胡永鋒

(中國華電工程(集團(tuán))有限公司，北京 100160)

1 我國對燃煤機(jī)組超低排放的政策和要求

根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會(以下簡稱中電聯(lián))年度快報統(tǒng)計(jì)，截至2014年年底，全國全口徑發(fā)電裝機(jī)容量為13.6×106MW，其中火電裝機(jī)容量為9.2×106MW，火電中煤電為8.3×106MW。經(jīng)中電聯(lián)初步統(tǒng)計(jì)分析，電力煙塵、SO2及NOx排放量預(yù)計(jì)分別降至98萬、620萬及620萬 t左右，分別比2013年下降約31.0%，20.5%及25.7%。電力SO2排放量(2013年實(shí)現(xiàn))、NO排放量(2014年實(shí)現(xiàn))全面提前完成《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》規(guī)定的800萬和750萬t的減排目標(biāo)。與2006年排放最高時相比，煙塵、SO2及NOx3項(xiàng)污染物排放之和減少了約50%。截至2014年年底，火電廠安裝袋式除塵器、電袋復(fù)合式除塵器的機(jī)組容量超過1.89×106MW，占全國煤電機(jī)組容量的22.9%。其中袋式除塵器機(jī)組容量約0.75×106MW，占全國煤電機(jī)組容量的9.1%，電袋復(fù)合式除塵器機(jī)組容量超過1.14×106MW，占全國燃煤機(jī)組容量的13.8%［1-2］。

2014年9月12日，國家發(fā)展改革委員會、環(huán)境保護(hù)部及國家能源局聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于印發(fā)煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃(2014—2020年)的通知》(發(fā)改能源〔2014〕2093號)(以下簡稱行動計(jì)劃)。行動計(jì)劃明確了燃煤機(jī)組主要污染物排放的目標(biāo)值應(yīng)與燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值的數(shù)據(jù)相對應(yīng)，要求在基準(zhǔn)氧體積分?jǐn)?shù)為6%的條件下，煙塵、SO2及NOx質(zhì)量濃度分別不高于10，35，50 mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，干基)，并將全國按區(qū)域劃分為東部地區(qū)(11省市)、中部地區(qū)(8省)及西部地區(qū)，對不同地區(qū)的新建燃煤機(jī)組、現(xiàn)役燃煤機(jī)組主要污染物排放提出了不同要求:(1)對于新建燃煤機(jī)組，東部地區(qū)基本達(dá)到上述目標(biāo)值，中部地區(qū)原則上接近或達(dá)到上述目標(biāo)值，鼓勵西部地區(qū)接近或達(dá)到上述目標(biāo)值;(2)對于現(xiàn)役燃煤機(jī)組要加快推進(jìn)環(huán)保設(shè)施的升級改造，東部地區(qū)300 MW及以上或有條件的300 MW以下機(jī)組基本達(dá)到上述目標(biāo)值，鼓勵其他地區(qū)達(dá)到或接近上述目標(biāo)值。在行動計(jì)劃的推動下，全國各省及地區(qū)相繼啟動實(shí)施《煤電節(jié)能減排行動計(jì)劃》，并制定了實(shí)施減排計(jì)劃的時間表。

2015年7月16日，環(huán)境保護(hù)部組織各發(fā)電集團(tuán)在北京緊急召開了“十三五”燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放工作推進(jìn)會。會議通報了國辦最新要求，傳達(dá)了對現(xiàn)有超低排放工作部署實(shí)施“提速擴(kuò)圍”的精神，要求各集團(tuán)公司立即開展“十三五”超低排放計(jì)劃安排和“十三五”減排潛力測算工作，要求在2017年年底前，東部地區(qū)(遼寧、北京、天津、河北、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南)完成所有燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放改造;2020年年底前，完成其他地區(qū)燃煤機(jī)組超低排放改造;個別不具備超低排放改造條件的機(jī)組要按照“一廠一策”的要求采取治理、淘汰、替代等措施，明確關(guān)停或替代時間和治理方案，確保穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

從國家環(huán)保部相繼出臺的政策和要求可以看出國家對火電廠大氣污染物排放控制的信心和決心。目前我國燃煤機(jī)組的煙塵排放質(zhì)量濃度基本控制在30 mg/m3以下，部分重點(diǎn)地區(qū)煙塵排放質(zhì)量濃度可達(dá)到20mg/m3以下，而要滿足煙塵質(zhì)量濃度低于10 mg/m3的超低排放要求，需對現(xiàn)有除塵系統(tǒng)進(jìn)行改造或結(jié)合脫硫裝置協(xié)同除塵。

