陳志煒

(艾尼科環(huán)保技術(shù)有限公司 南京 210006)

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袋式除塵實(shí)現(xiàn)燃煤電廠鍋爐煙塵“恒穩(wěn)低排”的思考

陳志煒

(艾尼科環(huán)保技術(shù)有限公司 南京 210006)

針對(duì)燃煤電廠鍋爐煙氣實(shí)現(xiàn)低排放的目標(biāo)，闡述了燃煤電廠采用袋式除塵的有效性和趨勢(shì)性；通過幾個(gè)典型工程案例的對(duì)比分析，闡明了燃煤電廠袋式除塵的先進(jìn)性、可靠性及其實(shí)現(xiàn)“恒穩(wěn)低排”的可行性，并就采用袋式除塵實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐煙塵“恒穩(wěn)低排”的技術(shù)措施提出了一些思考和建議。

燃煤電廠 袋式除塵 恒穩(wěn)低排

0 引言

當(dāng)前，國家已步入新常態(tài)的發(fā)展階段，未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展將更加注重品質(zhì)，環(huán)境的改善和污染的治理將備受重視，必將成為國家未來發(fā)展關(guān)注的重點(diǎn)。

根據(jù)國家能源局相關(guān)數(shù)據(jù)，截止2014年底，我國電力裝機(jī)已達(dá)13.6億kW，其中火電裝機(jī)約9.2億kW，占67.65%左右。值得關(guān)注的是，在燃煤鍋爐煙氣中，微細(xì)粒子仍占了相當(dāng)大的比例，排放的電力煙塵中基本為直徑小于10 μm的飄塵，且大部分屬于PM2.5[1]，對(duì)大氣能見度的影響依然顯著。顯然，進(jìn)一步降低燃煤電廠鍋爐煙塵排放質(zhì)量濃度(低于10 mg/m3,甚至在5 mg/m3以下)的要求已日趨迫切。面對(duì)新的發(fā)展階段和新形勢(shì)下的市場(chǎng)需求，如何解決長(zhǎng)流程、多占地、高成本、耗能大及資源消耗較多的煙氣凈化工藝，充分挖掘和發(fā)揮袋式除塵對(duì)微細(xì)粒子的高效凈化優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)燃煤電廠鍋爐煙氣微細(xì)粒子的低排放，已越來越備受關(guān)注和思考。

1 使用袋濾技術(shù)是燃煤電廠鍋爐煙塵“恒穩(wěn)低排”的有效途徑

(1)霧霾污染日趨嚴(yán)重，燃煤污染貢獻(xiàn)仍較大，煤電煙塵的高效控制尤顯緊迫。最新大氣采樣和分析研究結(jié)果表明：機(jī)動(dòng)車、工業(yè)污染、燃煤和揚(yáng)塵是目前造成我國空氣污染嚴(yán)重的四大因素。雖各類污染源對(duì)霧霾的貢獻(xiàn)率仍莫衷一是，但燃煤仍被公認(rèn)是不可小覷的重要來源和誘因之一，燃煤電廠鍋爐煙氣微細(xì)粒子的高效控制尤顯緊迫。

(2)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，現(xiàn)有裝備能力有限。為更有效地控制燃煤鍋爐煙氣污染，《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13323—2011)(以下簡(jiǎn)稱《新標(biāo)準(zhǔn)》)規(guī)定了火電廠煙塵排放應(yīng)小于30 mg/m3，重點(diǎn)地區(qū)應(yīng)小于20 mg/m3的新要求。面對(duì)嚴(yán)格的排放要求，常規(guī)電除塵器難以達(dá)到或長(zhǎng)期保持；而單純依靠增加電場(chǎng)數(shù)和收塵面積極不經(jīng)濟(jì)，且收效甚微。

(3)常規(guī)電除塵器難以捕集呼吸性粉塵，而袋式除塵可有效捕集。理論上，電除塵器效率可達(dá)99.9%以上，但實(shí)際運(yùn)行時(shí)其效率受煙塵理化特性因素的影響較大，效率下降顯著，實(shí)際除塵效率大多在99.5%～99.8%之間?，F(xiàn)役常規(guī)干式靜電除塵器出口排放大多在30 mg/m3以上，對(duì)于PM10，PM2.5以下的微細(xì)粒子捕集效率更低。袋式除塵效率極高，理論上可達(dá)99.99%，在實(shí)際工程應(yīng)用中亦可高達(dá)99.95%以上，且效率穩(wěn)定，不受煙塵成分和性質(zhì)的影響。特別是袋式除塵能有效捕集微細(xì)粒子PM10，對(duì)PM2.5微細(xì)粒子的捕集效率也很高。研究表明，纖維濾料過濾方式對(duì)PM10捕集效率可達(dá)99.76%[2]，對(duì)5 μm以上的捕集效率仍可達(dá)99%以上。

