【干货】超低排放烟尘控制集成技术-北极星火力发电网

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摘要：针对煤电机组烟尘超低排放技术改造难度大、风险高,改造结果不易达到预期效果等问题,介绍了煤电超低排放烟尘改造技术路线中干式电除尘器、旋转电极、湿式电除尘器、高频电源、低温省煤器、高效除尘脱硫系统的技术特点,对湿式电除尘器的适用范围与改进方向提出了建议,并对相关设备在设计、制造、施工、运行、监控等方面的注意事项进行了系统阐述。实践证明:煤电机组超低排放改造后,烟尘含量可以达到燃气电站排放的标准,烟尘测量值与机组负荷的变化趋势吻合较好,进一步佐证了超低排放烟尘数据的可靠性。

0引言

煤基能源是我国大气污染物和温室气体排放的主要来源之一[1-4]，近年来，随着全国范围内大规模雾霾天气的持续，国家对燃煤电站烟尘排放提出了越来越高的要求。根据GB13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》要求[5]，对于大气污染联防联控工作的重点区域烟囱出口烟气中的烟尘浓度应低于20mg/Nm3的排放限值。2014年9月，国家发改委、国家环保部和国家能源局联合下发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》(发改能源〔2014〕2093号)，以天然气为燃料的燃气机组排放限值(烟尘浓度应低于5mg/Nm3)为基准，对新建煤电机组供电煤耗和大气污染物排放浓度，以及现役机组升级改造节能减排目标作出明确规定。

为满足日益严格的排放标准要求，我国燃煤电站烟尘控制技术在不断发展。20世纪70年代干式电除尘器开始在电厂应用，20世纪90年代开始逐步普及[6]，平均效率已由1985年的90􀆰6%提高到目前的99%以上的水平。在进行高频电源、旋转电极及低温电除尘器改造后，许多工程干式电除尘器出口烟尘含量已达到GB13223—2011标准要求的烟囱出口20mg/Nm3的水平。2005年以来，我国燃煤电厂烟气脱硫装置增长迅速，其中应用最为广泛的湿法石灰石-石膏法在脱硫的同时可以进一步脱除烟尘，一些工程脱硫出口烟尘能达到发改能源〔2014〕2093号文件要求的烟囱出口5mg/Nm3的水平[7-13]。但由于脱硫后烟尘达到5mg/Nm3以下的技术尚未完全成熟，目前，煤电机组通常在脱硫后仍安装湿式电除尘进一步除尘，以确保实现超低排放乃至更低的烟尘排放限值。

1超低排放烟尘控制技术路线分析

煤电机组超低排放典型技术路线如图1所示，其中，高效低氮燃烧和全负荷SCR主要为了脱硝;高效脱硫系统主要是脱硫，对烟尘控制也有一定作用;在烟尘控制方面，与常规机组相比，增加了湿式电除尘器，同时一般将干式多电场电除尘器的最后一个电场改为旋转电极(其余电场仍为传统的平板形)，此外，干式电除尘器和湿式电除尘器均采用高频电源，低温省煤器则根据机组的实际情况决定是否安装。随着高效脱硫系统除尘效果的快速发展，一些超低排放改造机组已取消了湿式电除尘器。

干式电除尘器基本原理是利用强电场使气体电离，烟尘荷电，并在电场力的作用下分离、捕集烟尘，由高压电源和电除尘器本体组成。1923年电除尘器开始应用于火电厂排烟除尘，因除尘效率高、阻力损失小、能耗少、耐高温等优点，逐步得到普遍应用。常规的干式电除尘器采用高压工频电源与平板形结构，若干组阳极板与阴极板平行布置，通过定期振打清除极板上沉积的烟尘。

旋转电极改传统的振打清灰为清灰刷清灰，清灰刷置于非收尘区，最大限度地减少二次扬尘，使极板始终保持干净，防止反电晕，除尘器效率得到保障。旋转电极的原理如图2所示。

湿式电除尘器的主要工作原理与干式除尘器基本相同，即烟气中的烟尘颗粒通过电场力的作用，被吸附到集尘极上;与干式电除尘器通过震动将极板上的灰震落至灰斗，不同的是，湿式电除尘器将水喷至极板上使烟尘冲刷到灰斗中随水排出。同时喷到烟道中的水雾既能捕获微小烟尘，又能降低电阻率，有利于微尘向极板移动。湿式电除尘器在日本、美国、欧洲已比较成熟，在日本碧蓝电厂等工程运行情况来看，湿式电除尘器可以长期高效稳定地除去烟气中PM2􀆰5、SO3等污染物微小颗粒。

高频电源将三相工频电源通过整流形成直流电，再通过逆变电路形成高频交流电，最后经整流变压器升压整流后，形成高频脉动电流送电除尘器，其工作频率约为20kHz。高频电源的供电电流由一系列窄脉冲构成，其脉动幅度、宽度及频率均可以调整，可以给电除尘器提供各种电压波形，控制方式灵活，可以根据电除尘器的工况提供最合适的电压波形[14-15]。与工频电源相比，高频电源可增大电晕功率，增加了电场烟尘的荷电效果;转换效率与功率因数高、采用三相平衡供电对电网影响小;控制策略和控制模式多样，能适应各种工况;一体化设计、体积小、质量小，安装方便。

低温省煤器能够降低排烟温度，减少排烟损失，提高电厂的经济性。增设低温省煤器除了节能之外，还可将电除尘器入口烟气温度降至酸露点以下(一般为90℃左右)，使烟气中的大部分SO3冷凝形成硫酸雾，黏附在烟尘表面并被碱性物质中和，烟尘的比电阻大幅降低，除尘效率得到提高。一般将在酸露点温度运行的电除尘器称为低低温电除尘器，日本对低低温电除尘技术做了大量的研究，在煤电工程实践中成功解决了最受关注的腐蚀和二次扬尘问题。

在传统干式电除尘器技术的基础上，通过旋转电极、高频电源、湿式电除尘等先进技术，2014年以来国内部分电厂已经实现了烟尘超低排放，对PM2􀆰5、SO3等污染物微小颗粒也有较好的抑制作用。2014年6月，神华浙江舟山电厂4号机组(35万kW)成为我国首个实现超低排放的新建燃煤机组，该机组采用5电场干式电除尘器(4电场+1旋转电极电场)+海水脱硫装置+湿式电除尘器，所有电除尘器均采用高频电源技术，烟尘实测结果如下(电除尘器与湿式电除尘器之间的海水脱硫装置对烟尘也有一定控制作用)：干式除尘出口烟尘浓度运行测量值为16􀆰53mg/Nm3，湿式电除尘器进口含尘浓度、出口烟尘浓度运行测量分别为10.3和2.46mg/Nm3，除尘效率为75.92%。

原标题：超低排放烟尘控制集成技术

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