電除塵技術發展面臨的挑戰解析
2019-08-0717:02:46
摘 要：闡述(shu)了目前燃煤電廠煙塵(chen)(chen)治(zhi)理的主流技(ji)術(shu)電除塵(chen)(chen)器所面臨的技(ji)術(shu)瓶頸，如(ru)爐型多(duo)樣(yang)、煤質和工況(kuang)多(duo)變，以及(ji)超低排放形勢下的新問題等，并基(ji)于此對(dui)后續電除塵(chen)(chen)技(ji)術(shu)發展(zhan)(zhan)進(jin)行(xing)了展(zhan)(zhan)望(wang)。
前言
隨著電力工業的(de)高(gao)速(su)發(fa)展，污染(ran)物(wu)(wu)排放的(de)增加對大(da)氣(qi)環境造成(cheng)了(le)很大(da)影響。2014年9月發(fa)改委、環保(bao)部、能源局三部委聯(lian)合印發(fa)了(le)《煤電節能減排升級與改造行(xing)動計劃(hua)（2014～2020年）》，要求嚴(yan)控大(da)氣(qi)污染(ran)物(wu)(wu)排放。
燃(ran)煤電廠排放的(de)(de)大(da)氣(qi)(qi)污(wu)染物(wu)主要為煙塵(chen)、二氧化硫和氮氧化物(wu)，從燃(ran)煤電廠煙氣(qi)(qi)污(wu)染物(wu)的(de)(de)控(kong)制(zhi)過程來(lai)看，我(wo)國的(de)(de)火電發展大(da)致(zhi)經歷了四(si)個(ge)階(jie)(jie)(jie)段(duan)(duan)(duan)：煙塵(chen)控(kong)制(zhi)階(jie)(jie)(jie)段(duan)(duan)(duan)（2002年(nian)以(yi)前(qian)）、煙氣(qi)(qi)脫(tuo)硫的(de)(de)“以(yi)新帶老”階(jie)(jie)(jie)段(duan)(duan)(duan)（2003～2007年(nian)）、主動(dong)煙氣(qi)(qi)治(zhi)理與“上大(da)壓小”階(jie)(jie)(jie)段(duan)(duan)(duan)（2008～2013年(nian)）、超低排放階(jie)(jie)(jie)段(duan)(duan)(duan)（2014年(nian)至今）。超低排放在大(da)氣(qi)(qi)污(wu)染物(wu)的(de)(de)煙塵(chen)治(zhi)理中(zhong)難度大(da)。
1.略
燃(ran)煤電(dian)(dian)(dian)(dian)廠(chang)中采(cai)用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)除(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)(chen)器(qi)的(de)占(zhan)比(bi)(bi)如(ru)圖1所示(shi)。發(fa)達(da)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)除(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)(chen)器(qi)占(zhan)比(bi)(bi)均在80%以上，日本(ben)幾乎所有燃(ran)煤電(dian)(dian)(dian)(dian)廠(chang)的(de)除(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)(chen)均是(shi)采(cai)用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)除(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)(chen)器(qi)。我(wo)國采(cai)用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)除(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)(chen)器(qi)起步(bu)較(jiao)晚，20世(shi)紀(ji)90年(nian)代使用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)除(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)(chen)器(qi)的(de)占(zhan)比(bi)(bi)約(yue)30%，2000年(nian)達(da)到(dao)80%，2005年(nian)以來(lai)(lai)達(da)到(dao)。