(4)使用袋濾技術(shù)是電廠實(shí)現(xiàn)“節(jié)能減排”、“資源節(jié)約”和“總量控制”的有效途徑。當(dāng)前，國內(nèi)眾多電廠追求“近零排放”、“趨零排放”、“超低排放”、“超凈排放”、“超潔凈排放”，采取或推崇“LLT+DESP+WFGD+WESP”的“長(zhǎng)流程”凈化工藝路線，卻難以避免增加占地和投資、新增水耗和能耗、需嚴(yán)格防腐、運(yùn)行穩(wěn)定性欠佳等新問題，且經(jīng)濟(jì)性差、資源浪費(fèi)。鑒于袋式除塵(FF)高效、穩(wěn)定的煙塵凈化特性，采用“FF+WFGD”或“DFGD+FF”的“短流程”凈化工藝，完全可實(shí)現(xiàn)低排放的目的，且占地少、投資省、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、資源節(jié)約。同時(shí)，燃煤鍋爐采用袋式除塵，其微細(xì)粒子的削減量可大于99%，也可為電廠實(shí)現(xiàn)總量控制提供有效途徑。

(5)發(fā)達(dá)國家電廠應(yīng)用普遍，技術(shù)成熟且呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。資料顯示，國外電廠袋式除塵使用情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于國內(nèi)，且應(yīng)用比例也大大高于國內(nèi)。美國始于1965年，且80年代末期就已在850 MW機(jī)組上成功應(yīng)用，目前火電行業(yè)采用袋式除塵的比例約占50%，隨著其排放標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提高，近期“電改袋”趨勢(shì)明顯。澳大利亞燃煤電廠采用袋式除塵始于20世紀(jì)70年代，目前，90%以上燃煤電廠均采用袋式除塵，2000年就已在660 MW機(jī)組上獲得成功應(yīng)用。歐洲燃煤電廠袋式除塵使用比例接近50%，據(jù)國外專家介紹，其他行業(yè)袋式除塵使用量約占90%。南非燃煤電廠普遍采用袋式除塵，主流技術(shù)為引進(jìn)澳大利亞的脈沖袋式除塵技術(shù)，最大機(jī)組為660 MW?？v觀國內(nèi)外袋式除塵應(yīng)用情況，更進(jìn)一步證明其技術(shù)完全成熟可靠，且性能優(yōu)越。隨著新形勢(shì)的發(fā)展要求和袋濾技術(shù)的不斷進(jìn)步，袋式除塵在促進(jìn)我國燃煤電廠煙塵低排放的進(jìn)程中必將有更大作為。

2 袋式除塵技術(shù)先進(jìn)性與可靠性

2.1 以國家“863”課題高新技術(shù)成果為支撐

為解決我國電廠煙塵污染問題，實(shí)現(xiàn)燃煤電廠鍋爐煙氣微細(xì)粒子的高效控制，大幅削減煙塵污染、改善大氣環(huán)境。國家科技部接連于“十五”、“十一五”期間在資源環(huán)境領(lǐng)域?qū)ｉT設(shè)立了 “燃煤電廠鍋爐煙氣微細(xì)粒子高效控制技術(shù)與設(shè)備” 兩項(xiàng)863課題，進(jìn)行連續(xù)攻關(guān)。課題取得了一大批高新技術(shù)研究成果，并分別在焦作電廠200 MW機(jī)組和上海外高橋電廠300 MW機(jī)組上成功進(jìn)行了工程示范，還在集中供熱鍋爐煙氣凈化中獲得推廣。課題成果及其示范項(xiàng)目性能指標(biāo)均達(dá)到“國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)”水平。目前，已在燃煤電廠獲得大量推廣應(yīng)用。

2.2 典型除塵工程案例對(duì)比分析

為充分闡明袋式除塵技術(shù)的先進(jìn)性、穩(wěn)定性和可靠性，及其在燃煤電廠實(shí)現(xiàn)“恒穩(wěn)低排”的可行性，以下通過“863”課題在燃煤鍋爐的工程示范、集中供熱鍋爐及垃圾焚燒發(fā)電廠等實(shí)際工程案例的對(duì)比分析加以闡述。典型除塵工程主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比如表1所示。

