论文部分内容阅读
摘 要：随着我国大气污染形势严峻，国家环保排放标准逐步严格，尤其近期三部委提出的《煤电节能减排升级与改造行动计划》，更是对燃煤机组超级排放改造提出要求。本文对于现有几项主流烟尘超净技术的现状及发展进行简介，为相关机组烟尘超净排放改造提供一定的参考。
关键词：烟尘；超净排放；发展现状
中图分类号：X733 文献标志码：A
我国经济快速发展的同时伴随着大气污染的形势越来越严峻，燃煤电厂是我国大气中各种污染物的重要排放源，因此对于燃煤电厂大气污染物的控制显得至关重要。环保部在2011年颁布了最新的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）[ 1 ]，进一步提高了燃煤电厂大气排放的要求。
2014年9 月，国家发展改革委、环境保护部、国家能源局联合制定出台的《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020 年）》[ 2 ]，明确提出超净排放，对于大部分地区的新建及现役机组大气污染物的排放指标提出迄今为止最严苛的要求。
燃煤电厂面临着巨大的挑战，推广“超净排放”是未来煤电行业发展的必经之路。烟尘排放在基准氧含量6%的条件下不高于10mg/m3的指标，不单单需要原有主力除尘器高效可靠运行，更是需要多个设备协同配合以实现该指标。
一、高效超净除尘技术
传统火力发电厂用于烟尘脱除成熟的设备包括静电除尘器、布袋除尘器、电袋复合除尘器，而为了应对日益严苛的排放标准，行业内的技术专家进行重点攻克，推出了低低温静电除尘技术、超净电袋复合除尘技术、湿式电除尘技术、旋转电极静电除尘技术等新型技术。
（一）传统除尘技术[ 3 ]
电除尘器在各国应用已有50年以上的历史，运行可靠，德国、美国、荷兰、日本的火电厂大多数采用电除尘器。我国的静电除尘器同样广泛应用于各型燃煤机组，多数控制的烟尘排放浓度在不高于50mg /m3。国外火电厂以澳大利亚为代表，采用的是袋式除尘器，烟尘排放浓度可以降到10mg /m3。湿式电除尘技术以日本为代表已有30多年的应用史，三菱重工的湿电有33台套已应用于电厂。美国在湿式电除尘方面研究也较早，并且有较为成功的应用业绩。
（二）低低溫静电除尘技术
低低温静电除尘技术通过加设低温省煤器，烟气经过低温省煤器时，烟气温度降低，保持电除尘器运行温度略低于烟气酸露点。烟气温度降低，粉尘比电阻降低至108Ω·cm～1011Ω·cm，处在利于荷电的区间；同时烟温降低，烟气体积流量降低，电场风速下降，利于除尘；烟温降低还使得烟气中颗粒及气体分子热运动能力减弱，气体击穿电压提高；烟气温度将至烟气酸露点之下，烟气中部分SOx、HCl、蒸汽等将凝结吸附在飞灰颗粒表面，相关物理及化学作用后增大了飞灰表面的电导性，有助于飞灰比电阻的降低[ 4 ]。低低温静电除尘技术正是基于上述机理实现除尘效率有效提高的目的。低低温静电除尘技术在国外应用已经成熟，伴随着超净排放改造需求的爆发，低低温静电除尘技术也引起了国内业主的关注。
（三）超净电袋复合除尘技术
电袋复合型除尘器是通过静电除尘器与布袋除尘器有机结合的一种新型高效的除尘器。电除尘部分布置于除尘器前区，主要承担脱除大部分粉尘，收集大颗粒粉尘的任务，同时实现沉降高温烟气中粉尘颗粒，缓冲均匀气流的作用，布袋除尘器串联在后，主要收集细粉尘。电袋复合除尘器充分发挥静电除尘器和布袋除尘器的优点，有效地弥补了两种除尘器的缺点，电袋复合除尘器除尘效率高、设备阻力低，滤袋寿命长。电袋符合除尘器除尘效率高、运行维护费用低、占地面积小等综合优点。
