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围绕“十二五”环保发展 目标推进电除尘技术创新
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- 发布时间：2020-09-30 09:09
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围绕“十二五”环保发展 目标推进电除尘技术创新
【概要描述】最近，30mg/m3的粉尘排放标准引发了我国工业粉尘治理领域内关于除尘方式的新讨论，作为工业粉尘治理领域尤其是电力行业除尘重要方式的电除尘受到了部分业内外人士的质疑。从国际范围来看，电除尘无疑能够满足30mg/m3乃至更严格的排放标准；对于大部分中国煤种，直接使用电除尘器也完全可以满足新的排放标准，不仅具备优越的经济性和安全可靠性，且不存在二次污染。但是，高比电阻粉尘引起的反电晕、振打引起的二次扬
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最近，30mg/m3的粉尘排放标准引发了我国工业粉尘治理领域内关于除尘方式的新讨论，作为工业粉尘治理领域尤其是电力行业除尘重要方式的电除尘受到了部分业内外人士的质疑。从国际范围来看，电除尘无疑能够满足30mg/m3乃至更严格的排放标准；对于大部分中国煤种，直接使用电除尘器也完全可以满足新的排放标准，不仅具备优越的经济性和安全可靠性，且不存在二次污染。但是，高比电阻粉尘引起的反电晕、振打引起的二次扬尘及微细粉尘荷电不充分等常规电除尘器固有的技术瓶颈，在很大程度上影响了电除尘器的除尘效率。这也是面对新标准，电除尘器必须迎接的挑战之一。但可通过技术进步使之影响最小化。面对新标准，如何寻找突破点提高除尘效率，增加对煤种的适应性，降低能耗，继续保持和增强电除尘技术的优势，进一步扩大其适用范围成为电除尘行业当前需要解决的问题。
实际上，我国电除尘行业对高比电阻、高温、高湿、高含尘浓度及细微颗粒控制技术的开发和应用由来已久，移动电极电除尘、复式双区电除尘、烟气调质等新技术已经在国内多家电厂成功应用，并取得了良好效果，粉尘凝聚技术亦已具备了工业应用的条件。实践证明，这些新技术开发与成功应用，弥补了电除尘器对我国部分煤种和工况的技术缺陷，大大提高了电除尘器的除尘效率和适用范围。本期介绍近年来电除尘行业部分有针对性的新技术，以期为行业提供参考，并为“十二五”期间除尘领域提高除尘设备的除尘效率和降低能耗提供思路。
移动电极电除尘技术有效抑制反电晕现象，解决二次扬尘
技术提示:移动电极电除尘技术是欧盟委员会推荐的烧结机除尘的最佳可行技术之一，其采用布置于灰斗中的清灰刷刷除极板上粉尘的清灰方式，有效解决高比电阻粉尘引起的反电晕及振打清灰引起二次扬尘等问题，从而大幅度提高除尘效率，是目前突破常规电除尘器技术瓶颈的有效方法之一。特别是对于改造项目，移动电极电除尘器的优势显得更为突出。
移动电极电除尘器的收尘机理与常规电除尘器完全相同，由前级固定电极电场和后级移动电极电场组成。据介绍，移动电极电场中阳极部分采用移动的阳极板和旋转的清灰刷，阴极部分采用与常规电除尘器相同的阴极系统。附着于移动极板上的粉尘在尚未达到形成反电晕的厚度时，就被布置在灰斗内旋转的清灰刷彻底清除，因此不会产生反电晕现象。另外，因移动电极电场布置在末电场或后两个电场，且其清灰装置布置在灰斗内，故清灰彻底且二次扬尘可以忽略不计。这种新技术的应用不仅可以增加粉尘的驱进速度，降低电除尘器出口粉尘浓度，提高除尘效率，还可使出口粉尘浓度保持稳定。
据了解，移动电极电除尘器有四大特点。首先，可以保持阳极板永久清洁，避免反电晕，有效地解决高比电阻微细粉尘的收尘问题；其次，最大限度地减少二次扬尘，显著降低电除尘器出口粉尘浓度；再次，减少煤、灰成分对电除尘性能影响的敏感性，增加电除尘器对不同煤种的适应性，特别是粘性粉尘、高比电阻粉尘和微细粉尘；最后，可使电除尘器小型化，减小占地面积。特别适合于老机组电除尘器改造，在很多场合，只需将末电场改成移动电极电场，不需另占场地。
