燃煤锅炉烟气除尘技术的现状及进展_陈冬林

环境工程
72
Environmental Engineering
出一套双极荷电 － 湍流聚并装置［5］。此外，自 2011 年始，北京大学与长沙理工大学合作，设计了 2 台超 细颗粒聚并器，并在大唐湖南耒阳电厂 300 MW 锅炉 机组上开展了实验研究，目前仍在考核实验，测试结 果中超细颗粒聚并效果显著。
湿式电除尘技术与干法静电除尘技术对粉尘捕 集的原理基本相同，两者结构也类似。所不同的是清 灰方式，湿 式 除 尘 器 取 消 了 传 统 的 机 械 振 打 清 灰 方 式，通过烟气与水接触使飞灰沉降。根据湿式除尘器 原理和结构的不同，有自激式除尘、麻石水膜除尘、喷 淋式除尘三种主要形式。
日本中部电力碧南电厂五台机组（ 3 × 700 MW + 2 × 1 000 MW） 使用湿式静电除尘器后，其排放浓度 长期稳定在 2 ～ 5 mg / m3 ，远低于日本国家标准和新 国标的要求，表明湿式静电除尘器能高效地除去烟气 中的烟尘［6］。2010 年，由中国重型机械研究院有限 公司设计的湿式电除尘器应用于浙江某工业窑炉生 产线，实测烟尘排放远低于设计值（ 30 mg / m3 ） 达到 20 mg / m3 以下，最低可达到 12 mg / m3 ，且设备运行稳 定［7］。湿式静 电 除 尘 器 冲 洗 水 对 烟 气 有 洗 涤 作 用， 对烟气的脱硫及去除重金属离子有一定作用，尤其对 控制 PM2. 5 效果明显（ 图 3） 。
DOI： 10. 13205 / j． hjgc． 201409016
ＲEVIEW ON TECHNOLOGY FOＲ DUST ＲEMOVAL FＲOM FLUE GAS OF COAL-FIＲED BOILEＲS
Chen Donglin Wu Kang Zeng Xi （ School of Energy and Power Engineering，Changsha University of Science and Technology，Changsha 410004，China）
电袋复合式除尘器的工作过程是，含尘烟气进入 除尘器后，70% ～ 80% 的烟尘在电场内荷电被收集下 来，剩余 20% ～ 30% 的细烟尘被滤袋过滤收集。电 袋复合式除尘器兼容了静电除尘器和袋式除尘器的 优点，较好的弥补了两者的不足，除尘机理科学合理。
电袋复合式除尘器主要有臭氧腐蚀、运行阻力较
高、投资大、占地面积大等缺点，滤袋寿命短及换袋成 本高仍是其重要问题。
对现有静电除尘器提效改造技术有三种可行方 向： 改进静电除尘器（ 包括静电除尘器扩容、采用电 除尘新技术及多种新技术的集成） 、电袋复合除尘技 术、湿式电除尘技术。 1. 2 袋式除尘技术
袋式除尘器的主要工作原理包含过滤和清灰两 部分。过滤是指含尘气体中粉尘的惯性碰撞、重力沉 降、扩散、拦截和静电效应等作用结果。布袋过滤捕 集粉尘是利用滤料进行表面过滤和内部深层过滤。 清灰是指当滤袋表面的粉尘积聚达到阻力设定值时， 清灰机构将清除滤袋表面烟尘，使除尘器保持过滤与 清灰连续工作。
该技术不 仅 能 较 大 幅 度 提 高 除 尘 效 率，还 能 对 PM2. 5 有效控制，工艺简单可靠，有广阔的应用前景。 由于电聚并器一般安装在电除尘器的烟道前，其安装 空间受到了一定限制。另一方面因烟道内气流速度 大，不适用于收集磨琢性强的烟尘。此外，如何减少 在电聚并器段的压力损失也是目前测试阶段需要解 决的问题。 2. 2 湿式电除尘技术
图 3 喷淋式电除尘器喷淋系统示意 Fig． 3 Spray system of the spray type electrostatic precipitator
的二次扬 尘，同 时 也 解 决 了 高 比 电 阻 粉 尘 的“反 电 晕”问题［8］。
