火电厂除尘技术的发展动态研究姜雨泽，宋荣杰（山东电力研究院，山东济南250002）出了将电除尘布置在GGH之后，进行低温除尘的建议，由于烟气温度的降低，使烟尘比电阻处于适宜采用电除尘的范围，除尘效率显著提高。这样，利用现有普通电除尘器，不用增加成本，就可以满足烟尘排放要求。
除尘似乎是已经过时的话题，人们的关注都集中在脱硫脱硝等热门问题上，好像除尘技术完全过关，不存在任何问题。在火电厂大气污染物排放标准GB13223-2003公布之前确实如此，一般采用四电场普通干式电除尘即能满足排放要求，但GB13223-2003将烟尘排放标准提高到50mg/Nm3以后，普通干式电除尘难以达到排放标准。为满足新排放标准，近几年火电厂烟尘治理技术发生了重大变化，有的通过增加电除尘电场数量，增加集尘面积来提高效率，有的米取新技术措施提高电除尘效率，有的认为布袋除尘器将取替电除尘，积极推出布袋除尘器，有的开发电-布袋复合除尘器。此外，近两三年烟气脱硫装置急速推广应用，湿式脱硫装置具有一定的除尘作用，而干式脱硫装置则大量增加除尘装置入口烟尘浓度，除尘和脱硫相互影响。在新形势下，火电厂烟尘治理技术的应用状况及发展动态发生了重大变化，本文对此做简要总结分析，供选择除尘技术方案时，并结合湿法脱硫设施，提出火电厂烟尘治理技术方案的新建议。1电除尘器在火电厂燃煤锅炉烟气除尘上的应用及发展动态20世纪70年代电除尘开始在电厂应用，20世纪80年代开始快速推广，到20世纪90年代和21世纪初，普通干式电除尘在我国燃煤电厂普及，几乎所有电厂均采用电除尘器，多年的应用积累了丰富的运行和管理经验，设备运行良好，基本都能够达到设计指标。除早期投运的电除尘为3电场外，后期投运的基本上都是4电场，达到150mg/Nm3的排放标准不成问题。在GB13223-2003颁布以后，由于火电厂燃煤锅炉烟尘比电阻比较高，普通干式电除尘难以达到排放标准，首先想到的措施是增加除尘器集尘面积，将除尘器加高、加宽和增加电场数，近期投运的电除尘有5电场，甚至6电场，比集尘面积从早期低排放要求的电除尘对超细微粒收集效率低、当烟尘比电阻不适宜时发生反电晕、以及气流冲刷和振打引起二次扬尘等固有问题，单纯增加比收尘面积在很多情况下仍不能满足排放要求，近几年采取的电除尘方案和最新实用化技术措施如下。
1.1结合湿法脱硫，仍选用4电场或5电场普通干式电除尘近几年由于国家环保政策要求，安装脱硫装置的机组急速增加，安装脱硫装置的机组容量已占全国火电机组容量的41%，脱硫方法以石灰石-石膏法为主，约占总装机容量的88%，其次为海水脱硫，约占4%，烟气循环流化床占3%，其它方法占5%.石灰石-石膏法和海水脱硫法的脱硫塔，在吸收液喷淋过程中对烟尘具有捕集作用，其除尘效率50%40%，一般设计上按50%考虑。现有烟气净化流程为烟气首先经过电除尘器，然后进入脱硫吸收塔。前面设置4电场或5电场电除尘，如果烟尘比电阻适中，除尘效率可达到99.6%~99.7%，出口浓度能控制在100mg/Nm3左右，加上脱硫装置的50%以上除尘效率，最终烟尘排放浓度可控制在50mg/Nm3以内。但如果烟尘比电阻过高，或由于燃用煤品质变化大，这套烟气净化系统的除尘效率不能完全保证排放要求。现阶段采用此种除尘方案的电厂很多，但笔者不赞成这种方案，因为采用这套除尘技术方案，进入脱硫装置的烟气含尘量高，容易造成脱硫系统循环泵和喷淋系统磨蚀，导致GGH换热器堵塞，影响系统运行。在除尘器发生故障或除尘效果不好时容易造成严重后果。此外，石膏杂志含量高，品质差，我国脱硫石膏与国外石膏对比如表1所示，石膏纯度相差近10%，颜色差别更是明显，石膏品质差是阻碍脱硫石膏利用的一个主要因素。
