燃煤鍋爐煙氣除塵技術現(xiàn)狀及發(fā)展建議與展望
我國是煤炭消費大國，每年消耗原煤約21.5億t，約70%被燃煤電廠使用。我國能源結構決定了以煤炭為主的火力發(fā)電格局。煤炭燃燒會產(chǎn)生大量的粉塵顆粒，其中細微粉塵PM2.5會引起心肺呼吸道疾病，同時也會引起灰霾天氣，導致大氣能見度下降。
國家環(huán)保部于2011年發(fā)布了GB13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》，規(guī)定火力發(fā)電鍋爐煙塵排放濃度最高限值為30mg/m3，重點地區(qū)最高限值為20mg/m3;2012年發(fā)布GB3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》，將PM2.5寫入國標，并納入各省市的強制監(jiān)測范疇;2013年國務院發(fā)布《大氣污染防治行動計劃》，明確了具體任務，提出了十條具體措施。
隨著各文件的出臺，燃煤鍋爐除塵領域面臨著前所未有的壓力和挑戰(zhàn)，僅靠對現(xiàn)有除塵器的常規(guī)改造，很難滿足新的煙塵排放標準。特別對PM2.5的排放控制，成為燃煤電廠亟待解決的難題。
1我國煙氣除塵技術現(xiàn)狀
目前我國電除塵器的生產(chǎn)規(guī)模和使用數(shù)量均居世界首位，電除塵技術接近世界先進水平。布袋除塵器的技術核心在于濾料，隨著材料科技的不斷進步，袋式除塵技術得到廣泛應用。電袋復合除塵技術是基于靜電除塵和袋式除塵兩種成熟的除塵理論，由我國自行研發(fā)提出的新型除塵技術和脫硫除塵設備，近幾年已在多家電廠成功應用。我國火電廠各除塵方式所占比例見圖1。
燃煤鍋爐煙氣除塵技術趨勢分析
1.1靜電除塵技術
靜電除塵器(ESP)的主要工作原理是在電暈極和收塵極之間通上高壓直流電，所產(chǎn)生的強電場使氣體電離、粉塵荷電，帶有正、負離子的粉塵顆粒分別向電暈極和收塵極運動而沉積在極板上，使積灰通過振打裝置落進灰斗。
由于靜電除塵器基于荷電收塵機理，靜電除塵器對飛灰性質(zhì)(成分、粒徑、密度、比電阻、黏附性等)十分敏感，特別對高比電阻粉塵、細微煙塵捕集困難，運行工況變化對除塵效率也有較大影響。另外其不能捕集有害氣體，對制造、安裝和操作水平要求較高。中國供熱信息網(wǎng)了解到對現(xiàn)有靜電除塵器提效改造技術有三種可行方向:改進靜電除塵器(包括靜電除塵器擴容、采用電除塵新技術及多種新技術的集成)、電袋復合除塵技術、濕式電除塵技術。
1.2袋式除塵技術
袋式除塵器的主要工作原理包含過濾和清灰兩部分。過濾是指含塵氣體中粉塵的慣性碰撞、重力沉降、擴散、攔截和靜電效應等作用結果。布袋過濾捕集粉塵是利用濾料進行表面過濾和內(nèi)部深層過濾。清灰是指當濾袋表面的粉塵積聚達到阻力設定值時，清灰機構將清除濾袋表面煙塵，使除塵器保持過濾與清灰連續(xù)工作。
袋式除塵器最大缺點是受濾袋材料的限制，在高溫、高濕度、高腐蝕性氣體環(huán)境中，除塵時適應性較差。運行阻力較大，平均運行阻力在1500Pa左右，有的袋式除塵器運行不久阻力便超過2500Pa。另外，濾袋易破損、脫落，舊袋難以有效回收利用。美國環(huán)保署的環(huán)境技術認證(EnvironmentalTechnologyVerification，ETV)項目對ePTFE覆膜濾料做過的性能檢測發(fā)現(xiàn)濾料覆膜可一定程的地控制PM2.5和消除有害氣體，此項目對袋式除塵技術的發(fā)展有較好的引導作用。改進袋式除塵器可從三個方面進一步研究:濾料覆膜，濾料的改進創(chuàng)新，舊袋的有效回收利用。