早在 20 世纪 70 年代，国外就旋转电极技术做了 大量研究。其中日本日立公司首次研发出移动电极 式电除尘技术（ MEEP） 。在我国，自 2010 年以来，浙 江菲达环保科技股份有限公司研发生产的大型燃煤 电站配套旋转电极式电除尘器，先后应用于内蒙古包 头第 一 热 电 厂 300 MW 机 组、内 蒙 古 达 拉 特 电 厂 330 MW 机组，经过测试，该除尘器各项技术指标达 到或 优 于 设 计 要 求，粉 尘 出 口 排 放 浓 度 达 到 30 mg / m3 以下［9］。
袋式除尘器最大缺点是受滤袋材料的限制，在高 温、高湿度、高 腐 蚀 性 气 体 环 境 中，除 尘 时 适 应 性 较 差。运行阻力较大，平均运行阻力在 1 500 Pa 左右， 有的袋式除尘器运行不久阻力便超过 2 500 Pa［2］。 另外，滤袋易破损、脱落，旧袋难以有效回收利用。
美国 环 保 署 的 环 境 技 术 认 证 （ Environmental Technology Verification，ETV） 项目对 ePTFE 覆膜滤料 做过的 性 能 检 测 发 现 滤 料 覆 膜 可 一 定 程 的 地 控 制 PM2. 5 和消除有害气体［3］，此项目对袋式除尘技术的 发展有较好的引导作用。改进袋式除尘器可从三个 方面进一步研究： 滤料覆膜，滤料的改进创新，旧袋的 有效回收利用。 1. 3 电袋复合除尘技术
图 2 电聚并原理示意 Fig． 2 Principle of particle agglomeration in electric field
澳大利亚 Indigo（ 英迪格） 技术有限公司于 2002 年推出了 Indigo 凝聚器工业产品，至 2008 年 10 月， Indigo 凝聚器已经在澳大利亚、美国、中国等国家的 8 家电厂中使用，测试结果表明，PM2. 5 、PM1. 0 排放可 分别减少 80% 、90% 以上［4］。自 2007 年始，华北电 力大学和北京大学共同参与国家“863 ”课 题“超 细 颗 粒物聚并新技术开发”，从实验和理论计算两方面对 超细颗粒物湍流聚并技术进行了大量研究，自行研发
电袋复合式除尘器的改进有三个方面： 优化静电 除尘单元和袋式除尘单元的长时间协同作用以及相 对结构布置，消除静电除尘单元产生的臭氧，滤料的 技术创新。 2 烟气除尘新技术
由于种种实际因素，上述三种除尘器很难满足烟 气出口排尘量低于 30 mg / m3 的新标准，尤其对 PM2. 5 的排放控制不佳。近年来，国内外学者对除尘新技术 进行了大量的理论研究和实验论证，如聚并技术、湿 式电除尘技术、旋转电极技术、高频电源技术、烟气调 质技术，许 多 技 术 已 获 得 突 破 性 进 展 并 初 步 开 始 应 用，但仍需完善和改进。 2. 1 聚并技术
环境工程
70
Environmental Engineering
燃煤锅炉烟气除尘技术的现状及进展
陈冬林 吴 康 曾 稀
（ 长沙理工大学 能源与动力工程学院，长沙 410004）
摘要： 介绍了现阶段国内燃煤锅炉烟气除尘技术，包括静电除尘、袋式除尘和电袋复合除尘的原理、特点和改进方向， 并对近年来国内外发展的烟气除尘新技术的原理及研究现状进行评述，展望了国内燃煤锅炉烟气除尘技术的发展前 景与技术方向。 关键词： 燃煤锅炉； 除尘技术； 新技术； PM2. 5
和收尘极之间通上高压直流电，所产生的强电场使气 体电离、粉尘荷电，带有正、负离子的粉尘颗粒分别 向电晕极和收尘极运动而沉积在极板上，使积灰通过 振打装置落进灰斗。
由于静电除尘器基于荷电收尘机理，静电除尘器 对飞灰性质（ 成分、粒径、密度、比电阻、黏附性等） 十 分敏感，特别对高比电阻粉尘、细微烟尘捕集困难，运 行工况变化对除尘效率也有较大影响。另外其不能 捕集有害气体，对制造、安装和操作水平要求较高。
图 1 我国火电厂各除尘方式所占比例 Fig． 1 Proportion of different dust removal technologies
for thermal power plants in China
大气污染防治
Air Pollution Control
71
1. 1 静电除尘技术 静电除尘器（ ESP） 的主要工作原理是在电晕极
