火電廠降低PM2.5排放措施研究

趙 斌，林 偉，王世海，武 晟，賈海娟,王子明 (.中國電力工程顧問集團西北電力設計院，陜西 西安 70075；.遼寧省環(huán)境監(jiān)控中心，遼寧 沈陽 06)

近年來，隨著環(huán)保要求的提高，特別是《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)的發(fā)布，國家對火電廠煙塵排放控制的嚴格程度達到一個新的高度，高效靜電、布袋及電袋等除塵技術將普遍應用，這些除塵措施PM10除去效果較好，但對PM2.5除去效果較差，由此造成PM2.5顆粒所占比例逐年提高。PM2.5顆粒，主要來源有秸稈燃燒、汽車尾氣排放、燃煤煙氣排放等，其中火電廠的排放約占總排放量的10%左右[1]。PM2.5顆粒排放污染控制愈引起環(huán)保部門的重視，《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB3095-2012)新增了大氣中PM2.5濃度限值的規(guī)定，因此，火電廠PM2.5的排放控制迫在眉睫。

1 我國火電行業(yè)PM2.5的來源及控制現(xiàn)狀

火電廠排放的PM2.5一部分來自于煙氣中的粉塵，另一部分來自火電廠排放到大氣中的二氧化硫、氮氧化物形成的酸性水溶膠PM2.5。

我國火電廠燃煤鍋爐煙氣除塵技術，發(fā)展至今，國產(chǎn)靜電除塵器技術已經(jīng)達到國際先進水平，2000年以來，伴隨著袋式除塵器濾袋材料性能的改善，袋式除塵器、電袋除塵器開始推廣。我國從2003年起新建火電廠基本上同步配套煙氣脫硫設施，同時在現(xiàn)役火電廠中大規(guī)模實施煙氣脫硫改造。截止2010年底，火電脫硫裝機比重提高到82.6%。其中，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)占投運容量的90%以上。

2 煙氣中PM2.5污染控制措施研究

本文結合目前火電行業(yè)環(huán)?？刂频奶攸c就四種PM2.5污染控制措施進行論證分析，對其進行優(yōu)化組合設計，最大限度的降低PM2.5污染排放。

2.1 提高電除塵器去除PM2.5效率的控制技術

靜電除塵器對顆粒的捕捉，無論其粒徑大小，都是通過時顆粒荷電后被電極吸附的方式。通常認為，靜電除塵器對于大顆粒煙塵的捕捉能力強，而對于PM2.5顆粒的除塵效率較低。但是，通過變化靜電除塵器的荷電形式可大大提高靜電除塵器對PM2.5的捕捉能力。采用低能耗的高壓窄脈沖放電對粉塵顆粒物預荷電，可大大增加亞微米級顆粒的荷電量，結合傳統(tǒng)的直流靜電除塵，將提高靜電除塵器對亞微米級顆粒的脫除效率，對于小于1μm的顆粒的脫除效率可達90%[2]。

2.2 提高濕法脫硫去除PM2.5效率的控制技術

濕法脫硫吸收塔能夠脫除煙氣中的部分顆粒，吸收塔對煙氣顆粒的去除率與煙氣顆粒的大小和質(zhì)量有較大關系。吸收塔對于PM2.5顆粒的除塵效率較低，但是對于PM3～PM5的顆粒，除塵效率可達50%～80%。利用蒸汽相變原理可促進PM2.5顆粒增大，長大后的液滴可通過慣性碰撞機理加以捕捉。因此，如果在吸收塔內(nèi)實現(xiàn)飽和蒸汽環(huán)境，則可以使PM2.5顆粒為凝結核，并使水蒸汽發(fā)生相變，使PM2.5顆粒直徑長大，質(zhì)量增加。通過增加吸收塔進口的煙氣含濕量或適當提高液汽比，對現(xiàn)有濕法脫硫系統(tǒng)稍作改進，可使得吸收塔對PM2.5顆粒的脫除率達到50%以上[2]。

2.3 凝聚器PM2.5污染控制技術

凝聚器技術是近年提出的一種利用不同極性放電導致粉塵顆粒荷不同電荷、進而在湍流輸運和靜電力共同作用下凝聚變大的技術。該技術的應用，不僅可提高除塵器的除塵效率、降低體積及制造成本，尤其能減少微小顆粒的排放，從而降低微小顆粒的危害[3]。

