煤机超清洁排放改造中去除粉尘技术研究

煤机超清洁排放改造中去除粉尘技术研究

赵素强

(大唐国际发电股份有限公司浙江分公司310020)

摘要:自2013年，出现雾霾天气频发、环境空气质量恶化现象，国家和地方政府为改善空气质量，颁布和出台了一系列相关文件和要求，其中包含对火电燃煤机组进行超清洁排放改造。去除烟尘作为实现超清洁排放项目之一，对减少空气中可吸入颗粒物以及改善雾霾天气发挥着重要的作用，经过对当前超清洁排放技术的研究和探索以及实际验证，通过采用去除粉尘的新技术、新设备，设备提效改造和协同处理等方式，能够有效去除烟气中的粉尘含量，为降低空气中细微颗粒物和减少雾霾天气提供了技术支持和奠定了基础。

关键词:煤机粉尘技术

一、实施煤机超清洁排放改造的背景以及政策导向

（一）、实施超清洁排放改造的背景

2013年，雾霾天气在京津冀、长三角和珠三角经济发达地区的城市及其他大中型城市出现，随着民众对环境意识的提高，提高空气质量的要求也在与日俱增，改善大气质量这项工作得到一些地方乃至国家高层高度重视。

（二）、实施超清洁排放的政策及要求

2015年3月，李克强总理代表国务院在十二届全国人大三次会议上作《政府工作报告》，报告中指出，二氧化硫、氮氧化物排放要分别减少3%左右和5%左右，深入实施大气污染防治行动计划，实行区域联防联控，推动燃煤电厂超低排放改造，促进重点区域煤炭消费零增长；2015年12月2日国务院总理李克强主持召开国务院常务会议，决定全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造；同日，国家环保部、发展改革委、能源局下发《燃煤电厂超低排放电价支持政策有关问题的通知》（发改价格〔2015〕2835号）明确在完成超低排放改造的机组中，2016年1月1日前并网发电的现役机组，对其统购上网电价加价每千瓦时1分钱（含税）；2015年12月11日，国家环保部、发展改革委、能源局下发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》（环发[2015]164号）的通知，要求超低排放改造任务东部地区提前至2017年前总体完成，逐步扩展至全国有条件地区，其中，中部地区力争在2018年前基本完成，西部地区在2020年前完成，原则上奖励200小时左右利用小时。

（三）、超清洁排放指标情况

根据要求，在2014年7月1日后重点地区需执行《火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）》表二燃煤锅炉数值，即：烟尘＜20mg/Nm3,SO2＜50mg/Nm3,,NOX＜100mg/Nm3,；在进行超清洁排放改造后，执行《火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）》表二燃气轮机组数值，即：烟尘＜5mg/Nm3,SO2＜35mg/Nm3,,NOX＜50mg/Nm3,。

二、当前煤机超清洁排放改造中去除粉尘的主要技术

（一）、除尘部分

1、低低温除尘器

（1）工作原理

低低温技术除尘就是在原干式电除尘器之前布置了一级MGGH（热媒水热量回收系统），将电除尘器的运行温度降低至低低温状态，有效降低烟气飞灰比电阻，不会发生“反电晕”现象；烟气温度降低使得烟气量减小，烟气通过电场的流速降低，增加停留时间，相当于电除尘器的比集尘面积增加；烟温降低至90℃左右，烟气中的气态SO3会完全冷凝成液态，从而被烟气中大量的粉尘颗粒所吸附，再经过电除尘器对粉尘的收集而被除去，大大提高电除尘器性能。

2、湿式电除尘器

（1）工作原理

将水雾喷向放电极和电晕区，水雾在芒刺电极形成的电晕场内荷电后分裂并进一步雾化，电场力、荷电水雾的碰撞拦截、吸附凝并，共同对粉尘粒子起捕集作用，最终粉尘粒子在电场力的驱动下到达集尘极而被捕集；除尘方式上湿式电除尘器是将水喷至集尘极上形成连续的水膜，流动水粉尘冲刷到灰斗中随水排出。湿式静电除尘器的除尘过程可分为四个阶段：电离；荷电；移动；清除四个阶段。湿式静电除尘可以脱除雾滴，金属电极表面带水后，使电子更易于发射，水中的多种杂质离子在电场作用下，也易越过表面势垒而成为发射离子，使之能在低电压下发生电晕放电，由于水的电阻相对较小，水滴与粉尘结合后，使得高比电阻的粉尘比电阻下降，因此湿式静电除尘器的工作状态较干式电除尘器更加稳定；另外由于湿式静电除尘器采用水流冲洗，不会产生二次扬尘；同时湿式静电除尘器对酸雾、有毒重金属以及PM10，尤其是PM2.5的微细粉尘有良好的脱除效果。

