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1、1 燃煤电厂烟气燃煤电厂烟气中中PM2.5及汞脱除及汞脱除 技术发展与应技术发展与应用用 江得厚江得厚 王贺岑王贺岑 河南电力试验研究院河南电力试验研究院 2012.8 PM10及以下的超微细粉尘，它可长期在空气中漂浮，影响大气质量和能见度。特别是PM2.5粉尘可吸入肺部颗粒物，危害人的呼吸系统和心血管等循环器官带来和加重疾病，已引起各国的重视，制定可吸入肺部颗粒物和重金属的相关环境标准。2011年底煤电已达到7O667万千瓦，预计2012年全国电煤消费量将比上年增加1.5亿吨左右，所以，煤电烟尘排放治理仍需加大力度，方能达到治理要求。2012年全国实行小于30mg/m3的控制标准，长江、珠江
2、三角洲以及京津冀重点地区将控制在 20mg/m3以下，还增加汞和PM2.5微细颗粒的控制指标。各省市根据本地的状况也会制定出更严格的地方标准。因此，当前非常有必要研究高效脱除PM2.5和汞的除尘器，满足环境保护的要求，给人类有更好的生存空间。2 要达到新标准的要求，同时还要考虑到即将实行更严格新的标准，对除尘器应达到以下要求：(1)烟尘排放浓度小于30mg/m3，重点地区应小于20mg/m3；(2)对汞和PM2.5超微细粉尘有较高的脱除能力；(3)要考虑到煤种多变影响除尘器效率的重要因素；(4)脱硫塔不要做除尘器使用；上述指标不能把脱硫塔有除尘作用考虑在内，因为新的标准要求脱硫指标也同样更严，
3、不能再将危害转嫁到脱硫系统1。要满足以上几个苛刻条件，所以，有必要对当前的高效除尘器作分析研究。作为今后电厂降低PM2.5和汞排放的支持技术。3 在燃煤在燃煤电电厂中的除厂中的除尘设备尘设备可分可分为为两大两大类类：(1)电电除除尘尘器，其中也包括：器，其中也包括：a、常、常规电规电除除尘尘器；器；b、回、回转电转电极极电电除除尘尘器；器；C、正在研究中有前置聚并器、正在研究中有前置聚并器电电除除尘尘器；器；D、湿式、湿式电电除除尘尘器，器，(在在电电站站锅锅炉上尚未炉上尚未见见使用使用)；E、前置低温、前置低温换热换热器的器的电电除除尘尘器。器。(2)袋式除袋式除尘尘器；又分器；又分为为a、
4、纯纯袋式除袋式除尘尘器器(包括旋包括旋转喷转喷吹、行吹、行喷喷吹、反吹吹、反吹风风等等)；b、前、前电电-后袋复合式除后袋复合式除尘尘器；器；C、正在研究中混合型袋式除、正在研究中混合型袋式除尘尘器。器。4 从理论上说，电除尘器捕集效率也可以接近100，但由于粉尘荷电量不足或在荷电过程中互相中和、烟气流冲刷、振打清灰二次扬尘等原因，所以，除了高、低比电阻等粉尘特性影响捕集效率外，就是以上三种原因，其中又以如何减少二次扬尘是注重点2，日本首先开发回转极板式电除尘器。我国引进这种技术在小锅炉上应用和开发，目前已成功的用在三台300MW机组上应用，取得较好的效果。回转极板一般设在电除尘器的最后一电场
5、，极板平行烟气流动方向由链条、链轮、减速电机帶动周而复始运转。极板收集的灰不是靠振打，而是靠设置在灰斗内的旋转钢絲刷清除。由于钢丝刷在远离气流的灰斗内对极板上积灰给予彻底清除，有效地避免了二次扬尘。由于清灰彻底，极板表面洁净，不会发生反电晕现象。所以，具有较好的收集PM2.5和汞的作用。6 极板采用骨架蒙皮结构，轻便坚固。刷毛采用不锈钢制作，经久耐用。链条采用标准链，运行平稳。由于转速很低(0.51m/s)，极板运转时不会发生颤动，不会出现异极间距改变。传动轴的轴承、链条、链轮等传动部件均设置在壳体之外，不受高温、粉尘、环境影响，实现安全稳定运行，当出现故障易发现和检修。由于回转扱板电除尘运行
