侯 勇，趙林峰，王清鋒，門曉宇（上海電氣電站工程公司，上海 201199）

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新排放標準下除塵技術(shù)經(jīng)濟性分析

侯 勇，趙林峰，王清鋒，門曉宇
（上海電氣電站工程公司，上海 201199）

摘 要：隨著超低排放政策的出臺，部分地區(qū)要求燃煤電廠的粉塵排放濃度在10mg/m3以下，大量燃煤電廠對現(xiàn)有的除塵方式進行了工藝改進。文章對滿足超低排放標準的4種主要除塵路線進行了技術(shù)討論及經(jīng)濟性分析。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠；超低排放；技術(shù)路線；經(jīng)濟性分析

1　前言

近年來，我國霧霾、酸雨等災害性天氣頻發(fā)，燃煤電廠污染物排放問題更是人們關(guān)注的焦點。隨著《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）的頒布，我國對燃煤電廠的粉塵排放進行了嚴格控制，排放指標要求更加嚴格。酈建國［1］等人研究了30mg/m3和20mg/m3排放標準下電除塵的適應性，并對滿足30mg/m3和20mg/m3排放標準下電除塵器、袋式除塵器和電袋復合除塵器的經(jīng)濟性進行了比較。本文對滿足10mg/Nm3排放標準下的除塵路線進行了技術(shù)和經(jīng)濟性的分析。

為滿足10mg/Nm3及以下超低排放指標的除塵器選型，技術(shù)路線可分為如下步驟：第1步是控制燃料灰分，從源頭上減少粉塵量的產(chǎn)生；第2步在鍋爐后設(shè)置各種型式的除塵器；第3步，發(fā)揮濕法脫硫系統(tǒng)（除霧器）的洗塵作用。如果前三個環(huán)節(jié)還沒有達到超低排放標準，再采取諸如濕法除塵等方式控制煙塵排放。

2　超低排放路線技術(shù)分析

目前國內(nèi)10mg/Nm3及以下排放的應用案例不多，常規(guī)除塵技術(shù)手段通常較難滿足≤10mg/Nm3的排放標準，需針對煤種、鍋爐特點等綜合多種除塵技術(shù)手段才能滿足10mg/Nm3及以下的排放標準。針對10mg/Nm3及以下超低排放的技術(shù)路線常見有4種：1）低低溫電除塵+極板式濕電；2）常規(guī)電袋復合除塵+蜂窩式濕電；3）超凈電袋工藝技術(shù)；4）雙電暈+進口導流板干式純電除塵技術(shù)。上述4種技術(shù)路線也可與“移動極板”“高頻電源”等除塵技術(shù)手段相結(jié)合，以獲得更低的顆粒物排放濃度。

2.1低低溫電除塵＋極板式濕電技術(shù)路線（見圖1）

圖1　“低低溫電除塵＋極板式濕電”技術(shù)路線

如圖1所示，煙氣在進入干式電除塵器之前先通過熱交換器進行降溫，煙氣的比電阻下降，絕大部分粉塵在干式電除塵器中收集，剩余較難收集的粉塵在極板式濕式電除塵器中收集。

低低溫電除塵技術(shù)是通過煙氣冷卻器或煙氣換熱系統(tǒng)（包括煙氣冷卻器和煙氣再熱器）降低電除塵器入口煙氣溫度至酸露點以下（一般在90℃左右），使粉塵性質(zhì)發(fā)生很大的變化，有效提高了除塵效率。其特點是：1）顯著降低粉塵比電阻，消除了反電暈；2）由于排煙溫度降低，使電場擊穿電壓上升；3）煙氣溫度降低，煙氣體積流量下降，電場流速減小，增加了粉塵在電廠的停留時間，提高了比集塵面積［2］。

濕式靜電除塵器直接向放電極和電暈區(qū)噴水霧，水霧在電場內(nèi)荷電后分裂進一步霧化，粉塵粒子在電場力和荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并作用下捕集，最終粉塵粒子到達集塵極而被收集；與干式電除塵器通過振打不同，濕式電除塵器將水噴至集塵極上形成連續(xù)的水膜，流動水將捕獲的粉塵沖刷到灰斗中排出［3］。濕式電除塵器工作原理見圖2。

