烟气除尘技术

燃煤电厂烟气除尘技术主要包括电除尘、电袋复合除尘和袋式除尘技术除尘，除尘技术的选择主要取决于环保要求、燃煤性质、飞灰性质、现场条件、电厂规模和锅炉类型等｡

1 电除尘技术

1.1 技术原理

电除尘技术是在高压电场内,使悬浮于含尘气体中的粉尘或颗粒物受到气体电离的作用而荷电,荷电颗粒在电场力的作用下,向极性相反的电极运动,并吸附在电极上,通过振打､冲刷等使其从电极表面脱落,同时在重力的作用下落入灰斗,实现除尘的全过程｡依据电极表面灰的清除是否用水,分为干式电除尘和湿式电除尘｡干式电除尘常被称作电除尘,湿式电除尘常被称作湿电,湿电仅用于湿法脱硫后的二次除尘(深度除尘)｡

为电除尘器供电的电源主要有高频电源､三相电源､恒流电源和脉冲电源等,工频电源的使用不断减少｡

1.2 技术特点及适用性

（1）技术特点

电除尘技术具有除尘效率高､适用范围广､运行费用较低､使用维护方便､无二次污染等优点,但其除尘效率受煤､灰成分等影响较大,且占地面积较大｡

（2）技术适用性

电除尘技术适用于工况比电阻在104Ω·cm~5×1011Ω·cm范围内的粉尘去除,可在范围很宽的温度､压力和烟尘浓度条件下运行｡

（3）性能主要影响因素

影响电除尘器性能的主要因素有工况条件､电除尘器的技术状况和运行条件｡其中,工况条件中煤､飞灰成分对电除尘器性能的影响最大｡

（4）污染物排放与能耗

电除尘器除尘效率为99.2%~99.85%,甚至更高,出口烟尘浓度可达到20mg/m3以下,其能耗主要为电耗｡与使用工频电源供电相比,使用高频､脉冲等新型电源时,可保效节能或减少污染物排放｡

（5）存在的主要问题

常规电除尘技术存在高比电阻粉尘引起的反电晕､振打引起的二次扬尘及微细粉尘荷电不充分等导致除尘效率下降的问题｡

（6）应用情况

截至2015年12月,约占全国燃煤机组容量的70%｡

1.3 技术发展与应用

（1）低低温电除尘技术

低低温电除尘技术是通过烟气冷却器降低电除尘器入口烟气温度至酸ludian 以下的电除尘技术｡

低低温电除尘技术因烟气温度降至酸ludian 以下,粉尘比电阻大幅下降,且击穿电压上升,烟气流量减小,可实现较高的除尘效率;同时,烟气温度降至酸ludian 以下,气态SO3将冷凝成液态的硫酸雾,通过烟气中粉尘吸附及化学反应,可去除烟气中大部分SO3;在达到相同除尘效率前提下,与常规干式电除尘器相比,低低温电除尘器的电场数量可减少,流通面积可减小,运行功耗降低,节能效果明显｡但粉尘比电阻降低会削弱捕集到阳极板上粉尘的静电黏附力,从而导致二次扬尘有所增加｡

低低温电除尘器适用于灰硫比大于100的烟气条件,灰硫比是指低温省煤器(烟气冷却器)入口烟气中烟尘质量浓度与SO3质量浓度之比｡

截至2015年12月,投运及在建的低低温电除尘器超过150台套,总装机容量约95000MW,其中投运约70台套,总装机容量超40000MW,已有单机1000MW机组的低低温电除尘器投运｡

（2）湿式电除尘技术

湿式电除尘技术是用水冲刷吸附在电极上的粉尘｡根据阳极板的形状,湿式电除尘器分为板式､蜂窝式和管式等,应用较多的是板式与蜂窝式｡湿式电除尘器安装在脱硫设备后,可有效去除烟尘及湿法脱硫产生的次生颗粒物,并能协同脱除SO3､汞及其化合物等｡

影响湿式电除尘器性能的主要因素有湿式电除尘器的结构型式､入口浓度､粒径分布､气流分布､除尘器技术状况和冲洗水量｡

湿式电除尘器除电耗外,还有水耗､碱耗,外排废水宜统筹考虑作为湿法脱硫系统补充水｡

截至2015年12月,投运及在建的湿式电除尘器超400台套,总装机容量约190000MW,其中投运的超180台套,总装机容量超90000MW,且有多套单机1000MW机组投入运行｡