移动电极电除尘器已在日本多套600MW、1000MW机组上成功应用，采用此项技术，绝大部分新建工程都能达到30mg/m3及以下粉尘排放浓度，最低可达10mg/m3以下。近年来，国内诸如菲达环保等一些企业对移动电极电除尘技术也进行了大量的研究，已掌握其核心技术，并研制出了具有自主知识产权的产品，在燃煤电厂、冶金行业等领域已经有较多应用，并在华能北方联合电力包头第一热电厂等300MW机组上成功应用，效果良好。
移动电极电除尘器既能应用于新建工程，也能应用于电除尘器的提效改造。值得指出的是，采用移动电极电除尘技术进行提效改造时，工作量较小，只需对原设备进行必要的检查和消缺，在大多数场合不需要额外的场地。从而不像采用常规电除尘技术进行加高、纵向或横向扩容改造那样复杂；也不像采用袋式或电袋除尘器改造那样需更换引风机及相关设备。
据业内人士介绍，在达到相同粉尘排放标准的前提下，移动电极电除尘器初始设备成本比常规电除尘器略高，维护和修理成本与常规电除尘器几乎相同，占地面积比常规电除尘器小。以一套300MW机组为例，移动电极电除尘器占地面积可减少20％，电耗可节约15％左右。与袋式除尘器相比，移动电极电除尘器维护费用低，性价比更高。
相关行业专家分析认为，移动电极电除尘器弥补了常规电除尘器的不足，可实现高比电阻、粘性粉尘等难以收集粉尘的有效收集。此技术适用于电力、冶金、建材、化工等各领域的电除尘器改造和新建工程，出口粉尘浓度可稳定达到30mg/m3甚至更低，可以满足日益提高的环保要求。
荷电、收尘分工明确，机电多复式双区技术拓宽电除尘烟尘适应性
技术提示:对于国内大多数煤种，锅炉燃烧后产生的飞灰比电阻均在104～1011Ω·cm范围内，采用常规电除尘器就可以满足出口粉尘浓度≤30mg/m3的要求。但常规的电除尘器是一种单区电除尘器，荷电和收尘在同一区域完成，很难兼顾荷电和收尘都达到最佳状态。对于少数收尘难度大的煤种，特别是对后电场细粉尘的荷电和捕集，双区电除尘是理想技术之一，应用此技术的机电多复式电除尘器对烟尘适应性更广、更能达到低排放、经济性更好。
众所周知，粉尘荷电要求电场内有较大的电晕电流，收集荷电后的粉尘却只需要高场强，但不需要大电流，因此，荷电与收尘在电晕电流方面有矛盾。尤其是高比电阻粉尘，大的电流在已收集的粉尘层将产生高的场强，从而导致尘层气隙击穿而发生反电晕，造成除尘效率下降。而机电多复式新型双区技术，不仅将荷电与收尘分开，而且采用连续的多个小双区复式配置，同时荷电与收尘独立供电，使各区段的电气运行条件最佳化，能适应高、低比电阻粉尘收集，防止高比电阻粉尘反电晕的发生和低比电阻粉尘的反弹，提高除尘效率。
机电多复式双区电除尘器前级电场采用常规结构，末级电场设计成一个标准复式双区结构，即第一个荷电区＋第一个收尘区，第二个荷电区＋第二个收尘区。同一电场内，荷电区与收尘区供电电源分开，收尘区工作电压高达80kV。据介绍，与常规结构的电场相比，双区电场捕集粉尘的平均效率和对细小粉尘颗粒捕集效率高；拥有较大表面积的管排式阴极线，可以捕集荷正电的尘粒；对烟尘的适应性比较广，适合收集高、中、低比电阻粉尘。
记者调查了解到，至今为止，龙净环保公司在国内已经投运机电多复式双区电除尘器74台，其中600MW机组配套的有8台，300MW机组配套的有42台，300MW机组以下配套的有24台。这些设备运行稳定、除尘效率高。如国投曲靖电厂一期2×300MW机组1025t/h煤粉炉，原配套两台双室三电场电除尘器，原电除尘器设计效率为99％，2009年6月，采用双区技术对原电除尘器进行改造，改造后由云南省环境监测中心对电除尘器进行性能测试，测试结果显示，＃1炉排放浓度为13.84mg/m3，除尘效率99.96％；＃2炉排放浓度为28.1mg/m3，除尘效率为99.92％。
行业专家通过对国内已投运的数十台双区电除尘器的运行状况进行对比分析，证明双区电除尘器与常规电除尘器相比，对比集尘面积的改善系数为10％以上，即可节省10％以上的集尘面积。与常规电除尘器相比，一台300MW机组配套五电场双区电除尘器，可节约12％以上的占地面积和130吨左右的钢材，可以节约电耗15％～18％。