圖2　濕式電除塵器工作原理圖

2.2常規(guī)電袋復合除塵＋蜂窩式濕電

如圖3所示，含塵煙氣進入電袋復合電除塵器后，粉塵被大量捕集，剩余較難收集的粉塵在蜂窩式（導電玻璃鋼）濕式電除塵器中收集。

圖3　“常規(guī)電袋復合除塵+蜂窩式濕電”技術(shù)路線

如圖4所示，蜂窩管式濕式電除塵器陽極采用正六邊形導電玻璃鋼（呈蜂窩狀），陰極線通常采用合金鋼。與極板式濕式電除塵器相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、有效空間利用率高（內(nèi)部空間利用率幾乎為100%）、耗材少、荷電均勻性好（接近于圓形陽極，均勻的場強提高了除塵效率）、煙氣流速高的特點，采用導電玻璃作為收塵極材質(zhì)，具有更好的耐腐蝕性能［4］。

蜂窩式濕式電除塵器可自行成水膜、自流清灰，僅需間隙沖洗，耗水量低（600MW機組蜂窩式濕式電除塵器每天的耗水量在20噸以內(nèi)，而極板式濕式電除塵器每天的耗水量約450噸）。

圖4　蜂窩式濕式電除塵器

2.3超凈電袋復合除塵器

超凈電袋復合除塵器工藝技術(shù)路線示意見圖5。

圖5　超凈電袋復合除塵器技術(shù)路線

目前，濕法除塵（極板式濕式電除塵器和蜂窩式濕式電除塵器）的工藝技術(shù)路線系統(tǒng)復雜，占地面積大，一次性投資造價高，長期運行成本高。為降低投資，充分挖掘機組原有設(shè)備的潛力，電廠正積極嘗試不設(shè)濕式除塵器就能達到超低排放的技術(shù)路線，超凈電袋復合除塵器是一項極具生命力的替代技術(shù)。超凈電袋復合除塵器通過運用新型高精度濾料，在延長濾袋使用壽命的同時增強了袋區(qū)對更微細顆粒物的捕集效果，目前已有煙塵排放濃度3mg/m3的成功應用案例。

濾袋是電袋復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)鍵部件，因而濾袋的過濾精度直接關(guān)系到煙塵的排放值。超凈電袋復合除塵器是指除塵器出口煙塵排放濃度必須小于5mg/m3，為了達到此要求，必須提高濾袋的過濾性能。目前濾料的過濾精度從高到低依次為PTFE覆膜濾料、超細纖維梯度濾料、普通濾料（如圖6）。PTFE覆膜濾料是當前價格最高的過濾濾料，其次為超細纖維梯度濾料，兩者均屬于高精度過濾濾料，是超凈濾袋濾料的首選。濾料過濾精度越高，電袋除塵實現(xiàn)超低排放就越可靠，適應工況變化能力也越強，而且中長期運行阻力更平穩(wěn)。如顆粒物排放濃度為20～30mg/m3，在選用覆膜濾袋時，3μm微孔徑的PTFE膜就可滿足要求。當設(shè)計煙塵排放濃度＜5mg/m3時，對覆膜的性能要求較高［6］。

圖6　超凈濾袋復合除塵器濾料

2.4“進口導流板+雙電暈” 純干式電除塵技術(shù)

歐洲學者通過長期對電除塵器的流場研究發(fā)現(xiàn)，在重力的作用下，粉塵進入電除塵器后向電除塵器底部移動，因此導致電除塵器頂部的電場利用率較低，而電除塵器底部除塵負荷過重。如圖7所示，進口導流板（三角翼專利技術(shù)）的工作原理是：在煙氣中的合適位置布置與煙氣流向成一定角度的導流板。當氣流通過導流板時，在板的邊緣產(chǎn)生旋渦，從而引導氣流按照設(shè)計要求運行。強烈的渦流可使氣流速度、溫度和濃度等達到最佳的混合及分散，極大優(yōu)化了氣流分布，使電除塵器內(nèi)部粉塵的分布更加均勻，提高了電除塵器頂部區(qū)域的利用率，提升了電除塵器的除塵效率［7］。

在電除塵器難以脫除的粉塵中，小粒徑粉塵的比重較大?，F(xiàn)有的電除塵技術(shù)對小粒徑粉塵的脫除效果也不佳，而袋式除塵和濕式電除塵技術(shù)對小粒徑粉塵的脫除效果優(yōu)于干式電除塵技術(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，采用雙電暈技術(shù)可顯著提升電除塵技術(shù)對小粒徑粉塵的適應性，顯著提升除塵效率。電場主要分為荷電區(qū)和收塵區(qū)，如圖8所示，電場由荷電區(qū)和收塵區(qū)組成，煙氣首先通過由針刺放電線組成的荷電區(qū)，針刺放電線的荷電效果較好，煙氣中的粉塵顆粒在荷電區(qū)被充分荷電，然后進入由管狀放電線組成的收塵區(qū)，管狀放電線的收塵效果好。雙電暈技術(shù)有效解決了放電和收塵功能的沖突，對PM2.5效果極其顯著。如圖9所示，淺色條柱為入口粉塵濃度，深色條柱為電除塵器出口粉塵濃度；圖9上半部分為普通干式電除塵器除塵效果圖，下半部分為雙電暈改造后電除塵器除塵效果圖，從對比中可見采用雙電暈技術(shù)后，干式電除塵對小粒徑粉塵的排放脫除效果顯著提高。目前“進口導流板＋雙電暈”干式純電除塵技術(shù)已有粉塵排放小于5mg/Nm3的工程應用案例［7］。