（3）高频电源

高频电源是应用高频开关技术,将工频三相交流电源经整流､高频逆变､升压､二次整流输出直流负高压的高压供电电源｡

高频电源在纯直流供电方式下,二次电压纹波系数小于3%,其供给电场内的平均电压比工频电源供给的电压可提高25%~30%,电晕电流可提高约一倍,烟尘排放可降低30%~50%;高频电源在间歇脉冲供电方式下可有效克服高比电阻粉尘的反电晕,节能50%~70%;高频电源控制方式灵活,其本身效率和功率因数较高,均可达0.95;还具有重量轻､体积小､结构紧凑､三相平衡等特点,在燃煤电厂得到了广泛的应用｡

（4）脉冲电源

脉冲高压电源是电除尘配套使用的新型高压电源,脉冲高压电源通常由一个直流高压单元和一个脉冲单元叠加组成,直流高压单元可采用工频电源､三相电源､高频电源｡脉冲电源可较大幅度地提高电场峰值电压,脉冲电压宽度一般为120微秒及以下｡

脉冲电源在提高电场电压的同时可保持较低的平均直流电流除尘，抑制反电晕的发生,因此能提高除尘效率;脉冲高压､脉冲重复频率等参数单独可调，对不同工况的粉尘变化具有良好的适应性。同等工况下，与工频电源相比，可减少烟尘排放50%以上,降低能耗30%至70%。已有多个电厂成功应用｡

（5）移动电极､离线振打等清灰技术

移动电极是通过改变传统的振打清灰为清灰刷清灰,可避免反电晕现象并最大限度地减少了二次扬尘,增大了粉尘驱进速度,可提高除尘效率,但其对设备的设计､制造､安装工艺要求较高｡截至2015年12月,投运及在建的移动电极电除尘器超150台套,总装机容量超70000MW,其中投运超100台套,总装机容量超50000MW｡

离线振打清灰是将需要清灰的烟气通道出口或进､出口烟气档板关闭,并停止供电,进行振打清灰,大幅减少清灰过程中的二次扬尘｡档板关闭会影响电除尘器本体内的流场,需通过风量调整装置来防止流场恶化｡一般在电除尘器末电场使用,已有多个电厂成功应用｡

（6）机电多复式双区电除尘技术

荷电区与收尘区交替布置,荷电区与收尘区分别供电的电除尘技术｡荷电区由放电能力强的极配形式构成,布置在收尘区的前端;收尘区由数根圆管组合的辅助电晕极与阳极板配对,运行电压高,场强均匀,电晕电流小,能有效抑制反电晕｡由于圆管电晕极的表面积大,可捕集正离子粉尘,从而达到节电和提高除尘效率的目的｡一般布置于末电场,单室应用时需增加一套高压设备｡截至2015年12月,机电多复式双区电除尘器已投运60多台套,总装机容量16868MW,已有单机1000MW机组投运｡

（7）电凝聚技术

通过双极荷电及扰流聚合实现细颗粒的有效凝聚,形成大颗粒后被电除尘器有效收集,是减少细颗粒物排放的电除尘器增效技术,压力降小于250Pa｡

截至2015年12月,已投运的电凝聚器近20台套,总装机容量约10000MW｡

1.4 主要工艺参数及使用效果

（1）干式电除尘器

干式电除尘器的主要工艺参数及使用效果见表3｡干式电除尘器对煤种的除尘难易性评价方法见表4｡

（2）湿式电除尘器

湿式电除尘器的主要工艺参数及使用效果见表5｡湿式电除尘器出口颗粒物浓度取决于入口的颗粒物浓度以及湿式电除尘器的具体参数｡

2 电袋复合除尘技术

2.1 技术原理

电袋复合除尘技术是电除尘技术与袋式除尘技术有机结合的一种复合除尘技术,利用前级电场收集大部分烟尘,同时使烟尘荷电,利用后级滤袋区过滤拦截剩余的烟尘,实现烟气净化｡未被前级电区捕集的荷电粉尘,由于电荷作用使细微颗粒极化或凝并成粗颗粒,同时由于同性电荷的排斥作用,到达滤袋表面堆积的粉尘层排列有序､结构疏松,呈棉絮状,粉尘层阻力低,容易清灰剥离,因而产生了荷电粉尘增强过滤性能的效应,降低运行阻力,延长滤袋寿命｡

