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1、电站燃煤锅炉除尘器改造方案的探讨韦晓丽，王亚飞（华东电力设计院，上海市 ）摘 要：为满足2011年7月29日发布的火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011），已运行的很多燃煤锅炉机组需进行除尘器改造。重点介绍了适合国内电站燃煤锅炉改造常用的三种除尘器：旋转电极电除尘器、布袋除尘器、电袋除尘器。文中介绍了这三种除尘器的除尘原理、技术特点及运行业绩，并对三种除尘器改造方案进行了技术经济分析，为现有电站燃煤锅炉除尘器改造提供参考。关键词：旋转电极电除尘器；布袋除尘器；电袋除尘器；除尘原理；运行业绩；技术经济分析作者简介：韦晓丽（1984-），女，工程师，从事机务锅炉专业的设计工作。Disc
2、ussion of PrecipitatorReformation in Coal-fired Power PlantWEI Xiao-li, WANG Ya-fei(East China Electric Power Design Institute, Shanghai , China)Abstract: A number of precipitators already run in coal-fired power plant are required to improve to meet GB13223-2011 emission standard of air pollution f
3、or thermal power plants published in July 29(th), 2011. Rotary electrode electrostatic precipitator，bagdustcollector and electric-bag filter which are common used in coal-fired power plant reformation are introduced in the paper. The dedustingprincipal, technologycharacteristic, operationalachieveme
4、nts,technicaland economical analysis of the three kinds of precipitators are described to providereferencematerialsforreformation in coal-fired power plants.Key words：rotary electrode electrostatic precipitator; bag dust collector; electric-bag filter; dedustingprincipal; operationalachievements; te
5、chnicaland economical analysis 0 引言随着我国火电建设的快速发展和国民环保意识的增强，加大对电厂运行中产生烟气的治理力度，以适应社会、经济和环境协调发展的要求，缩小与发达国家的技术差距是我国环保行业面临的更高层次的挑战。2011年7月29日发布的火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011），明确对火电厂大气污染物排放提出了更高要求，该标准中规定自2014年7月1日起，火力发电厂燃煤锅炉烟尘排放浓度不大于30mg/Nm3，重点地区火力发电厂燃煤锅炉烟尘排放浓度不大于20mg/Nm3。国内电站有相当一批燃煤锅炉采用的除尘器已经满足不了新的环保标准的要求，需对