1.3電袋復合除塵技術
電袋復合式除塵器的工作過程是，含塵煙氣進入除塵器后，70%～80%的煙塵在電場內(nèi)荷電被收集下來，剩余20%～30%的細煙塵被濾袋過濾收集。電袋復合式除塵器兼容了靜電除塵器和袋式除塵器的優(yōu)點，較好的彌補了兩者的不足，除塵機理科學合理。
電袋復合式除塵器主要有臭氧腐蝕、運行阻力較高、投資大、占地面積大等缺點，濾袋壽命短及換袋成本高仍是其重要問題。電袋復合式除塵器的改進有三個方面:優(yōu)化靜電除塵單元和袋式除塵單元的長時間協(xié)同作用以及相對結構布置，消除靜電除塵單元產(chǎn)生的臭氧，濾料的技術創(chuàng)新。
2煙氣除塵新技術
由于種種實際因素，上述三種除塵器很難滿足煙氣出口排塵量低于30mg/m3的新標準，尤其對PM2.5的排放控制不佳。近年來，國內(nèi)外學者對除塵新技術進行了大量的理論研究和實驗論證，如聚并技術、濕式電除塵技術、旋轉(zhuǎn)電極技術、高頻電源技術、煙氣調(diào)質(zhì)技術，許多技術已獲得突破性進展并初步開始應用，但仍需完善和改進。
2.1聚并技術
聚并是指微細粉塵通過物理或化學的途徑互相接觸、碰撞而結合成較大顆粒的過程。微細煙塵聚并成較大顆粒后，更容易被除塵器捕集，提高了微細煙塵的脫除效率。當前國內(nèi)外研究的聚并技術主要有:電聚并、湍流凝并、聲聚并、蒸汽相變聚并、化學聚并和光聚并等。
電聚并是各聚并技術中最實用有效的方法。電聚并是通過細顆粒荷電，促使細顆粒相互吸引、碰撞、聚并，使細顆粒團聚成大顆粒。電聚并的效果取決于粒子的濃度、粒徑、電荷的分布以及外電場的強弱。
澳大利亞Indigo(英迪格)技術有限公司于2002年推出了Indigo凝聚器工業(yè)產(chǎn)品，至2008年10月，Indigo凝聚器已經(jīng)在澳大利亞、美國、中國等國家的8家電廠中使用，測試結果表明，PM2.5、PM1.0排放可分別減少80%、90%以上。自2007年始，華北電力大學和北京大學共同參與國家“863”課題“超細顆粒物聚并新技術開發(fā)”，從實驗和理論計算兩方面對超細顆粒物湍流聚并技術進行了大量研究，自行研發(fā)出一套雙極荷電-湍流聚并裝置。此外，自2011年始，北京大學與長沙理工大學合作，設計了2臺超細顆粒聚并器，并在大唐湖南耒陽電廠300MW鍋爐機組上開展了實驗研究，目前仍在考核實驗，測試結果中超細顆粒聚并效果顯著。
該技術不僅能較大幅度提高除塵效率，還能對PM2.5有效控制，工藝簡單可靠，有廣闊的應用前景。由于電聚并器一般安裝在電除塵器的煙道前，其安裝空間受到了一定限制。另一方面因煙道內(nèi)氣流速度大，不適用于收集磨琢性強的煙塵。此外，如何減少在電聚并器段的壓力損失也是目前測試階段需要解決的問題。
2.2濕式電除塵技術
濕式電除塵技術與干法靜電除塵技術對粉塵捕集的原理基本相同，兩者結構也類似。所不同的是清灰方式，濕式除塵器取消了傳統(tǒng)的機械振打清灰方式，通過煙氣與水接觸使飛灰沉降。根據(jù)濕式除塵器原理和結構的不同，有自激式除塵、麻石水膜除塵、噴淋式除塵三種主要形式。
