新环保标准要求下除尘新技术研究

新环保标准要求下除尘新技术研究作者：卢文锋2011年7月29日，环境保护部和国家质量监督检验检疫总局发布了最新版的《火电厂大气污染物排放标准》，标准对火电厂大气污染物排放限值做了更为严格的规定，特别是烟尘排放限值由原来的50mg/m3下降至30mg/m3,重点地区为20mg/m3,该标准已经达到甚至超过发达国家标准，对国内的除尘技术提出了新的挑战。

目前能够满足新标准下的排放标准除尘技术，主要有采用新工艺的静电除尘器、布袋除尘器和电袋除尘器。

1.国外燃煤电厂除尘方式的选择欧、美、日等国家和地区粉尘排放要求较高的燃煤电厂主要采用电除尘器，出口排放一般都在20-30mg/m3,运行情况良好。

如：欧盟2001/80/EC指令中规定粉尘排放限值为30mg/m3,其电除尘器约占85%，目前西欧电除尘器的平均排放限值小于10mg/m3；美国2005年规定粉尘排放限值为20mg/m3,其电除尘器约站80%；日本大部分地方政府规定的粉尘排放标准均低于20mg/m3,其燃煤电场全部采用电除尘器。

可以看出，欧美日等发达国家执行了比中国更为严格的排放标准，而电除尘器仍被广泛使用。

在德国和日本，电除尘器的占有率具有绝对的压倒优势，而特别具有讽刺意味的是日本和德国恰恰是世界上两个最大的袋式除尘器滤料纤维出口国。

发达国家燃煤质量较好，煤源稳定、热值高、灰分低，应用电除尘器比较有利。

但值得注意的是，印度、越南等发展中国家燃煤电厂也大都采用电除尘器。

印度的煤种可以说是世界上最难收尘的煤种，具有高灰分、高比电阻、低热值、低硫、低Na2O等诸多不利因素，电除尘器对粉尘的捕集比较困难，但近年来新建600MW级机组还是选择了7-10电场，比集尘面积200-300m2/m3/s的超大型电除尘器，印度燃煤电厂90%以上采用电除尘器。

可见，电除尘器许多独特的优点为各国所共识。

欧洲暖通空调协会联盟组织认为，“干式电除尘器可保证排放在10mg/m3以下，如需要可以达到5mg/m3以下。

湿式电除尘器可实现小于1mg/m3的粉尘排放”。

2.国内燃煤电厂大机组电除尘器应用情况2010年，中国环境保护产业协会对国内煤种适应性情况进行了分析和总结，国内86%的煤种都在电除尘器除尘“容易”到“一般”的范围内，即使放在国际视角上比较，电除尘器对我国煤种的适应性也是比较好的。

对福建龙净、浙江菲达、兰州电力、浙江天洁、上海冶矿5家除尘设备生产厂的电除尘器应用情况进行了调查。

调查显示，2004-2010年间上述企业已经投运并经第三方测试的600MW机组以上配电除尘器175台，全部达到合同规定的技术要求。

值得注意的是，其中在电除尘器电场数3-4个、比集尘面积80-110m2/m3/s的一低电场数、低比集尘面积前提下，电除尘器实测排放低于50mg/m3的有83台，占测试总数的47.4%，排放低于30mg/m3的也有22台。

这充分说明对于我国的燃煤电厂来说，在适当增加电场数量和比集尘面积的情况下，达到30mg/m3甚至20mg/m3的低排放是完全可以实现的。

3.采用新工艺的静电除尘器近年来，国内电除尘行业加大了对新技术的研究和开发力度。

低低温电除尘技术、高频电源、机电多复式双区、湿式电除尘器、烟气调质、移动电极、零风速关断振打、烟道凝聚器等等一批先进实用的新技术，不但为电除尘器实现低排放创造了更好的条件，扩大了电除尘器的应用范围，还不同程度地提高了产品的技术经济性。