但隨著超(chao)低排放(fang)要求及(ji)各(ge)項(xiang)標(biao)準的(de)實(shi)施，袋(dai)式(shi)除(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)(chen)和(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)袋(dai)復合除(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)(chen)技術(shu)的(de)應用(yong)占(zhan)比(bi)(bi)增加，電(dian)(dian)(dian)(dian)除(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)(chen)器(qi)所占(zhan)比(bi)(bi)例減少至68%。雖然目前電(dian)(dian)(dian)(dian)除(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)塵(chen)(chen)(chen)技術(shu)依然是(shi)我(wo)國燃(ran)煤電(dian)(dian)(dian)(dian)廠(chang)煙(yan)塵(chen)(chen)(chen)治理(li)的(de)主(zhu)流技術(shu)，但面(mian)臨著技術(shu)、行業等發(fa)展帶來(lai)(lai)的(de)各(ge)種(zhong)挑戰。
1 傳統挑(tiao)戰(zhan)：三大技術瓶頸(jing)
高比電(dian)阻粉塵(chen)(chen)(chen)引(yin)起(qi)(qi)的(de)反電(dian)暈、振(zhen)打引(yin)起(qi)(qi)的(de)二次揚塵(chen)(chen)(chen)及微細粉塵(chen)(chen)(chen)荷電(dian)不充分等在(zai)很大程度上影(ying)響(xiang)了(le)電(dian)除(chu)塵(chen)(chen)(chen)器的(de)除(chu)塵(chen)(chen)(chen)效率，也(ye)是目前電(dian)除(chu)塵(chen)(chen)(chen)器面臨的(de)主要技(ji)術瓶(ping)頸。
（1）高比電(dian)阻粉塵(chen)容易(yi)引起(qi)反電(dian)暈(yun)，使(shi)電(dian)除塵(chen)器(qi)的(de)收塵(chen)性能(neng)大幅下降(jiang)（見圖(tu)2）。燃煤(mei)電(dian)廠鍋(guo)爐(lu)燃用除塵(chen)性能(neng)差的(de)煤(mei)種，電(dian)除塵(chen)器(qi)對其除塵(chen)效率(lv)低下，粉塵(chen)比電(dian)阻與除塵(chen)效率(lv)的(de)關系如圖(tu)3所示。
2.略
（2）電除塵(chen)器通(tong)過振打、聲波等(deng)清灰(hui)方式(shi)清理集塵(chen)上的(de)粉塵(chen)，在清灰(hui)過程(cheng)(cheng)中(zhong)，一部(bu)分已被收集到的(de)粉塵(chen)會重(zhong)新返回到氣流中(zhong)，終逸出電除塵(chen)器，致使粉塵(chen)排放增加。有表(biao)明，在電除塵(chen)器出口的(de)粉塵(chen)中(zhong)，約有20%是由清灰(hui)過程(cheng)(cheng)中(zhong)的(de)二次揚塵(chen)造成的(de)，如(ru)圖4所示。
3.略
（3）粉(fen)(fen)(fen)塵(chen)(chen)(chen)荷(he)電(dian)(dian)有兩(liang)種(zhong)方式：電(dian)(dian)場荷(he)電(dian)(dian)和(he)(he)擴散(san)荷(he)電(dian)(dian)。對于粒(li)徑大(da)于1μm的(de)粉(fen)(fen)(fen)塵(chen)(chen)(chen)，主(zhu)要以電(dian)(dian)場荷(he)電(dian)(dian)為主(zhu)；對于粒(li)徑小于0.1μm的(de)粉(fen)(fen)(fen)塵(chen)(chen)(chen)，主(zhu)要以擴散(san)荷(he)電(dian)(dian)為主(zhu)。