通過表1 的對(duì)比分析，可得出以下結(jié)論：

(1)5～10年前的實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)行效果表明：袋式除塵較易實(shí)現(xiàn)低排放，且排放質(zhì)量濃度均大大優(yōu)于當(dāng)年標(biāo)準(zhǔn)限值。隨著當(dāng)今袋式除塵技術(shù)裝備的進(jìn)步，尤其是纖維濾料及其源袋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，完全可滿足10 mg/m3以下“恒穩(wěn)低排”的要求，特定場(chǎng)合亦可實(shí)現(xiàn)5 mg/m3以下的“潔凈排放”。

(2)相近條件下，適當(dāng)增加濾料單重利于實(shí)現(xiàn)低排放。

(3)相近條件下，超細(xì)面層濾料對(duì)實(shí)現(xiàn)10 mg/m3以下的“恒穩(wěn)低排”作用顯著。

(4)案例證明了袋式除塵器對(duì)入口含塵濃度的不敏感性，此點(diǎn)對(duì)于鍋爐燃煤灰分較高時(shí)，更具獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

3 實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐煙塵“恒穩(wěn)低排”的幾點(diǎn)思考

為了實(shí)現(xiàn)燃煤電廠煙塵排放質(zhì)量濃度小于10 mg/m3的“恒穩(wěn)低排”目標(biāo)，在總結(jié)上述先進(jìn)、成熟科研成果及成功案例的基礎(chǔ)上，結(jié)合多年科研、工程設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)等經(jīng)驗(yàn)，提出以下幾點(diǎn)思考和建議。

3.1 超細(xì)、高密過濾材料及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)是重要方向和手段

高性能過濾材料是袋式除塵技術(shù)革新的核心，隨著低排放和PM2.5捕集等新趨勢(shì)和需求，高性能過濾材料的開發(fā)及其結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)更顯迫切和重要。開發(fā)超細(xì)纖維面層濾料的目的是獲得以表面隔離為主的高效凈化效果。研究表明，采用1.0 dtex的纖維取代3.3 dtex的纖維，聚酯濾料就可獲得雙倍的纖維過濾面積(如圖1所示)[3]；與此同時(shí)，由于超細(xì)纖維表面可高效隔離更多、更細(xì)粉塵，所以超細(xì)纖維排放率會(huì)因其面積的增加而下降。

圖1 纖維纖度與纖維過濾面積的關(guān)系

新型過濾材料的研發(fā)方向以超細(xì)纖維為代表，以濾料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)為主線。近期，“超細(xì)致密”、“精細(xì)過濾”等技術(shù)核心已有重大突破，主要包括納米過濾材料、海島纖維過濾材料、超細(xì)面層濾料、發(fā)泡涂層和水刺濾料等，對(duì)2.5 μm以下微細(xì)顆粒的捕集效率均達(dá)98%以上。這些新型過濾纖維及濾料結(jié)構(gòu)的成功開發(fā)與應(yīng)用，為低排放和PM2.5的高效捕集奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。針對(duì)小于10 mg/m3的低排放，采用新型“超細(xì)、高密”過濾材料完全可實(shí)現(xiàn)。

3.2 氣流組織與氣流分布至關(guān)重要

為實(shí)現(xiàn)低排放，進(jìn)一步提高微細(xì)粒子(PM10，PM2.5)的捕集率是核心和關(guān)鍵，不合理的氣流組織與氣流分布設(shè)計(jì)極易造成濾袋過早破損，低排放將無從談起。因而，袋式除塵器氣流組織與分布必須高度重視和精心設(shè)計(jì)。須重點(diǎn)把握以下原則：(1)精確計(jì)算、周密組織氣流，力求使含塵氣流合理分布、均衡分配、利于粉塵沉降，嚴(yán)格避免含塵氣流直接沖刷濾袋；(2)嚴(yán)格控制進(jìn)風(fēng)速度，避免含塵氣流高速?zèng)_刷濾袋，并促進(jìn)粗塵粒預(yù)沉降；(3)避免灰斗進(jìn)風(fēng)，采取中部進(jìn)風(fēng)，引導(dǎo)氣流“自上而下”舒緩地進(jìn)入過濾區(qū)域，使進(jìn)氣流動(dòng)方向與粉塵沉降方向保持一致，利于微細(xì)粒子沉降，減輕粉塵二次吸附；(4)控制氣流上升速度，宜將其控制在1.0 m/s 以下，盡可能減輕清灰后粉塵的“再吸附”，減少含塵氣體與濾袋的摩擦和沖刷，利于延長(zhǎng)濾袋壽命。

