電除塵技術(shù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)解析
2019-08-0717:02:46
摘 要：闡述了目前燃煤電廠煙塵治理的主流技術(shù)電除塵器所面臨的技術(shù)瓶頸，如爐型多樣、煤質(zhì)和工況多變，以及超低排放形勢(shì)下的新問(wèn)題等，并基于此對(duì)后續(xù)電除塵技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了展望。
前言
隨著電力工業(yè)的高速發(fā)展，污染物排放的增加對(duì)大氣環(huán)境造成了很大影響。2014年9月發(fā)改委、環(huán)保部、能源局三部委聯(lián)合印發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014～2020年）》，要求嚴(yán)控大氣污染物排放。
燃煤電廠排放的大氣污染物主要為煙塵、二氧化硫和氮氧化物，從燃煤電廠煙氣污染物的控制過(guò)程來(lái)看，我國(guó)的火電發(fā)展大致經(jīng)歷了四個(gè)階段：煙塵控制階段（2002年以前）、煙氣脫硫的“以新帶老”階段（2003～2007年）、主動(dòng)煙氣治理與“上大壓小”階段（2008～2013年）、超低排放階段（2014年至今）。超低排放在大氣污染物的煙塵治理中難度大。
1.略
燃煤電廠中采用電除塵器的占比如圖1所示。發(fā)達(dá)的電除塵器占比均在80%以上，日本幾乎所有燃煤電廠的除塵均是采用電除塵器。我國(guó)采用電除塵器起步較晚，20世紀(jì)90年代使用電除塵器的占比約30%，2000年達(dá)到80%，2005年以來(lái)達(dá)到。但隨著超低排放要求及各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，袋式除塵和電袋復(fù)合除塵技術(shù)的應(yīng)用占比增加，電除塵器所占比例減少至68%。雖然目前電除塵技術(shù)依然是我國(guó)燃煤電廠煙塵治理的主流技術(shù)，但面臨著技術(shù)、行業(yè)等發(fā)展帶來(lái)的各種挑戰(zhàn)。
1 傳統(tǒng)挑戰(zhàn)：三大技術(shù)瓶頸
高比電阻粉塵引起的反電暈、振打引起的二次揚(yáng)塵及微細(xì)粉塵荷電不充分等在很大程度上影響了電除塵器的除塵效率，也是目前電除塵器面臨的主要技術(shù)瓶頸。
（1）高比電阻粉塵容易引起反電暈，使電除塵器的收塵性能大幅下降（見(jiàn)圖2）。燃煤電廠鍋爐燃用除塵性能差的煤種，電除塵器對(duì)其除塵效率低下，粉塵比電阻與除塵效率的關(guān)系如圖3所示。
2.略
（2）電除塵器通過(guò)振打、聲波等清灰方式清理集塵上的粉塵，在清灰過(guò)程中，一部分已被收集到的粉塵會(huì)重新返回到氣流中，終逸出電除塵器，致使粉塵排放增加。有表明，在電除塵器出口的粉塵中，約有20%是由清灰過(guò)程中的二次揚(yáng)塵造成的，如圖4所示。
3.略
（3）粉塵荷電有兩種方式：電場(chǎng)荷電和擴(kuò)散荷電。對(duì)于粒徑大于1μm的粉塵，主要以電場(chǎng)荷電為主；對(duì)于粒徑小于0.1μm的粉塵，主要以擴(kuò)散荷電為主。介于兩者之間的粉塵，電場(chǎng)荷電和擴(kuò)散荷電均較弱，因此電除塵器這部分粉塵的除塵效率低（如圖5所示）。燃煤電廠排放以PM2.5甚至亞微米級(jí)的細(xì)顆粒為主，以數(shù)量計(jì)可達(dá)到顆粒物總數(shù)的90%以上，現(xiàn)有各種除塵設(shè)備中細(xì)顆粒的穿透率如圖6所示。
4.略
2 基本國(guó)情：爐型多樣、煤質(zhì)和工況多變
2.1 爐型多樣
與煤粉爐相比，循環(huán)流化床采用電除塵器時(shí)，需要大的比集塵面積，且一般循環(huán)流化床鍋爐所燒煤種多為劣質(zhì)煤。實(shí)際工程中某煤粉爐與循環(huán)流化床鍋爐配套電除塵器主要參數(shù)對(duì)比如圖7所示。循環(huán)流化床鍋爐所燒煤種的Aar高達(dá)43.69%，電除塵器入口煙塵濃度達(dá)50g/m3，在達(dá)到出口煙塵濃度小于20mg/m3的要求下，所需比集塵面積為124.98m2/m3/s 。