6、才一年多，其可靠性和稳定性尚需进一步考验，特别在不同煤种运行情况下是否在排放浓度和微细粉尘的收集达到新标准的要求。缺点：缺点：除解决二次飞外扬，可收集较多PM2.5和汞外，仍有电除尘器的缺点，当氧化铝及氧化硅较高仍粘前级电极，所以，4电场后两电场得改成移动电极，投资更高。目前，据说现投运2台再测试排放浓度已有所增加，说明稳定性仍要改进(可能与煤种变化、部件变化等有关)。78 电除尘器对较大的飞灰颗粒（d 2.5m）的除尘效率理论上几乎接近100%，但对于0.11m飞灰颗粒的除尘效率只有65%85%。因此以颗粒数量计仍有占飞灰总数95%以上的超细颗粒物（PM2.5）进入大气中。这些细颗粒虽然所占
7、的质量分数较小，但由于重金属在细颗粒中的富集效应以及更易被人体吸收，具有更大的危害性。如果将这些小颗粒聚并成大颗粒，电除尘器就可以很容易将其除去。基于此，将流体力学团聚和粉尘荷电凝聚等多项技术有机结合，开发出一种能有效聚合超细颗粒物的新技术3，4，5。该装置可采用模块化设计，改造时将烟道打开，将聚并装置本体放入烟道中。微细颗粒通过不同的方式相对运动，彼此间发生碰撞接触结合成为较大颗粒的过程称为凝并(或称聚并)。凝并技术有机械、化学、声学、电磁和静电等。在电除尘器前的烟道或喇叭口处加装聚并装置，使后面电除尘器更易收尘，对PM2.5及汞都有较好的收集作用。10 带异性电荷的粒子比带同性电荷的粒子的
8、凝并效果好，因此，双极荷电明显优于单极荷电。采用正极、接地极、负极交替布置，构成双极性荷电区，使异性电荷的尘粒得到凝并效果，这就是双极荷电凝并器。尽管粉尘经过双极荷电，有部分粉尘已经凝聚成大粒径颗粒，但是为了能使更多的粉尘充分凝聚，通过物理方法改变气流的流向以使带相反极性电荷的粒子混合，从而促进粒子的凝聚。而当流体处于湍流形态时，流体中当颗粒之间发生碰撞时，它们就会黏附在一起，当黏附力足够强，甚至可以避免因速度梯度存在引起的流动剪切而分开。且流体的旋转（涡旋或半涡旋）最利于大小不同、质量不等粒子的接触。涡旋中，流体方向时时变化，内外圈的流动速度迥然不同，因此兼有速度差和方向差，所以在流体中创造
9、涡旋就会促进颗粒凝并。涡旋数量越多、旋转强度越大越能促进粒子的接触，提高粒子的凝并概率，同时涡旋越稳定、持久，越能强化粒子的凝并。从而大幅度提高聚并效率亚微细粉尘排放减少80以上，PM2.5m减少70以上，粉尘排放浓度下降30。1113 用湿电除尘器去除许多小的难以捕获的微米以下颗粒、雾和金属等组成的污染源的一种方法。湿式电除尘器用在燃高硫煤电站来减轻SO3和小于微米级的颗粒的含量已经有将近一个世纪历史了。然而，湿式电除尘器对于电力生产工作者来说仍然是一个不熟识的工艺。随着对微米级以下细小颗粒包括酸雾和微量半挥发性金属以及水银混合物等可溶气体排放监测标准日益严格。由于湿式电除尘技术它具有低压降
10、和高脱除处理效果作为一个最终净化装置引起重视。因此，对于要求去除酸性物质、雾状或者粘性颗粒以及达到Pm2.5新标准，干式静电除尘器显然不是符合实际的装置。湿式电除尘器可在以下条件使用：烟气的湿度很大；烟气中含有粘性颗粒；对收集的颗粒尺寸有严格要求；烟气中含有酸性液体或者SO3；烟气的温度低于露点等。因为湿式静电除尘器连续的冲洗收尘极表面，由此产生的稀释泥浆流入收集池作为一个循环水箱。收集板不会出现颗粒层、块，被捕捉的尘粒不会再次飞扬。此外，用于燃烧低硫煤将产生高电阻率的烟尘时也不会出现恶化。一个湿式电除尘器产生的功率很明显地高于干式电除尘器。这一特性使得湿式静电除尘器能有效地收集微小颗粒。测量