6、现有除尘器进行改造。除尘器改造方案首先要满足两点：第一要保证烟气排放浓度达到环保标准：30mg/Nm3（重点地区20mg/Nm3）；第二要保证除尘设备长期、稳定地运行。其次，因改造工程和新建工程不同，受已有条件的限制，因此改造方案必须在已有条件下是可行的。一般来说，在选型合理的条件下，旋转电极电除尘器、布袋除尘器、电袋除尘器、低低温除尘器、湿式除尘器、六电场或七电场静电除尘器能满足30mg/Nm3 （重点地区20mg/Nm3）的排放要求。由于低低温除尘器和湿式除尘器在国内为新技术，还没有在大型机组上投运业绩，广泛应用还需经较长时期进一步检验。在除尘器改造工程中我们发现大部分已投运的除尘器由于场
7、地受限，无法新增电场，因此增加电场方案基本都不可行。下面将对适合国内除尘器改造中常用的三种除尘器：旋转电极电除尘器、布袋除尘器、电袋除尘器进行介绍并作技术经济分析。1 三种除尘器的除尘机理1.1 旋转电极电除尘器旋转电极电除尘器的收尘原理与常规电除尘器完全相同，即将烟气中含有粉尘颗粒的气体，在接有高压直流电源的阴极线（又称电晕极）和接地的阳极板之间所形成的高压电场通过时，由于阴极发生电晕放电、气体被电离，此时，带负电的气体离子，在电场力的作用下，向阳极板运动，在运动中与粉尘颗粒相碰，则使尘粒荷以负电，荷电后的尘粒在电场力的作用下，亦向阳极运动，到达阳极后，放出所带的电子，尘粒则沉积于阳极板上，
8、而得到净化的气体排出除尘器外。旋转电极电除尘器与常规电除尘器的主要区别在于清灰方式。常规电除尘器采用振打、声波等方式来达到清灰的目的；而转动阳极板在驱动轮的带动下缓慢地上下移动，附着在极板上的粉尘随极板转移到非收尘区域，被正反两把转动清灰刷刷除，粉尘直接刷落于灰斗中，最大限度地减少二次扬尘。由于集尘极能保持清洁状态且粉尘在灰斗中被清除，有效克服了困扰常规电除尘器对高比电阻粉尘的反电晕及振打二次扬尘等问题，大幅度提高了除尘效率。图1 转动极板及传动部件示意图1.2 布袋除尘器1.2.1 除尘原理布袋除尘器的工作原理是：带有粉尘的烟气在通过布袋过滤时，烟气中的粉尘被粘附在滤袋表面，而通过过滤后的烟
9、气则进入布袋内（外滤式）或外（内滤式），当烟尘在滤袋表面粘附到一定程度时，清灰系统开始工作，抖落附在滤袋表面的积灰，灰尘通过自身的重力灰落入储灰斗，这样周而复始的运行，达到过滤烟气的目的。1.2.2 结构形式按烟气进口处压力，可分为正压与负压两种。正压系统是除尘器布置在锅炉吸风机出口，优点是不会因漏入冷空气而产生局部腐蚀，缺点是吸风机易磨损。负压系统是吸风机布置在除尘器后面，为防止漏风，密封要求高。用于电站的布袋除尘器一般采用负压系统。按烟气进入滤袋方式，可分为内滤式和外滤式。内滤式是含尘烟气从滤袋内部进入，净化烟气通过滤袋排出，过滤的烟尘留在滤袋内壁，它适用于过滤烟速较低的除尘器。外滤式是含
10、尘烟气从滤袋外壁进入，净化烟气通过滤袋内排出，烟尘粘附在滤袋的外壁上，它适用于过滤烟速较高的除尘器。外滤式布袋除尘器是目前应用较为广泛的型式。按清灰方式可分为低压脉冲行喷吹、低压脉冲旋转喷吹以及净化烟气反吹三种。布袋除尘器清灰控制可分为定压和定时二种：定压控制是根据布袋除尘器阻力决定清灰和停止清灰；定时控制是人为确定清灰间隔时间和清灰所需时间，以定压控制较为合理，它能使除尘器经常处于最佳工况运行。1.3 电袋除尘器1.3.1 除尘原理电袋组合式除尘器是综合利用和有机结合电气除尘器与布袋除尘器的除尘优点，先由电场捕集烟气中7080%以上的粗颗粒粉尘量，再经过布袋除尘装置拦截收集烟气中剩余量的细微