超净电袋通过充分理解电场收尘和布袋收尘二者的关系，研究前后两区收尘的影响关系，通过调整电区与袋区参数匹配、强化颗粒荷电，提高电区的可靠性、采用高精过滤滤料、气流分布均匀措施等多项手段提高电袋除尘器的效率，进而实现粉尘低排放效果[ 5 ]。
（四）湿式电除尘技术
湿式电除尘器是电除尘器的一种，其工作原理与干式静电除尘技术基本相同，主要区别在于使用水膜清灰方式代替传统的振打清灰，该方式在收尘极板上形成连续水膜，实现高效清灰，进而实现较高除尘效率。湿式电除尘技术除尘效率不受烟尘比电阻影响，可有效避免二次扬尘及反电晕现象，同时还可脱除湿烟气中PM2.5、酸雾、重金属等有害物质[ 6 ]。目前湿电因布置灵活、脱除细微粉尘能力强、运行阻力低、维护费用低等优点，一般作为超净排放的最后一道把关。
（五）旋转电极静电除尘技术
旋转电极静电除尘技术同样属于电除尘技术，其基本工作原理与常规除尘器一致，主要区别是旋转电极静电除尘技术在常规电除尘器技术上增加后级旋转电极电场组成。
旋转电极电场中阳极是可回转的，阳极板旋转配合清灰刷进行清灰。阳极板上的粉尘通过旋转进入非收尘区域后，被阳极板两侧的一对清灰刷刷涂，附着于阳极板上的粉尘即被脱除，粉尘层厚度基本不会达到反电晕的厚度时，因此不会产生反电晕现象且无二次扬尘[ 7 ]。
旋转清灰刷可清除高比电阻、黏性烟尘，避免反电晕、二次扬尘现象，该方式有效克服了常规电场电除尘器细微粉尘颗粒脱除能力低、存在二次扬尘造成排放超标等问题，在常规电除尘基础上进一步提升了粉尘的脱除能力。
二、技术的选择
用于實现烟尘超净排放的各项技术均有其独特的优点，为了达到最终的超净排放效果，往往需要两项甚至多项技术的组合，但是这种组合并不是简单组合，需要结合烟尘的实际特点、场地情况、投资成本、运行费用等综合因素，合理选择技术路线，几个考虑原则如下：
低低温静电除尘技术需要设置低温省煤器，其处于除尘器上游，该处烟尘浓度大，且低温省煤器后段温度低于酸露点温度，烟气中硫酸蒸汽易在管壁上凝结并黏附飞灰，采用低低温静电除尘技术时需重点考虑低温省煤器的低温腐蚀、积灰、磨损等问题。当燃用高灰、高硫煤种时，需慎重选用低低温静电除尘技术。
电袋复合除尘技术兼具了电除尘和袋除尘技术的优点，同时也兼具二者的缺点，当除尘器入口烟气温度偏高、烟气成分变化大、系统运行阻力要求严格时，需慎重选用超净电袋复合除尘技术。
湿式电除尘技术因极板型式不同形成了多种流派，各机组应结合自身实际场地、水源、排放要求等实际情况，合理选择型式及布置方式。在缺水地区，慎重选用湿式电除尘技术。
旋转电极静电除尘器的转动部件多、易损率较高、后期维护成本高，当机组负荷率高，对于设备运行可靠性要求严格时，需慎重选用旋转电极静电除尘技术。
除了单项技术应达到效能最优化的同时，近几年各工艺的污染物协同脱除也成为发展发现，湿法脱硫协同处理粉尘也逐步应用于国内机组项目，湿法脱硫协同脱除路线需要上游除尘设备的配合才能发挥其效果，因此在组合各技术时，应充分考虑各技术特点、项目需求、场地等情况后择优选取。
三、结语
超净排放作为未来燃煤机组大气污染物控制的发展方向，必定会在未来燃煤机组的发展之路上起到重要的作用。低低温静电除尘技术、超净电袋复合除尘技术、湿式电除尘技术、旋转电极静电除尘技术等新型烟尘超净技术现阶段均已取得一定的工程应用，并获得良好的效果，但设备的长久可靠性仍需进一步验证，相关新型技术需要在现有基础上进一步优化研究，确保在未来烟尘超净排放的市场中获得一席之地。
参考文献
[1] 方常.超洁净排放环保综合改造的应用研究[D].华南理工大学，2015.
[2] 赵永椿，等.燃煤电厂污染物超净排放的发展及现状[J].煤炭学报，2015，11：2629-2640.