2 常用除塵技術(shù)［3－5］

燃煤電廠常用煙氣除塵裝置主要有電除塵器、旋轉(zhuǎn)極板式電除塵器、低低溫電除塵器、布袋除塵器、電袋復(fù)合式除塵器和濕式電除塵器等。早期投產(chǎn)的機(jī)組大部分采用電除塵器，隨著煙塵排放要求的提高，已投產(chǎn)的電除塵器大部分通過電源改造和旋轉(zhuǎn)極板改造，提高了除塵效率。隨著近幾年布袋和電袋除塵器技術(shù)的發(fā)展和成本的降低，布袋和電袋除塵器得到較為廣泛的應(yīng)用。

2.1 電除塵器

電除塵器主要由電暈極(陰極)、收塵極(陽極)及振打系統(tǒng)組成。煙氣中灰塵塵粒通過高壓靜電場時，與電極間的正、負(fù)離子和電子發(fā)生碰撞而荷電(或在離子擴(kuò)散運(yùn)動中荷電)，帶有電子和離子的塵粒在電場力的作用下向異性電極運(yùn)動并積附在異性電極上，通過振打等方式使電極上的灰塵落入收集灰斗中，使通過電除塵器的煙氣得到凈化。電除塵器的優(yōu)點(diǎn)是效率高、阻力損失小、處理煙氣量大及使用壽命長，缺點(diǎn)是設(shè)備較復(fù)雜，設(shè)備安裝、調(diào)試、運(yùn)行及維護(hù)的管理水平要求高，且對粉塵比電阻有一定的要求，對粉塵有一定的選擇性，對較細(xì)的粉塵除塵效率不高?；痣姀S常采用4電場或5電場電除塵器，并采用高頻電源或脈沖電源的方式進(jìn)一步提高除塵效率，可達(dá)99.9%以上，控制煙塵排放質(zhì)量濃度在30 mg/m3以下。

2.2 旋轉(zhuǎn)極板式電除塵器

旋轉(zhuǎn)極板式電除塵器是在電除塵器末級采用旋轉(zhuǎn)極板，極板下端設(shè)置清灰刷，極板平行于煙氣設(shè)置，采用鏈條傳動，當(dāng)極板旋轉(zhuǎn)到電場下端時，清灰刷在遠(yuǎn)離氣流的位置對板面的粘灰進(jìn)行刷除，可有效避免二次揚(yáng)塵。由于刷除清灰較為徹底，可使極板保持清潔的時間長，在2次刷灰的間隔時間里，極板表面還不能形成連續(xù)的粉塵層，無法建立較強(qiáng)的粉塵層電場，不會出現(xiàn)粉塵層氣隙擊穿所引發(fā)的反電暈。旋轉(zhuǎn)極板式電除塵器可控制煙塵排放質(zhì)量濃度在30 mg/m3以下。

2.3 低低溫電除塵器

低低溫電除塵器是通過低溫省煤器將電除塵器入口煙氣溫度降至酸露點(diǎn)溫度以下，降低了煙塵的比電阻，從而有效提高了除塵效率，同時可以高效捕集SO3，保證燃煤電廠滿足低排放要求。此外，低溫省煤器可將回收的熱量加以利用，具有較好的節(jié)能效果。低低溫電除塵器具有以下技術(shù)特點(diǎn):(1)低溫時煙塵比電阻會迅速下降，更易于被捕集，提高除塵效率;(2)煙塵溫度降低，使煙氣量降低，電場風(fēng)速減小，煙塵在電除塵器的荷電機(jī)會增加，除塵效率增加。

2.4 布袋除塵器

布袋除塵器采用過濾原理，煙塵通過濾料的篩濾以及顆粒間的相互碰撞、截留、布朗擴(kuò)散、靜電等作用而被捕集，除塵效率可達(dá)到99.9%以上。濾袋的使用壽命和運(yùn)行阻力是布袋除塵器經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵所在，其壽命與材質(zhì)、煙氣溫度、成分、酸露點(diǎn)、粉塵性質(zhì)等因素有關(guān)，同時也受過濾風(fēng)速、入口粉塵質(zhì)量濃度、清灰頻率和管理維護(hù)的影響。

2.5 電袋復(fù)合式除塵器

電袋復(fù)合式除塵器包括電除塵器區(qū)和袋式收塵區(qū)2大部分。電除塵器適合捕集大顆粒粉塵，布袋除塵器適合捕集細(xì)小顆粒的粉塵，在電袋復(fù)合除塵器中，先由電場捕集煙氣中大部分粉塵，再由布袋收集剩余細(xì)微粉塵。電袋復(fù)合除塵器有機(jī)結(jié)合了電除塵器與布袋除塵器的優(yōu)點(diǎn)，前級電場的預(yù)除塵和荷電為提高電袋復(fù)合除塵器的性能起到了重要作用。電袋除塵器的效率不受粉塵比電阻及粒徑的影響，排放質(zhì)量濃度可以保證在30 mg/m3以下，且長期穩(wěn)定，預(yù)除塵降低了濾袋的粉塵負(fù)荷量，從而降低了阻力上升速率。由于濾袋收集的粉塵量少，阻力上升緩慢，因此可延長濾袋的清灰期，節(jié)省清灰能耗，延長濾袋使用壽命。

