（陕西省电力设计院 陕西西安 710032）
摘要：火电厂的除尘技术早期还是以干式除尘器为主，能很好的满足当时烟尘排放要求。然而在国家出台超低排放要求以后，传统的除尘技术已不能满足新的烟尘排放要求。随着新技术的不断涌现和传统技术的不断优化，到底哪种方案是最经济有效的解决手段呢。本文大量总结目前常见除尘手段，并分析最适宜的除尘路线。
关键词：火电厂、除尘、超低排放、技术路线
一、除尘技术路线的发展历程
火电厂的除尘技术早期还是以干式除尘器为主，在《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）中，燃煤电厂烟尘排放要求是30mg/Nm3，传统的干式除尘器加湿法脱硫的50%除尘效果这一技术路线可以很好的满足排放要求。由于布袋除尘器阻力较大，且存在滤袋破损问题，而静电除尘器阻力较低，后期维护简便，因此其被广泛的应用于电厂设计中。然而在国家出台超低排放要求以后，静电除尘器效率较低这一缺陷被放大出来，如果第一级除尘效果如果达不到20mg/Nm3，那么后面将要花费很大的代价才能满足超低排放。
目前除尘工艺衍生出了脱硫除尘一体化技术、湿式电除尘器技术，以及近年来随着烟气余热回收技术而衍生的低低温静电除尘器技术。新技术的涌现再加上原本干式除尘器不断优化调整，火电厂除尘技术呈现出丰富多彩的技术套路。
二、各项除尘技术的优缺点和选型要点
2.1干式除尘器
除尘器作为最早应用于除尘研究方向的设备，也是目前除尘方向不可或缺的技术手段。
2.1.1静电除尘器
（1）静电除尘器效率的影响因素
烟气温度
烟气的温度不仅对粉尘比电阻有影响，而且对电晕始发电压（起晕电压）、火花放电电压、烟气量等有影响。随温度的上升，起晕电压减小、火花电压降低。电除尘器通常使用的温度范围是100～250℃。
烟气湿度
在正常工况下，烟气中的水蒸气不会引起极板的腐蚀。但在有孔、门等漏风的地方，由于在这里烟气温度降至露点以下，就会造成酸腐蚀。增湿可以降低比电阻，提高除尘效率。为了防止烟气腐蚀，静电除尘器外壳应加保温层，使烟气温度都保持在和湿度相对应的露点温度以上。
二次扬尘
所谓二次扬尘是指在干式静电除尘器中，沉积在收尘板上的粉尘再次被气流带走。产生粉尘二次飞扬的原因主要有以下几个方面：
粉尘的比电阻过低或过高。比电阻过低，会产生反复跳跃现象，比电阻过高，容易产生反电晕，使粉尘二次飞扬；振打清灰过频。从极板振动脱落的粉尘是靠重力落入灰斗，如果振动频率过高，则从极板上落下的粉尘不能形成较大的片状或块状，而是呈分散的小尘粒凝聚团或单个粒子，很容易被气流重新带出；
（2）静电除尘器新技术
高频电源
高频电源相比普通工频电源具有更好的节能效果，比常规电源更小的输入功率(约20%)；提高电晕功率，提高电晕电压(约30%)；更好的火花控制特性，火花能量很小，电场恢复快，提高了电场的平均电压，从而可提高了除尘效率。
移动电极
变常规卧式静电除尘器(下简称ESP)的固定电极为移动电极(以下简称MEEP)；变ESP振打清灰为旋转刷清灰，从工艺上改变ESP的捕集和清灰方式，以适应超细颗粒粉尘和高比电阻颗粒粉尘的收集，达到提高除尘效率的目的。其特点如下：
高效收集高比电阻粉尘，适应燃料品种更迭的变化；节省空间、节省能源，一个移动极板电场相当于1.5~3个固定极板电场的作用；消除ESP极板积灰导致除尘效率下滑的顽疾，二次飞扬几乎为零。
