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我國是煤炭（tàn）消費大國，每年消耗（hào）原煤約21.5億（yì）噸，約70%被燃煤電廠使用。我國能源結構決定了以煤（méi）炭為（wéi）主的火力發（fā）電格局。煤炭燃燒會產生大量的粉塵顆粒,其中細微粉塵PM2.5會引起（qǐ）心肺呼吸（xī）道疾（jí）病, 同時也會引起灰霾天氣,導致大氣能見度下降。環保麵前（qián），沒有旁觀者
國家環保部於2011 年發布了《火電廠大氣汙（wū）染物排放標準》，規定火力發電鍋爐煙塵排放（fàng）濃度高限值為30mg/Nm3,重點地（dì）區高限值為20mg/Nm3；2012 年發布《環境空氣質量標準》，將PM2.5寫入（rù）國標，並納入各省市的強製監測範疇；2013年國務院發布《大氣汙染防（fáng）治行動計劃》，明確了具體任務，提出了十條（tiáo）具體措施。隨著（zhe）各文件的出台，燃煤鍋爐除塵領（lǐng）域麵臨著前所未有的壓力（lì）和挑戰（zhàn），僅靠對（duì）現有除塵器（qì）的常規改造，很難滿足新的煙塵排放標準。特別對PM2.5的排（pái）放控製，成為燃煤電廠亟待解決的難題。
1 我國煙氣除塵技術現（xiàn）狀（zhuàng）
目前我國電除塵器的生產規模和使用（yòng）數量均居世（shì）界首位，電除塵（chén）技術接近世界先進水平。布袋除塵器的技術核心在於（yú）濾料，隨著材料科（kē）技的不（bú）斷（duàn）進步,袋式（shì）除塵技術得到廣泛應用。電袋複合除塵技術是基於（yú）靜電除塵和袋式除塵兩種成熟（shú）的除塵理（lǐ）論（lùn），由我國自行研發提出的新型除塵技（jì）術，近幾年已在（zài）多家電廠成功應用（yòng）。
1.1靜電除塵技術
靜電（diàn）除塵器（ESP）的（de）主要工作原理是（shì）在電暈極（jí）和收（shōu）塵極之間通上高壓（yā）直（zhí）流電，所產生的強電場（chǎng）使（shǐ）氣體電離、粉塵荷電, 帶有正、負離子的粉塵顆（kē）粒分別向（xiàng）電（diàn）暈極和（hé）收塵極運動而沉積在極板上，使積灰通過振打裝置落進灰（huī）鬥。
由於靜電除塵器基於荷電收塵機理，靜電（diàn）除塵器對飛灰性質（成分、粒徑、密（mì）度、比電阻、黏附性等）十分敏感，特別對高（gāo）比電阻粉塵、細微（wēi）煙塵捕集困難，運行工況變化對除（chú）塵效（xiào）率也有（yǒu）較大影響（xiǎng）。另外其不能捕集（jí）有害氣體，對製造、安裝和操作水平要求較高。
對現有靜電除塵器提效改造技術有三種可行方向：改（gǎi）進靜電除塵器（包括靜電除（chú）塵器擴容、采用電（diàn）除塵新技術及（jí）多種新技（jì）術的集成）、電袋複合除塵（chén）技術、濕式電除塵技術（shù）。
1.2袋式除塵技術
袋式除塵器的主要工（gōng）作原理包（bāo）含過濾和清（qīng）灰兩部分。過濾是指（zhǐ）含塵氣體中粉（fěn）塵的慣性碰撞、重力沉降、擴散、攔（lán）截和靜電效應等作用結（jié）果。布袋過（guò）濾捕集粉塵是利用濾（lǜ）料進行表麵過濾和內部深層過濾。清灰是指當（dāng）濾袋表麵（miàn）的粉塵（chén）積聚（jù）達（dá）到阻力設定值時，清灰機構將清除濾袋表麵煙塵，使除塵器保持過濾與清灰連續工作。
袋式除塵器好缺（quē）點是受濾袋材（cái）料的限製，在高溫、高濕度、高（gāo）腐蝕性氣體環境（jìng）中,除塵時適（shì）應性較差。運行（háng）阻力較大（dà），平均運行阻力在1500Pa左右，有的袋式除塵器運行不久阻力便超過2500Pa。另外，濾（lǜ）袋易破損、脫落,舊袋難（nán）以有效回收利用。