目前，国内推广应用和积极研究的新技术和产品主要有如下几种。

3.1低低温电除尘技术自1997年起，由于日本地方环保排放控制综合要求不断提高，对应的烟气处理工艺促使低低温高效烟气处理技术在日本火电机组得到全面发展。

低低温烟气处理技术工艺的原理是在锅炉空预器后设置MGGH（热媒水热量回收系统），使进入除尘器入口的烟气温度由原来的130℃-150℃降低至90℃左右（日本称为低低温状态），从而提高常规电除尘的收尘性能。

而湿法脱硫装置出口设置MGHH通过热媒水密封循环流动，将从降温换热器获得热量去加热脱硫后净烟气，使其温度从50℃左右升高到80℃以上。

具体工艺流程见图1。

图1 低低温电除尘技术工艺流程图低低温技术除尘提效的核心措施就是在传统干式电除尘器之前布置了一级MGHH，将电除尘器的运行温度降至低低温状态，对于电除尘器来说，带来了两个显著优势：（1）任何烟尘基本都没有高比电阻状态，不会发生反电晕现象，图2是常规锅炉飞灰比电阻值与烟气温度的关系曲线。

一般当烟气温度在130℃-150℃时，烟尘比电阻值处于较高点，电除尘器易出现低电压、大电流的“反电晕”现象，造成除尘效率下降。

而在90℃-110℃区间时，烟尘比电阻值可以下降1-2个数量级，使飞灰比电阻值下降至1011以下，使得烟尘比电阻处于最适宜电除尘器收尘的比电阻范围内，从而确保电除尘器的高效收尘，可以完全杜绝“反电晕”现象的发生。

图2 锅炉飞灰比电阻值与烟气温度的关系曲线（2）烟气温度降低使得烟气量减小，烟气通过电场的流速降低，停留时间增加，相当于电除尘器的比集尘面积增加。

排烟温度每降低10℃，烟气量减少2.5%-3%。

（3）排烟温度降低还会使电场击穿电压升高，从而提高电除尘的除尘效率。

根据经验公式估算，烟温每降低10℃，电场击穿电压上升约3%。

另外，对于整个系统来讲，由于电除尘器前烟温降低至90℃左右，烟气中的气态SO3会完全冷凝形成液态，从而被电除尘器前大量的粉尘颗粒所吸附，再通过电除尘器对粉尘的收集而被去除，相当于SO3调质的作用，可以大大提高电除尘器性能。

同时SO3调质的作用，可以大大提高电除尘器性能。

同时SO3的去除避免了下游设备因SO3引起的酸腐蚀问题。

这样FGD系统基本不用专门考虑SO3的腐蚀，同时又充分发挥了脱硫后GGH的作用，把烟气加热到足够温度，满足环保扩散要求，节省了大笔防腐投资，维修工作量和有关费用。

（目前国内一般都是设置一般设置湿烟囱，不设GGH）对于湿式石灰石-石膏法烟气脱硫工艺来说，由于进入吸收塔的烟气温度降至90℃左右，可以大大减少脱硫喷淋水的耗量，并提高脱硫的反应效果，进一步降低能耗。

通过管式烟气换热器的烟气不会泄漏，并能有效利用回收的热能，不仅可以将此部分热能用于烟气再热系统，还可用于加热汽机冷凝水系统，减少煤耗或输送给采暖供热系统。

根据工况条件及环保节能要求的不同，低低温烟气处理工艺可采取如下3套布置方案：方案一：以烟气降温为核心的电除尘增效、节能综合技术方案，即在电除尘器前布置换热器来降低烟温至90-110℃，回收余热用于加热汽机冷凝水系统，从而减少汽机抽汽量来减少煤耗。

如图3：图3低低温烟气处理工艺布置方案一方案二：以烟气降温为核心的电除尘增效、节能、脱硫增效综合技术方案，即在电除尘器前后各布置一套换热器来降低烟温，除尘器前降至90℃-110℃，除尘器后继续降低至70℃-80℃（进入湿法脱硫吸收塔所需烟温），回收余热用于加热汽机冷凝水系统，从而减少汽机抽汽量来减少煤耗，并降低脱硫工艺水耗量。