（3）静电除尘器适用边界条件和效率
静电除尘器适合使用于比电阻适宜的飞灰，高效双室五电场静电除尘器效率可达到99.8%。
2.1.2布袋除尘器
工作原理及特点
布袋除尘器是基于过滤原理的过滤式除尘设备，利用有机纤维或无机纤维过滤布将气体中的粉尘过滤出来。除尘效率高，能捕集比电阻高，因而电除尘难以回收的粉尘，煤种适应性强，能实现不停机检修，即离线检修。同时，其缺点是阻力较大，有破袋风险，需要人工更换滤袋，袋式除尘器净化有爆炸危险或带有火花的含尘气体时需要防爆措施，易因结露而造成“糊袋”。布袋除尘器适用边界条件和效率布袋除尘器煤种适应性较广，不适宜在高温或者高湿度环境下工作，除尘效率可达99.95%或控制出口浓度不大于20mg/m3。
2.1.3电袋除尘器
工作原理和结构特点
含尘气体在引风机的作用下，烟气通过气流均布装置均匀进入高压电场，约80%粉尘由电收尘部分地收集；发挥电除尘器的优点后，经过高压静电除尘后的气体，在通过导向装置，进入布袋除尘器的进气室，由外而内通过布袋，洁净气体通过布袋进入排气室，通过管道由风机排入大气。
电袋除尘器适用边界条件和效率
电袋除尘器集合了静电和布袋两者的优点，也不可避免的带来了两者部分的缺点，使用时要注意综合考虑，除尘效率可达99.92%或控制出口浓度不大于20mg/m3。
2.1.4低/低低温电除尘器
低/低低温电除尘器是指通过低温省煤器或热媒体气气换热装置（MGGH）将电除尘器入口烟气温度达到/降至酸露点温度以下，最低温度满足湿法脱硫系统工艺温度要求的电除尘器。
（1）技术特点
低/低低温电除尘器是配合烟气回收利用系统应运而生的产物，因空预器尾部会存在低温腐蚀，烟气在途经空预器时不可能达到/降至酸露点温度以下，所以要使用低/低低温电除尘器就必然在其前设置有烟气余热回收装置，也就是说在除尘器前设置有烟气余热回收装置是使用低/低低温电除尘器的前提条件。
将电除尘器入口烟气温度降低至酸露点温度或酸露点温度以下，使烟气中大部分SO3冷凝形成硫酸雾，粘附在粉尘表面并被碱性物质中和，从而通过电除尘器除尘效果所脱除。有研究表明，国内湿法脱硫设备对SO3的脱除效率一般为30%左右，采用低低温电除尘技术对SO3的脱除效率最高可达95%以上，可以大幅度降低SO3排放。
烟温减低，比电阻大大降低，从而大幅提高除尘效率。烟气温度对飞灰比电阻影响较大，温度低于100℃时以表面导电为主，温度高于250℃时以体积导电为主，在100℃～250℃温度范围内则表面导电与体积导电共同起作用。一般而言，飞灰比电阻在燃煤烟气温度为150℃左右时达到最大值，如果从150℃下降至100℃左右，比电阻降幅一般可达一个数量级以上。
电除尘器入口烟气温度的降低，烟气量减小，增大了比集尘面积，增加了粉尘在电场的停留时间，从而提高除尘效率。同时因烟气量减小，可降低引风机功率从而降低厂用电。
（2）低低温电除尘器的低温腐蚀问题
由于烟气温度在低温省煤器或MGGH中被降低至酸露点温度以下，大部分SO3在低温省煤器或MGGH中冷凝。关于烟气温度低于酸露点温度是否引起腐蚀问题，有日本学者的研究结果显示，合适的电除尘器入口烟尘浓度可以保证SO3凝聚在粉尘表面，不会发生设备腐蚀。三菱重工的研究结果显示,当灰硫比大于10时，腐蚀率几乎为零，而实际使用的低低温电除尘器灰硫比远大于100。美国南方电力公司也通过灰硫比来评价腐蚀程度，当低低温电除尘器采用含硫量为2.5%的燃煤时，灰硫比在50～100可避免腐蚀，当采用含硫量更高的燃煤时，为避免腐蚀，灰硫比应大于200。