表1国内外脱硫石膏的特性及所含杂质项目曰本脱硫石膏英国脱硫石膏德国脱硫石膏珞璜脱硫石膏太原脱硫石膏杂质极限值游离水（％）品位（％）颜色白浅黄浅灰气味无味相对密度1.2高频开关电源（SIR电源）高频开关式电源是电除尘高压供电领域的新动向、新热点，近几年开始迅速推广应用，瑞典ALSTONG公司已生产销售SIR电源2000多台套，最大规格120kV/1.2A.国内正处于SIR电源的研制和推广热潮，已有多家推出800720）kV/0.4ASIR电源，福建龙净率先推出了频规格为800kV/1.0A的SIR电源。SIR电源将三项交流输入整流为直流电源，经全桥逆变为高频交流，随后升压整流输出直流高压。SIR的频率为2040kHz，加上是三相供电，所以输出到电除尘的电压几乎是纯直流，还可采用“间歇供电，。因而电源SIR电源供电具有以下突出优点高频电源纯直流供电时，输出电压纹波通常<5%，远小于普通工频电源的35%~45%，闪络电压高，运行平均电压可达工频电源的1.3倍，运行电流可达工频电源的2倍，因而有利于提高除尘效率，一般可使出口排放浓度降低30以上，甚至达到70%.火花放电时常规电源一般至少要关断一个半波，SIR电源大都可在24ms内使火花熄灭，515ms恢复全功率供电，在100次/min的火化率下，输出高压无下降迹象。
对于高比电阻烟尘，可采用类似脉冲的“间歇供电”，可随意调节脉冲宽度和脉冲频率，调节占空比，有利于抑制反电晕，因而得到好的除尘效果。
电源体积小，重量轻，设备重量仅为常规电源的35%左右，成本低，性价比高。
三相均衡对称供电，对电网无干扰。
1.3移动电极电除尘技术移动电极电除尘器与普通电除尘器的区别在于其收尘极是移动的，它的收尘极板由若干分离开的条状板材通过链条联接而成，在除尘器极板的上部和下部设有链轮，通过驱动链轮，使收尘极板在上下链轮间往复移动，移动速度0.14.5m/min.在极板上的粉尘层还没有达到能形成反电晕的厚度时，就被移动到了主气流下方的灰斗区域，这时设置在此的旋转电刷将粉尘清理下来，落入灰斗，由于清灰位置没有主气流通过，不会引起二次飞扬。移动电极通常设在电除尘的末电场，其它上游电场仍采用固定式极板。
移动电极电除尘技术由日本日立公司研制，至今已有51台移动电极电除尘器在运行，最大应用机组为1000MW.实际应用结果表明：能有效解决高比电阻灰尘的收集；能有效减少二次扬尘，显著降低ESP出口烟尘浓度，排放浓度可控制在50mg/Nm3以下，甚至达到10mg/Nm3以下；节省场地和空间，移动电极电除尘器一般只需3电场就够了。
日立公司与国内公司合作，正在中国推广移动电极电除尘器，我国公司自主研发的该项技术也已进入工业性试验阶段，正在进一步改进和完善。
1.4辅助电极和双区电除尘技术我国在20世纪80年代开始引进带辅助电极的原式电除尘器，它在放电极后面设置圆管排列组成的辅助电极，阳极板也由圆管排列而成，这样增加收尘面积。后来，极板和辅助电极的结构形式有所发展变化，不再局限于原式结构。采用辅助电极的优点有两个方面：其一，辅助电极可捕集反电晕和正常电晕区产生的荷正电的颗粒，从而提高除尘效率；其二，辅助电极区域，电场均匀，收集粉尘的场强大，有利于收集粉尘。应用结果表明，配置辅助电极，可显著改善除尘效果。
近年来，在辅助电极技术基础上又发展了复合双区除尘技术，辅助电极和放电极分开供电。这样辅助电极可以施加更高电压，收集场强更大，荷电和收集都可以处于最佳状态，可进一步改善除尘效果。在300MW机组和130t/h锅炉上应用取得了较好效果，烟尘排放浓度低于50mg/Nm3. 1.5电凝并技术由于细微粒子荷电困难，并且在电场内受到的迁移粘滞阻力大，趋进速度低，所以电除尘对2.5ym以下细微粒子收集效率低。为此，人们开发了电凝并技术，使细微粒子和其它粒子凝并成大粒子，减少细微粒子数量，从而提高除尘效率。电凝并分为四类：直流电场中异极性荷电尘粒的凝并，不同粒径粒子运动速度和受电场趋近速度不同，发生碰撞，从而产生凝并；交变电场中同级性荷电尘粒的凝并；交变电场中异级性荷电尘粒的凝并。实验证明异级性荷电尘粒在交变电场中的凝并在4种方法中凝并效率最高。