美國環保署的環境技術認證(Environmental Technology Verification，ETV)項目對ePTFE覆膜濾料做過的性能檢測發現濾料覆膜可一定程的地控製PM2.5和消除有害（hài）氣體，此項目對袋式除塵技術的（de）發展有較好的引導作用。改進袋式（shì）除塵器可從三個方麵進一步研究：濾料覆膜，濾料的改進創新，舊袋的有效回收利用。
1.3電袋複合除塵技術
電袋複合式除塵器的工作（zuò）過程是，含塵煙氣進入除塵（chén）器後，大（dà）約70～80%的煙塵在電場內荷電（diàn）被收集下來，剩餘20%～30%的細煙塵（chén）被（bèi）濾袋（dài）過濾收集（jí）。電袋複合式除塵器兼容了靜電除塵器和袋式除塵器的優點，較好的彌補了兩者的不足，除塵機理科學合理。
電袋複合式除塵器主（zhǔ）要有臭氧腐蝕、運行阻力較高、投資大、占地麵積大等缺點，濾袋壽命短及換袋成本高仍是其重要問題。
電袋複合式除塵器的改進有三個方麵:優化靜電除塵單元和袋式除塵單元的長時間協同作用以及相（xiàng）對結構布置,消除靜電除塵單元產生的臭氧（yǎng），濾料的技術創新。
2 煙氣除塵新技術
由（yóu）於種（zhǒng）種實際因素,上述三種除塵器很（hěn）難滿足煙氣出口排塵量低於30mg/Nm3的新標準,尤其對PM2.5的排放控製不佳。近年來，國內外學者對除（chú）塵新技術進行（háng）了大量（liàng）的理論研究和實驗論證，如聚並技術、濕式電除塵技術、旋轉電（diàn）極技術、高（gāo）頻（pín）電源技術、煙氣（qì）調質技（jì）術，許多技術已獲得突破性進展並初步開始應用（yòng），但仍需完善和改（gǎi）進。
2.1 聚並技術
聚並是指微細粉塵通過物理或化學的途徑互相接觸、碰撞而結合成較大顆粒的過程。微細煙塵聚並成較大顆粒後，更容易被除塵（chén）器捕集，提（tí）高了微細煙塵的脫除效（xiào）率。當前國內外研究的聚並技術主要有：電聚並、湍流凝（níng）並、聲聚並、蒸汽相變聚並、化學聚並和光聚並等。
電聚並是各聚（jù）並技術中好實用有效的方法。電聚並是通過細顆粒荷電，促使細顆粒相互吸引、碰撞、聚並，使細顆粒團聚成大顆粒。電聚並的效果取決於粒子的（de）濃度、粒徑、電（diàn）荷的分布以及（jí）外電場的強弱。
澳大利亞Indigo（因迪格）技術有限公司於2002年推出了Indigo凝聚器工業產品，至2008年10月（yuè），Indigo凝聚器已經在澳大利亞、美國、中國等國家的8家電（diàn）廠中使用（yòng），測試（shì）結果表明，PM2.5、PM1.0排放可分（fèn）別減少80%、90%以（yǐ）上。自2007年始，華北電力大學和北京大學共同參與國家“863”課題“超細顆粒物聚並（bìng）新技術開發”，從實驗和（hé）理（lǐ）論計算兩方麵對超細顆粒（lì）物湍流聚並技術進行了大量研究，自行研發出一套雙極荷電-湍流（liú）聚並裝置。
該技術不僅能較大幅度提高除塵效率，還能對PM2.5有效（xiào）控製，工藝簡單可靠，有廣闊的應用前（qián）景。由於電（diàn）聚並器一（yī）般安裝在（zài）電除塵器的煙道前，其安裝空間受到（dào）了一定限製（zhì）。另（lìng）一方麵因煙道（dào）內氣流速度大，不適用於（yú）收集磨琢（zhuó）性強的煙塵。此外，如何減少在電聚並器段的壓力損失也是目前測試階段需要解決的問題。
2.2 濕式電除塵技術
濕式電除塵技術與幹法靜電（diàn）除塵技術對粉塵捕集的原理基本相同，兩者結構也類似。所不（bú）同的是（shì）清灰方式，濕式除塵器取消了傳統的機械振打清灰方式，通過（guò）煙氣與水接觸使飛灰沉降。根據濕式除塵器原理（lǐ）和結構的不同，有自激式除（chú）塵、麻石水膜除塵、噴淋式除塵三種主要形式。