2.6 濕式電除塵器

濕式電除塵器常設(shè)置在煙氣脫硫(FGD)裝置后，電除塵器電極在高電壓的作用下，將其周圍的氣體電離，粉塵在電場中荷電并在電場力的作用下向集塵極運(yùn)動，當(dāng)其到達(dá)集塵極表面被液體膜吸附。濕式電除塵器同時能脫除SO3酸霧以及微細(xì)粉塵和濕煙氣中的氣溶膠，可以緩解煙道和煙囪的腐蝕。濕式電除塵器采用液體沖刷積塵板表面進(jìn)行清灰，除塵性能與粉塵特性無關(guān)，可有效收集黏性大或比電阻高的粉塵。由于工作環(huán)境比較惡劣，因此集塵板、放電線、噴嘴的選材需具有一定的抗腐蝕特性。濕式電除塵器從結(jié)構(gòu)上分為管式和板式2種，管式只有垂直方向煙氣流，而板式可以采用水平氣流也可以采用垂直氣流，在電極長度相同的條件下，管式允許的煙氣流速是板式的2倍，因此，對于給定的除塵效率，管式結(jié)構(gòu)更加緊湊。工程應(yīng)用的濕式電除塵器布置方式主要有水平煙氣布置、垂直煙氣布置以及垂直煙氣與濕式脫硫整體布置3種。

3 煙塵超低排放改造方案

根據(jù)GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，燃煤火電機(jī)組煙塵排放限值分別為30 mg/m3和20 mg/m3(重點(diǎn)地區(qū))。經(jīng)過2010—2014年的除塵改造，燃煤機(jī)組煙塵排放質(zhì)量濃度基本已達(dá)到30 mg/m3以下。目前，為了達(dá)到行動計(jì)劃提出的煙塵排放質(zhì)量濃度在10 mg/m3以下的要求，單獨(dú)提高現(xiàn)有除塵裝置的效率收效甚微，需結(jié)合脫硫超低改造進(jìn)行協(xié)同除塵，可行的改造方案主要有采用高效除塵脫硫塔、加裝除塵除霧器及加裝濕式電除塵器。對于部分地區(qū)要求煙塵排放質(zhì)量濃度小于5 mg/m3的要求，在脫硫后加裝濕式電除塵器是最為穩(wěn)定、可靠的改造方案。

3.1 高效除塵脫硫塔

濕法煙氣脫硫大多采用的是噴淋空塔，除塵效率約為50%，為了提高脫硫效率，常采用加裝托盤和聚氣環(huán)的提效方案，該方案同時可有效提高脫硫塔的除塵效率，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估算，2層托盤可提高脫硫塔除塵效率至85%。為了保證脫硫塔的除塵效果，需在脫硫塔出口安裝高效除霧器，控制霧滴煙塵質(zhì)量濃度小于20 mg/m3。在脫硫塔入口煙塵質(zhì)量濃度小于30 mg/m3時，可控制機(jī)組最終煙塵排放質(zhì)量濃度小于10 mg/m3。該改造方案可結(jié)合脫硫提效改造，若脫硫塔采用串塔，需保證二級塔出口的除霧效果，改造工程量和難度較小，改造工期短，改造后系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

3.2 加裝除塵除霧器

除塵除霧器布置在脫硫塔頂部，主要由分離器、導(dǎo)流環(huán)、筒體和擋水環(huán)構(gòu)成。脫硫后的煙氣經(jīng)過布置在脫硫塔頂部的除塵除霧器時，先通過旋流子分離器產(chǎn)生離心運(yùn)動，在離心力的作用下，霧滴與粉塵向筒體壁面運(yùn)動，在運(yùn)動過程中相互碰撞，凝聚成較大的液滴，液滴被拋向筒體內(nèi)壁表面，與壁面附著的液滴層接觸后一同落入漿液，實(shí)現(xiàn)霧滴與粉塵的脫除。分離器之間設(shè)置導(dǎo)流環(huán)，提升氣流的離心運(yùn)動速度，并維持合適的氣流分布狀態(tài)，防止液滴的二次夾帶。在脫硫塔入口煙塵質(zhì)量濃度小于30 mg/m3時，除塵除霧器可控制機(jī)組最終煙塵排放質(zhì)量濃度小于10 mg/m3。該方案改造工程量和改造難度較小，改造工期較長，改造后系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定、可靠。

