修海明

(福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建龍巖 364000)

超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)實(shí)現(xiàn)超低排放

修海明

(福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建龍巖 364000)

近年來(lái)，超低排放政策逐漸出臺(tái)，部分地方政府和電力集團(tuán)甚至要求煙塵排放達(dá)到5mg/m3以下，迫使除塵技術(shù)進(jìn)行工藝改進(jìn)。介紹了珠海電廠700MW燃煤機(jī)組電除塵器采用超凈電袋復(fù)合除塵器改造后，實(shí)現(xiàn)煙塵排放濃度＜5mg/m3的超低排放，探討超凈電袋復(fù)合除塵器在滿足超低排放政策中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

超凈電袋復(fù)合除塵器;超低排放;工藝方案

0 引言

隨著人們生活水平的提高，對(duì)環(huán)境保護(hù)要求越來(lái)越嚴(yán)。我國(guó)的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，近年來(lái)經(jīng)歷3次修訂以降低各污染物的排放限值，2012年將煙塵排放限值提高到30mg/m3(重點(diǎn)地區(qū)20mg/m3)，標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格程度與發(fā)達(dá)國(guó)家平齊甚至更嚴(yán)。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委、環(huán)保部、國(guó)家能源局聯(lián)合下發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級(jí)改造行動(dòng)計(jì)劃(2014－2020)》的精神，珠江三角洲地區(qū)應(yīng)控制煙塵的排放達(dá)到5mg/m3以下，迫使除塵技術(shù)進(jìn)行工藝改進(jìn)。

我國(guó)煤種復(fù)雜多變，長(zhǎng)期以來(lái)，燃煤電站“市場(chǎng)煤”問(wèn)題嚴(yán)重影響了進(jìn)入鍋爐煤的穩(wěn)定性，大多數(shù)入爐煤種存在熱值偏低、灰分偏高、且波動(dòng)大的現(xiàn)實(shí)，造成煙塵濃度變化幅度大，使得干式電除塵器效率波動(dòng)，出口排放濃度無(wú)法長(zhǎng)期穩(wěn)定在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)。如果在吸收塔后增設(shè)濕式電除塵器，則會(huì)增加占地，設(shè)備投資與運(yùn)行費(fèi)用，且耗水量大，污水處理復(fù)雜。電袋復(fù)合除塵器有機(jī)結(jié)合了電除塵和袋式除塵器的優(yōu)勢(shì)，能長(zhǎng)期穩(wěn)定保持出口排放20mg/m3以下。所以，如果能對(duì)現(xiàn)有電袋復(fù)合除塵器進(jìn)行工藝改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)超低排放，就能簡(jiǎn)化工藝、減少占地、節(jié)約投資、降低運(yùn)行費(fèi)用，使其成為滿足燃煤電廠煙塵超低排放的優(yōu)選技術(shù)。

1 電袋復(fù)合除塵器的原理

電袋復(fù)合除塵器是繼電除塵器、袋式除塵器之后，在充分消化吸收兩者機(jī)理優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，將電除塵的荷電除塵及袋除塵的過(guò)濾攔截機(jī)理有機(jī)結(jié)合，創(chuàng)新開發(fā)的一種全新的除塵技術(shù)。它充分利用前級(jí)電場(chǎng)收塵效率高和對(duì)顆粒荷電的特點(diǎn)，利用1～2個(gè)電場(chǎng)除掉煙氣中80%以上的煙塵，可以大幅度的降低進(jìn)入袋式除塵區(qū)煙氣的含塵濃度，剩余10% ～20%的細(xì)粒子由后級(jí)濾袋過(guò)濾捕集，大大降低了袋區(qū)負(fù)荷并避免粗顆粒對(duì)濾袋的沖刷磨損，并改善濾袋表面粉餅層結(jié)構(gòu)。它具有除塵效率高、阻力低、節(jié)能、運(yùn)行成本低、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)［1］。

