燃煤電站電除塵器提效改造技術(shù)路線的選擇

酈建國，吳泉明，余順利，劉 云，周林海

（浙江菲達(dá)環(huán)保科技股份有限公司，浙江 諸暨 311800）

1 引言

電除塵器因具有除塵效率高、處理煙氣量大、適應(yīng)范圍廣、設(shè)備阻力小、運(yùn)行費(fèi)用低、使用方便且無二次污染等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外電力行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。我國燃煤電站現(xiàn)有的煙氣除塵技術(shù)中，電除塵器也長期占據(jù)著主流地位。隨著環(huán)境保護(hù)要求的日益提高，國家制定了更為嚴(yán)格的煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)?！痘痣姀S大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011）規(guī)定：一般地區(qū)煙塵排放濃度限值為30mg/m3，重點(diǎn)地區(qū)煙塵排放濃度限值為20mg/m3，監(jiān)測位置為煙囪或煙道。為滿足此標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)很大一部分燃煤電站現(xiàn)役電除塵器均需要提效改造，因此如何制訂電除塵器提效改造的技術(shù)路線成為行業(yè)內(nèi)關(guān)注和研究的重點(diǎn)問題。近年來，國內(nèi)外學(xué)者的研究多集中于提高電除塵器性能及電除塵器相關(guān)新技術(shù)方面，分別在電除塵器的極配型式[1]、清灰技術(shù)[2-3]、氣流分布[4-5]、電控[6-7]、適應(yīng)性[8]、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性[9]以及新型電除塵技術(shù)[10-12]等方面做了大量的研究工作，也取得了豐碩的成果，但在新標(biāo)準(zhǔn)下電除塵器的提效改造技術(shù)路線方面研究較少。本文試圖通過分析電除塵器提效改造的主要影響因素，在分析現(xiàn)有提效改造技術(shù)及電除塵器對國內(nèi)煤種除塵難易性評價(jià)方法的基礎(chǔ)上，探討了在除塵設(shè)備不同出口煙塵濃度限值下的燃煤電站電除塵器提效改造技術(shù)路線，并提出了采用電除塵技術(shù)路線時(shí)的比集塵面積（SCA）值。

2 電除塵器提效改造的主要影響因素分析

電除塵器（ESP）提效改造需要考慮的主要因素包括：1）煤、飛灰成分；2）除塵設(shè)備出口煙塵濃度要求；3）原電除塵器的狀況，包括比集塵面積（SCA）、電場數(shù)、煙氣流速、目前運(yùn)行狀況（運(yùn)行參數(shù)、ESP出口煙塵濃度）；4）改造場地情況。此外，還應(yīng)對改造后除塵設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、二次污染情況、引風(fēng)機(jī)的壓頭情況進(jìn)行分析。

對于燃煤電站，在影響電除塵器性能的諸多因素中，包括燃煤性質(zhì)（成分、揮發(fā)分、發(fā)熱量、灰熔融性等）、飛灰性質(zhì)（成分、粒徑、密度、比電阻、黏附性等）、煙氣性質(zhì)（溫度、濕度、成分、露點(diǎn)溫度、含塵量等）在內(nèi)的工況條件占據(jù)著核心地位，其中，工況條件中的煤、飛灰成分對電除塵器性能的影響最大[8]。

作為提效改造的最終目的，除塵設(shè)備需達(dá)到的出口煙塵濃度直接影響電除塵器技術(shù)改造路線的制定。

原電除塵器的狀況中的SCA及目前ESP出口煙塵濃度是影響提效改造技術(shù)路線的關(guān)鍵性因素。此外，應(yīng)分析電除塵器運(yùn)行是否處于正常狀態(tài)以便在改造時(shí)對各運(yùn)行狀況作相應(yīng)調(diào)整。

制定電除塵器提效改造的技術(shù)路線必須適用于現(xiàn)有改造場地情況。原電除塵器進(jìn)、出口端是否可增加電場，并應(yīng)充分考慮脫硝改造引風(fēng)機(jī)移位后的富余場地。另外，也可考慮加寬改造的可能性。