澳大利亚Indigo公司于2002年开发出商用凝聚器，它采用“流动凝聚（FAP）”和“双极静电凝聚（BEAP）”两种技术，FAP技术基于强化流动使大小不同的粒子有选择性地混合，增强粗细粒子之间的物理作用，从而促使其相互碰撞，形成聚合的粒团。BEAP凝并技术，设置一组正负相间的平行通道，通过的粉尘一半荷正电，一半荷负电，然后它们进入对粒径有选择的混合系统SSMS），正负粒子相互混合，从而凝并成大颗粒团。Indigo凝聚器在5个燃煤各异的电厂应用，能够在原电除尘的基础上降低排放浓度30%60%，浊度降低50%~~80%，PM15排放浓度降低70% 90%.不仅如此，还明显地改善了供电，前级电场由于空间电荷减少，电流增加40%以上，后级电场由于电晕极积灰而导致的功率下降减少了一倍，因而也促进了收尘效率提高。
澳大利亚Indigo公司正在中国推广这一技术，国内的大学和企业也在研制开发这一技术，正在做工业性试验。
1.6干湿混合电除尘技术干式电除尘存在振打引起的二次飞扬和高比电阻引起的反电晕，因而除尘效率不够理想。湿式电除尘采用在极板上形成水膜清洗极板上的飞灰，有效解决了上述两个问题，并且可以捕集硫酸雾及细微粒子，消除湿法脱硫产生的“紫烟”现象。日本将湿式电除尘布置在脱硫装置后面，可将燃煤锅炉烟尘排放浓度控制在10mg/m3以下。如果将湿式电除尘和干式电除尘结合起来，前级电场采用干式电除尘，末级电场采用湿式清灰，则可以降低设备造价，维持原有飞灰综合利用途径，又能满足排放要求。
国外于20世纪90年代开始研究干湿混合电除尘，美国电力研究院EPRI）做了一系列干式ESP后安装湿式ESP的中试试验，对PM2.5的去除率达到95%，对氧化汞去除率50°/J10.2004年EPRI和CRCAT建造了干湿混合电除尘中试装置。国内山东电力研究院正在开发该项技术。
2袋式除尘器的应用袋式除尘是与电除尘截然不同的一种高效除尘技术，它利用纤维材料滤袋）的过滤作用将烟尘捕集下来，突出特点是除尘效率高，实际应用除尘效率可达99.99%以上，经滤袋过滤后烟气含尘浓度一般都低于30mg/Nm3，甚至是10mg/Nm3以下。即便是人体危害最大的2.5ym以下的的细微粒子也有极高的除尘效率，还可有效去除烟气中的颗粒态重金属汞。并且除尘效率不受烟尘特性影响，运行稳定，早已广泛应用于钢铁、有色金属、建材等行业，是高效大气污染控制技术。
国外工业发达国家早在20世纪80年代就已将袋式除尘设备应用于燃煤电厂，随着排放标准的提高，袋式除尘器在火力发电行业所占的份额日益提高，尤其在澳大利亚袋式除尘设备占有率已经达到80%以上殓。国内早在20世纪80年代到90年代早期，进行了袋式除尘器的推广试验工作，先后在12台不同规模机组上安装袋式除尘器，但由于滤料选择不当等原因均以失败告终，至少已有17台200MW机组、2台300MW、1台600MW机组大型袋式除尘器投入运行，运行效果良好。国内一些主干环保企业纷纷引进和研发，已经完全掌握该项技术，可自主设计制作大型袋式除尘器，滤袋等关键配件在国内也能生产，设备费用已较引进设备有较大幅度降低。今后袋式除尘器所占的市场份额会快速上升。
有很多资料对燃煤电厂应用电除尘和袋式除尘做了对比，由于观点有差异，对比数据没有统一标准，所以对比结论不完全一致，总体上说：电除尘阻力小，运行维护费用小；袋除尘效率高，阻力大；电除尘对烟尘特性敏感，适宜范围小；袋除尘适合任何烟尘特性，但对于烟温、烟气成份等适应性差，需进行高温保护，低温防结露，防腐蚀；袋式除尘器滤袋寿命短，不超过30000h，每3哨年布袋就需全部更新一次；两者现阶段、现排放标准下，投资大体相当，运行维护费用袋式除尘器略高。