介于兩(liang)者之(zhi)間的(de)粉(fen)(fen)(fen)塵(chen)(chen)(chen)，電(dian)(dian)場荷(he)電(dian)(dian)和(he)(he)擴散(san)荷(he)電(dian)(dian)均較弱，因此電(dian)(dian)除塵(chen)(chen)(chen)器這部分(fen)粉(fen)(fen)(fen)塵(chen)(chen)(chen)的(de)除塵(chen)(chen)(chen)效率低（如圖(tu)5所示(shi)(shi)）。燃煤電(dian)(dian)廠排放以PM2.5甚至亞微米級的(de)細(xi)顆(ke)粒(li)為主(zhu)，以數量計可達到顆(ke)粒(li)物總(zong)數的(de)90%以上，現有各種(zhong)除塵(chen)(chen)(chen)設備中細(xi)顆(ke)粒(li)的(de)穿(chuan)透率如圖(tu)6所示(shi)(shi)。
4.略
2 基本國情：爐型多樣、煤質和工況多變
2.1 爐型多樣
與煤(mei)(mei)粉爐相(xiang)比，循(xun)環流化床采用(yong)電除塵(chen)(chen)器(qi)時(shi)，需要大(da)的比集(ji)塵(chen)(chen)面積(ji)(ji)，且一般循(xun)環流化床鍋(guo)爐所(suo)燒煤(mei)(mei)種(zhong)多為劣質(zhi)煤(mei)(mei)。實際工程中某煤(mei)(mei)粉爐與循(xun)環流化床鍋(guo)爐配套(tao)電除塵(chen)(chen)器(qi)主要參數對比如(ru)圖7所(suo)示。循(xun)環流化床鍋(guo)爐所(suo)燒煤(mei)(mei)種(zhong)的Aar高達43.69%，電除塵(chen)(chen)器(qi)入口(kou)(kou)煙塵(chen)(chen)濃度(du)達50g/m3，在(zai)達到(dao)出口(kou)(kou)煙塵(chen)(chen)濃度(du)小于20mg/m3的要求下(xia)，所(suo)需比集(ji)塵(chen)(chen)面積(ji)(ji)為124.98m2/m3/s 。
5.略
2.2 煤質復雜多變
我(wo)國的煤質水平參(can)差不(bu)(bu)齊，據(ju)統(tong)計(ji)，目前(qian)燃用高灰劣質煤（灰分不(bu)(bu)小于25%）的電廠比例約(yue)為(wei)30%，對國內150種煤種的灰分、硫分及其(qi)飛(fei)灰的主要成分進行統(tong)計(ji)分析（如圖(tu)8、圖(tu)9），煤種中Aar從(cong)7%～45%不(bu)(bu)等(deng)，Aar從(cong)0.1%～3.5%不(bu)(bu)等(deng)；飛(fei)灰中各種成分的差異也較(jiao)大，如對電除塵性能影響(xiang)較(jiao)大的Na2O從(cong)0.02%～3.72%不(bu)(bu)等(deng)。
統計實際飛(fei)(fei)灰樣(yang)品250余種，測算其飛(fei)(fei)灰實驗室(shi)比電(dian)(dian)阻(zu)，結果如圖10所示，飛(fei)(fei)灰實驗室(shi)比電(dian)(dian)阻(zu)變(bian)化(hua)范圍(wei)較(jiao)大，從106數量(liang)級(ji)到1013數量(liang)級(ji)，且在實驗溫度為120°C時，高比電(dian)(dian)阻(zu)粉(fen)塵（1011數量(liang)級(ji)以上）占有(you)相當比例。
6.略
2.3 工況多變
鑒(jian)于當前(qian)煤(mei)電產能過剩(sheng)，煤(mei)電利(li)用小時(shi)數持續下(xia)降(jiang)，且受新(xin)能源(yuan)發(fa)展的沖(chong)擊，火電調(diao)峰作(zuo)用日益凸顯，許多(duo)機(ji)(ji)組不得不在低負荷(he)(he)(he)下(xia)持續運行(xing)。以某(mou)電廠(chang)600MW機(ji)(ji)組為例(li)，分別測定其在100%負荷(he)(he)(he)、75%負荷(he)(he)(he)、50%負荷(he)(he)(he)條件下(xia)電除塵器(qi)的電耗(hao)（2280kW、1830kW、1240kW）及比電耗(hao)（0.000633kW·h/m3、0.000678kW·h/m3、0.000689kW·h/m3）數據。隨(sui)著(zhu)負荷(he)(he)(he)降(jiang)低，電除塵器(qi)的比電耗(hao)升(sheng)高，這(zhe)主(zhu)要是因為，一般電源(yuan)參數通過手動調(diao)節，為保險起見，運行(xing)人員一般留有較大余量，也(ye)就是說，電除塵器(qi)在低負荷(he)(he)(he)運行(xing)時(shi)，存在較大的降(jiang)耗(hao)空間(jian)。