[3] 黄永琛，等.燃煤电厂烟尘超净排放技术路线探讨[J].能源与节能，2015，03：126-129.
[4] 修海明.超净电袋复合除尘技术实现超低排放[J].电力科技与环保，2015，02：32-35.
关键词：烟尘；超净排放；发展现状
中图分类号：X733 文献标志码：A
我国经济快速发展的同时伴随着大气污染的形势越来越严峻，燃煤电厂是我国大气中各种污染物的重要排放源，因此对于燃煤电厂大气污染物的控制显得至关重要。环保部在2011年颁布了最新的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）[ 1 ]，进一步提高了燃煤电厂大气排放的要求。
2014年9 月，国家发展改革委、环境保护部、国家能源局联合制定出台的《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020 年）》[ 2 ]，明确提出超净排放，对于大部分地区的新建及现役机组大气污染物的排放指标提出迄今为止最严苛的要求。
燃煤电厂面临着巨大的挑战，推广“超净排放”是未来煤电行业发展的必经之路。烟尘排放在基准氧含量6%的条件下不高于10mg/m3的指标，不单单需要原有主力除尘器高效可靠运行，更是需要多个设备协同配合以实现该指标。
一、高效超净除尘技术
传统火力发电厂用于烟尘脱除成熟的设备包括静电除尘器、布袋除尘器、电袋复合除尘器，而为了应对日益严苛的排放标准，行业内的技术专家进行重点攻克，推出了低低温静电除尘技术、超净电袋复合除尘技术、湿式电除尘技术、旋转电极静电除尘技术等新型技术。
（一）传统除尘技术[ 3 ]
电除尘器在各国应用已有50年以上的历史，运行可靠，德国、美国、荷兰、日本的火电厂大多数采用电除尘器。我国的静电除尘器同样广泛应用于各型燃煤机组，多数控制的烟尘排放浓度在不高于50mg /m3。国外火电厂以澳大利亚为代表，采用的是袋式除尘器，烟尘排放浓度可以降到10mg /m3。湿式电除尘技术以日本为代表已有30多年的应用史，三菱重工的湿电有33台套已应用于电厂。美国在湿式电除尘方面研究也较早，并且有较为成功的应用业绩。
（二）低低溫静电除尘技术
低低温静电除尘技术通过加设低温省煤器，烟气经过低温省煤器时，烟气温度降低，保持电除尘器运行温度略低于烟气酸露点。烟气温度降低，粉尘比电阻降低至108Ω·cm～1011Ω·cm，处在利于荷电的区间；同时烟温降低，烟气体积流量降低，电场风速下降，利于除尘；烟温降低还使得烟气中颗粒及气体分子热运动能力减弱，气体击穿电压提高；烟气温度将至烟气酸露点之下，烟气中部分SOx、HCl、蒸汽等将凝结吸附在飞灰颗粒表面，相关物理及化学作用后增大了飞灰表面的电导性，有助于飞灰比电阻的降低[ 4 ]。低低温静电除尘技术正是基于上述机理实现除尘效率有效提高的目的。低低温静电除尘技术在国外应用已经成熟，伴随着超净排放改造需求的爆发，低低温静电除尘技术也引起了国内业主的关注。
（三）超净电袋复合除尘技术
电袋复合型除尘器是通过静电除尘器与布袋除尘器有机结合的一种新型高效的除尘器。电除尘部分布置于除尘器前区，主要承担脱除大部分粉尘，收集大颗粒粉尘的任务，同时实现沉降高温烟气中粉尘颗粒，缓冲均匀气流的作用，布袋除尘器串联在后，主要收集细粉尘。电袋复合除尘器充分发挥静电除尘器和布袋除尘器的优点，有效地弥补了两种除尘器的缺点，电袋复合除尘器除尘效率高、设备阻力低，滤袋寿命长。电袋符合除尘器除尘效率高、运行维护费用低、占地面积小等综合优点。
超净电袋通过充分理解电场收尘和布袋收尘二者的关系，研究前后两区收尘的影响关系，通过调整电区与袋区参数匹配、强化颗粒荷电，提高电区的可靠性、采用高精过滤滤料、气流分布均匀措施等多项手段提高电袋除尘器的效率，进而实现粉尘低排放效果[ 5 ]。