双区电除尘器的工业性应用结果显示，在收集燃煤锅炉产生的粉尘时，对煤种的适应性比较广，收尘区内不会发生反电晕，运行情况稳定，而且除尘效率、粉尘驱进速度以及性价比都高于常规电除尘器，并可收集微细粉尘，将烟尘排放浓度降低到30mg/m3以下。
战胜高比电阻，烟气调质技术四两拨千斤
技术提示:如何有效克服高比电阻的问题，国际电除尘行业做了大量的研究，其中烟气调质是有效的新技术之一。目前，主要有水调质、SO3调质、NH3调质、SO3＋NH3双重调质等。特别是在欧美发达国家广泛应用的SO3烟气调质更是一项非常成熟有效的电除尘器提效技术，目前世界上投运的SO3烟气调质系统已逾500套。2000年以后，我国对此技术的研究和应用已经进入非常活跃的阶段，至今已经有6个电厂18台机组应用了SO3烟气调质系统，最大应用机组达到1000MW。
到目前为止，燃煤电厂绝大部分采用电除尘器，约占火电装机容量的90％～95％。而电除尘器的缺点是容易受烟气及粉尘物理化学特性影响，尤其难以有效收集高比电阻粉尘。电除尘器对粉尘比电阻的最佳范围在104～1011Ω·cm之间，当粉尘的比电阻超过1012Ω·cm，电除尘器容易发生反电晕现象，表现为二次电压下降，二次电流增大，除尘效率下降。
据行业专家介绍，当煤在锅炉中燃烧时，煤中的有机硫燃烧转变成SO2，SO2在铁离子等氧化物的作用下部分(约0.4％～1％)氧化成SO3，SO3由于其极强的活性，极易与烟气中的水分结合生成硫酸气溶胶吸附在粉尘表面，形成低电阻导电通道，从而降低粉尘比电阻，提高电除尘器的除尘效率。然而，当燃烧低硫煤(硫分〈1％)时，烟气中最终生成SO3的量极少，尤其对于我国高灰分、低热值煤，由于电除尘器进口粉尘浓度高，单位粉尘所占的SO3的量就相对更加的微弱，难以形成有效的硫酸表面导电层。我国盛产低硫煤，煤种复杂，全国各煤种平均含硫量为1.10％，其中低硫煤(收到基硫分＜0.5％)占到48.6％。我国及印度、南非、澳洲、越南等国的部分地区电厂燃煤也存在高灰分、低热值、低硫的特性，同时燃烧后粉尘呈高硅铝、低碱(低氧化钠等碱金属氧化物)的特点，此类粉尘比电阻较高，对电除尘器的除尘效率影响较大。
为突破这一瓶颈，使粉尘形成有效的硫酸表面导电层，降低粉尘比电阻，可在烟气中注入10～20ppm的SO3并让其有效形成硫酸气溶胶吸附在粉尘表面，降低粉尘比电阻，从而提高电除尘器除尘效率。利用SO3烟气调质装置产生SO3，并人为将其通过注入器均匀地注入到电除尘器进口烟道中，注入率根据锅炉负荷、浊度等信号进行实时控制。这就是SO3烟气调质技术。
SO3烟气调质技术在欧美发达国家广泛应用，有效提高电除尘器除尘效率，技术成熟。据介绍，这项技术以固态硫磺为原料，经熔化硫磺、燃烧硫磺生成SO2、SO2催化这三道简单工序后，最终制得SO3。因为设备在厂内安装调试，有效减少现场安装工作量，缩短了改造周期，减少投资。同时，相关设备高度集成化、自动化、操作灵活。可根据煤种变化、负荷大小和浊度全自动控制设备的投用与否及SO3注入率的大小，保证排放达标下最经济运行，据测算，200MW机组年运行费用约25万，300MW机组年运行费用约30万，600MW机组年运行费用约55万，1000MW机组年运行费用约90万。此外，这项技术通过调质降低粉尘比电阻，消除反电晕现象，因而同比降低电除尘器电耗，节能效益基本弥补烟气调质的运行费用。另此项技术继续保留了电除尘器低阻、高可靠性的特点。
据行业专家介绍，烟气调质技术从根本上改变传统电除尘器的工作模式。传统电除尘器被动接受烟气和粉尘工况，也就是说，一旦锅炉烟气参数或燃煤种类偏离设计条件，电除尘器也只能被动接受。而烟气调质技术从电除尘机理入手、从源头入手，变被动模式为主动模式、变难收尘粉尘为易收尘粉尘，主动调节粉尘、烟气特性，顺应电除尘器对粉尘的“口味”，提高除尘效率。也正因为如此，烟气调质技术有着广泛应用。
在电除尘器的提效改造方面，烟气调质提供了高效、简捷的技术手段，原电除尘器不需改造、不影响原风机系统。如在华润登封电厂2×320MW机组、陕西清水川电厂2×300MW机组等国内多个提效改造项目成功应用。