7.略
3 超低(di)排(pai)放形(xing)勢下的(de)新問題
3.1 低低溫電除塵技術(shu)提效明顯，但實際(ji)工程存在運行電耗(hao)偏高的問題
低(di)低(di)溫電(dian)(dian)(dian)除(chu)塵(chen)技(ji)術將煙氣(qi)溫度降至酸露點以(yi)下，飛灰性質發生(sheng)大(da)(da)變化，電(dian)(dian)(dian)除(chu)塵(chen)效(xiao)率(lv)可大(da)(da)幅提(ti)升但在國內已投運的(de)低(di)低(di)溫電(dian)(dian)(dian)除(chu)塵(chen)項目(mu)中，經實測，電(dian)(dian)(dian)除(chu)塵(chen)器的(de)電(dian)(dian)(dian)耗卻普遍(bian)偏高。以(yi)某(mou)1000MW機(ji)組為例(li)，其提(ti)效(xiao)情(qing)況(kuang)及電(dian)(dian)(dian)耗情(qing)況(kuang)如圖11所示(shi)。
3.2 濕(shi)式電(dian)除塵技(ji)術可實現低排(pai)放(fang)，但投資及運(yun)行費用(yong)較高
濕(shi)式除(chu)塵器作為煙(yan)氣(qi)治理的(de)(de)終端凈化設備，已廣泛運用于各(ge)燃煤電(dian)廠。濕(shi)式電(dian)除(chu)塵器可穩定實現(xian)超低(di)排(pai)(pai)放，甚至可實現(xian)低(di)于1mg/m3的(de)(de)低(di)排(pai)(pai)放，濕(shi)式電(dian)除(chu)塵器的(de)(de)收塵效率(lv)不(bu)受(shou)粉塵性(xing)質影響，能(neng)夠(gou)解決濕(shi)法脫硫后的(de)(de)煙(yan)塵排(pai)(pai)放達到超低(di)排(pai)(pai)放標(biao)準，運行穩定。但需(xu)額(e)
外的投(tou)資(zi)及運行(xing)費用(yong)，且除了電(dian)耗外還有水耗、堿耗等。基于(yu)金(jin)屬板濕式電(dian)除塵(chen)技術，估算入口煙氣量分別為120萬m3/h（300MW級機組(zu)）、210萬m3/h（600MW級機組(zu)）和320萬m3/h（1000MW級機組(zu)）在不同除塵(chen)效(xiao)率(lv)時投(tou)資(zi)及運行(xing)費用(yong)如表(biao)1所示(shi)。
8.略
在煤質(zhi)條件及(ji)排放要(yao)求相當的(de)條件下(xia)，根據(ju)實際工程案(an)例，對比某A電(dian)廠(chang)(chang)660MW機組（低(di)(di)低(di)(di)溫(wen)+WFGD方案(an)）和B電(dian)廠(chang)(chang)660MW機組（低(di)(di)低(di)(di)溫(wen)+WESP方案(an)）的(de)經濟性(xing)，對比結果(guo)如表2所示。在原初(chu)步設計的(de)除(chu)塵路線基(ji)礎上，A電(dian)廠(chang)(chang)投(tou)資費(fei)(fei)用(yong)兩臺(tai)機組需增加4500萬(wan)元(yuan)，年運行費(fei)(fei)用(yong)增加8萬(wan)元(yuan)；B電(dian)廠(chang)(chang)投(tou)資費(fei)(fei)用(yong)增加7900萬(wan)元(yuan)，年運行費(fei)(fei)用(yong)增加160萬(wan)元(yuan)。對于2臺(tai)660MW機組，“低(di)(di)低(di)(di)溫(wen)+濕式(shi)電(dian)除(chu)塵”方案(an)比“低(di)(di)低(di)(di)溫(wen)+濕法脫硫”方案(an)多投(tou)資3400萬(wan)，且運行費(fei)(fei)用(yong)高150萬(wan)/a。
9.略
10.略
3.3 普通煤種較(jiao)好經(jing)濟性條(tiao)件下的(de)超(chao)低排放(fang)及劣質(zhi)煤超(chao)低排放(fang)