鍋爐煙氣首先經(jīng)過雙極荷電區(qū)，雙極荷電器有一組正、負相間的平行通道，氣體和灰塵通過時，按其通道的正或負，分別獲得正電荷或負電荷。這樣，灰塵一半荷正電，一半荷負電。然后進入凝聚區(qū)，帶正電的粒子和帶負電的粒子在湍流輸運和靜電力共同作用下碰撞凝聚，小顆粒變成大顆粒，簡稱粒子粗大化；接著進入到電除塵器內(nèi)部，粗大化的粒子便于除塵器收塵，尤其是減少了微細顆粒的排放。凝聚器工作原理見圖1。

圖1 雙極荷電凝聚原理

試驗表明,采用雙極荷電技術改善了電除塵器的電氣運行狀況,電場電流有一定的提高，除塵效率可提高0.21%～0.90%，出口排放濃度可減少30%～50%，實現(xiàn)了電除塵器的提效、節(jié)能、減排。凝聚器能夠?qū)⒓毼㈩w粒凝聚成大顆粒，尤其是對PM10的粒子，效果顯著，PM2.5粒子減少達到80%以上。

2.4 電袋復合除塵器PM2.5污染控制技術

電袋復合除塵器PM2.5污染控制技術是相結合的方式通過靜電與布袋除塵器脫除PM2.5的污染控制技術，此種技術能夠大幅度提高脫除PM2.5的效率，而且易于實現(xiàn)對現(xiàn)有電站除塵器的改造，電袋除塵技術由于荷電粉塵電凝并現(xiàn)象，將細顆粒粉塵凝并成較大顆粒粉塵，其細顆粒排放控制比純布袋除塵器效果更加明顯。

電袋復合除塵技術利用電除塵區(qū)除去煙氣中絕大部分粉塵，同時使得進入后級濾袋區(qū)的粉塵荷電，同性電荷的粉塵相互排斥在濾袋表面形成規(guī)則有序、結構疏松的粉塵層。異性荷電粉塵發(fā)生電凝并的作用，使得粉塵在吸附到濾袋表面前，由小顆粒凝并成大顆粒，由于顆粒帶電又增強了粉塵層和纖維層對細顆粒的作用，使得微細顆粒粉塵PM2.5更容易被捕集。隨著濾袋選擇、方案選型等關鍵技術的不斷突破，采用電袋復合除塵器將可成為未來燃煤鍋爐控制PM2.5細微顆粒的主要措施。

電袋復合除塵器本身對微細粉塵PM2.5的捕集效率較高，出口PM2.5排放濃度通常在20mg/m3以下，這些排放的粉塵中微細粉塵PM2.5占50%左右,為了增加微細粉塵PM2.5的捕集，在原針刺氈濾料的基礎上增加覆膜，即采用覆膜濾料[4]，這樣可以減少PM2.5粉塵排放，同時使除塵器系統(tǒng)阻力保持較低的壓差，減少引風機的能耗，電袋復合除塵器脫除PM2.5效率大于90%，具有高效的脫除PM2.5性能。

3 結語

PM2.5污染控制首先應充分利用現(xiàn)有的環(huán)保設施，考慮到提高靜電除塵器去除PM2.5效率的污染控制技術、提高濕法脫硫去除PM2.5效率的污染控制技術等兩種技術可充分利用現(xiàn)有的環(huán)保設施，簡單易行，為首先推薦的污染控制技術。凝聚器PM2.5污染控制技術、電袋復合除塵器PM2.5污染控制技術為深度的污染控制技術，凝聚器對PM2.5粒子的脫除效率可達到80%以上，電袋復合除塵器技術對PM2.5的脫除效率大于90%。

[1]He K B,Lei Y.Anthropogenic emissions of PM and its key chemical components in China: historical trends and future projection[R].Beijing: Tsinghua University,2008.

[2]高 瑋,葉勇健.利用現(xiàn)有環(huán)保設備降低火電廠PM2.5顆粒排放的方法[J].勘測設計電力,2012,(2):27-31.

[3]王 庚.膨體聚四氟乙烯(ePTFE)覆膜濾料過濾性能的研究[D].北京:北京化工大學,2005.

[4]尚 偉,黃 超,王 菲.超細顆粒物PM_(2.5)控制技術綜述[J].環(huán)境科技, 2008,21(2):75-78.