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燃煤鍋爐煙氣除塵技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展建議與展望

我國(guó)是煤炭消費(fèi)大國(guó)，每年消耗原煤約21.5億t，約70%被燃煤電廠使用。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)決定了以煤炭為主的火力發(fā)電格局。煤炭燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵顆粒，其中細(xì)微粉塵PM2.5會(huì)引起心肺呼吸道疾病，同時(shí)也會(huì)引起灰霾天氣，導(dǎo)致大氣能見度下降。

國(guó)家環(huán)保部于2011年發(fā)布了GB13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，規(guī)定火力發(fā)電鍋爐煙塵排放濃度最高限值為30mg/m3，重點(diǎn)地區(qū)最高限值為20mg/m3;2012年發(fā)布GB3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，將PM2.5寫入國(guó)標(biāo)，并納入各省市的強(qiáng)制監(jiān)測(cè)范疇;2013年國(guó)務(wù)院發(fā)布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，明確了具體任務(wù)，提出了十條具體措施。

隨著各文件的出臺(tái)，燃煤鍋爐除塵領(lǐng)域面臨著前所未有的壓力和挑戰(zhàn)，僅靠對(duì)現(xiàn)有除塵器的常規(guī)改造，很難滿足新的煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)。特別對(duì)PM2.5的排放控制，成為燃煤電廠亟待解決的難題。

1我國(guó)煙氣除塵技術(shù)現(xiàn)狀

目前我國(guó)電除塵器的生產(chǎn)規(guī)模和使用數(shù)量均居世界首位，電除塵技術(shù)接近世界先進(jìn)水平。布袋除塵器的技術(shù)核心在于濾料，隨著材料科技的不斷進(jìn)步，袋式除塵技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。電袋復(fù)合除塵技術(shù)是基于靜電除塵和袋式除塵兩種成熟的除塵理論，由我國(guó)自行研發(fā)提出的新型除塵技術(shù)和脫硫除塵設(shè)備，近幾年已在多家電廠成功應(yīng)用。我國(guó)火電廠各除塵方式所占比例見圖1。

燃煤鍋爐煙氣除塵技術(shù)趨勢(shì)分析

1.1靜電除塵技術(shù)

靜電除塵器(ESP)的主要工作原理是在電暈極和收塵極之間通上高壓直流電，所產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)使氣體電離、粉塵荷電，帶有正、負(fù)離子的粉塵顆粒分別向電暈極和收塵極運(yùn)動(dòng)而沉積在極板上，使積灰通過振打裝置落進(jìn)灰斗。

由于靜電除塵器基于荷電收塵機(jī)理，靜電除塵器對(duì)飛灰性質(zhì)(成分、粒徑、密度、比電阻、黏附性等)十分敏感，特別對(duì)高比電阻粉塵、細(xì)微煙塵捕集困難，運(yùn)行工況變化對(duì)除塵效率也有較大影響。另外其不能捕集有害氣體，對(duì)制造、安裝和操作水平要求較高。中國(guó)供熱信息網(wǎng)了解到對(duì)現(xiàn)有靜電除塵器提效改造技術(shù)有三種可行方向:改進(jìn)靜電除塵器(包括靜電除塵器擴(kuò)容、采用電除塵新技術(shù)及多種新技術(shù)的集成)、電袋復(fù)合除塵技術(shù)、濕式電除塵技術(shù)。

1.2袋式除塵技術(shù)

袋式除塵器的主要工作原理包含過濾和清灰兩部分。過濾是指含塵氣體中粉塵的慣性碰撞、重力沉降、擴(kuò)散、攔截和靜電效應(yīng)等作用結(jié)果。布袋過濾捕集粉塵是利用濾料進(jìn)行表面過濾和內(nèi)部深層過濾。清灰是指當(dāng)濾袋表面的粉塵積聚達(dá)到阻力設(shè)定值時(shí)，清灰機(jī)構(gòu)將清除濾袋表面煙塵，使除塵器保持過濾與清灰連續(xù)工作。

袋式除塵器最大缺點(diǎn)是受濾袋材料的限制，在高溫、高濕度、高腐蝕性氣體環(huán)境中，除塵時(shí)適應(yīng)性較差。運(yùn)行阻力較大，平均運(yùn)行阻力在1500Pa左右，有的袋式除塵器運(yùn)行不久阻力便超過2500Pa。另外，濾袋易破損、脫落，舊袋難以有效回收利用。美國(guó)環(huán)保署的環(huán)境技術(shù)認(rèn)證(EnvironmentalTechnologyVerification，ETV)項(xiàng)目對(duì)ePTFE覆膜濾料做過的性能檢測(cè)發(fā)現(xiàn)濾料覆膜可一定程的地控制PM2.5和消除有害氣體，此項(xiàng)目對(duì)袋式除塵技術(shù)的發(fā)展有較好的引導(dǎo)作用。改進(jìn)袋式除塵器可從三個(gè)方面進(jìn)一步研究:濾料覆膜，濾料的改進(jìn)創(chuàng)新，舊袋的有效回收利用。