3电袋复合式除尘技术叫15-18电袋复合除尘技术是近些年在电除尘达标改造基础上，综合利用电除尘器和袋式除尘器的优点而新发展起来的新除尘技术，从理论到应用已经基本成熟，目前在水泥行业、火电行业已有多台套设备投入生产运行，在火电厂最大应用机组目前为600MW.实际运行结果表明，对任何煤质都可以轻松实现烟尘达标排放，排放浓度甚至可以控制在10mg/Nm3以下。
电袋复合除尘器顾名思义利用静电除尘和过滤除尘两种机理，是两种除尘技术的组合，首先利用电除尘作为一级除尘，保留原有电除尘的一个电场或两个电场，捕集80%~90%的烟尘，然后利用袋式除尘单元作为二级除尘，利用过滤除尘的高效率实现达标排放。根据电除尘和袋过滤除尘单元的组合方式可将电袋复合除尘器划分为“前电后袋”式和“嵌入式”两种类型。“前电后袋”式复合除尘器的前面是一个电场或两个电场的电除尘：一般情况下一个电场足够），后面为袋式过滤单元，两者“串联”，该类电袋复合除尘器又分两种：一种是电除尘部分和过滤除尘部分做成一体，电除尘后的烟气直接进入袋除尘单元，此种方式的优点是结构紧凑，占地面积小，烟尘带电荷的不会消失，滤袋上的粉尘层疏松阻力小，但存在气流分布难以调整到最优、后面袋式除尘部分无法在线检修的问题，我国环保设备厂制作的电袋复合除尘器基本上都是这种类型；另一种为电除尘部分和过滤除尘部分各自独立，是分体的，即前面是一个电除尘，烟气从电除尘器出来后进入袋式除尘器，优点是各自独立，相互影响小，后面袋式除尘器可将气流分布调整到最佳状态，可在线检修，但占地面积大，烟尘可能失去电荷，进而导致粉尘层阻力有所增加。
单元组合在一起，其特点是在除尘器内部，一组电极和一排袋滤器相见排列，被静电捕集后，烟气穿过阳极板进入袋滤器，未被捕集和振打清灰引起的二次扬尘被滤袋收集，滤袋反吹风时扬起的烟尘颗粒进入电场被电除尘收集。两者有机结合，起到了单一的电除尘或袋除尘所不能获得的最佳效果。
电袋复合除尘器具有以下显著优点：对细微粒子，特别是0.011ym的气溶胶粒子有很高的捕集效率；由于电除尘已去除80%-90%的烟尘，烟尘量减小，加上由于静电作用，滤袋表面沉浸的粉尘层具有松散的组织，过滤阻力小；与电除尘相比，烟气粉尘性质的适用范围更广，对任何煤质的烟气，烟尘均可达标排放；与普通袋式除尘器相比，工作负荷低，运行阻力低，清灰次数减少，滤袋的使用寿命延长，运行费用降低。
4发展低温电除尘技术的建议目前国内应用最多的湿法脱硫的工艺过程为：锅炉尾部烟气直接进入除尘器（主要是电除尘），除尘后的烟气进入GGH换热器，降低烟气温度，然后进入喷淋洗涤脱硫塔，脱硫后的烟气再进入GGH，将净烟气加热到70-80°C，然后排放。现在，对是否使用GGH换热器争议较大，安装GGH烟气换热器，利用烟气自身热量将净烟气加热，可提高排烟温度和抬升高度，有利于减缓后续烟道的腐蚀，有利于烟气扩散，减小S2、Nx落地浓度，降低水耗。缺点在于，增加固定投资费用，增加烟气阻力，增加能耗和运行费用，易发生故障，降低脱硫系统的运行可靠性。取消GGH，要增加烟囱防腐，污染物落地浓度增大，对于未采取烟气脱硝的系统来说，NOx落地浓度增大，可能会导致环境质量超标，但总体看，投资降低，运行费降低。是否采用GGH，要结合项目自身和所在地的环境状况，能否满足环境质量要求确定。目前，在我国已经建成的脱硫系统中，设置了GGH的占80%以上。
我国目前的燃煤锅炉烟气净化系统将电除尘器布置在GGH之前，处理烟气温度范围约为110 160C，是广泛使用的常温电除尘。电除尘的性能与烟尘特性，特别是比电阻密切相关，而燃煤锅炉烟尘比电阻与烟气温度有关，随着烟气温度的增高，烟尘比电阻增大，在常温电除尘的运行温度范围达到最大值，而后，随着温度增高而下降。常温电除尘正好处于比电阻最高的温度范围，烟尘比电阻约为5>4010 1013cm，运行过程中容易发生反电晕，供电电压及电流受到限制，加上反电晕引起的二次飞扬，导致现在电厂使用的常温电除尘不能满足排放标准。