11、颗粒粉尘。其中，前级电场的预除尘作用和荷电作用为提高电袋除尘器的性能起到了重要作用。1.3.2 结构形式现在世界上有两种型式的电袋复合型除尘器，一种称之为COHPAC，由美国电力研究所（EPRI）的Ramsay Chang博士开发并取得专利，Hamon Rasearch-Cottrell将之实现工业性应用。还有一种称之为Advanced Hybrid，由美国能源部的能源与环境研究中心开发并在小型试验上取得了成功。Advanced Hybrid的结构相对复杂，到现在还没有工业规模的业绩。COHPAC就是所谓“前电后袋”的复合型除尘器，根据电除尘器与布袋除尘器的连接方式，它又有分体式与一体式两种。
12、对一体式的除尘器来说，由于后级的布袋除尘器无法做到分室在线检修，在检修时至少要切离一台电除尘器的烟气流，旁通烟道的布置也比较困难。对分体式的除尘器来说，除尘性能及系统的安全性更优，但占地面积稍大；同时，在将烟气通过电除尘器后封头收集，再均匀分配到各个滤室的过程中，也会产生100Pa200Pa的阻力损失。受场地条件等限制，电站锅炉的除尘器改造一般采用一体式电袋除尘器。2 三种除尘器的技术经济分析2.1 三种除尘方案的主要技术特点2.1.1 旋转电极电除尘器的主要特点（1） 能保持阳极板的永久清洁，电除尘器长期运行，性能不会下降；（2） 避免反电晕效应，有效解决了高比电阻粉尘的收尘问题；能最大限度
13、的减少二次扬尘，显著降低电除尘器粉尘排放浓度；（3） 可使电除尘器小型化，节约场地；（4） 特别适合于老机组改造；只需将末电场改造成旋转电极电场；（5） 压力损失小、维护费用低、运行允许烟气温度高；（6） 结构比较复杂，对设备的制造、安装工艺要求和运行可靠性要求高。转动电极相比常规电除尘器转动部件较多，发生故障的可能性相对较大；（7） 转动电极上的链条、链轮长期在高粉尘环境里运行，存在磨损问题。2.1.2 布袋除尘器的主要特点（1） 除尘效率高，出口排放稳定；（2） 排放浓度对粉尘的特性不敏感，不受粉尘比电阻的影响；（3） 清灰周期、滤袋使用寿命受烟气粉尘浓度影响大，粉尘浓度越高，清灰时间和滤
14、袋使用寿命越短；（4） 运行阻力大，一般为13001500Pa；（5） 不适宜高温状态下运行，一般在120160。对烟气中的水分、油和含氧量也有严格的要求；（6） 滤袋使用寿命与烟气中含硫量、运行方式以及采用材质由密切关系，按目前滤袋的寿命3万小时左右，因而更换滤袋费用高，工作量大。2.1.3 电袋除尘器的主要特点（1） 煤种适应性强，不受高比阻细微粉尘影响，除尘效率具有高效性和稳定性；（2） 由于滤袋收集的粉尘量少，阻力上升缓慢，其清灰周期长、气源能耗小；（3） 运行阻力低。由于电场区的作用，进入滤袋区烟气流的粉尘浓度大幅降低，同时这些粉尘受到电荷之间的排斥力和异性静电凝聚作用，滤袋表面粉层
15、结构呈蓬松絮状，降低了滤袋内外的压差，并减少微尘钻入或嵌入滤袋层而增加滤袋残余阻力； （4） 气流分布很难满足要求，影响滤袋的使用寿命。大型电除尘最佳是烟气流动平进平出的方式，而袋式除尘器最佳是下进风方式，为同时满足两者的要求，在二者之间加装有均留孔的均布板，而电荷的粉尘经过均布板孔，失去电荷，并将粉尘滞留在均布板上或堵塞孔板，对清灰和除尘有影响；（5） 一次性投资比布袋方案略低，运行维护费用低。2.2 三种除尘器技术特点比较三种除尘方案的技术特点见表1：表1 三种除尘方案的技术比较项 目电袋复合除尘器纯袋除尘器旋转电极式电除尘器除尘效率煤种变化，排放都可达标煤种变化，排放都可达标煤种变化，排