11、结果表明70以及更多的二氧化硫被脱除，除尘器出口排放浓度可以小于30mg/m3。15 气气流流分分布布，穿穿过过湿湿式式电电除除尘尘器器的的烟烟气气分分布布是是一一个个关关键键的的技技术术。而而且且，材材料料必必须须能能够够耐耐烟烟气气中中的的酸酸雾雾的的腐腐蚀蚀。组组成成湿湿式式电电除除尘尘器器的的材材料料有有导导电电玻玻璃璃纤纤维维、碳碳钢钢、各各种种不不锈锈钢钢、各各种种高高端端合合金金。也也可可以以在在前前面面安安装装一一些些洗洗涤涤器器来来消消除除酸酸性性腐腐蚀蚀性性气气体体。材材料料选选择择应应该该按按其其在在最最差差工工况况下下来来选选择择。同同时时，喷喷入湿式入湿式电电除除尘尘
12、器再循器再循环环利用的水利用的水应该处应该处理其酸性。理其酸性。湿湿式式电电除除尘尘器器可可以以除除去去尺尺寸寸为为0.01微微米米这这样样小小的的颗颗粒粒、液液滴滴以以及及雾雾，并并且且工工作作效效率率可可以以达达到到99.9以以上上，国国外外一一台台835MW机机组组脱脱硫硫塔塔后后装装有有两两级级湿湿式式电电除除尘尘器器PM2.5收收集集效效率率达达到到95，烟烟气气中中SO3酸酸雾雾去去除除90，并可收集并可收集较较多汞的化学物多汞的化学物3。缺缺点点：扱扱板板液液膜膜要要均均匀匀，极极板板不不宜宜过过长长，阻阻力力较较高高、喷喷嘴嘴磨磨损损、堵堵塞塞、设设备备腐腐蚀蚀，结结垢垢。另另
13、外外，投投入入成成本本较较高高以以及及污污水水处处理理困困难难，对对于于高高粉粉尘尘浓浓度度或或高高NOx浓浓度度的的烟烟气气条条件件不不宜宜采采用用5。当当前前，电电力力行行业业尚尚未未实实际际应应用用16 它是滤袋种类和其面层上的粉尘层过滤粉尘的，所以粉尘层积累越厚，除尘效率越高，甚致可以接近零排放，但阻力很大。它对煤质要求不敏感，对煤质多变能适应。所以，适当调节高效率的去除PM2.5和排放浓度低于20mg/m3是很容易的。是目前达标最理想的除尘器。国内200MW机组已有7390个月的运行业绩，一般都可达到30000小时以上，也有少数运行不当只有25000小时左右的。一般采用性价比较高的P
14、PS做滤袋，它适应160烟温，氧量小于9，NOx小于15mg/m3的烟气参数长期运行。起仃时做好预喷涂，可防止油和水造成糊袋，另外，运行时要高于酸露点20以上运行，设计时注意气流分布和滤袋自平衡能力的要求，制造安装注意质量要求，特别是烟道、除尘器本体的漏风率小于1，运行中阻力维持1200Pa1500Pa运行，过分的追求低阻力运行，对寿命、除尘效率和微细粉尘去除都不利。目前，国內已生产PTFE面层十PPS和PTFE作基布的滤袋，价格较高但使用寿命较长，设计时可根据各电厂参数选择。当前滤袋有其他型式的材料较多，可以有较宽选择余地。例如乌海电厂烟温在230用覆膜玻纤，现己运行3年多都没有破袋。18
15、电-袋复合式除尘器，其构思也很简单，电除尘器保留一电场，后面攺为袋式除尘器，大部分的粉尘由电除尘除去，减轻滤袋的负担。阻力低、清灰容易，清灰周期长，使滤袋寿命得到延长，充分发挥2种除尘器的长处，是电除尘器和袋式除尘器的“最佳组合”。但实际应用中发现，其中隐含着更为难以解决的问题；(1).不不易易收收超超微微细细粉粉尘尘和和重重金金属属；袋式除尘器的除尘效率与滤料种类以及滤料上附着粉尘的状况有关。过余稀薄的粉尘层会降低除尘效率和收集微细粉尘和重金属等效果，特别在过滤风速增加后，粉尘渗漏也增加同时阻力也加大。所以，在电-袋中使2.5m 及以下的微细粉尘容易进入滤布内层，逐步阻力增加，同时部分微细粉