電袋復(fù)合除塵器對(duì)顆粒物的脫除不是簡(jiǎn)單的靜電除塵加上袋式除塵，其除塵過(guò)程主要存在如下相互影響的機(jī)制:后級(jí)袋區(qū)的結(jié)構(gòu)影響電區(qū)的流場(chǎng)分布，從而影響電區(qū)的除塵效率;電區(qū)的結(jié)構(gòu)決定進(jìn)入袋區(qū)的顆粒物濃度和粒徑分布;來(lái)自電區(qū)的顆粒荷電會(huì)影響袋區(qū)的粉餅層結(jié)構(gòu)、過(guò)濾特性和清灰特性。通過(guò)濾料過(guò)濾實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，顆粒經(jīng)電場(chǎng)作用發(fā)生荷電和極化，有助于在濾料表面形成結(jié)構(gòu)更為有序、更為疏松的顆粒層(圖1)，顯著降低過(guò)濾壓降。

圖1 中性顆粒和荷電顆粒的堆積狀態(tài)

通過(guò)對(duì)電袋復(fù)合除塵機(jī)理的研究表明，細(xì)顆粒物在經(jīng)過(guò)電區(qū)時(shí)發(fā)生了極化和凝并，極化的細(xì)顆粒物聚并形成大粒徑顆粒，而且隨著顆粒荷電量的增大，其極化和凝并越顯著，細(xì)顆粒長(zhǎng)大成大顆粒的效果越明顯。

我們選用某電廠灰進(jìn)行試驗(yàn)，荷電前顆粒體積平均粒徑96μm，荷電后為108μm［2］，荷電后比荷電前煙塵平均粒徑增大約12.5%(如圖2)。因而通過(guò)顆粒荷電，可增強(qiáng)電袋對(duì)細(xì)顆粒物，尤其是PM2.5的捕集性能力。

圖2 荷電前后的粒徑分布

2 超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)措施

從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，電袋復(fù)合除塵器是電除塵與布袋除塵的有機(jī)組合，袋區(qū)的入口濃度直接關(guān)系電場(chǎng)的選型及出口排放，因此，電區(qū)與袋區(qū)最佳參數(shù)匹配是保證低排放下最優(yōu)經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。從電袋復(fù)合除塵器的原理可以發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)顆粒荷電可以提高電區(qū)的捕集性能，而且能大大改善煙塵在濾袋表面的堆積狀況，增強(qiáng)對(duì)細(xì)顆粒物的捕集能力。

研究發(fā)現(xiàn)，濾袋是電袋復(fù)合除塵器的終端控制環(huán)節(jié)，是決定其出口排放濃度的關(guān)鍵的部件，濾袋的過(guò)濾精度直接關(guān)系到煙塵排放值。超凈電袋復(fù)合除塵器是指除塵器出口煙塵排放必須小于5mg/m3，為了達(dá)到此要求，必須提高濾袋的過(guò)濾性能。因此，超凈電袋復(fù)合除塵器主要采用了以下幾個(gè)技術(shù)措施:保證電區(qū)與袋區(qū)參數(shù)匹配，確定袋區(qū)入口濃度;強(qiáng)化顆粒荷電，提高電區(qū)的可靠性;采用高精過(guò)濾濾料;氣流分布均勻措施等。下面進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1 保證電區(qū)與袋區(qū)參數(shù)匹配，確定袋區(qū)入口濃度

電袋復(fù)合除塵器通過(guò)靜電區(qū)除塵區(qū)脫除了80%以上的煙塵，大大降低了進(jìn)入袋區(qū)的入口濃度，減少袋區(qū)的負(fù)荷并避免了粗顆粒對(duì)濾袋的沖刷磨損。但每個(gè)電場(chǎng)區(qū)的除塵效率呈指數(shù)遞減，從第三電場(chǎng)開始，電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)性差。荷電顆粒過(guò)濾模擬與試驗(yàn)研究的結(jié)果表明(見圖3):當(dāng)袋區(qū)入口煙塵濃度小于10 g/m3時(shí)，過(guò)濾壓降增長(zhǎng)率隨過(guò)濾風(fēng)速的增長(zhǎng)變化不大。