聚并是指微细粉尘通过物理或化学的途径互相 接触、碰撞而结合成较大颗粒的过程。微细烟尘聚并 成较大颗粒后，更容易被除尘器捕集，提高了微细烟 尘的脱除效率。当前国内外研究的聚并技术主要有： 电聚并、湍流凝并、声聚并、蒸汽相变聚并、化学聚并 和光聚并等。
电聚并是各聚并技术中最实用有效的方法。电 聚并是通过细颗粒荷电，促使细颗粒相互吸引、碰撞、 聚并，使细颗粒团聚成大颗粒。电聚并的效果取决于 粒子的浓 度、粒 径、电 荷 的 分 布 以 及 外 电 场 的 强 弱 （ 图 2） 。
湿式静电除尘器也有一些缺陷： 湿式静电除尘器 布置在脱硫系统后，场地空间受限制； 虽然湿式静电 除尘系统的冲洗水采用闭式循环，但由于水中含尘量 增加，仍需不断补充原水； 其大量部件长期处于潮湿 环境，对材料的耐腐蚀性要求较高。 2. 3 旋转电极技术
旋转百度文库极式电除尘器与常规电除尘器的除尘原 理完全相同，在清灰方式上有很大改变。旋转电极是 由若干个小块极板固定在板链上低速旋转，极板由原 来的整体压型板改为小块极板，通过板链带动旋转。 其清灰方式采用旋转钢刷清灰，从根本上改变了常规 电除尘器的振打装置清灰，彻底避免了振打清灰造成
收稿日期： 2013 － 10 － 24
1 我国烟气除尘技术现状 目前我国电除尘器的生产规模和使用数量均居
世界首位，电除尘技术接近世界先进水平。布袋除尘 器的技术核心在于滤料，随着材料科技的不断进步， 袋式除尘技术得到广泛应用。电袋复合除尘技术是 基于静电除尘和袋式除尘两种成熟的除尘理论，由我 国自行研发提出的新型除尘技术，近几年已在多家电 厂成功 应 用。 我 国 火 电 厂 各 除 尘 方 式 所 占 比 例 见 图 1。
Abstract： The present technologies for dust removal from flue gas，such as electrostatic precipitation，bag hose precipitation and electric and bag composite precipitation were discussed． Principles，characteristics and improvement direction of then were introduced． Then the situation of application and principle of new technologies for dust removal from flue gas developed in recent years were commented． As well as the development of technology for dust removal from flue gas of coal-fired boilers in China was presented． Keywords： coal-fired boilers； dust removal technology； new technology； PM2. 5
我国是煤炭消费大国，每年消耗原煤约 21. 5 亿 t， 约 70% 被燃煤电厂使用［1］。我国能源结构决定了以 煤炭为主的火力发电格局。煤炭燃烧会产生大量的 粉尘颗粒，其中细微粉尘 PM2. 5 会引起心肺呼吸道疾 病，同时也会引起灰霾天气，导致大气能见度下降。
国家环保部于 2011 年发布了 GB 13223—2011 《火电厂大 气 污 染 物 排 放 标 准 》，规 定 火 力 发 电 锅 炉 烟尘排放浓度最高限值为 30 mg / m3 ，重点地区最高 限值为 20 mg / m3 ； 2012 年发布 GB 3095—2012《环境 空气质量标准》，将 PM2. 5 写入国标，并纳入各省市的 强制监测范畴； 2013 年国务院发布《大气污染防治行 动计划》，明 确 了 具 体 任 务，提 出 了 十 条 具 体 措 施。 随着各文件的出台，燃煤锅炉除尘领域面临着前所未 有的压力和挑战，仅靠对现有除尘器的常规改造，很 难满足新的烟尘排放标准。特别对 PM2. 5 的排放控 制，成为燃煤电厂亟待解决的难题。