5.略
2.2 煤質(zhì)復(fù)雜多變
我國(guó)的煤質(zhì)水平參差不齊，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前燃用高灰劣質(zhì)煤（灰分不小于25%）的電廠比例約為30%，對(duì)國(guó)內(nèi)150種煤種的灰分、硫分及其飛灰的主要成分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（如圖8、圖9），煤種中Aar從7%～45%不等，Aar從0.1%～3.5%不等；飛灰中各種成分的差異也較大，如對(duì)電除塵性能影響較大的Na2O從0.02%～3.72%不等。
統(tǒng)計(jì)實(shí)際飛灰樣品250余種，測(cè)算其飛灰實(shí)驗(yàn)室比電阻，結(jié)果如圖10所示，飛灰實(shí)驗(yàn)室比電阻變化范圍較大，從106數(shù)量級(jí)到1013數(shù)量級(jí)，且在實(shí)驗(yàn)溫度為120°C時(shí)，高比電阻粉塵（1011數(shù)量級(jí)以上）占有相當(dāng)比例。
6.略
2.3 工況多變
鑒于當(dāng)前煤電產(chǎn)能過(guò)剩，煤電利用小時(shí)數(shù)持續(xù)下降，且受新能源發(fā)展的沖擊，火電調(diào)峰作用日益凸顯，許多機(jī)組不得不在低負(fù)荷下持續(xù)運(yùn)行。以某電廠600MW機(jī)組為例，分別測(cè)定其在100%負(fù)荷、75%負(fù)荷、50%負(fù)荷條件下電除塵器的電耗（2280kW、1830kW、1240kW）及比電耗（0.000633kW·h/m3、0.000678kW·h/m3、0.000689kW·h/m3）數(shù)據(jù)。隨著負(fù)荷降低，電除塵器的比電耗升高，這主要是因?yàn)椋话汶娫磪?shù)通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)，為保險(xiǎn)起見(jiàn)，運(yùn)行人員一般留有較大余量，也就是說(shuō)，電除塵器在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，存在較大的降耗空間。
7.略
3 超低排放形勢(shì)下的新問(wèn)題
3.1 低低溫電除塵技術(shù)提效明顯，但實(shí)際工程存在運(yùn)行電耗偏高的問(wèn)題
低低溫電除塵技術(shù)將煙氣溫度降至酸露點(diǎn)以下，飛灰性質(zhì)發(fā)生大變化，電除塵效率可大幅提升但在國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的低低溫電除塵項(xiàng)目中，經(jīng)實(shí)測(cè)，電除塵器的電耗卻普遍偏高。以某1000MW機(jī)組為例，其提效情況及電耗情況如圖11所示。
3.2 濕式電除塵技術(shù)可實(shí)現(xiàn)低排放，但投資及運(yùn)行費(fèi)用較高
濕式除塵器作為煙氣治理的終端凈化設(shè)備，已廣泛運(yùn)用于各燃煤電廠。濕式電除塵器可穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)超低排放，甚至可實(shí)現(xiàn)低于1mg/m3的低排放，濕式電除塵器的收塵效率不受粉塵性質(zhì)影響，能夠解決濕法脫硫后的煙塵排放達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行穩(wěn)定。但需額
外的投資及運(yùn)行費(fèi)用，且除了電耗外還有水耗、堿耗等。基于金屬板濕式電除塵技術(shù)，估算入口煙氣量分別為120萬(wàn)m3/h（300MW級(jí)機(jī)組）、210萬(wàn)m3/h（600MW級(jí)機(jī)組）和320萬(wàn)m3/h（1000MW級(jí)機(jī)組）在不同除塵效率時(shí)投資及運(yùn)行費(fèi)用如表1所示。
8.略