16、尘窜过滤袋造成超标排放。从一台300MW机组运行5个月，滤袋下部已有粉尘进入60，同时在满负荷运行时阻力到1500Pa以上(见图6)，13个月后检测细粉尘已全侵入滤袋整个截面。据当前收集到的数据，所有电-袋复合式除尘器运行一年左右阻力都达到10001200Pa，多台电-袋除尘器显镜照片均有微细粉尘进入，都说明超微细粉尘进入滤袋纤维中，也是缩短寿命和不易收集超微细粉尘的重要原因。图6 粉尘进入滤料内显微图像(左图运行5个月，右图运行13个月)19 从2010年5月收集到l35MW以上的机组已投入运行49台电袋，已经有36台破袋更换或阻力达1500Pa，占73.4。寿命最短只有4个月，一般在1年半
17、左右，少数最长有2年半的。PPS耐化学腐蚀性好，但不耐氧化性酸、氧化剂、浓硫酸、浓硝酸、王水等。PPS会因氧化而降解，以致变色发脆，会破碎而脱离基布。除氧外，另一个危害PPS的因素是烟气中的NO2。烟气中NOX既有NO，也有NO2，NO大约占总NOX的95%7；前级电除尘运行中产生的臭氧，快速使烟气中的NO、SO2生成NO2、SO3等化学反应。就因在原有的基础上增加了NO2、SO3的数值，造成氧化及酸腐蚀，特别是SO3提高酸露点温度，低负荷运行时烟气在酸露点温度以下运行，加速滤袋酸腐蚀的机率，不同容量电厂的电-袋复合式除尘器运行后滤袋检测结果，都涉及到氧化腐蚀、硫酸磺化、硝化等酸腐蚀，是值得注
18、意的重要信息。这在30多台的案例中得到证实。现有一些电-袋除尘器使用时间稍长，究其原因一是前置有脱硝装置，或电除尘区的阴极线和阳极板已粘上一层较厚的粉尘(特别粉尘Al2O3、Si2O3大于85更易产生)，减轻产生电晕的作用，这时的电-袋已逐渐形成为纯袋运行。这就是一些所谓电-袋除尘器使用时间较长的原因(特别在50MW机组较常见)。20(3).已已经经建成的建成的电电袋除袋除尘尘器器 最好是第一电场除尘作沉降室使用，尽量延长滤袋运行寿命。必要时将第一电场也改为袋式除尘；研究高效低价适合燃煤电厂使用抗氧化的复合滤料，使袋式除尘器得到更好发展使用(如采用PPS+PTFE+PTFE基布可能有一定作用，
19、目前有PTFE面层+PTFE与PPS混纺+PTFE基布水刺毡滤布)和采用600g/m2等增加代价的措施。电电-袋袋的的缺缺点点：寿命短、微细粉尘不易收集，电除尘器和袋式除尘器的缺点两者都兼有，本来纯袋式除尘器完全能做到的作用，在设计、安装、运行加强管理纯袋除尘器有较长的运行寿命，所以没有必要使用这种串联复合式电-袋除尘器。21 电除尘器的收尘过程中，烟尘颗粒的凝并，尤其是亚微米粒子的凝并，直接影响除尘器的效率，人为电场给微细粒子造成凝并的条件是电除尘过程中一个特殊现象。上世纪70年代我国某研究所曾进行过高压交流电场的粉尘凝并试验，之后又进行预荷电袋除尘器一体化的试验，其目的是为了提高除尘效率，