电袋复合除尘器按照结构型式可分为一体式电袋复合除尘器､分体式电袋复合除尘器和嵌入式电袋复合除尘器｡其中一体式电袋复合除尘器技术最为成熟,应用最为广泛。

2.2 技术特点及适用性

（1）技术特点

电袋复合除尘器具有长期稳定低排放､运行阻力低､滤袋使用寿命长､运行维护费用低､占地面积小､适用范围广的特点,除尘器出口就能实现10mg/m3以下的超低排放要求,甚至可以做到小于5mg/m3｡

（2）技术适用性

电袋复合除尘技术适用于国内大多数燃煤机组燃用的煤种,特别是高硅､高铝､高灰分､高比电阻､低硫､低钠､低含湿量的煤种｡不受煤质､烟气工况变化的影响,排放长期稳定可靠,尤其适用于排放要求严格的环境敏感地区及老机组除尘系统改造｡

（3）性能主要影响因素

电袋复合除尘器的性能影响因素主要有设备的运行条件､设备的设计､制作和安装质量｡尤其是要注意滤料型式的选型要与烟气成分相匹配,运行温度宜高于酸ludian 10℃~20℃｡

（4）污染物排放与能耗

电袋复合除尘器能够长期稳定可靠保持污染物达标或超低排放,除尘效率为99.5%~99.99%,出口烟尘浓度通常可控制在20mg/m3以下;采用超净电袋复合除尘器可控制出口烟尘浓度在10mg/m3或5mg/m3以下,同时协同脱除三氧化硫和汞及其化合物等重金属｡

电袋复合除尘器的能耗主要为高压供电设备电耗､引风机克服阻力的电耗､绝缘子加热器电耗等｡一体式电袋复合除尘器占地面积较小｡

（5）应用情况

截至2015年12月,配套应用电袋复合除尘器的装机容量超过2.0亿千瓦,约占全国燃煤机组容量的22%,其中1000MW级机组超过18台,600MW级机组超过100台｡

2.3 技术发展与应用

（1）超净电袋复合除尘技术

超净电袋复合除尘技术是基于最优耦合匹配､高均匀多维流场､微粒凝并､高精过滤技术等多项关键技术,创新开发的新一代电袋复合除尘技术,可实现烟尘排放浓度长期稳定小于10mg/m3或5mg/m3｡

超净电袋复合除尘器与湿法脱硫装置组合､不设湿式电除尘器的超低排放工艺路线,具有工艺系统简洁､投资低､占地少､运行维护费用低､技术经济性好的特点｡超净电袋复合除尘器已成功应用于燃煤电厂1000MW机组,截止2016年6月,配套应用装机容量已超过23000MW｡

（2）耦合增强电袋复合除尘技术

将前电后袋整体式电袋技术与嵌入式电袋技术有机结合,开发的新型电袋复合除尘技术｡前级电场区预收尘和荷电作用,降低了进入后级混合区的入口浓度｡后级混合区采用电区与袋区相间布置,深度耦合,使荷电粉尘到达滤袋表面的距离极短,有效减少带电粉尘的电荷损失;由于混合区的粉尘可以实现在线反复荷电与电捕集,增强了粉尘的荷电效果和捕集性能｡同时可以快速有效地收集滤袋清灰过程中的扬尘,减少粉尘二次飞扬｡该技术具有高过滤风速､烟尘超低排放､滤袋更换及维护费用低的优点,是电袋复合除尘技术重要的发展方向之一,已成功应用于工程项目,实现除尘器出口烟尘排放浓度小于5mg/m3｡

（3）高精过滤和强耐腐滤料技术

①高精过滤滤料

指滤袋采用特殊结构和先进的后处理工艺,使滤袋表面的孔径小､孔隙率大,有效防止细微粉尘的穿透,提高过滤精度的新型滤袋技术｡典型的高精过滤滤料有PTFE微孔覆膜滤料和超细纤维多梯度面层滤料｡高精过滤滤料制成滤袋后,需进一步采用缝制针眼封堵技术,防止极细微粉尘从针眼穿透｡高精过滤技术已广泛应用于超净电袋复合除尘器中｡

②强耐腐滤料

燃煤烟气常用滤料纤维主要为PPS(聚苯硫醚)､PI(聚酰亚胺)､PTFE(聚四氟乙烯)｡我国燃用煤种多变,烟气成分复杂,烟气性质对不同材质纤维的影响程度不同｡创新开发PPS､PI､PTFE高性能纤维按不同组合､不同比例､不同结构进行混纺的系列滤料配方和生产工艺,形成了PTFE基布+PPS纤维､PPS+PTFE混纺､PI+PTFE混纺的多品种高强度耐腐蚀系列滤料,适应各种复杂的烟气工况,延长了滤袋的使用寿命｡强耐腐滤料广泛应用于电袋复合除尘器和袋式除尘器,配套应用机组超过1亿kW｡