在煤質(zhì)條件及排放要求相當(dāng)?shù)臈l件下，根據(jù)實(shí)際工程案例，對(duì)比某A電廠660MW機(jī)組（低低溫+WFGD方案）和B電廠660MW機(jī)組（低低溫+WESP方案）的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)比結(jié)果如表2所示。在原初步設(shè)計(jì)的除塵路線基礎(chǔ)上，A電廠投資費(fèi)用兩臺(tái)機(jī)組需增加4500萬(wàn)元，年運(yùn)行費(fèi)用增加8萬(wàn)元；B電廠投資費(fèi)用增加7900萬(wàn)元，年運(yùn)行費(fèi)用增加160萬(wàn)元。對(duì)于2臺(tái)660MW機(jī)組，“低低溫+濕式電除塵”方案比“低低溫+濕法脫硫”方案多投資3400萬(wàn)，且運(yùn)行費(fèi)用高150萬(wàn)/a。
9.略
10.略
3.3 普通煤種較好經(jīng)濟(jì)性條件下的超低排放及劣質(zhì)煤超低排放
現(xiàn)組中部分項(xiàng)目為了追求低排放，并不計(jì)較設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用，是在較大的代價(jià)情況下實(shí)現(xiàn)的超低排放。因此需要對(duì)這類項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行，降低運(yùn)行成本，并對(duì)不同類型的技術(shù)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比，以便后續(xù)選擇技術(shù)經(jīng)濟(jì)性佳的技術(shù)或技術(shù)路線。
我國(guó)煤質(zhì)水平參差不齊，現(xiàn)投運(yùn)的超低排放機(jī)組多燃用煤，但仍有較多燃用劣質(zhì)煤的電廠。燃煤發(fā)電的技術(shù)成熟度高，需要提高散煤品質(zhì)，而將高灰劣質(zhì)煤用來(lái)發(fā)電并實(shí)現(xiàn)污染物的超低排放，是減少大氣污染排放的措施之一，也是煤炭清潔可持續(xù)利用戰(zhàn)略中的必然選擇和重要內(nèi)容。因此，開(kāi)展燃煤電站污染物的超低排放，尤其是適用于劣質(zhì)煤的超低排放技術(shù)的應(yīng)用及，具有深切的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。
3.4 其他問(wèn)題
總體來(lái)說(shuō)，進(jìn)一步節(jié)能降耗將是所有除塵技術(shù)關(guān)注的。此外，電除塵器對(duì)煤種的適應(yīng)性問(wèn)題也有待進(jìn)一步，低低溫電除塵技術(shù)尚缺少準(zhǔn)確、的選型設(shè)計(jì)方法；旋轉(zhuǎn)電電場(chǎng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工要求較高，部分項(xiàng)目存在安裝不規(guī)范引起的設(shè)備穩(wěn)定性欠佳等問(wèn)題。
金屬板式WESP耗水、外排水量相對(duì)較多，如直接外排，需增設(shè)廢水處理系統(tǒng)，如進(jìn)入脫硫塔補(bǔ)水，則增加了脫硫廢水處理的負(fù)擔(dān)；導(dǎo)電玻璃鋼WESP采用非恒流源電源供電時(shí)，玻璃鋼陽(yáng)管易發(fā)生閃絡(luò)擊穿；陽(yáng)管導(dǎo)電層易脫落，廢舊陽(yáng)管易造成二次污染等。另外，現(xiàn)有除塵設(shè)備的制造、安裝及運(yùn)維水平也有待提高。
4 展望
未來(lái)需對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行節(jié)能增效，發(fā)展多種污染物協(xié)同脫除技術(shù)，降低投資和運(yùn)行成本，繼續(xù)推進(jìn)低低溫電除塵技術(shù)等在超低排放機(jī)組中的應(yīng)用，推廣節(jié)水型WESP，提高WESP的性和多種污染物協(xié)同控制水平；提高設(shè)備的制造、安裝及運(yùn)維水平。
