燃煤电厂烟气超低排放控制技术研究现状及工程应用

燃煤电厂烟气超低排放控制技术研究现状及工程应用

傅聪丽

浙江天蓝环保技术股份有限公司浙江省311202

摘要：随着社会的进步，人们越来越重视环保，面对巨大的环境保护压力，能源供给以煤炭为主的我国，在现行严格的火电厂排放标准基础上，提出了燃煤电厂超低排放要求，即燃煤机组达到天然气燃气轮机组排放限值标准。介绍了各种先进高效的除尘、脱硫、脱硝技术，以及各个烟气污染物脱除装置的协同效应和超低排放工程实施情况，指出多种污染物高效协同脱除集成技术是燃煤电厂烟气污染治理的主要发展方向。

关键词：燃煤电厂；超低排放；除尘

引言

1我国燃煤电厂污染物排放现状

我国电力行业是大气污染物的排放大户，烟尘、SO2、NOx、汞的排放量均居各行业前列。新的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223—2011）再一次大幅提高了燃煤发电厂烟尘、SO2、NOx等污染物的排放限值规定，并首次对重金属汞排放限值做出了规定，目前，我国燃煤电厂现行排放标准大多数指标已高于主要发达国家，为进一步大幅度削减燃煤电厂污染物排放总量，环保部、发改委、能源局印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》要求：到2020年，全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放（即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50mg/m3。这就意味着经济高效的超低排放技术的研究与发展尤为重要。

2燃煤电厂烟尘“超低排放”技术发展现状

燃煤电厂普遍采用的高效除尘装置有电除尘器、布袋除尘器以及电袋复合式除尘器，目前仍以电除尘器为主，我国燃煤电厂大部分都采用电除尘器，约占到火电装机容量的80%。随着环保要求的愈加严格，对除尘效率的要求越来越高，面对超低排放要求，要达到烟尘排放小于10mg/m3就要求电厂对现有除尘机组进行提效改造，采用高效除尘技术以达到排放要求。

为达到超低排放要求，烟尘控制技术可以在湿法脱硫前采用电除尘器、袋式除尘器、电袋复合除尘器进行除尘，当单独采用电除尘器时，一般需要应用电除尘器新技术，包括低低温电除尘技术、旋转电极技术等。此外，若要将烟尘排放浓度控制在5mg/m3以内，还需在湿法脱硫后加装湿式电除尘器。

2.1低低温电除尘技术

低低温电除尘技术是在电除尘器前增加烟气换热装置，一般为低温省煤器或热媒体气气换热装置，将进入电除尘器的烟气温度降低到90℃左右，烟气量减少，粉尘性质得到改变，从而提高了除尘器性能。该技术适用于低硫煤，且烟气含尘浓度不大于100g/m3。其具有以下几个优点。

（1）粉尘比电阻降低，适用范围扩大。烟气温度降低到90℃，低于酸露点，使得SO3冷凝，比电阻可以降低到反电晕临界比电阻以下，反电晕现象得到有效避免，扩大了电除尘器对煤种的适应。

（2）烟气量降低，电场击穿电压提高。烟气温度降低，烟气中颗粒及气体分子热运动能力减弱，烟气体积下降，风速变缓，不仅有利于细微颗粒物的捕集，还可以降低下游设备的规格，有研究显示，烟气温度每降低10℃，烟气量降低约2.5%，电厂击穿电压将上升约3%，从而提高电场强度，增加粉尘荷电量，提高除尘效率。

（3）余热可利用，能耗降低。低低温电除尘器入口烟气温度降低，回收的热量可用于加热汽机冷凝水或锅炉补给水以提高热利用效率，节约了用煤。对于后续湿法脱硫系统，由于烟温降低，脱硫效率提高，减少了工艺降温耗水量，从而降低能耗，降低成本，减少了脱硫系统的二次污染。

（4）SO3可被协同去除。烟气温度低于酸露点，烟气中大部分的SO3在换热装置中因温度降低而冷凝成硫酸雾，并被粉尘吸附且与碱性物质发生中和反应，被协同去除，SO3的去除率通常可达90%以上。此外，SO3的去除解决了湿法脱硫工艺中SO3腐蚀的难题，有良好的经济效益。

2.2旋转电极静电除尘技术

旋转电极静电除尘技术的除尘原理与常规除尘技术相同，不同之处在于清灰方式。常规电除尘技术采用振打或声波的方式来清灰，旋转电极静电除尘技术则是采用可上下移动的收尘极板和非电场区旋转的刷子来清灰。