同時(shí)，大量工程應(yīng)用和試驗(yàn)表明，粉塵濃度對(duì)濾袋區(qū)的排放存在一定的影響，其結(jié)果如圖4所示。當(dāng)過(guò)濾濃度小于10 g/m3時(shí)，排放濃度隨過(guò)濾濃度的增加而增加;當(dāng)過(guò)濾濃度大于10 g/m3時(shí)，排放濃度隨過(guò)濾濃度的增加而緩慢增加;當(dāng)過(guò)濾濃度濃度達(dá)到一定值時(shí)，過(guò)濾濃度增加而排放則趨于平穩(wěn)。因此，影響排放的濾袋區(qū)入口粉塵濃度值區(qū)域主要在于0～10 g/m3之間。

圖3 不同袋區(qū)入口濃度下過(guò)濾壓降增長(zhǎng)率隨過(guò)濾風(fēng)速的變化

圖4 濾袋過(guò)濾濃度與排放關(guān)系

從上述分析可知，除塵器出口排放濃度隨濾袋區(qū)入口粉塵濃度的降低而下降。而濾袋區(qū)入口粉塵濃度的降低需要增加電場(chǎng)數(shù)，會(huì)造成設(shè)備投資加大，經(jīng)濟(jì)性差。因此，考慮經(jīng)濟(jì)性的前提下，超凈電袋復(fù)合除塵器應(yīng)根據(jù)具體情況確定濾袋區(qū)最佳的入口粉塵濃度值。

2.2 強(qiáng)化顆粒荷電，提高電區(qū)可靠性

(1)改善電區(qū)極配型式。采用高放電性能、高場(chǎng)強(qiáng)的電區(qū)極配型式，能提高顆粒荷電以及電場(chǎng)區(qū)除塵效率。試驗(yàn)研究表明，高放電性能的芒刺電極能有效增加針端放電性能，增加板電流密度，提高電場(chǎng)強(qiáng)度，增加顆粒的荷電量。

(2)采用前后小分區(qū)供電技術(shù)，提高電區(qū)可靠性。將每一機(jī)械電場(chǎng)分為2個(gè)獨(dú)立的電力分區(qū)，分別采用2臺(tái)變壓器供電，這樣每一機(jī)械電場(chǎng)的平均工作電壓升高，顆粒荷電量相應(yīng)也得到提高，尤其對(duì)細(xì)顆粒荷電與電凝并發(fā)揮了重要的作用。同時(shí)，2個(gè)工作分區(qū)提高了電區(qū)可靠性，即使其中一個(gè)電區(qū)發(fā)生故障，另外一個(gè)電場(chǎng)區(qū)仍然可以工作。

2.3 采用高精過(guò)濾濾料

在工業(yè)生產(chǎn)中，在相同條件下，濾料的過(guò)濾精度高低依次為PTFE覆膜濾料、超細(xì)纖維梯度濾料、普通濾料。

PTFE覆膜濾料是當(dāng)前價(jià)格最高的過(guò)濾濾料，其次為超細(xì)纖維梯度濾料，兩者均屬于高精度過(guò)濾濾料，是超低排放電袋復(fù)合除塵器濾料的首選。濾料過(guò)濾精度越高，電袋復(fù)合除塵器實(shí)現(xiàn)超低排放就越可靠，適應(yīng)工況變化能力也越強(qiáng)，而且中長(zhǎng)期運(yùn)行阻力更低更平穩(wěn)。

濾料覆膜是在濾料的迎塵面覆上一層PTFE微孔膜的一種加工工藝。常規(guī)電袋復(fù)合除塵器設(shè)計(jì)排放濃度為20～30mg/m3，在選用覆膜濾袋時(shí)，3μm微孔徑的PTFE膜就可滿足要求。而設(shè)計(jì)煙塵排放濃度＜5mg/m3時(shí)，覆膜的性能要求較高。