16、放都可达标平均压力损失800Pa1300Pa300Pa最终压力损失1200Pa1500Pa300Pa安全性高温烟气虽可外排，有一个电场做缓冲，但滤袋受到影响高温烟气虽可外排，但滤袋直接受到影响高温烟气可外排检修能在线分通道检修但不能在线分室检修能在线分通道检修但不能在线分室检修检修工作量小2.3 三种除尘器改造方案的能耗比较表2 三种除尘方案（1X300MW机组）的能耗比较项 目布袋除尘器电袋复合除尘器(1电3袋)旋转电极式电除尘器（3+1）阻力导致引风机的平均功率（kW）913517182空压机平均功率耗（kW）106370冷冻干燥机功率（kW）530高压整流设备运行功率（kW）020412
17、07清灰、灰斗加热的平均功率（kW）72138260功率消耗合计（kW）10968991649说明：表2以某电厂1X300MW机组为例，原除尘器为双室四电场静电除尘器，改造后除尘器出口烟尘排放要求：30mg/Nm3，本表数据仅供参考。表3 三种除尘方案（1X600MW机组）的能耗比较项 目布袋除尘器电袋复合除尘器旋转电极式电除尘器阻力导致引风机的平均功率（kW）1646933330空压机平均功率耗（kW）135550冷冻干燥机功率（kW）850高压整流设备运行功率（kW）04752299清灰、灰斗加热的平均功率（kW）96156309功率消耗合计（kW）188516242938说明：表3以某电
18、厂1X600MW机组为例，原除尘器为双室四电场静电除尘器，改造后除尘器出口烟尘排放要求：30mg/Nm3，本表数据仅供参考。2.4 三种除尘器运行费用比较表4 三种除尘方案运行费用比较项目 袋除尘器 电袋除尘器 转动极板电除尘器 运行费用，万元 483 422 164 检修费用，万元 388 166 51 说明：表4以某电厂1X600MW机组为例，原除尘器为双室四电场静电除尘器，本表数据仅供参考。2.5 三种除尘器改造方案的一次性投资费用表5 三种除尘改造方案一次性投资费用比较项目布袋除尘器电袋除尘器（1电3袋）转动极板电除尘器（3+1）本体改造140015001250135010001350
19、风机改造3003000总计170018001550165010001350说明：表5基准为某电厂1X300MW机组将原四电场静电场除尘器改造，本表数据仅供参考。2.6 三种除尘器改造方案综合技术经济比较表6 三种除尘改造方案综合技术经济比较除尘器形式综合比较 袋式除尘器优点：不受煤种、飞灰特性影响，出口排放低且稳定；采用分室结构能在100%负荷下分通道在线检修；总体运行维护费用高。缺点：系统阻力损失大；对烟气温度、烟气成分较敏感；若使用不当滤袋容易破损并导致排放超标；目前旧滤袋资源化利用率较小。电袋合除尘器优点：不受煤种、飞灰特性影响，出口排放低且稳定；能在100%负荷下分通道在线检修；在点炉
20、、高温烟气等恶劣工况下可正常使用电气除尘器但滤袋不受影响。总体运行维护费较高。缺点：系统阻力较大；对烟气温度、烟气成分较敏感；目前旧滤袋资源化利用率较小。旋转电极电除尘器优点：系统阻力小，出口排放低；在点炉、高温烟气等恶劣工况下可正常使用不受影响；总体运行维护费用低。缺点：受煤种、烟气工况、飞灰特性影响，旋转电场的传动装置稳定性影响除尘效果。3 三种除尘器的发展及运行业绩3.1 旋转电极除尘器从1979年日本日立公司研制出首台旋转电极电除尘器至今，旋转电极电除尘器已经有了30多年应用历史。到目前为止，该设备约有60多台套的销售业绩，主要用于日本本土，装机总容量已超过9000MW，涵盖150MW