福建某电厂#4炉660MW机组低低温电除尘器投运半年后，利用电厂停炉机会，对设备进行了全面检查，结果表明，电除尘及下游设备未见任何腐蚀及磨损异常情况。
国内有关机构对低低温电除尘器相关材料的低温腐蚀测试表明：在运行温度下，Q235和SPCC两种材料的耐低温腐蚀性能都较强，低温腐蚀级别都达到5级以下；SPCC平均年腐蚀率为0.0412mm/a，Q235平均年腐蚀率为0.0537mm/a。
国内外低低温电除尘技术的应用案例表明，只要保证合适的灰硫比，完全可以避免低温腐蚀问题。
（3）应注意的问题
由于低低温电除尘器运行温度处于酸露点温度以下，粉尘性质也发生了很大改变，由此产生了一些与常规电除尘器不同的问题，需要引起特别注意。
应注意煤种变化和高硫煤带来的不良影响
燃煤含硫量越高，相对来说烟气中的SO3浓度越高，其对应的酸露点温度就越高，发生腐蚀的风险增加。特别要注意当锅炉燃煤的收到基硫的重量百分比高于2%时对低低温电除尘器的影响。
二次扬尘问题需引起高度重视
由于烟尘性质的改变，粉尘附着力降低，振打二次扬尘加剧。因此，低低温电除尘器末电场宜采用移动电极电除尘技术或离线振打技术。前者采用转刷清灰来避免二次扬尘，后者在末电场振打清灰时，阻断清灰通道的气流通过，达到控制二次扬尘的目的。
2.1.5湿法脱硫附带除尘效果
（1）湿法脱硫吸收塔附带除尘效果
根据《燃烧系统设计计算规程》（DL5240-2010），“烟气在湿法脱硫装置中的除尘效果由脱硫岛提供保证，其除尘效率一般按不大于50%选取。”
此法附带除尘效果，我们暂按50%考虑。
（2）湿法脱硫除尘一体化技术
工作原理
湿法脱硫除尘一体化技术是在吸收塔内部使用高效除雾器，在脱硫的同时可以将大部分烟尘也同时脱去。目前国内大部分电厂均采用喷淋塔，喷淋塔的除尘机理与湿法除尘设备中的重力喷雾洗涤器相似。
石灰石-石膏湿法脱硫塔一般采用喷淋塔的形式，逆流方式布置。烟气从喷淋层下部进入吸收塔，并向上运动。石灰石浆液通过循环泵送至塔中不同高度布置的喷淋层的喷嘴，从喷嘴喷出的浆液雾形成分散的小液滴向下运行，与烟气逆流接触，气流充分接触并对烟气中的二氧化硫进行洗涤脱除，同时气流中的烟尘颗粒与液滴之间的惯性碰撞、拦截、扩散、凝聚以及重力沉降等作用，使烟尘被捕集。
随后通过安装在吸收塔顶部的除尘除雾装置，进一步降低烟尘排放浓度。传统的除尘除雾装置一般是设置三级高效除雾器达到除尘除雾的目的。为了达到烟尘浓度超低排放，有的脱硫吸收塔需在除雾器上部再增加一种除尘装置。有的直接利用高效除尘除雾装置来达到脱硫出口烟尘浓度≤5mg/Nm3目标。
技术特点
除尘效率高，可达到80%，最终可达到5mg/Nm³以下；彻底消除石膏雨，出口液滴达到30mg/Nm³以下；运行阻力低，不增加额外的运行成本；占地面积小，无额外新增场地；
投资成本低，运行费用省，经济性好。湿法脱硫除尘一体化的除尘效率本技术除尘效率可达到80%。
三、除尘技术路线的选择及其特点