3.3 加裝濕式電除塵器

為了有效控制煙塵排放，可在脫硫塔出口加裝濕式電除塵器，除塵器可采用煙氣下進(jìn)上出方式直接布置在脫硫塔頂部，也可布置在脫硫塔出口煙道上。濕式電除塵器可有效控制霧滴和煙塵的排放，除塵除霧效率可達(dá)到85%以上，同時可高效捕集SO3，在脫硫塔入口煙塵質(zhì)量濃度小于30 mg/m3的條件下，可控制煙塵排放質(zhì)量濃度小于5 mg/m3。該方案可獨(dú)立加裝，也可結(jié)合脫硫提效改造聯(lián)合布置，該方案改造難度較小，改造工程量較大，改造工期較長，改造后系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

以上3種協(xié)同除塵改造方案的技術(shù)特點(diǎn)比較見表1。

表1 協(xié)同除塵改造方案的技術(shù)特點(diǎn)比較

4 經(jīng)濟(jì)性比較

在現(xiàn)有除塵裝置基礎(chǔ)上，結(jié)合脫硫提效改造協(xié)同除塵的作用，在脫硫塔入口煙塵質(zhì)量濃度小于30 mg/m3，機(jī)組最終煙塵排放質(zhì)量濃度小于10 mg/m3的情況下，分別對300，600，1000 MW機(jī)組3種改造方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較，計(jì)算結(jié)果見表2。機(jī)組年運(yùn)行小時數(shù)按5 000計(jì)算，廠用電價格按0.35元/(kW·h)計(jì)算。從3種方案的經(jīng)濟(jì)性比較來看，初期投資方面，加裝濕式電除塵器的費(fèi)用最高，其次為加裝除塵除霧器，高效除塵脫硫塔改造費(fèi)用最低;折算到每1 kW·h增加的運(yùn)行成本，高效除塵脫硫塔改造增加的成本最低，其次是加裝除塵除霧器，成本最高的是加裝濕式電除塵器。由于初期投資費(fèi)用折算到每1 kW·h的費(fèi)用非常低，與運(yùn)行成本相比可以忽略，綜合比較，脫硫塔入口煙塵質(zhì)量濃度小于30 mg/m3，滿足煙塵排放質(zhì)量濃度小于10 mg/m3要求的最佳改造方案為高效除塵脫硫塔。

表2 煙塵超低排放改造方案的經(jīng)濟(jì)性比較

續(xù)表

5 結(jié)論

目前燃煤電廠通過除塵器改造后，煙塵排放質(zhì)量濃度基本小于30 mg/m3，為滿足質(zhì)量濃度低于10 mg/m3的超低排放要求，根據(jù)機(jī)組的實(shí)際情況，可結(jié)合脫硫提效改造，采用高效除塵脫硫塔改造、加裝除塵除霧器及加裝濕式電除塵器的3種方案，3種方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較如下。

(1)3種改造方案技術(shù)特點(diǎn)相比較，加裝濕式電除塵器難度較大、工期較長，其次為加裝除塵除霧器，高效除塵脫硫塔改造最為簡單，工期最短。

(2)3種改造方案初期投資相比較，加裝濕式電除塵器的費(fèi)用最高，其次為加裝除塵除霧器，最低為高效除塵脫硫塔改造。

(3)從運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性比較，高效除塵脫硫塔運(yùn)行成本最低，其次是除塵除霧器，最高的是濕式電除塵器。

綜上所述，對于現(xiàn)有機(jī)組除塵裝置出口煙塵質(zhì)量濃度小于30 mg/m3，要滿足最終煙塵排放質(zhì)量濃度小于10 mg/m3的電廠，推薦的煙塵改造方案為高效除塵脫硫塔改造。

［1］中國電力企業(yè)聯(lián)合會.中國電力工業(yè)現(xiàn)狀與展望［R/OL］(2015-03-10)［2015-07-25］.http://www.cec.org.cn/yaowenkuaidi/2015-03-10/134972.html.

［2］中電聯(lián)節(jié)能環(huán)保分會.中電聯(lián)發(fā)布2014年度火電廠環(huán)保產(chǎn)業(yè)信息［R/OL］(2015-05-07)［2015-07-25］.http://www.cec.org.cn/huanbao/jienenghbfenhui/fenhuidongtai/fenhuixinwen/2015-05-12/137681.html.

［3］趙海寶，酈建國，何毓忠，等.低低溫電除塵關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.中國電力，2014，47(10):117-121.

［4］張彥琪，譚青，王偉敏，等.濕式電除塵技術(shù)在電廠電廠煙氣凈化中的應(yīng)用［J］.上海節(jié)能，2013(12):34-37.

［5］中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會.新標(biāo)準(zhǔn)下我國燃煤電站煙氣除塵技術(shù)發(fā)展趨勢［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2012(9):38-42.