21、-1000MW机组。国内已有5套300MW及以上机组旋转电极电除尘器投入运行，现已签订的300MW及以上机组旋转电极电除尘器的合同装机总容量近20000MW。改造项目有：包头一电厂#1机组（300MW）、达拉特发电厂#5机组（330MW）、河北衡丰发电厂二期（300MW）机组和包头三电厂，这些机组的电除尘器都是四电场，改造方案是将前三个电场进行整修优化，外壳体等部件做了相应改制，将四电场内部固定式极板等拆除，安装转动电极。3.2 布袋除尘器布袋除尘器在燃煤电厂烟气净化的应用曾经历了“三起三落”的过程。近几年布袋除尘技术有很大的进步，主要表现在：复合滤料（与P84 或PTFE 纤维复合）的出现，
22、可以提高滤料的抗酸或抗高温能力，使滤料性能迅速提高；覆膜滤料、梯度滤料的研究成功，大大提高了滤料的过滤性能，使排放达到小于20 mg/Nm3，甚至小于5 mg/Nm3。另一方面，清灰和保护系统自动化程度的提高，使滤袋的使用长度可达8-10m，为设备大型化提供了条件。此外，布袋除尘器的本体设计重要性也逐步被人们认识。其中包括气路型式、各种参数的确定以及气流在袋场的合理分布等。国内已投运的布袋除尘器运行良好的电厂滤袋已超过四年，如：内蒙古准大发电有限责任公司2X300MW机组采用布袋除尘器，分别于2006年12月和2007年3月投运；宝山钢铁股份有限公司电厂3#机350WM机组将四电场静电除尘器改
23、为布袋除尘器，于2009年6月投运。湛江发电有限责任公司2#机300MW机组将三电场静电除尘器改为布袋除尘器，于2010年4月投运，至今运行状况良好。3.3 电袋除尘器电袋除尘器是近几年国内发展起来的一种除尘设备，到2012年年底我国电厂采用电袋除尘器的大机组3001000MW有210台，已投运108台。许昌龙岗发电有限责任公司2#炉350MW机组将四电场静电除尘器改为电袋除尘器，于2008年投运。安徽平圩电厂#1 炉600MW 机组将四电场静电除尘器改为电袋除尘器，于2011年投运。河南新密电厂2X1000MW新建机组采用的电袋除尘器技术，于2011、2012年投产。4 结 论本文针对最新的
24、环保排放要求，烟尘排放30mg/Nm3（重点地区20mg/Nm3），介绍了适合国内电厂改造的常用三种除尘器：旋转电极电除尘器、布袋除尘器、电袋除尘器的除尘原理、技术特点及运行业绩。通过技术经济分析可知：旋转电极电除尘器的投资运行维护费用较低，除尘效率低于布袋和电袋除尘器，建议旋转电极结合高频电源技术提高除尘效率；电袋除尘器运行维护费用略低于布袋除尘器，电袋除尘器除尘效率高且排放稳定，电袋除尘器作为一个近几年来发展起来的新技术，臭氧腐蚀及荷电粉尘对滤袋寿命的影响有争议。布袋除尘器的运行维护费用最高，但是技术比较成熟，除尘效率高且排放稳定。电厂除尘器改造方案的选取要以自身煤、灰性质、燃烧方式等现场
25、实际情况，通过技术经济综合比较选取合适的除尘器改造方案。参考文献：1 陈国榘.适应新排放标准的火电厂除尘技术.科技导报, 2010, 28(3)：90-95. 2 江得厚,郝党强,王勤,等.燃煤电厂袋式除尘器发展趋势及其运行寿命的影响因素.中国电力, 2008，41(5)：86-91. 3 唐敏康,马艳玲,郭海萍,等.电袋除尘技术的研究进展.有色金属科学与工程, 2011, 02(5)：53-56. 4 胡志光,贾博强.中国电除尘器与袋式除尘器现状比较与分析.环境科学与管理, 2012,37(12)：93-97. 5 GB 13223-2011.火电厂大气污染物排放标准 2011.6 福建龙净环保股份有限公司.国内燃煤电站除尘方式选择, 2011.7 浙江环保环境工程有限公司.适应燃煤电厂新烟尘排放标准的电除尘集成技术, 2011.专家点评：本文结合当前电厂除尘器改造的需求，提出了三种除尘器改造方案：旋转电极除尘器改造方案、布袋除尘器改造方案、电袋除尘器改造方案。通过对三种除尘器技术特点、投资运行维护费用、运行业绩的介绍及综合技术经济对比，为电厂除尘器改造方案的选取有较好的指导作用和参考价值。 点评人：李佩建