3.3 合理選擇過濾風(fēng)速

過濾風(fēng)速是袋式除塵器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，直接與過濾阻力、運(yùn)行能耗、濾袋壽命和設(shè)備造價(jià)密切相關(guān)，也在一定程度上影響出口排放濃度。鑒于燃煤鍋爐煙氣微細(xì)粒子高效捕集和低排放要求，過濾風(fēng)速建議小于0.9 m/min為宜。

3.4 清灰理念及其清灰技術(shù)的革新

(1)革新清灰理念，調(diào)整“強(qiáng)力清灰”為“適度清灰”。強(qiáng)力清灰難免會(huì)造成對(duì)濾袋的過度清灰，其弊端主要有濾餅易過度破碎，微粒易滲入濾料內(nèi)部，進(jìn)而穿透和逃逸造成排放超標(biāo)；粉餅的二次破碎，不利于快速沉降，二次吸附現(xiàn)象加重，也不利于濾袋實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命。結(jié)合燃煤電廠煙塵特性，建議采用“適度清灰”的清灰新理念，以使“適度清灰”后的塵餅出現(xiàn)“袋壁下滑”效果，更利于獲得低排放和濾袋的“長(zhǎng)壽命”。

(2)變革清灰模式，減輕粉塵再吸附，提高清灰效率。采用“跳躍+離散”的清灰方式，可明顯減輕順序清灰?guī)淼膰?yán)重的“粉塵再吸附”現(xiàn)象，有效提高清灰效率；同時(shí)，使倉室之間獲得“均衡清灰”的效果，促使袋式除塵器阻力更低、更加平穩(wěn)和均衡。

3.5 避免采用過度砑光、表面極其光潔的濾袋

一般用戶往往偏向于表面極其光滑的濾料，常對(duì)普通濾料表面進(jìn)行過度砑光處理，以此認(rèn)為濾料具有較好的性能。雖然，濾料表面光潔利于清灰粉塵的剝離，但過度砑光的濾袋會(huì)使其表面閉塞，無形中減少了過濾面積、增加過濾風(fēng)速。如圖2所示[3]，假設(shè)濾料因過度砑光而有50%的表面孔隙被閉塞，則剩余的一半必須承受兩倍的過濾速度，勢(shì)必加劇粉塵穿透并增加阻力?；诖嗽?，對(duì)于流動(dòng)性較好的燃煤煙塵，推薦使用不砑光的燒毛表面，以使纖維孔隙保持通暢，如圖3所示[3]。

圖2 過度砑光后的光滑濾料表面

圖3 不經(jīng)砑光的燒毛濾料表面

3.6 凈化工藝或裝備的集成與優(yōu)化

針對(duì)特定煙氣條件或PM2.5的高效捕集及“恒穩(wěn)低排”的高標(biāo)準(zhǔn)要求，其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問題之一是對(duì)PM2.5微細(xì)粒子的有效捕集，通過對(duì)凈化工藝或裝備進(jìn)行適度集成與優(yōu)化，以期獲得滿意效果，也為有效技術(shù)途徑之一。

(1)“凝聚器+FF”處理工藝。該凈化工藝的主要目的是通過凝聚器將超細(xì)粒子進(jìn)行聚并使其“粗大化”，以大幅提高包括袋式除塵器(FF)在內(nèi)的除塵設(shè)備對(duì)超細(xì)粒子的捕集效率，利于實(shí)現(xiàn)低排放。

(2)靜電增強(qiáng)纖維過濾技術(shù)。該技術(shù)在微細(xì)粒子捕集方面具有獨(dú)特性和優(yōu)越性，其形式也是由“預(yù)荷電區(qū)”和“纖維過濾區(qū)”組成，過濾區(qū)的纖維濾料大多加有與塵粒極性相同的電場(chǎng)，故有別于常規(guī)的“前電后袋”式的電袋復(fù)合除塵器[4]。

靜電增強(qiáng)纖維過濾器與靜電除塵器在捕集方法和機(jī)理上有本質(zhì)區(qū)別，前者的收塵間距是纖維或粉塵層孔隙，比后者小2～3數(shù)量級(jí)；后者只有帶電粒子才能被捕集，而前者由于帶電纖維使粒子產(chǎn)生極化現(xiàn)象，即使不帶電的粒子也能被捕集[4]。

靜電增強(qiáng)纖維過濾技術(shù)在捕集效率、過濾風(fēng)速、過濾阻力和運(yùn)行費(fèi)用等諸多方面顯示其優(yōu)越性能。特別是對(duì)0.01～1 μm的氣溶膠粒子有極高的捕集效率(超過90%)[4]?？梢姡o電增強(qiáng)纖維過濾技術(shù)的采用，必將提高袋式除塵對(duì)超細(xì)粒子的凈化效率，為袋式除塵實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐煙塵的“恒穩(wěn)低排”增添有效、可選的技術(shù)手段。