见图4。

图4低低温烟气处理工艺布置方案二方案三：以烟气降温为核心的电除尘增效、节能、烟囱防腐蚀综合技术方案，即在电除尘器前和脱硫吸收塔后各布置一套换热器，将除尘器前回收的余热用于脱硫后烟温的再热，在节能的同时解决烟囱防腐难题。

与日本电厂工艺相同。

见图5。

图5低低温烟气处理工艺布置方案三以上三种方案的核心除尘提效技术都是利用烟温降低至低低温状态来实现的，但对于余热回收的力度和用途不尽相同。

因此三种方案需要各电厂根据实际工况条件以及各自不同的环保和节能需要灵活选用。

宁德电厂4#炉600MW机组配套电除尘器就采用了低低温烟气处理工艺方案进行提效改造，应用了电除尘器前增设烟气余热利用装置的除尘提效方案。

（1）具体改造措施：在空预器和电除尘器之间的烟道处加装烟气余热利用节能换热装置；对电除尘器电场内部做了常规检修。

（2）改造效果：除尘器平均出口排放浓度由改造前的97.64mg/m3下降到24.89mg/m3。

在设计凝结水用量45%的情况下，烟温从150℃下降至95℃（降幅达到55℃），烟气换热降温达到了预期效果。

（3）节能经济性分析：节约煤耗，每发一度电节约电煤2.5g/kW.h，机组年发电利用小时数为5500h，平均煤价900元/t，则每年可降低电煤消耗费用:60x5500x900x2.5/106=742.5万元/a（4）脱硫工艺水耗：根据电厂自身运行的统计数据，由于烟温降低后，工艺用水可以节约45t/h左右，按每顿工艺用水2元计算，则每年可降低运行成本：45x5500x2/104=49.5万元/a综上，本项目合计每年至少可节省运行成本792万元，2-3年的时间即可收回设备的全部投资费用。

可见，采用低低温电除尘器提效技术，不仅能提高电除尘器的效率，每年还能节省792万元的运行成本，且节省的费用与电除尘的正常运行费用相当，甚至还要高些。

实践证明，低低温电除尘工艺在日本燃煤火电厂运行十多年是成功的，也是一项成熟可靠的除尘工艺。

同时从该技术消化吸收改进后应用在国内的实际工程情况来看，也都十分成功，也为今后进一步的推广应用积累了建设和运行经验。

该技术适合于灰硫比≥100时（煤种含硫量一般不高于1.5%），对电除尘器的比集尘面积有一定要求。

3.2高压电源新型高压电源及控制技术主要有三种：高频高压电源、三相工频高压电源和脉冲电源。

3.2.1高频高压电源电除尘用高频高压供电装置（简称高频电源）是相对于目前常规工频（50HZ）电源而言，高频电源的基本原理如图6。

高频电源的频率一般达到20k-30kHz，特别是国内企业龙净环保公司的高频电源频率可达40kHz，相当于常规工频电源的800倍。

高频高压供电技术是当今国内外电除尘器供电的前沿技术，此技术仅掌握在世界少数几个国家，目前仅有美国、瑞典、中国等几个国家有成功投入商业运行的实际经验。

高频电源的出现，对电除尘性能的提高具有十分重要的意义。

从现场实际使用效果来看，高频电源可节电20%-40%，提效可达20%-30%。

图6 高频电源的基本原理高频电源三相交流输入整流为直流电源，经全桥逆变为高频交流，随后升压整流输出直流高压。

高频电源工作频率可达40kHz，主要包括三个部分：变换器（整流、逆变）、变压器（升压、整流）、控制器。

其中全桥变换器实现直流到高频交流的转换，高频变压器/高频整流器实现升压整流输出，为电除尘提供高压电源。

（1）高频电源优越的性能特点高频电源具有输出波纹小、平均电压电流高、体积小、重量轻、成套设备集成一体化、转换效率与功率因数高、采用三相电源对电网影响小等显著优点，特别是可大幅度提高除尘效率，所以它是传统可控硅工频电源革命性的更新换代产品。

高频电源的应用实现了电除尘器供电电源技术水平质的飞跃，极大拓展了电除尘器的适应范围，对我国环保设备配套电源产品的产业结构调整和优化升级产生了重要影响。