虽然《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》中对超低排放烟尘的排放浓度要求在10mg/Nm3，但根据《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）中燃气轮机烟尘排放限值为5mg/Nm3，再加上《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》最早“接近或达到燃气轮机排放限值”这一表述，目前很多地区在新建电厂时都已经超前于超低排放要求，按5mg/Nm3这一排放限值进行设计。因此，在以下讨论除尘技术路线时，均以5mg/Nm3作为污染物排放浓度目标。
从2.1节我们可以看出，湿式电除尘器和湿法脱硫除尘一体化技术均可有效消除石膏雨，二者取其一即可解决石膏雨问题。而湿法脱硫除尘一体化和传统湿法脱硫吸收塔相比，增加费用不多，但能有效增强除尘效果，因此首选湿法脱硫除尘一体化技术是一个比较好的选择。
3.1常规路线
布袋/电袋除尘器/静电除尘器+湿法脱硫除尘一体化技术+预留湿式电除尘器
除尘器入口含尘量不大于12.5g/Nm3时，可使用静电除尘器，入口含尘量高时可使用布袋或者电袋除尘器。本技术与传统技术相比，仅增加一套高效除雾器，不增加占地不增加管道长度，即可达到5mg/Nm3的排放指标，预留的湿式电除尘器可为将来提高环保标准时，提供改造便利。同时本路线也可针对现有电厂除尘改造使用，可花费较少的费用和较少的工作量即可满足超低排放。
3.2最严格控制路线
MGGH+低低温除尘器+湿法脱硫除尘一体化技术+预留湿式电除尘器
本技术不光能清除石膏雨，还能通过低低温除尘器有效去除烟气中的SO3，通过MGGH即可回收部分烟气余热，还能提高进入烟囱的烟气温度，提高烟囱自拔力，抬高排烟升空高度，防止近地面污染物聚集，此外，预留的湿式电除尘器可为将来提高环保标准时，提供改造便利。但是相对于2.2.1，MGGH会增加部分投资。
3.3燃高灰分煤除尘路线
对于循环流化床等燃用高灰分煤的锅炉而言，除尘器入口含尘量较高，需要有一条高去除率的技术路线去达到超低排放。
布袋除尘器+湿法脱硫除尘一体化技术+湿式电除尘器/预留湿式电除尘器
除尘器入口含尘量不大于50g/Nm3时，可使用本技术并预留湿式电除尘器，除尘器入口含尘量大于50g/Nm3时，可使用本技术并上单电场湿式电除尘器。
国内工程超低排放应用实例
国内某2×600MW电厂。本电厂原设计执行污染物排放标准为《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），后于2014年进行超低排放改造，除尘具体改造方案如下：采用低低温除尘器和高效电源改造；湿法脱硫系统采用新型喷嘴和合理设计，减少石膏液滴携带；经湿式电除尘器后烟囱处粉尘排放达到5mg/m3。经测试，机组平均负荷为504.7MW时，粉尘排放浓度为1.3mg/Nm3。
国内某2×1000MW发电厂
本项目于2011年6月、10月投产，后经超低排放改造，除尘改造技术方案如下：低低温电除尘+湿式电除尘，结合湿法脱硫系统，综合除尘效率达到99.99%
本项目环保测试数据如下：
参考文献
[1]中国环保产业协会电除尘委员会，《节能减排，低低温电除尘技术“技高一筹”》，《中国环境报》，2013年9月.
论文作者:刘超
论文发表刊物:《电力设备》2017年第7期
论文发表时间:2017/6/28
标签：电除尘器论文; 烟气论文; 低温论文; 湿法论文; 除尘器论文; 技术论文; 粉尘论文; 《电力设备》2017年第7期论文;