梯度濾料是指在濾料的迎塵面設(shè)置一定厚度的超細(xì)纖維，里層使用常規(guī)纖維，形成孔隙分布呈“外小內(nèi)大”梯度狀濾料。由于超細(xì)纖維層能有效阻擋煙塵的滲透，過(guò)濾精度與阻力性能介于PTFE覆膜和常規(guī)濾料之間，它的加工工藝比PTFE覆膜簡(jiǎn)單，比常規(guī)濾料略復(fù)雜，便于大批量生產(chǎn)。

2.4 其他措施

要達(dá)到超凈電袋復(fù)合除塵器的要求，還需保證電袋復(fù)合除塵器內(nèi)氣流分布均勻(即袋區(qū)各室流量均勻性相對(duì)偏差小于5%)。此外，還需在設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)。主要措施包括取消旁路結(jié)構(gòu)、保證除塵器的密封性、加強(qiáng)濾袋加工質(zhì)量監(jiān)控、加強(qiáng)花板安裝密封性等。

3 超低排放的兩種工藝方案

3.1 超凈電袋+脫硫

采用超凈電袋復(fù)合除塵器，可以實(shí)現(xiàn)電袋復(fù)合除塵器出口煙塵排放濃度＜5mg/m3。而從燃煤電廠煙塵治理工藝方案來(lái)看，為了達(dá)到超低排放，僅有除塵器達(dá)標(biāo)是不夠的，后面必須配套相應(yīng)脫硫裝置，即當(dāng)脫硫吸收塔入口煙塵含量＜5mg/m3時(shí)，脫硫塔出口煙塵含量(含液滴攜帶石膏量)可滿足 ＜5mg/m3。采用超凈電袋+脫硫工藝，可以取消濕式電除塵，從而節(jié)省投資、占地，降低運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用，無(wú)污水排放。

3.2 高效電袋+脫硫+導(dǎo)電玻璃鋼濕式電除塵器

實(shí)際情況中，部分電廠的濕法脫硫機(jī)械除霧效果不佳，出現(xiàn)“石膏雨”，煙氣經(jīng)過(guò)濕法脫硫后產(chǎn)生大量的水汽、硫酸霧和微細(xì)氣溶膠。由于場(chǎng)地限制等各種因素影響，無(wú)法改造，脫硫無(wú)法實(shí)現(xiàn)5進(jìn)5出。這時(shí)，可以采用高效電袋復(fù)合除塵器，并在濕法脫硫后增設(shè)一個(gè)蜂窩式導(dǎo)電玻璃鋼濕式電除塵器具體工藝方案:鍋爐煙氣→省煤器→脫硝→空預(yù)器→高效電袋→濕法脫硫→濕式電除塵→煙囪。電除霧器已經(jīng)在冶金、硫酸行業(yè)運(yùn)行多年。在電廠使用時(shí)，設(shè)備的灰水直排入吸收塔，無(wú)循環(huán)水系統(tǒng)，無(wú)水處理系統(tǒng)，設(shè)備簡(jiǎn)單。

以上兩種方案中，電袋復(fù)合除塵器在保證超低排放中均起了重要的作用，同時(shí)，電袋減少了進(jìn)入脫硫塔的煙塵，減少設(shè)備故障，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 工程案例

4.1 概況

珠海發(fā)電廠1、2號(hào)(2×700MW)燃煤機(jī)組原配套的電除塵器為臥式干式雙室三電場(chǎng)四通道電除塵器，除塵效率偏低、煙塵排放濃度超標(biāo)，且進(jìn)入脫硫系統(tǒng)煙氣含塵量高，導(dǎo)致脫硫后的GGH堵塞。經(jīng)論證，決定對(duì)原電除塵器進(jìn)行提效改造。

4.2 改造方案

改造中保留原支架、殼體、灰斗、進(jìn)口喇叭等。第一電場(chǎng)陰陽(yáng)極系統(tǒng)、振打系統(tǒng)全部更換。陰極系統(tǒng)采用前后分區(qū)供電，原整流變壓器利舊。第二、三電場(chǎng)及后部空間改造為濾袋除塵區(qū)。電場(chǎng)區(qū)沿?zé)煔夥较蛟O(shè)1個(gè)電場(chǎng)2個(gè)供電區(qū)，濾袋區(qū)沿?zé)煔夥较虿贾?個(gè)分室?？傮w布置如圖5所示。