20、减少微细粉尘的排放，但只进行到半工业性试验阶段。上世纪末，美国政府提出了减少PM2.5排放的课题，在美国能源部的资助下，美国能源与环境中心（EERC）提出了一种微粒控制的新概念，开发出一种称为“先进的混合过滤器”的设备。由于粉尘在到达滤袋之前大部分已经被电场捕集，其余的荷电粉尘到达滤袋表面形成松散的粉尘层，在线清灰可维持较低且均匀的袋内外压力差，所以过滤风速可比传统脉冲喷吹滤袋高很多。2001年3月到4月中试阶段测试，取得了气布比3.13.7m/min、平均压力降为15001900Pa的好结果。但日后在工业实际应用中，出现了气布比过高导致设备阻力居高不下的问题。2224电电除除尘尘器器对汞的脱
21、除主要利用飞灰的吸附性，脱汞效率一般仅24279。袋袋式式除除尘尘器器脱汞效率可以达到5880。由于脱汞效率与除尘效率及粉尘粒径有关，而FF几乎可以捕集0.1m以上的尘粒，对5m以上的捕集效率可达99以上，同时FF还增加气固接触时间。所以，袋式除尘器脱汞效率较高9。在内蒙古国电能源准大发电厂2号炉，由内蒙古电力科学研究院实测报告结论：经过布袋除尘器后，气态汞的去除率较小，为13.21；颗粒态汞去除率非常大，为97.55，主要是因为布袋除尘器的除尘效率高，烟气通过布袋表面时，绝大多部分的灰以及灰上附着的颗粒汞被截留下来。总之袋式除尘器脱汞效果比电除尘器高得多。25电电除除尘尘器器对汞的脱除主要利
22、用飞灰的吸附性，脱汞效率一般仅24279。袋袋式式除除尘尘器器脱汞效率可以达到5880。由于脱汞效率与除尘效率及粉尘粒径有关，而FF几乎可以捕集0.1m以上的尘粒，对5m以上的捕集效率可达99以上，同时FF还增加气固接触时间。所以，袋式除尘器脱汞效率较高9。在内蒙古国电能源准大发电厂2号炉，由内蒙古电力科学研究院实测报告结论：经过布袋除尘器后，气态汞的去除率较小，为13.21；颗粒态汞去除率非常大，为97.55，主要是因为布袋除尘器的除尘效率高，烟气通过布袋表面时，绝大多部分的灰以及灰上附着的颗粒汞被截留下来。总之袋式除尘器脱汞效果比电除尘器高得多。表表3各各电电厂控制前后烟厂控制前后烟尘尘P
23、M10和和PM2.5分布及其去除率分布及其去除率 (TSP为总悬为总悬浮物浮物)26(1).从从以以上上的的比比较较中中不不难难看看出出，电电-袋袋式式除除尘尘器器目目前前出出现现问问题题较较多多，占占已已运运行行电电袋袋机机组组73，在推广，在推广应应用中要慎重。用中要慎重。(2).滤滤袋袋式式除除尘尘器器在在滿滿足足环环保保要要求求上上，总总体体来来看看较较有有优优势势，特特别别是是能能收收集集微微细细粉粉尘尘及及重重金属，附合今后金属，附合今后环环保保发发展要求。展要求。PPS滤滤袋寿命大部分都能运行袋寿命大部分都能运行4年以上或更年以上或更长长。(3).回回转转极极板板式式电电除除尘尘
24、器器在在电电除除尘尘器器改改造造中中优优势势明明显显。经经过过进进一一步步改改进进，减减少少排排放放浓浓度度，对对各种煤种有更各种煤种有更宽宽的适的适应应性。也将会是可性。也将会是可选选的方案。的方案。(4).对对各各种种除除尘尘器器应应用用选选择择时时，要要有有前前瞻瞻性性，除除考考虑虑粉粉尘尘排排放放浓浓度度外外，也也同同时时考考虑虑PM2.5和汞的脱除效果。和汞的脱除效果。(5)对对凝凝聚聚、湿湿式式电电除除尘尘等等新新的的技技术术，主主要要看看今今后后工工业业应应用用的的效效果果，也也是是有有前前途途的的应应用用技技术术。(6)对对凝凝聚聚、湿湿式式电电除除尘尘等等新新的的技技术术，主主要要看看今今后后工工业业应应用用的的效效果果，也也是是有有前前途途的的应应用用技技术术。(7)推广新技推广新技术术要要经过经过考考验验，逐步推广，不要一哄而上。，逐步推广，不要一哄而上。28 谢 谢 ！29