3.7 認(rèn)真組織、精心設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)加工、精細(xì)實(shí)施、加強(qiáng)運(yùn)維管理

(1)注重細(xì)節(jié)、精心設(shè)計(jì)，嚴(yán)格把控各項(xiàng)參數(shù)和優(yōu)化核心部件結(jié)構(gòu)，杜絕高速氣流沖刷濾袋、濾袋周邊凈空不足、結(jié)構(gòu)復(fù)雜或?qū)嵤├щy等問題。

(2)精細(xì)組織制造及安裝，并進(jìn)行過程跟蹤與控

制，嚴(yán)格控制包括濾袋安裝和最后調(diào)試在內(nèi)的每一個(gè)細(xì)小環(huán)節(jié)，確保項(xiàng)目的高質(zhì)量實(shí)施。

(3)袋式除塵系統(tǒng)安裝及運(yùn)行管理的規(guī)范程度直接關(guān)系到除塵器的高效、穩(wěn)定運(yùn)行和使用壽命。由于安裝和運(yùn)行管理不善導(dǎo)致袋式除塵系統(tǒng)及設(shè)備超標(biāo)排放，甚至“失效”的工程案例屢見不鮮。因而嚴(yán)格和規(guī)范地安裝及運(yùn)行維護(hù)管理對(duì)于燃煤電廠鍋爐煙氣大型袋式除塵器實(shí)現(xiàn)“恒穩(wěn)低排”尤顯重要。

4 結(jié)論

(1)袋式除塵技術(shù)完全可實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐煙塵的“恒穩(wěn)低排”。

(2)氣流組織與氣流分布的合理設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)“恒穩(wěn)低排”的根基。

(3) 超細(xì)面層濾料的采用及濾料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)“恒穩(wěn)低排”的重要手段。

(4)適當(dāng)降低的過濾風(fēng)速利于實(shí)現(xiàn)低排放，針對(duì)電廠的“恒穩(wěn)低排”要求，宜選擇0.9 m/min以下過濾風(fēng)速。

(5)采用“適度清灰”和“均衡清灰”可促進(jìn)低排放和低阻損的實(shí)現(xiàn)。

(6)針對(duì)超細(xì)微粒輔以粉塵預(yù)荷電、塵粒聚并進(jìn)行預(yù)處理及靜電增強(qiáng)纖維過濾等技術(shù)的采用，是有效和可選的技術(shù)手段。

(7)從設(shè)計(jì)、制造到安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)均需精心組織、注重細(xì)節(jié)、用心實(shí)施，確保全過程高質(zhì)量的項(xiàng)目實(shí)施，這是實(shí)現(xiàn)“恒穩(wěn)低排”的重要保障。

(8)嚴(yán)格而規(guī)范地安裝、運(yùn)行及維護(hù)管理，對(duì)于袋式除塵器實(shí)現(xiàn)“恒穩(wěn)低排”同樣是不可或缺的重要條件。

[1]王志軒.我國燃煤電廠煙塵排放與控制[J].中國電力企業(yè)管理，2010，1(1)：28-31.

[2]易紅宏，郝吉明，段雷，等.電廠除塵設(shè)施對(duì)PM10排放特征影響研究[J].環(huán)境科學(xué)，2006，27(10)：1921-1927.

[3]第十二屆上海國際袋式除塵技術(shù)與設(shè)備展覽會(huì).袋式除塵器“失效控制”圖集(四)[Z].2013：61-64.

[4]向曉東.現(xiàn)代除塵理論與技術(shù)[M].冶金工業(yè)出版社，2002：243-244.

Consideration on the realization of the “Constant Stable Low Emission” of Coal Plant Boiler Flue Gas by the Bagfilter

CHEN Zhiwei

(EnelcoEnvironmentalTechnologyCO.,LTD.Nanjing210006)

For the target of fuel gas constant stable low emission of coal plant boiler, the paper introduces the effectiveness and trend of utilization of fabric filter of coal plant, as well as the advanced, reliable and feasibility of constant stable low emission of fabric filter of coal plant by comparing several typical engineering projects. Finally this paper gives some thoughts and suggestions based on the technology of utilization of bag type dust removal of emission control of coal plant.

coal plant bagfilter constant stable low emission

陳志煒，男，1970年生，教授級(jí)高級(jí)工程師,從事除塵工程設(shè)計(jì)、設(shè)備研發(fā)及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用研究。

2015-10-22)