圖5 總體布置示意

4.3 主要技術(shù)參數(shù)

電袋復(fù)合除塵器主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 電袋復(fù)合除塵器主要技術(shù)參數(shù)

4.4 改造主要技術(shù)特點(diǎn)

根據(jù)本項(xiàng)目煙氣量大、入口煙塵濃度高、場(chǎng)地小、結(jié)構(gòu)布置緊湊等特點(diǎn)，為了保證超低排放，超凈電袋復(fù)合除塵器采用了一系列先進(jìn)的技術(shù)，主要包括以下兩個(gè)方面:

(1)分區(qū)供電，增強(qiáng)電區(qū)可靠性。本項(xiàng)目共一個(gè)機(jī)械大電場(chǎng)，陰極系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用前后分區(qū)供電，每個(gè)分區(qū)配備一臺(tái)變壓器。當(dāng)其中一個(gè)變壓器故障時(shí)，可以保證另外一個(gè)分區(qū)正常工作，增強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)的可靠性。

(2)采用高精度過(guò)濾材料。綜合考慮本項(xiàng)目的煙氣含氧量、煙氣溫度、出口煙氣濃度等參數(shù)，為提高濾料的過(guò)濾精度，本項(xiàng)目在濾袋選型上提出了更高的要求。濾料材質(zhì)為50%PPS+50%PTFE/PTFE (基布)，濾袋迎塵面加PPS超細(xì)纖維。

4.5 改造效果

珠海電廠1、2號(hào)爐原電除塵器出口煙塵濃度在70～100mg/m3，有時(shí)甚至高達(dá)140mg/m3，GGH堵塞嚴(yán)重，運(yùn)行不到半年阻力就上升到1500Pa，必須停運(yùn)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)清洗。改造為電袋復(fù)合除塵器后，經(jīng)第三方測(cè)試，1、2號(hào)爐除塵器出口排放實(shí)測(cè)分別為:3.15mg/m3、2.55mg/m3，運(yùn)行阻力在800Pa以下，GGH再未出現(xiàn)過(guò)堵塞現(xiàn)象，壓損穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目是超凈電袋復(fù)合除塵器成功實(shí)現(xiàn)超低排放的一個(gè)典型案例，證明了電袋復(fù)合除塵器進(jìn)行工藝改進(jìn)后，可以采用簡(jiǎn)單的工藝就能實(shí)現(xiàn)超低排放，而且可以大大節(jié)省設(shè)備投資。因此，采用超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)是滿足當(dāng)前超低排放政策的優(yōu)選技術(shù)之一。

［1］陳奎續(xù).大型燃煤機(jī)組配套除塵設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析［J］.中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2011(11):53－57.

［2］修海明.電袋復(fù)合除塵器脫除PM2.5效率的探討［J］.中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013(10):46－49.

［3］陳麗艷，謝小杰，廖增安，等.電除塵器如何滿足低排放的研究［J］.電力科技與環(huán)保，2011，27(1):14－18.

Discussion on ultra－clean EFIP technology realizes ultra－low emission

Recently，w ith the im plementation of ultra－low em ission policies and the flue gas em ission below 5mg/m3is required by some localgovernments and electric power groups，the process optim ization is com pelled to be done for dust removal technology.It introduces the coal－fired boiler unit of Zhuhai700MW Power Plant realizing ultra－low em ission below 5mg/m3successfully after it adopted the ultra－clean Electrostatic－Fabric Integrated Precipitator(short for EFIP)technology.The advantages of ultra－clean EFIP technology in achieving the ultra－low em ission policy are discussed.

ultra－clean EFIP;utlra－low em ission;process scheme

X701.2

:B

:1674－8069(2015)02－032－04

2014-10-12;

:2014-12-15

修海明(1966-)，男，福建長(zhǎng)汀人，工程師，長(zhǎng)期從事電袋復(fù)合除塵器的研究和管理工作。E－mail:13906972529@139.com