如何制訂更具技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)路線在電除塵器提效改造中備受關(guān)注，因此，對應(yīng)技術(shù)路線的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析應(yīng)始終貫徹電除塵器提效改造的全過程。除塵設(shè)備改造的經(jīng)濟(jì)性應(yīng)以一次性投資費(fèi)用即設(shè)備費(fèi)用和全生命周期內(nèi)即設(shè)計(jì)壽命30年的年運(yùn)行費(fèi)用總和進(jìn)行評估。年運(yùn)行費(fèi)用指除塵設(shè)備電耗費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用與引風(fēng)機(jī)電耗費(fèi)用之和。除塵設(shè)備改造的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析內(nèi)容如表1所示。

表1 除塵設(shè)備改造的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析內(nèi)容

3 電除塵器提效改造可采用的技術(shù)

根據(jù)國內(nèi)電除塵器應(yīng)用現(xiàn)狀及新技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用情況，我國電除塵器提效改造可采用的主要技術(shù)有：電除塵器擴(kuò)容、低溫電除塵技術(shù)、旋轉(zhuǎn)電極式電除塵技術(shù)、煙塵預(yù)荷電微顆粒捕集增效技術(shù)（簡稱微顆粒捕集增效技術(shù)）、高頻高壓電源技術(shù)、電袋復(fù)合除塵技術(shù)、袋式除塵技術(shù)、濕式電除塵技術(shù)等。各改造技術(shù)的實(shí)施方法及主要技術(shù)特點(diǎn)如表2所示，各技術(shù)的綜合比較如表3所示。

表2 各改造技術(shù)的實(shí)施方法及主要技術(shù)特點(diǎn)

4 電除塵器提效改造技術(shù)路線分析

電除塵器提效改造技術(shù)路線可分三大類：電除塵技術(shù)路線（包括電除塵器擴(kuò)容、采用電除塵新技術(shù)及多種新技術(shù)的集成）、袋式除塵技術(shù)路線（包括電袋復(fù)合除塵技術(shù)及袋式除塵技術(shù)）、濕式電除塵技術(shù)路線。

表3 各改造技術(shù)的綜合比較

4.1 電除塵器提效改造技術(shù)路線的決定性因素—煤種的除塵難易性

電除塵器提效改造的最終目的為提高除塵效率以滿足煙塵排放要求，而電除塵器的除塵效率主要取決于其對所燃用煤種的除塵難易性，因此煤種的除塵難易性成為改造技術(shù)路線的決定性因素。電除塵器對煤種的除塵難易性評價(jià)方法主要有：1）按煤種名稱評價(jià)。由于很多煤種沒有名稱，因此該方法的覆蓋面較小，且相同名稱的煤種成分也存在一定的差異。2）按煤、飛灰成分評價(jià)。該方法的準(zhǔn)確性存在一定偏差，且不能涵蓋所有煤種，僅供參考。3）按表觀驅(qū)進(jìn)速度ωk評價(jià)。該方法較科學(xué)，但需專業(yè)軟件進(jìn)行計(jì)算。

按煤種名稱評價(jià)ESP對國內(nèi)煤種的除塵難易性如表4所示；按煤種煤、飛灰成分評價(jià)ESP對國內(nèi)煤種的除塵難易性如表5所示；按表觀驅(qū)進(jìn)速度ωk值的大小評價(jià)ESP對國內(nèi)煤種的除塵難易性，如表6所示。

4.2 改造技術(shù)路線分析

對于既定的除塵設(shè)備出口煙塵濃度限值要求，電除塵器提效改造時(shí)需要優(yōu)先分析煤種的除塵難易性及原有電除塵器的狀況（以比集塵面積SCA和目前電除塵器的出口煙塵濃度為主要考慮因素），在考慮滿足現(xiàn)有改造場地的前提下，以具備最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)性為原則來確定改造技術(shù)路線。

表4 按煤種名稱評價(jià)ESP對國內(nèi)煤種的除塵難易性

表5 按煤、飛灰成分評價(jià)ESP對國內(nèi)煤種的除塵難易性

表6 按ωk評價(jià)ESP對國內(nèi)煤種的除塵難易性

（1）除塵設(shè)備出口煙塵濃度限值為50mg/m3時(shí)改造技術(shù)路線。

1）煤種除塵難易性評價(jià)為“一般及以上”時(shí)，優(yōu)先采用電除塵技術(shù)路線。可對電除塵器擴(kuò)容或采用電除塵新技術(shù)和多種新技術(shù)的集成。