日本中部電力碧南電（diàn）廠（chǎng）五台機（jī）組(3×700MW+2×1000MW)使用濕式靜電除塵器後，其排放濃度長（zhǎng）期穩定在2～5mg/Nm3，遠低於日本國家標（biāo）準和新國標的要求（qiú），表明濕式靜電除塵器能高效地除去煙氣中（zhōng）的煙塵。2010年，由中國重型機械研究院有限公（gōng）司設計的濕式電除塵器（qì）應用於（yú）浙江某工業窯爐生產線，實（shí）測煙塵（chén）排放遠低於設計值(30 mg/m3)達到20 mg/m3以下,低可達到12 mg/m3,且設備運行穩定。濕式靜電除塵器衝洗水（shuǐ）對煙氣有洗滌作用，對煙氣的脫硫及去除（chú）重金屬離子有一定作用，尤其對（duì）控製（zhì）PM2.5效（xiào）果明顯。
濕式靜電除塵器也有一些缺陷：濕式靜（jìng）電除塵器（qì）布置在脫硫係統後，場地空間受限製；雖然濕式靜電除塵係統的衝洗水采用閉式循環，但由於水中含塵量增加，仍需不斷補（bǔ）充（chōng）原水；其大量部件長期處於潮濕環境，對材料的耐（nài）腐蝕性要求較高。
2.3 旋轉電極技術
旋轉電極式電除塵器與常規電除塵器的除塵原（yuán）理完全相同,在清灰方式（shì）上有很大改變。旋轉電（diàn）極是由若幹個小塊極板固定在板鏈上低速旋轉（zhuǎn）,極板由原來的整體（tǐ）壓型板改為小塊極板，通過板鏈帶動旋轉。其清灰方式采用旋轉鋼刷（shuā）清（qīng）灰，從根本上改變了常（cháng）規電除塵器的振打裝置（zhì）清灰（huī），徹底避免了振打清灰造成的二次揚塵， 同時也解決了高比（bǐ）電（diàn）阻（zǔ）粉塵的“反電暈”問題。
早在（zài）20世紀70年代，國（guó）外就旋轉電極技術（shù）做了（le）大（dà）量（liàng）研究。其中日本日立公司首次研發出移動電極式電除塵技術(MEEP)。在我國，自2010年以來，浙江菲達環保科技股份有限公司研（yán）發生產的大型燃煤電站配套旋轉電極式電除塵器，先後應用（yòng）於內蒙古包頭第yi熱電廠300 MW機組、內蒙古達拉特電廠330 MW 機組（zǔ），經過測試，該除塵器各項（xiàng）技術指標達到（dào）或優於（yú）設計要求，粉塵（chén）出口排放濃度達到30mg/Nm3以下。
旋轉電（diàn）極式電除塵（chén）器（qì）能較大限度地減少二次揚塵, 避免（miǎn）反電暈（yūn）效應,從而大幅提高除塵效率，顯著降低煙氣出口PM2.5濃度。由於不需（xū）另占空間，隻需將固定電場改成旋轉電極式電場,特別適合於老機組電除塵器（qì）改造。同（tóng）時也具（jù）有常規電除塵器的阻力損（sǔn）失小，運行維護費用低等優點。
圖4 旋轉電極結構示意圖
旋轉電極式電除塵器也有部分缺陷,其結構相對複雜，對製造和安裝工藝要求較（jiào）高，具有（yǒu）一定的局限性。另外,其長（zhǎng）時間穩定運行的可靠性仍需考證。
2.4 高頻電源技術
高（gāo）頻電源（yuán）采用現代電力電子技術,是將工頻交流經三相（xiàng）整流橋整流（liú）成（chéng）約530V的直流，再經逆變電路（lù）變成20kHz以上的高頻（pín）交流電流，好後通過高頻變壓器升壓和頻整流器整流濾波，形成 40 kHz 以上的高頻脈動直流，供給電除塵器電場。其功率控製方法（fǎ）有脈衝高度調製、脈衝寬（kuān）度調（diào）製和脈衝頻率調製3種方法（fǎ）。目前，多數（shù）高頻（pín）電源采用的是（shì）脈衝頻率調製方法（fǎ）。
Nakhorn Thonglek等人通過對常（cháng）規（guī）靜電除（chú）塵器和高頻脈衝電源式除塵器做對比試驗發現，高頻脈（mò）衝式除塵器不僅能量消耗低並且除塵效率更高,可在9000V條件下長時間運行而無火花（huā）或（huò）閃絡現象 [10]。我國於21世紀初開（kāi）始自主研製該項技術,上海外高橋第三發電有限公司8號機（jī）組(1000MW)節能（néng）改造,采用國電環境保護研究院研製的HF-01型高頻電源，在日常運行工況條件下監測，煙塵（chén）排放濃度由42mg/m3下降至17mg/m3,減排59.5%，電除塵器能耗（hào）降低71.7%。其結果同樣說明高頻電（diàn）源式除塵器除塵效率高，並且可以（yǐ）大幅度減少（shǎo）電能損（sǔn）耗。另外，其控製方式靈活多樣,可根據電除塵器運行工況選擇好合（hé）適的電壓波形。