（4）大型电袋流场均布技术

采用数值模拟和物理模型相结合的方法,保证各种容量等级的机组､特别是百万千瓦机组的特大型电袋复合除尘器各净气室的流量相对偏差小于5%,各分室内通过每个滤袋的流量相对均方根差小于0.25,已在多个工程中得到验证｡

（5）长袋高效清灰技术

4英寸大口径脉冲阀喷吹25条以上大口径长滤袋(8~10m)的高效清灰技术,确保了长滤袋的清灰效果｡该技术已广泛应用于大型化电袋复合除尘器,提高了电袋复合除尘器空间利用率,简化总体结构布置｡

（6）滤料与烟气工况匹配选型技术

滤袋是电袋复合除尘器的核心之一,其滤袋型式､滤袋材质与烟气工况的匹配选型至关重要｡滤袋与烟气条件匹配选型得当,可保障滤袋长寿命和良好的经济性｡

（7）金属滤料技术

采用金属材质的原料,经特殊的制造工艺制成的多孔过滤材料｡按制作工艺分为烧结金属纤维毡和烧结金属粉末过滤材料｡烧结金属纤维毡由具有耐高温､耐腐蚀性的不锈钢材质制成的金属纤维经过无纺铺制后烧结而成,通常采用梯度分层纤维结构｡烧结金属粉末过滤材料是由球形或不规则形状的金属粉末或合金粉末经模压成形与烧结而制成,以铁铝金属间化合物膜最为典型｡金属滤袋是滤袋技术发展的前沿技术,已成功在燃煤锅炉上完成中试试验｡

（8）电袋协同脱汞技术

电袋协同脱汞技术是以改性活性炭等作为活性吸附剂脱除汞及其化合物的前沿技术｡该技术在电场区和滤袋区间设置活性吸附剂吸附装置,活性吸附剂与浓度较低的粉尘在混合吸附后经后级滤袋过滤､收集,达到去除气态汞的目的,其气态汞脱除效率可达90%以上｡滤袋区收集的粉尘和吸附剂的混合物经灰斗循环系统多次利用,以提高吸附剂的利用率,直到吸附剂达到饱和状态而被排出｡该技术正在开展工业试验｡

2.4 主要工艺参数及使用效果

电袋复合除尘器的主要工艺参数和使用效果见表6｡

3 袋式除尘技术

3.1 技术原理

袋式除尘技术是利用纤维织物的拦截､惯性､扩散､重力､静电等协同作用对含尘气体进行过滤的技术｡袋式除尘是一个过滤与清灰交替进行的非稳态过程｡当含尘气体进入袋式除尘器后,颗粒大､比重大的粉尘,由于重力的作用沉降下来,落入灰斗,含有较细小粉尘的气体在通过滤料时粉尘被阻留,使气体得到净化,随着过滤的进行,阻力不断上升,需进行清灰再生｡按清灰方式分为:脉冲喷吹类袋式除尘器､反吹风类袋式除尘器及机械振打类袋式除尘器,电厂主要应用脉冲清灰类袋式除尘器,又可细分为固定行喷吹和旋转喷吹脉冲袋式除尘器｡

3.2 技术特点及适用性

（1）技术特点

袋式除尘器适用煤种及工况条件范围广,具有较为稳定的低排放､占地面积小､控制系统简单等特点｡

（2）技术适用性

袋式除尘技术适应性较强,除尘效率基本不受燃烧煤种､烟尘比电阻和烟气工况变化等的影响,较为稳定保持低排放｡

（3）性能主要影响因素

袋式除尘器的性能影响因素主要有设备的运行条件､入口烟尘浓度､设备的设计､制作和安装质量｡尤其是要注意滤料型式的选型要与烟气成分相匹配,运行温度宜高于酸ludian 10℃~20℃｡滤袋选型要充分考虑烟气温度､煤的含硫量､烟气中的含氧量和氮氧化物浓度等因素的影响｡

（4）污染物排放与能耗

袋式除尘器的除尘效率为99.5%~99.99%,出口烟尘浓度可控制在30mg/m3或20mg/m3以下;当采用高精过滤滤料时,可以实现10mg/m3以下｡袋式除尘器的能耗主要来源为引风机克服阻力的电耗､空压机系统电耗｡