現組中部分項目(mu)為了追求低(di)排放(fang)，并不計較設(she)備投資及(ji)運行(xing)費(fei)用(yong)，是在較大的(de)代價情況下實(shi)現的(de)超低(di)排放(fang)。因此需要對這(zhe)類項目(mu)進行(xing)優化運行(xing)，降低(di)運行(xing)成本(ben)，并對不同(tong)類型(xing)的(de)技(ji)(ji)術進行(xing)技(ji)(ji)術經濟性對比，以(yi)便后續選(xuan)擇(ze)技(ji)(ji)術經濟性佳的(de)技(ji)(ji)術或(huo)技(ji)(ji)術路線。
我國煤(mei)(mei)質水平參差(cha)不齊，現(xian)投運的(de)(de)超低排(pai)放(fang)(fang)機組多(duo)燃(ran)(ran)用(yong)(yong)煤(mei)(mei)，但仍有較多(duo)燃(ran)(ran)用(yong)(yong)劣(lie)(lie)質煤(mei)(mei)的(de)(de)電(dian)廠。燃(ran)(ran)煤(mei)(mei)發(fa)電(dian)的(de)(de)技術成(cheng)熟(shu)度高(gao)，需(xu)要提高(gao)散煤(mei)(mei)品(pin)質，而將(jiang)高(gao)灰劣(lie)(lie)質煤(mei)(mei)用(yong)(yong)來發(fa)電(dian)并實現(xian)污(wu)染(ran)物的(de)(de)超低排(pai)放(fang)(fang)，是(shi)(shi)減少大氣污(wu)染(ran)排(pai)放(fang)(fang)的(de)(de)措施之(zhi)一(yi)，也(ye)是(shi)(shi)煤(mei)(mei)炭(tan)清潔可(ke)持續(xu)利用(yong)(yong)戰略中(zhong)的(de)(de)必(bi)然選擇(ze)和(he)重要內容。因此(ci)，開展燃(ran)(ran)煤(mei)(mei)電(dian)站污(wu)染(ran)物的(de)(de)超低排(pai)放(fang)(fang)，尤其(qi)是(shi)(shi)適用(yong)(yong)于劣(lie)(lie)質煤(mei)(mei)的(de)(de)超低排(pai)放(fang)(fang)技術的(de)(de)應用(yong)(yong)及，具(ju)有深(shen)切(qie)的(de)(de)現(xian)實意(yi)義和(he)深(shen)遠(yuan)的(de)(de)歷史意(yi)義。
3.4 其他問題
總體來說，進(jin)(jin)一步節能降耗將是所(suo)有除塵技(ji)術關(guan)注的。此外，電(dian)除塵器對煤種(zhong)的適應性問題也有待(dai)進(jin)(jin)一步，低(di)低(di)溫電(dian)除塵技(ji)術尚缺少(shao)準(zhun)確、的選(xuan)型設(she)計方法；旋轉電(dian)電(dian)場對現場施工要求較高，部分(fen)項(xiang)目存在(zai)安(an)裝(zhuang)不(bu)規范引起的設(she)備穩定性欠佳等問題。
金(jin)屬板式WESP耗水(shui)、外(wai)排(pai)水(shui)量相對較多，如(ru)直(zhi)接外(wai)排(pai)，需增設(she)廢(fei)水(shui)處理系統，如(ru)進入脫硫塔(ta)補水(shui)，則增加了脫硫廢(fei)水(shui)處理的負擔；導(dao)(dao)電(dian)玻璃(li)鋼(gang)WESP采用(yong)非恒流源電(dian)源供電(dian)時(shi)，玻璃(li)鋼(gang)陽(yang)(yang)管(guan)易(yi)發生閃絡擊穿；陽(yang)(yang)管(guan)導(dao)(dao)電(dian)層易(yi)脫落，廢(fei)舊陽(yang)(yang)管(guan)易(yi)造成二次污染等。另外(wai)，現有除塵設(she)備(bei)的制造、安裝及運(yun)維水(shui)平也有待提高(gao)。
4 展望
未來需(xu)對現有技術(shu)進行節能增效，發展多種污(wu)染(ran)物協(xie)(xie)同脫除(chu)技術(shu)，降(jiang)低(di)投資(zi)和(he)運(yun)行成本(ben)，繼續(xu)推進低(di)低(di)溫電除(chu)塵技術(shu)等在超低(di)排(pai)放機組(zu)中的應用，推廣節水(shui)型WESP，提(ti)高WESP的性和(he)多種污(wu)染(ran)物協(xie)(xie)同控制水(shui)平；提(ti)高設(she)備的制造(zao)、安(an)裝及運(yun)維(wei)水(shui)平。