高頻（pín）電源的成（chéng）功（gōng）實踐令電源技術水平有質的飛（fēi）躍, 使電除塵器有更廣闊的適（shì）用範（fàn）圍。越來越嚴格的排放標準也激勵著高頻電源技術向更（gèng）成熟、更完善、更現代（dài）化的方向發展,相信高頻電源（yuán）技術將會為除塵領域做出更大（dà）貢獻。
2.5 煙氣調質技術
煙氣調質技術是（shì）指在除（chú）塵（chén）器前對煙氣進（jìn）行調質處理，向煙氣（qì）中注入調質劑,改變煙塵的一些物理化學特性，如飛灰比電阻,化學（xué）成分（fèn）,黏附性,粒度分布,顆粒的形態等。調（diào）質後的煙塵更容（róng）易被除塵器捕捉，從而提高除塵效率。用於實驗研究的調質劑有無水氨、氨溶液、硫酸、三氧化硫、磷酸、二乙胺、氨基磺酸、氯化鈉等，目前應用較多的調質劑是SO3。
在國外，SO3調質技術己（jǐ）經是一（yī）項成熟的技術（shù）,被不少（shǎo）公司采用。例（lì）如在過去20年中，世界各地（dì）大電廠安裝應用了500多台由美國Wellco公司研發的SO3煙氣調質裝置（zhì）,並且運（yùn）行效果良好。我國在（zài）新世紀初就對煙（yān）氣（qì）調質技術進行了大量的實驗研究，並且在多家電廠測試應用，例如華潤（rùn）電力登封有（yǒu）限公司一期2x320MW機（jī）組電除塵器（qì）原（yuán）先的除塵效率隻有98.5%左右,引入煙氣調質係統後，除塵效率（lǜ）大於99.8%。
煙氣調質技（jì）術（shù）可保留電（diàn）除（chú）塵器阻力低、可靠性高的（de）特點。調質係統具（jù）有集成度高、全自動控製、維護費（fèi）用低、操作靈（líng）活、占（zhàn）用空間小等優點，特別（bié）適合老機組的提效改造。針對高比電阻工況（kuàng）下提（tí）高除塵效率也是一（yī）項實用（yòng）的補丁技術。需要注意的是，煙（yān）氣調質（zhì）技術並不適用於所有工況，需要對煤（méi）種、煙氣（qì）條（tiáo）件和（hé）煙塵（chén）性質分析後使（shǐ）用。
3 各新式除塵技術綜合比較
表1 各新式除塵技（jì）術比（bǐ）較
技術（shù）種類 | PM2.5去除率 | 投資 | 可靠性（xìng） |
聚（jù）並技術 | 高 | 小 | 較高 |
濕式電除塵技術（shù） | 高 | 大 | 較低 |
旋轉電極技術 | 較高 | 較大 | 較低 |
高（gāo）頻電源技術 | 較高 | 小（有節能效果） | 高 |
煙氣調質技術 | 較低 | 小 | 高 |
4 建議與展望
燃煤鍋爐排放的大量粉塵已經給大氣環境和人類健康帶來了嚴重威脅，國家對工業粉塵（chén）的治（zhì）理已經提高到一個前所未有（yǒu）的高度。節能環保行業被列為國家七大戰略新興產業之（zhī）首，在“十二五”期間（jiān），工業煙氣除（chú）塵行業將麵臨更（gèng）大的（de）機遇和挑戰。目前國內（nèi）大多除塵設備（bèi）相對老舊，煙塵排放量遠不能達到（dào）低於30mg/Nm3的新要求。結合我國目（mù）前除（chú）塵現狀，提出以下建議：
(1)逐步淘汰老舊除塵設備，找（zhǎo）到相對適合改造的新除塵技術。對新建燃煤（méi）電廠的常（cháng）規除塵器進行升級（jí）改造，使（shǐ）其達到新的煙塵（chén）排放標準。(2)加（jiā）快除塵新技術的（de）研發和應（yīng）用，積極（jí）引進國外已成功工業化的新式除塵技術，開發和示範適合我國國情的煙氣（qì）除塵技（jì）術。
(3)針對PM2.5排放控製，結合新除塵技術對我國煤種適應性的研究,進一步對新技術優化集成，實（shí）現綠色環（huán）保與清潔電力生產的目標。