（2）结构型式

湿式静电除尘器在结构上有两种基本型式：管式和板式。管式静电除尘器的集尘极为多根并列的圆形或多边形金属管，放电极均布于极管中间，管状湿式静电除尘器只能用于处理垂直流动的烟气。板式静电除尘器的集尘极呈平板状，可获得良好的水膜形成特性，极板间均布电晕线，板式湿式静电除尘器可用于处理水平或垂直流动的烟气。

（3）两种形式湿式电除尘器比较

1）板式阳极板采用金属不锈钢材料，管式阳极选用耐腐蚀非金属复合材料；

2）板式除尘器需连续喷入碱性水，提高设备抗酸腐蚀性，管式除尘器不需要连续喷水形成水膜，利用烟气中的水能够对极管起到清灰的作用；

3）板式除尘器独立布置在FGD出口，管式除尘器可以在FGD出口单独布置，也可以布置于脱硫塔顶部。

（4）湿式电除尘器的性能特点

1）湿式电除尘器一个立式电场能够实现出口排放≤5mg/m3；

2）湿式电除尘器对微细颗粒物PM10、PM2.5和石膏颗粒的去除效率较高，一个电场的除尘效率能够≥80%；

3）湿式电除尘器对SO3的去除效率能够≥60%；对NOx（NO2）的去除效率≥15%。湿式电除尘器能够有效控制重金属汞排放，汞脱除效率能够达到≥75%。

3、吸收塔除尘

喷淋塔的除尘机理与湿法除尘设备的工作原理基本一致。在逆流喷淋塔中，烟气从喷淋区下部进入吸收塔，并向上运动，石灰石浆液通过循环泵送至塔中不同高度布置的喷淋层的喷嘴，从喷嘴喷出的浆液形成分散的小液滴向下运行，与向上流动的烟气接触，并对烟气中的SO2进行洗涤，同时气流中的部分粉尘颗粒与液滴接触而被捕集带入浆液中。在喷淋塔中，捕集粉尘的主要机理为碰撞、截留以及扩散。吸收塔除尘的除尘效果主要与粉尘粒径、脱硫塔高度、烟气流速、液气比等有关。

三、煤机实现超清洁排放技术去除粉尘的技术路线

通过对以上主要技术研究和调研，在详细分析和充分掌握生产实际运行状况后，应用以上部分技术和辅以其他技术措施情况下，理论上能够实现超清洁排放烟尘≤5mg/Nm³的目标，技术路线如下：

在现场空间满足情况下，加装MGGH，进行高频电源改造，降低电除尘器入口烟气温度，实现低低温除尘器运行，能够提升除尘效率，还可以去除部分SO3；通过进行脱硫塔除尘改造，例如对脱硫塔增高、高效除雾器改造、喷淋层喷嘴进行升级改造，可以去除部分粉尘；在脱硫塔后加装湿式电除尘器，进一步对细小颗粒物以及雾滴进行去除，实现烟尘≤5mg/Nm³排放目标。

四、某公司进行除尘改造技术路线和运行情况介绍

某公司4号机组实施超清洁排放改造工程，除尘部分的改造内容主体按照上述改造路线予以实施，改造完成后环保设施随同机组并网投入运行。2015年3月，经过某监测单位监测验收，主要大气污染物指标粉尘监测值均优于超清洁排放指标要求，烟气中的粉尘得到了大幅下降。该机组在去除粉尘技术上采用国内、国际的先进技术，为今后进行改造积累了技术与经验，为改善空气质量方面提供了可借鉴经验。

（一）、某公司原除尘设施情况

1除尘部分

某公司一期4台600MW机组，同步配置双室五电场静电除尘器，除尘装置于2006年与主机同步投入使用。锅炉烟气流经静电除尘器的五个串联电场进行除尘后，由烟囱排出。除尘器设有机械振打装置，通过振打使积附在极板极线上的灰振落下来落入灰斗。每个电场分别设4个阴、阳极振打，电除尘每室设有一个槽打。阴、阳极振打均采用侧面摇臂锤旋转振打,振打可采用程控和手动振打两种。电除尘器高压电源部分由高压整流变压器、四点式隔离开关和高压自动控制柜组成。电除尘器低压控制系统包括振打控制系统、瓷套、瓷轴电加热控制系统两部分。电除尘微机控制系统包括系统上位机，远程控制计算机，高、低压控制柜及其它控制设备。