2）煤種除塵難易性評價(jià)為“較難”時(shí)，宜通過可行性研究后選擇除塵技術(shù)路線。

3）煤種除塵難易性評價(jià)為“難”時(shí)，優(yōu)先采用袋式除塵技術(shù)路線。

上述技術(shù)路線如表7所示。

表7 除塵設(shè)備出口煙塵濃度限值為50mg/m3時(shí)改造技術(shù)路線

（2）除塵設(shè)備出口煙塵濃度限值為30mg/m3時(shí)改造技術(shù)路線。

1）煤種除塵難易性評價(jià)為“容易或較容易” 時(shí)，優(yōu)先采用電除塵技術(shù)路線?？蓪﹄姵龎m器擴(kuò)容，或采用電除塵新技術(shù)和多種新技術(shù)的集成。

2）煤種除塵難易性評價(jià)為“一般”時(shí)，宜通過可行性研究后選擇除塵技術(shù)路線。

3）煤種除塵難易性評價(jià)為“較難或難”時(shí)，優(yōu)先采用袋式除塵技術(shù)路線。

上述技術(shù)路線如表8所示。

表8 除塵設(shè)備出口煙塵濃度限值為30mg/m3時(shí)改造技術(shù)路線

（3）除塵設(shè)備出口煙塵濃度限值為20mg/m3時(shí)改造技術(shù)路線。

1）煤種除塵難易性評價(jià)為“容易或較容易”時(shí)，優(yōu)先采用電除塵技術(shù)路線。可對電除塵器擴(kuò)容，或采用電除塵新技術(shù)和多種新技術(shù)的集成。

2）煤種除塵難易性評價(jià)為“一般”時(shí)，宜通過可行性研究后選擇除塵技術(shù)路線。

3）煤種除塵難易性評價(jià)為“較難或難”時(shí)，優(yōu)先采用袋式除塵技術(shù)路線。

上述技術(shù)路線如表9所示。

表9 除塵設(shè)備出口煙塵濃度限值為20mg/m3時(shí)改造技術(shù)路線

（4）要求煙塵排放濃度≤10mg/Nm3，且對SO3、霧滴、PM2.5排放有較高要求時(shí)，可采用濕式電除塵技術(shù)。

（5）當(dāng)煤的成分或工況條件滿足下列條件之一時(shí)，不宜采用袋式除塵技術(shù)路線。

1）非循環(huán)流化床鍋爐且除塵器前端未設(shè)置脫硝裝置，同時(shí)除塵器入口煙氣溫度長期高于180℃時(shí)。

2）燃煤含硫量Sar≥3.0%，且除塵器前端未設(shè)置脫硫裝置時(shí)。

3）引風(fēng)機(jī)全壓裕量不足且無法改造時(shí)。

5 小結(jié)

本文在分析燃煤電廠電除塵器提效改造的主要影響因素基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)電除塵器改造可采用的主流技術(shù)及國內(nèi)煤種的除塵難易性評價(jià)，探討了除塵設(shè)備出口煙塵不同濃度限值下的燃煤電廠電除塵器提效改造的技術(shù)路線。主要結(jié)論有：

（1）電除塵器提效改造的主要影響因素包括煤、飛灰成分，除塵設(shè)備需達(dá)到的出口煙塵濃度，原電除塵器的狀況（比集塵面積SCA和目前電除塵器的出口煙塵濃度為主要考慮因素）以及改造場地情況等。

（2）一般電除塵器的除塵效率主要取決于其對所燃用煤種的除塵難易性，因此煤種的除塵難易性成為電除塵器提效改造技術(shù)路線選擇的決定性因素。本文介紹的電除塵器對煤種的除塵難易性評價(jià)方法具有一定的指導(dǎo)意義，可供參考。

（3）除塵設(shè)備出口煙塵濃度限值為50mg/m3，煤種除塵難易性評價(jià)為“一般及以上”時(shí)，優(yōu)先采用電除塵技術(shù)路線，可對電除塵器擴(kuò)容或采用電除塵新技術(shù)和多種新技術(shù)的集成；而煤種除塵難易性評價(jià)為“難”時(shí)，則優(yōu)先采用袋式除塵技術(shù)路線。除塵設(shè)備出口煙塵濃度限值為30mg/m3、20mg/m3，煤種除塵難易性評價(jià)為“容易或較容易”時(shí)，優(yōu)先采用電除塵技術(shù)路線；而煤種除塵難易性評價(jià)為“較難或難”時(shí)，則優(yōu)先采用袋式除塵技術(shù)路線。

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