（四）湿式电除尘技术
湿式电除尘器是电除尘器的一种，其工作原理与干式静电除尘技术基本相同，主要区别在于使用水膜清灰方式代替传统的振打清灰，该方式在收尘极板上形成连续水膜，实现高效清灰，进而实现较高除尘效率。湿式电除尘技术除尘效率不受烟尘比电阻影响，可有效避免二次扬尘及反电晕现象，同时还可脱除湿烟气中PM2.5、酸雾、重金属等有害物质[ 6 ]。目前湿电因布置灵活、脱除细微粉尘能力强、运行阻力低、维护费用低等优点，一般作为超净排放的最后一道把关。
（五）旋转电极静电除尘技术
旋转电极静电除尘技术同样属于电除尘技术，其基本工作原理与常规除尘器一致，主要区别是旋转电极静电除尘技术在常规电除尘器技术上增加后级旋转电极电场组成。
旋转电极电场中阳极是可回转的，阳极板旋转配合清灰刷进行清灰。阳极板上的粉尘通过旋转进入非收尘区域后，被阳极板两侧的一对清灰刷刷涂，附着于阳极板上的粉尘即被脱除，粉尘层厚度基本不会达到反电晕的厚度时，因此不会产生反电晕现象且无二次扬尘[ 7 ]。
旋转清灰刷可清除高比电阻、黏性烟尘，避免反电晕、二次扬尘现象，该方式有效克服了常规电场电除尘器细微粉尘颗粒脱除能力低、存在二次扬尘造成排放超标等问题，在常规电除尘基础上进一步提升了粉尘的脱除能力。
二、技术的选择
用于實现烟尘超净排放的各项技术均有其独特的优点，为了达到最终的超净排放效果，往往需要两项甚至多项技术的组合，但是这种组合并不是简单组合，需要结合烟尘的实际特点、场地情况、投资成本、运行费用等综合因素，合理选择技术路线，几个考虑原则如下：
低低温静电除尘技术需要设置低温省煤器，其处于除尘器上游，该处烟尘浓度大，且低温省煤器后段温度低于酸露点温度，烟气中硫酸蒸汽易在管壁上凝结并黏附飞灰，采用低低温静电除尘技术时需重点考虑低温省煤器的低温腐蚀、积灰、磨损等问题。当燃用高灰、高硫煤种时，需慎重选用低低温静电除尘技术。
电袋复合除尘技术兼具了电除尘和袋除尘技术的优点，同时也兼具二者的缺点，当除尘器入口烟气温度偏高、烟气成分变化大、系统运行阻力要求严格时，需慎重选用超净电袋复合除尘技术。
湿式电除尘技术因极板型式不同形成了多种流派，各机组应结合自身实际场地、水源、排放要求等实际情况，合理选择型式及布置方式。在缺水地区，慎重选用湿式电除尘技术。
旋转电极静电除尘器的转动部件多、易损率较高、后期维护成本高，当机组负荷率高，对于设备运行可靠性要求严格时，需慎重选用旋转电极静电除尘技术。
除了单项技术应达到效能最优化的同时，近几年各工艺的污染物协同脱除也成为发展发现，湿法脱硫协同处理粉尘也逐步应用于国内机组项目，湿法脱硫协同脱除路线需要上游除尘设备的配合才能发挥其效果，因此在组合各技术时，应充分考虑各技术特点、项目需求、场地等情况后择优选取。
三、结语
超净排放作为未来燃煤机组大气污染物控制的发展方向，必定会在未来燃煤机组的发展之路上起到重要的作用。低低温静电除尘技术、超净电袋复合除尘技术、湿式电除尘技术、旋转电极静电除尘技术等新型烟尘超净技术现阶段均已取得一定的工程应用，并获得良好的效果，但设备的长久可靠性仍需进一步验证，相关新型技术需要在现有基础上进一步优化研究，确保在未来烟尘超净排放的市场中获得一席之地。
参考文献
[1] 方常.超洁净排放环保综合改造的应用研究[D].华南理工大学，2015.
[2] 赵永椿，等.燃煤电厂污染物超净排放的发展及现状[J].煤炭学报，2015，11：2629-2640.
[3] 黄永琛，等.燃煤电厂烟尘超净排放技术路线探讨[J].能源与节能，2015，03：126-129.
[4] 修海明.超净电袋复合除尘技术实现超低排放[J].电力科技与环保，2015，02：32-35.