在新建工程中，新上大型机组多煤种燃煤结构可按比电阻低、易除尘的煤种进行电除尘器选型，配套调质设备以应对高比电阻粉尘的煤种，可显著降低电除尘器规格，减少投资，且适应煤种多变工况。
烟气调质应用适当，具有“四两拨千斤”的功效，在满足低排放要求下可达到较佳的技术经济性，具有较好的社会效益。但烟气调质并不是对所有的工况都适合使用，对烟气条件和粉尘性质应作具体分析，必要时应通过实验来确定。
据介绍，龙净环保公司引进国外SO3烟气调质技术并成功国产化，打破了国外进口设备在国内的垄断，引进技术国产化设备具有较低的价格优势，快捷的技术服务保障。此项技术在国内应用之后，原国家环保总局环境工程评估中心完成了关于燃煤发电厂电除尘器烟气调质系统的技术评估。
双极荷电扰流凝聚，凝聚型静电除尘技术使微细粉尘无处逃
技术提示:目前，电除尘器和袋式除尘器对PM2.5收尘效果都不理想，随着我国环保要求的日益提高，要求除尘器既要提高除尘效率又要降低微细颗粒的排放。细微颗粒物的凝聚效应，可以通过多种方式实现，如布朗凝聚、梯度凝聚、声波凝聚、静电凝聚、机械凝聚以及水蒸气凝聚等等。其中静电凝聚技术是目前高效、经济去除细微颗粒物的最有效途径之一，将成为最具应用前景的实用技术之一。
中国环境监测总站根据对我国300多个城市空气质量的监测数据所作统计结果表明，当前我国约有66.7％的城市大气颗粒物浓度超标。北京市大气中PM2.5(粒径在2.5μm及以下颗粒物，亦称可入肺颗粒)年平均浓度为104.9μg/m3，是美国推荐标准25μg/m3的4倍多。众所周知，微细颗粒物对人体健康的危害极大，美国新清洁空气法规(Cleanair legislation)已将PM2.5的控制技术作为其优先发展的目标。我国也将细微颗粒治理提到了一个前所未有的高度，国家环境保护标准“十二五”规划指出:“需完善大气环境质量标准，研究修订臭氧、颗粒物(PM10)及铅等污染物限值，开展设立颗粒物(PM2.5)标准限值的可行性研究”。
目前世界范围内有众多物理学、电学、气溶胶力学、环境工程等学科的学者致力于凝聚机理与凝聚技术的研究。我国理论研究及实验室研究并不落后，但实际应用开发却与国外存在一定差距。目前澳大利亚及美国已有工业应用，效果显著。兰州电力修造厂、菲达环保等国内相关企业关注该新技术的发展与应用已有多年，采取自主开发或与科研院所合作的方式，根据凝聚器的工作原理建立了中试试验平台对凝聚器进行试验研究，研究工作历时数年，对各工况(不同煤灰、风速、温度、极配形式、电源等等)下粉尘的凝聚进行了大量的试验研究，取得突破性进展，已基本具备了工业应用条件。
业内专家向记者介绍了凝聚器的工作原理:在含尘气体进入电除尘器前，先对其进行分列荷电处理，使相邻两列的烟气粉尘带上正、负不同极性的电荷，然后，通过扰流装置的扰流作用，使带异性电荷的不同粒径粉尘有效凝聚，形成大颗粒后进入除尘设备，从而减小粉尘的总质量排放和PM2.5的排放。凝聚器可显著减少PM2.5排放、总质量排放和汞、砷、硒等重金属的排放，减轻因微粒排放对人体造成的危害，提高大气能见度，满足将来高标准排放要求，如对PM2.5、PM10的排放限值要求；凝聚器增加了电除尘器对不同煤种的适应性；与此同时，凝聚器内部烟气流速高，电极上和烟道底部不积灰，阻力小(小于250Pa)，能耗低，运行费用少；体积小，无活动件，无振打装置，运行可靠，维护少；安装工期短，只需5天左右。凝聚器安装在除尘设备进口平直段(水平或垂直)烟道中，安装长度≥5m。
通过在4.8m2，3个短电场上的中试试验平台上进行试验，结果表明凝聚器前、后粉尘中位径增大50.7％(表1)，且凝聚器对PM10以下粒子凝聚显著，PM2.5微粒减少达到80％以上。美国WATSON 电厂电除尘器出口粉尘浓度测试结果表明，使用凝聚器后可有效降低电除尘器出口粉尘浓度，且原出口粉尘浓度越低，粉尘凝聚效果更明显。
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