水換熱冷端端差(chà)、熱端端差應大於20℃。
2013年7月(yuè)實測南昌發電廠1號機組(zǔ)低低溫電(diàn)除塵器,入口煙溫由140℃下降到95℃,除塵器出口煙塵濃度由58mg/m3下(xià)降到16mg/m3。通過(guò)對低低溫靜電除塵技術特(tè)點的分析,配合協同治理技術(shù),是可以實現煙塵超低排放的(de)。典(diǎn)型技術路線為:煙氣換熱裝置→低低溫電除塵器→高脫硫、除塵效率的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置(WFGD)→煙氣再熱裝置(FGR,可選擇安裝)。
a)煙塵排放濃(nóng)度(dù)達到<10mg/m3的協同治理技術方案(àn)。適用煤質:灰分<25%、硫分<2%、燃(rán)煤熱值>18MJ/kg,灰硫比適(shì)宜時,超過此範圍的煤質(zhì)需進行分析、論證。技術(shù)參數配置:低低(dī)溫電除塵器入口煙溫低於酸露點(一般可取90℃),入口煙塵濃度<30mg/m3。
b)煙塵排放濃度達到<5mg/m3的協同治理技術方案。適用煤質:灰分<20%、硫分(fèn)<1.5%、燃煤熱值>20MJ/kg,灰硫比適宜時,超(chāo)過此(cǐ)範圍的煤質需進行分析、論證。技術參數配置:低低溫電除塵器入口煙溫低於酸露點(一(yī)般可取90℃),入口煙塵濃度<15mg/m3。
3.2濕式電除塵為核心的超(chāo)低排放技術
濕式電(diàn)除塵器(WESP)與(yǔ)幹式電除塵器的(de)除塵原理基本相同,都要經曆(lì)氣體電離、粉(fěn)塵荷電、收集和清灰四個階段。其工作原理是:采用自衝(chōng)刷、噴霧衝刷和液膜衝刷等方式來進行清(qīng)灰。目前,濕式電除塵器(qì)根據(jù)極板材質和型式的(de)不同,大致可分為(wéi)金屬板式、柔性電極式、導電玻璃鋼式(shì)三種類型。
技術特點:
a)WESP具有除塵(chén)效率高、沒有高比電阻反(fǎn)電暈、沒有運動(dòng)部件(jiàn)、沒有二次揚塵、運行穩定、壓力損失小、操作簡單、能耗低等優(yōu)點;濕式電除塵器采(cǎi)用液體衝刷集塵極表麵來進行清灰,可有效收集微細顆粒物(PM2.5粉塵、SO3酸霧、氣溶膠)、重金屬(Hg、As、Se、Pb、Cr)、有機汙染物(多環(huán)芳烴、二惡英(yīng))等,綜合治理能力強。使(shǐ)用濕式電除塵器後,煙氣中的煙塵(chén)排放可(kě)達10mg/Nm3甚至5mg/Nm3以(yǐ)下[4]。
在燃煤電廠濕法脫硫之後使用(yòng),可(kě)解決濕法脫硫帶來的石膏雨、藍煙、酸霧問題,緩解下(xià)遊煙道、煙囪的腐蝕問題,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(cōng)排放問題,達(dá)到“一勞(láo)永逸”的效果(guǒ)。
b)濕式電(diàn)除塵器用水清灰(huī),耗水量大(dà)。
c)濕式(shì)電(diàn)除塵器所處環境腐蝕性強,需要解決濕式(shì)電除塵器的防腐問題。
該技術適用條(tiáo)件:
a)適合用於排放要求高,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(gāo)的場合。
c)濕法脫硫(liú)後煙塵濃度(dù)增(zēng)加導致排放超標,且濕法脫硫係統改造難度大,難以實現煙塵穩定達標排放的項目。
通過分析濕式電除塵器除塵技術特點,配合協同治理技術,是可以實現煙塵超低排放的(de)。通過幹式除塵及新技術(低低溫(wēn)、旋轉電極等)與濕式除塵(chén)的不同組合及濕法脫硫係(xì)統協同除(chú)塵,可以得到多(duō)種煙塵超低排放工藝路線,典型技術路線為幹式除塵器→高脫硫、除塵效(xiào)率的(de)石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置(WFGD)→濕式電除塵器→煙氣再(zài)熱裝置(FGR,可選(xuǎn)擇安裝)。
該工藝技術的(de)主要設(shè)備有高效幹式除塵、濕法脫硫、濕(shī)式電除(chú)塵器,幹式除(chú)塵設備可選用低低(dī)溫電(diàn)除塵器、電袋複合除塵器、袋除塵器等(děng),要求(qiú)出口煙塵排放濃度≤20mg/Nm3。濕式電除塵器有效地避開了粉塵(chén)比電阻對幹式電除塵器的影響(xiǎng)及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顯著提高除塵效率。
燃煤電廠濕法脫硫後配套濕式電(diàn)除(chú)塵器,真正(zhèng)使大氣汙染物煙塵排放濃度達到超低排放(fàng)(≤10mg/Nm3或5mg/Nm3),實現超低排放。國內山東黃台(tái)電廠8號300MW機組、上(shàng)海石洞口一(yī)電廠3號300MW機組、內蒙(méng)古蒙西電廠1號300MW機組、江蘇泰州電廠二期工(gōng)程2×1000MW機組等均進行濕式電除塵器改造,均實現了煙塵的超低排(pái)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(shù)及燃煤電廠煙塵“超低排放”的技術探討,結合燃煤電廠現役機組(zǔ)超低排放的要求及改造條件,建議:
a)現有除塵方式除塵器出口煙塵排放濃度小(xiǎo)於20mg/m3的(de)除塵(chén)器可(kě)以考慮不再進行除塵器改(gǎi)造,可在脫硫塔後加裝濕式電除塵器。
b)采用布袋除塵器或電袋除塵器的機組,除塵器出口煙塵排放濃度小於30mg/m3、大於20mg/m3的除塵器,應對選除塵器進行改造。同時,在脫硫塔後加裝濕(shī)式電除塵器。
c)除塵器出口煙塵排放濃度在(zài)50mg/m3左右的電除(chú)塵器,機組灰硫比較大,可進行低低溫電除塵器技術進行改造。如場地受限,也可(kě)以對電(diàn)除塵器進行電袋或袋除塵器改造,同時,在脫硫塔後加(jiā)裝濕式電除塵器。
4結語
目前圍繞滿足超低(dī)排放標準的要求,多種除塵(chén)器新技術的開發和研(yán)究不斷呈現新成果,通過對低低溫電除塵、濕式電(diàn)除塵器技術(shù)特點及適用(yòng)條件的研究,各種以低低溫電除塵、濕式(shì)電除塵器為(wéi)核心超低排放技術的均能夠實現超(chāo)低排放,可以有效降低煙塵的排放,減少對(duì)環境空氣的汙染。
在選(xuǎn)擇(zé)煙塵超(chāo)低排放技(jì)術時,還需結合不同區域經濟、資源、環境條件、煤質差異及各煙氣治理設施(shī)之(zhī)間(jiān)的相互(hù)影響等進行係(xì)統化的全過程進行考慮(lǜ)。由(yóu)於(yú)煙塵超低排放技術需要“協同治理”,在每個裝(zhuāng)置脫除(chú)其主要目標汙染物的(de)同時,協(xié)同脫除其它汙染物或為下遊裝置脫除汙染物創造有利條件。所以各係統需要正常(cháng)運行至關重要,三分技術,七分管理”,應製定嚴格和科學的操作、維護、管理規程,並加強對員工的培訓。

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