（5）应用情况

截至2015年12月,配套应用袋式除尘器的装机容量约0.78亿千瓦,占全国燃煤机组容量的8%左右｡

3.3 技术发展与应用

（1）针刺水刺复合滤料

应用针刺与水刺相结合的工艺生产的三维毡滤料,先针刺后水刺｡既克服针刺工艺的刺伤纤维和留有zhenkong 两大弊端,延长滤袋寿命和提高过滤精度,又可降低生产成本,提高经济性｡该滤料已广泛应用于袋式除尘器｡

（2）高效清灰控制技术

包括连发､多阀联喷､跳跃清灰等控制方式,定时与定压差结合､排序清灰时间控制或流量函数控制､优先在线清灰､大型化集散监控系统等控制技术｡广泛应用于袋式除尘器中｡

（3）大型化袋式除尘技术

改变传统的下进上出风方式,开发应用下进风､端进端出气的进出风方式,以及阶梯形花板､挡风导流板､各通道或分室设置阀门等结构,有效调节各通道和各室流场的均匀分布,解决大型袋式除尘器气流均布难题｡16英寸大规格脉冲阀和大型低压脉冲清灰的适配技术;3英寸､4英寸阀喷吹18~28条长滤袋(6~10m)的喷吹技术｡

3.4主要工艺参数及使用效果

袋式除尘器的主要工艺参数和使用效果见表7｡

4 烟尘达标排放可行技术

由于燃煤电厂加装脱硫装置后才可满足排放标准要求,而脱硫装置基本上均布置在烟气除尘装置后,因此烟尘达标排放实际上是指烟气中的颗粒物达标排放｡考虑到湿法脱硫对颗粒物的洗涤作用,执行30mg/m3排放标准限值时,除尘器出口浓度应低于50mg/m3;执行20mg/m3排放标准限值时,除尘器出口浓度应低于30mg/m3｡

电除尘､电袋复合除尘､袋式除尘均是达标排放可行技术｡当电除尘器对煤种的除尘难易性为“较易”或“一般”时(评价方法详见表4),宜选用电除尘技术;当煤种除尘难易性为“较难”时,600MW级及以上机组宜优先选用电袋复合除尘技术,300MW级及以下机组可以选用电袋复合除尘技术或袋式除尘技术｡电除尘器宜优先选用高频电源､脉冲电源等高效电源供电｡

5 烟尘超低排放最佳可行技术

烟尘超低排放实际上是指烟气中颗粒物的超低排放,排放烟气中不仅包括烟尘,而且包括湿法脱硫过程中产生的次生颗粒物｡因此除尘技术选择一般包括烟气脱硝后烟气中烟尘的去除,称之为一次除尘技术,主流技术包括电除尘､电袋复合除尘和袋式除尘技术;脱硫后对烟气中颗粒物的再次脱除或烟气脱硫过程中对颗粒物的协同脱除,称之为二次除尘或深度除尘技术,脱硫后对烟气中颗粒物的脱除主要采用湿式电除尘器,脱硫过程中对颗粒物的协同脱除主要采用复合塔脱硫技术,并采用高效的除雾器或在湿法脱硫塔内增加湿法除尘装置｡

当电除尘器对煤种的除尘难易性为“较易”时,宜选用电除尘技术;当煤种除尘难易性为“较难”时,宜优先选用电袋复合除尘技术,300MW等级及以下机组也可选用袋式除尘技术;对于一次除尘就要求烟尘浓度小于10mg/m3或5mg/m3不依赖二次除尘实现超低排放的,宜优先选择超净电袋复合除尘技术｡其他情况下(包括煤种的除尘难易性为“一般”),可结合二次除尘技术效果､煤质波动情况､场地条件､投资与运行费用等因素综合考虑选择｡

一次除尘器出口烟尘浓度为30mg/m3~50mg/m3时,二次除尘宜选用湿式电除尘器;一次除尘器出口烟尘浓度小于30mg/m3,二次除尘也可选用湿式电除尘器,实现更低的颗粒物排放浓度,更好地适应煤炭市场等因素的变化,投资与运行费用也会适当增加｡一次除尘器出口烟尘浓度为10mg/m3~30mg/m3时,二次除尘宜选用复合塔脱硫技术协同除尘,并确保复合塔的除雾除尘效果｡

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