当低温电除尘处理烟气温度范围90-100°C左右时，对任何灰质的烟尘，比电阻都在反电晕临界值以内，不会发生反电晕。另外，烟气温度降低，烟气量减小，在电除尘器规模尺寸不变的情况下，烟气通过电场的流速降低，停留时间增加，比集尘面积增加，因而低温电除尘的除尘性能显著提高，可以轻松达到烟尘排放控制标准要求的排放浓度，甚至可达到30mg/Nm3，日本电站燃煤锅炉采用低温电除尘，除尘效率达99.85%炉。而常温四电场电除尘效率只有99.6%左右。只要改变电除尘器布置在GGH之后，将原烟气温度降低到90C左右，仍采用现有普通干式电除尘技术，就可以轻松达到排放标准要求。
采用低温电除尘具有以下优点：在不增加任何投资成本的情况下，除尘效率显著提高，采用成熟的电除尘技术，完全可以满足烟尘排放要求，石膏纯度可以达到国外的品质；处理烟气量降低，风机动力消耗降低10%左右；通过GGH的烟气含尘浓度20~30g/Nm3，硫酸雾附着在粉尘上，减少在传热片上的附着，减轻对GGH的腐蚀，而现行的GGH布置在电除尘后面，当除尘器出口浓度低于100mg/Nm3时，硫酸雾对GGH腐蚀严重钟秦。燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例。北京：化学工黄三明。电除尘技术的发展与展望。中国环境保护产业协会电除尘委员会。第11届全国电除尘学术会议论文集。郑州，2005：13-18.黄三明。适应新环保要求的实用电除尘技术。中国环境保护产业协会电除尘委员会。第12届全国电除尘学术会议论陈颖，郭俊，卢刚，等。电除尘高频电源的研制与应用。中国环境保护产业协会电除尘委员会。第12届全国电除尘学术会议论文集，石家庄，2007：329-332.黎在时。电除尘器的选型安装与运行管理。北京：中国电力出版社，2005.章荣发。分析双区电场对细微粉尘的捕集作用。中国环境保护产业协会电除尘委员会。第12届全国电除尘学术会议论文集。石家庄，2007：219-223.器一减少电除尘可见排放物的有效技术。中国环境保护产业协会电除尘委员会，第11届全国电除尘学术会议论文集。郑州，2005：244-253.前川式明，土屋喜重，玉井正俊。术用湿式集尘装程新生。适应当前发展的电除尘技术探讨。中国环境保护产业协会电除尘委员会。第11届全国电除尘学术会议论文集，郑州，2005：25-29.姚群，陈隆枢，韦鸣瑞，等。大型火电厂锅炉烟气袋式除尘技术与应用。安全与环境学报，2005，宋七棣，徐天平，陈安琪。燃煤锅炉烟气除尘。2004中国国际脱硫脱硝技术与设备展览会及技术研讨会组委会。2004中国国际脱硫脱硝技术与设备展览会及技术研讨会刘贯连，张积秋，边彩霞。布袋除尘器在670t/h燃煤锅炉上应用的技术经济分析。电力环境保护，2005，21（1）：30-江德厚，郝党强，王勤。燃煤电厂袋式除尘器发展趋势及其运行寿命的影响因素。2007年火电厂环境保护综合治理技术研讨会论文集。郑州，2007：254-260.黄炜，林宏。龙净FE型电袋复合式除尘器的开发与应用。中国环境保护产业协会电除尘委员会。第12届全国电除尘学术会议论文集。石家庄，2007：161-舒英钢，赵锡勇，姚宇平，等。电袋复合型除尘器的应用与思考。中国环境保护产业协会电除尘委员会。第12届全国电除尘学术会议论文集。石家庄，2007：167-170.何新平，郭新生。用于干法脱硫的电袋复合型除尘器。中国环境保护产业协会电除尘委员会。第12届全国电除尘学术会议论文集。石家庄，2007：171-郑奎照。FE型电袋复合高效除尘器在电除尘器改造中的应用。中国环境保护产业协会电除尘委员会。第12届全国电除尘学术会议论文集。石家庄，2007：179-何申富，徐剑。宝钢电厂3号机组烟气脱硫GGH设置与否P0王文义，刘万举，张兵。脱硫系统GGH设置的技术分析。陕西电力，2006，34（3）：47-48.藤英，清水拓，土屋喜重技。低低温EP唔用石炭火力用排理合理化韵。三菱重工