圖7　三角翼專利技術(shù)

圖8　雙電暈專利技術(shù)

圖9　雙電暈對細微顆粒的脫除效果

3　超低排放除塵方法經(jīng)濟性分析

對新建一套600MW機組配套除塵器（處理煙氣量按360萬m3/h計），燃用除塵難易性為一般性的煤質(zhì)（除塵難易性劃分詳見文獻《燃煤電廠電除塵器選型設(shè)計指導書》）［4］，進行經(jīng)濟性分析。滿足10mg/Nm3排放的除塵技術(shù)路線設(shè)備一次性投資比較見表1；能耗比較見表2；單臺爐運行維護費用比較見表3；占地面積比較見表4；總費用比較見表5。

表1　一次性投資比較（單臺爐） （單位：萬元）

表2　能耗比較（單臺爐） （單位：kW）

表3　維護費用比較（單臺爐） （單位：萬元/年）

4　結(jié)語

本文對目前滿足10mg/Nm3及以下排放標準下的4種除塵技術(shù)路線進行了分析，“低低溫電除塵＋濕法脫硫＋極板式濕電”“常規(guī)電袋復合除塵＋濕法脫硫＋蜂窩式濕電”“超凈電袋＋高效脫硫工藝”和“進口導流板＋雙電暈干式純電除塵技術(shù)”運行總費用的比率列表見表6。

從整機壽命30年來看，方案4：“雙電暈+進口導流板干式純電除塵技術(shù)”的技術(shù)路線經(jīng)濟性最好，方案3：“超凈電袋＋高效脫硫工藝”的技術(shù)路線次之，方案2：“常規(guī)電袋復合除塵+ 濕法脫硫+蜂窩式濕電”的技術(shù)路線經(jīng)濟性較差，方案1：“低低溫電除塵+濕法脫硫+極板式濕電”的技術(shù)路線經(jīng)濟性最差。

表4　占地面積比較

表5　總費用比較

表6　4種除塵技術(shù)路線運行總費用的比率

隨著超低排放除塵技術(shù)路線的研究和應用逐漸深入，其他非濕式的除塵技術(shù)逐漸成熟，并擁有良好的應用前景。目前，就技術(shù)和經(jīng)濟性綜合來看，方案3：“超凈電袋+ 高效脫硫工藝”和方案4：“雙電暈+進口導流板干式純電除塵工藝” 技術(shù)成熟，經(jīng)濟性較好，是能同時達到超低排放、高效率和低能耗的除塵優(yōu)選技術(shù)方案。高效電袋除塵和工藝改進的純干式電除塵在超低排放領(lǐng)域仍具備較強的生命力和經(jīng)濟性。

參考文獻：

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［3］ 劉鶴忠，陶秋根.濕式電除塵器在工程中的應用［J］.電力勘測設(shè)計，2012（3）：43-47.

［4］ 中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會.燃煤電廠電除塵器選型設(shè)計指導書［K］. 2010，4.

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［6］ 修海明.超凈電袋復合除塵技術(shù)實現(xiàn)超低排放［J］.電力科技與環(huán)保，2015， 31 （2）：32-35.

［7］ 上海電氣斯必克工程技術(shù)有限公司.超低排放除塵解決方案（公司內(nèi)部資料）［Z］. 2015，4.

Economic Analysis of Precipitating Technology under 10mg/Nm3Emission Standard

HOU Yong， ZHAO Lin-feng， WANG Qing-fen， MEN Xiao-yu
（Shanghai Electric Power Station Engineering Co.， Ltd， SEC， Shanghai 201199， China）

Abstract:With the publication of ultra-low emission policies， the coal-fred power plants are requested to reduce the dust emission concentration below 10mg/m3in some areas， and quite a lot of coal-fred power plants should improve the performance of ESP system in technology. This paper carries through the technical discusses and economic analysis on four main dust removal routes which can meet the ultra-low emission standards.

Keywords:coal-fred power plant； 10mg/m3； ultra-low emission； technology route； economic analysis

中圖分類號：X701

文獻標志碼：A

文章編號：1006-5377（2016）05-0041-05