（二）、某公司4号机组超清洁排放改造去除粉尘的技术路线

某公司4号机组在超清洁排放改造前排放指标烟尘指标与重点地区烟尘标准持平，改造条件根据该公司近年的煤质确定。

1、除尘部分

电除尘系统采用第一、第二、第三电场实施高频电源改造、第五电场原有4台高压硅整流变压器及其控制系统改造为脉冲电源方案，可达到烟尘排放浓度≤20mg/Nm3，并能一定程度上减少微细颗粒排放。更换原脱硫塔三层管式除雾器为两层屋脊式除雾器和一层管式除雾器，降低脱硫出口雾滴的排放，在4号脱硫塔后与烟囱之间增设一台湿式电除尘器。

4、消除石膏雨和“烟羽”部分

增设水媒式换热器MGGH，在空预器后干式电除尘器前布置MGGH烟气冷却器，夏季按将烟气温度从125℃降到90℃、冬季按将烟气温度从115℃降到90℃设计；在湿式电除尘器之后烟道上布置MGGH烟气再热器，利用加热后的热媒水加热脱硫后的净烟气，夏季按将烟气温度从50℃升到82℃、冬季按将烟气温度从50℃升到72℃设计，减轻石膏雨和烟羽现象，同时实现低低温除尘器运行效果。

五、某电厂超清洁排放改造后的效果

（一）、改造后运行情况

1超清洁改造后情况

某公司4号机组超清洁排放改造完后投入运行，各项指标满足技术要求。并已通过某环境检测中心环保验收检测及地方环保监测评估技术审查，排放值达到了设计要求。其中4号机组是当地首台完成了超低排放改造的燃煤发电机组，为国产600MW机组环保改造提供了可借鉴的工程实例。

2015年8月某环境监测中心对4号机组实施了监测，机组主要烟尘指标达到燃气轮机组的排放限值，检测结果均合格。委托某公司编制了4号机的烟气超低排放评估报告，4号机组在通过72小时后的在网运行30天评估期内，机组的总排口的烟尘浓度远低于燃气轮机排放标准允许值，排放限值的达标保证率均达到100%，通过稳定性评估。

综合分析该公司4号机组设施环保竣工验收监测报告、季度性监测报告、性能试验报告、运行报表以及实时CEMS运行数据，该公司4号除尘设施满足性能保证值。2015年9月经某环境监测中心检测，检测结果为：烟尘2.11mg/Nm3，均能达到超清洁排放指标要求。同时，因湿式除尘器具有协同去除SO3和汞的功能，对这两项污染物排放也起到了减排的效果。

2MGGH改造后情况

某公司4号机组改造完成后，由于降低干式电除尘器入口烟气温度，实现低低温除尘器运行条件，除尘效率得到提高，最终降低总排口烟尘浓度。干式电除尘器出口的烟尘指标（在线仪表）由11-20mg/Nm³降到6-13mg/Nm³；总排口烟尘指标（在线仪表）由1.1-1.7mg/Nm³降到0.65mg/Nm³。根据夏季运行情况（由于还未进入冬季，无法对冬季运行效果进行评估），MGGH投运后，在对部分凝结水进行回热加热的同时，消除“石膏雨”和烟羽现象，大大消除周边居民对发电厂大气环境污染的负面认知和情绪。

（二）、环境影响分析

4号机组超清洁排放改造实施后，机组排放的烟气污染物排放值远远低于燃机的大气污染物排放标准。烟尘年排放量实现大幅度削减，同时，，大量消减了SO3和汞的排放，实现非常显著的减排效果，对改善区域环境有重大贡献。同时，增设MGGH系统，有效的减轻了石膏雨和“烟羽”现象，提高了整体企业形象。

六结论

超清洁排放改造除尘技术路线在该公司4号机组的成功应用，说明在应用现有技术和原设备改造治理的情况下，能够高效稳定实现低粉尘排放，是成功的范例，为该公司公司进行超清洁排放改造做出了示范，对改造的技术引进、应用、摸索、改进进行积累。

低低温除尘器与MGGH的联合使用，对干式电除尘器进行高频电源改造，不仅可以提高干式电除尘器除尘效率，减轻后部除尘压力，同时可以进行部分热量回收，最终消除“石膏雨”和烟羽现象。对脱硫塔增高、高效除雾器改造、喷淋层喷嘴进行升级改造及进行脱硫除尘一体化装置改造工作，可以实现塔内部分除尘的效果。以上脱硫吸收塔增容改造后对于总排口实现5mg/Nm³的烟尘指标打下一个良好基础，但是对于烟尘指标要求更低排放限值的改造项目，湿式电除尘器是必不可少的设备之一，同时还可以减少SO3和汞的排放。

参考文献：

《火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）》

作者简介：

赵素强(1977.7-)，男(汉族)，浙江杭州市，大唐国际发电股份有限公司浙江分公司，公司主管，工程师。主要从事环保化学工作。