粉尘被收集到阳极板上，阳极板在顶部驱动轮的带动下上下移动，附着的粉尘在还未达到形成反电晕的厚度时便移动到灰斗内，被旋转的清灰刷清除。该技术可清除常规清灰方式难以清除的粉尘，能有效避免反电晕现象，最大限度地减少振打方式造成的二次扬尘，且粉尘的驱进速度可达固定电极电场的2.5倍，能够大幅度提高除尘效率。

旋转电极式电除尘器具有结构紧凑、占地面积较小、避免二次扬尘、除尘效率高、能耗少、运行费用低等优点，既能解决常规电除尘器对高比电阻粉尘、高黏性粉尘清灰难、除尘效率低的问题，又能弥补袋式除尘设备压力损失大、运行费用高、难处理高温高湿烟气的缺陷。因此，旋转电极式电除尘器对不同煤种的适应性高，应用范围比常规电除尘器更广，尤其是在高比电阻粉尘、黏性粉尘的去除方面有较好的优势。

该技术已成功应用于多个火电厂的电除尘器改造。某火电厂330MW机组配套烟气除尘设备为2F300－4型双室四电场电除尘器，改造前出口粉尘浓度≥200mg/m3，对原除尘器的前3个电场进行检修、优化调试，并对第四电场进行旋转电极式改造，改造后电除尘器出口粉尘浓度降至30mg/m3以下。某1000MW的机组配套烟气除尘设备为2F734－5型电除尘器，原电除尘器设计出口粉尘浓度≤30mg/m3，为满足新要求，需降低电除尘器出口粉尘浓度在15mg/m3以下，而电除尘器周围又无可利用场地对电除尘器进行扩容，因此将电除尘器改造成旋转电极式除尘器，设计出口粉尘浓度≤15mg/m3。

2.3湿式电除尘技术

由于我国燃煤电厂用煤煤质较差，灰分较高，仅采用传统的干式静电除尘器想要达到烟尘浓度小于5mg/m3的超低排放有一定的难度，因此，常在脱硫塔后加装湿式电除尘器（WESP），以脱除饱和烟气中的细颗粒物，达到稳定超低排放的目的。WESP通过气体电离、粉尘荷电、集尘、冲刷清灰四步除尘，其工作原理是：气体在直流高电压作用下电离，产生大量的阳离子、阴离子和电子，这些带电粒子吸附在粉尘上，使粉尘荷电，荷电后的粉尘在电场力的作用下移动到集尘极上，再将冲洗液喷至集尘极上形成连续的水膜，使得捕获的粉尘随着水膜掉到灰斗中而被去除。湿式静电除尘器与干式静电除尘器的不同之处在于清灰方式，湿式电除尘器是通过液体冲洗集尘极高效清灰，因此不受粉尘比电阻影响，避免了反电晕和二次扬尘的问题；此外，湿式电除尘器不仅可以有效去除烟气中的细颗粒物，还可协同脱除SO2、SO3酸雾、重金属（Hg、As、Pb等）、有机污染物（多环芳烃、二英）以及除雾器后的脱硫石膏液滴等污染物，是一种高效的静电除尘器。

目前在工程上应用较多的WESP有3种设计形式，分别是：①垂直烟气流独立设计；②水平烟气流独立设计；③垂直烟气流与WFGD整体式设计。

目前WESP在国内外许多工程上都得到了应用。日本中部电力碧南电厂2台1000MW机组在湿法脱硫后应用日立湿式电除尘器，烟尘排放浓度长期维持在2～5mg/m3。国华舟山电厂4号机组加装三菱湿式静电除尘器后，出口烟尘浓度从10.30mg/m3降至2.46mg/m3。湖南益阳电厂于2012年对燃煤烟气的处理进行技术改造，在湿法脱硫塔后加装柔性电极WESP，测试结果表明，该WESP对脱硫后的烟气中烟尘、石膏等固体的去除率为86.4%，对酸雾的去除率为91.3%，对气态汞的去除率为57.4%。随着湿式静电技术的进一步研究和改进，湿式电除尘器将在污染物协同控制和深度净化上被寄予更多期望。

结语

电除尘新技术与湿式静电除尘技术配套使用，可有效降低烟尘出口浓度，缓解“石膏雨”现象，同时可实现对SO2、SO3酸雾、重金属、有机污染物等的协同净化，实现超低排放，为防治雾霾、酸雨、光化学烟雾等环境问题做出积极贡献，具有良好的社会和环境效益。燃煤电厂可根据不同的煤质、排放要求、锅炉型号、经费预算等合理选择烟尘控制技术。

参考文献：

[1]张伟波，潘宇超，崔志强，等．我国新能源发电发展思路探析［J］．中国能源，2012，（4）

[2]沈亚林，赵文．超低排放烟尘控制集成技术［J］．煤炭科学技术，2016，（2）