1.3電袋復(fù)合除塵技術(shù)

電袋復(fù)合式除塵器的工作過程是，含塵煙氣進(jìn)入除塵器后，70%～80%的煙塵在電場(chǎng)內(nèi)荷電被收集下來，剩余20%～30%的細(xì)煙塵被濾袋過濾收集。電袋復(fù)合式除塵器兼容了靜電除塵器和袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)，較好的彌補(bǔ)了兩者的不足，除塵機(jī)理科學(xué)合理。

電袋復(fù)合式除塵器主要有臭氧腐蝕、運(yùn)行阻力較高、投資大、占地面積大等缺點(diǎn)，濾袋壽命短及換袋成本高仍是其重要問題。電袋復(fù)合式除塵器的改進(jìn)有三個(gè)方面:優(yōu)化靜電除塵單元和袋式除塵單元的長(zhǎng)時(shí)間協(xié)同作用以及相對(duì)結(jié)構(gòu)布置，消除靜電除塵單元產(chǎn)生的臭氧，濾料的技術(shù)創(chuàng)新。

2煙氣除塵新技術(shù)

由于種種實(shí)際因素，上述三種除塵器很難滿足煙氣出口排塵量低于30mg/m3的新標(biāo)準(zhǔn)，尤其對(duì)PM2.5的排放控制不佳。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)除塵新技術(shù)進(jìn)行了大量的理論研究和實(shí)驗(yàn)論證，如聚并技術(shù)、濕式電除塵技術(shù)、旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)、高頻電源技術(shù)、煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)，許多技術(shù)已獲得突破性進(jìn)展并初步開始應(yīng)用，但仍需完善和改進(jìn)。

2.1聚并技術(shù)

聚并是指微細(xì)粉塵通過物理或化學(xué)的途徑互相接觸、碰撞而結(jié)合成較大顆粒的過程。微細(xì)煙塵聚并成較大顆粒后，更容易被除塵器捕集，提高了微細(xì)煙塵的脫除效率。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的聚并技術(shù)主要有:電聚并、湍流凝并、聲聚并、蒸汽相變聚并、化學(xué)聚并和光聚并等。

電聚并是各聚并技術(shù)中最實(shí)用有效的方法。電聚并是通過細(xì)顆粒荷電，促使細(xì)顆粒相互吸引、碰撞、聚并，使細(xì)顆粒團(tuán)聚成大顆粒。電聚并的效果取決于粒子的濃度、粒徑、電荷的分布以及外電場(chǎng)的強(qiáng)弱。

澳大利亞Indigo(英迪格)技術(shù)有限公司于2002年推出了Indigo凝聚器工業(yè)產(chǎn)品，至2008年10月，Indigo凝聚器已經(jīng)在澳大利亞、美國(guó)、中國(guó)等國(guó)家的8家電廠中使用，測(cè)試結(jié)果表明，PM2.5、PM1.0排放可分別減少80%、90%以上。自2007年始，華北電力大學(xué)和北京大學(xué)共同參與國(guó)家“863”課題“超細(xì)顆粒物聚并新技術(shù)開發(fā)”，從實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算兩方面對(duì)超細(xì)顆粒物湍流聚并技術(shù)進(jìn)行了大量研究，自行研發(fā)出一套雙極荷電-湍流聚并裝置。此外，自2011年始，北京大學(xué)與長(zhǎng)沙理工大學(xué)合作，設(shè)計(jì)了2臺(tái)超細(xì)顆粒聚并器，并在大唐湖南耒陽電廠300MW鍋爐機(jī)組上開展了實(shí)驗(yàn)研究，目前仍在考核實(shí)驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果中超細(xì)顆粒聚并效果顯著。

該技術(shù)不僅能較大幅度提高除塵效率，還能對(duì)PM2.5有效控制，工藝簡(jiǎn)單可靠，有廣闊的應(yīng)用前景。由于電聚并器一般安裝在電除塵器的煙道前，其安裝空間受到了一定限制。另一方面因煙道內(nèi)氣流速度大，不適用于收集磨琢性強(qiáng)的煙塵。此外，如何減少在電聚并器段的壓力損失也是目前測(cè)試階段需要解決的問題。

2.2濕式電除塵技術(shù)

濕式電除塵技術(shù)與干法靜電除塵技術(shù)對(duì)粉塵捕集的原理基本相同，兩者結(jié)構(gòu)也類似。所不同的是清灰方式，濕式除塵器取消了傳統(tǒng)的機(jī)械振打清灰方式，通過煙氣與水接觸使飛灰沉降。根據(jù)濕式除塵器原理和結(jié)構(gòu)的不同，有自激式除塵、麻石水膜除塵、噴淋式除塵三種主要形式。