燃煤電廠煙氣中pm及汞脫除技術(shù)發(fā)展與應用

1、PM10及以下的超微細粉塵，它可長期在空氣中漂浮，影響大氣質(zhì)量和能見度。 特別是PM2.5粉塵可吸入肺部顆粒物，危害人的呼吸系統(tǒng)和心血管等循環(huán)器官帶來和加重疾病，已引起各國的重視，制定可吸入肺部顆粒物和重金屬的相關環(huán)境標準。 2011年底煤電已達到7O667萬千瓦，預計2012年全國電煤消費量將比上年增加1.5億噸左右，所以，煤電煙塵排放治理仍需加大力度，方能達到治理要求。 2012年全國實行小于30mg/m3

2、的控制標準，長江、珠江三角洲以及京津冀重點地區(qū)將控制在 20mg/m3以下，還增加汞和PM2.5微細顆粒的控制指標。各省市根據(jù)本地的狀況也會制定出更嚴格的地方標準。 因此，當前非常有必要研究高效脫除PM2.5和汞的除塵器，滿足環(huán)境保護的要求，給人類有更好的生存空間。,1,要達到新標準的要求，同時還要考慮到即將實行更嚴格新的標準，對除塵器應達到以下要求：(1)煙塵排放濃度小于30mg/m3，重點地區(qū)應小于20mg/m3；(2

3、)對汞和PM2.5超微細粉塵有較高的脫除能力；(3)要考慮到煤種多變影響除塵器效率的重要因素；(4)脫硫塔不要做除塵器使用； 上述指標不能把脫硫塔有除塵作用考慮在內(nèi)，因為新的標準要求脫硫指標也同樣更嚴，不能再將危害轉(zhuǎn)嫁到脫硫系統(tǒng)[1]。 要滿足以上幾個苛刻條件，所以，有必要對當前的高效除塵器作分析研究。作為今后電廠降低PM2.5和汞排放的支持技術(shù)。,2,在燃煤電廠中的除塵設備可分為兩大類：(1)電除塵器，其中也包括：

4、a、常規(guī)電除塵器；b、回轉(zhuǎn)電極電除塵器；C、正在研究中有前置聚并器電除塵器；D、濕式電除塵器，(在電站鍋爐上尚未見使用)；E、前置低溫換熱器的電除塵器。(2)袋式除塵器；又分為a、純袋式除塵器(包括旋轉(zhuǎn)噴吹、行噴吹、反吹風等)；b、前電-后袋復合式除塵器；C、正在研究中混合型袋式除塵器。,3,常規(guī)電除塵器在電廠應用最多，也是較早應用的除塵器。它的優(yōu)點；有較高的除塵效率、阻力小、耐高溫。它最大的缺點易受工況條件的影響，如

5、受煙氣性質(zhì)和粉塵特性的影響。對粉塵比電阻特別敏感，最適合比電阻為106～1011Ω·cm，當比電阻過高或過低時，都會引起除塵效率顯著下降，特別是高硅高鋁這種極微細又輕的粉體大量存在時，如SiO2加Al2O3的含量超過85%時，因其又是絕緣體比電阻特別高，而且又是微細粉塵，Al2O3又有粘性易粘電極，所以，除塵效率降低更加明顯[2]。在近年來煤種多變的情況下，除塵器一年后大多運行在96％～99.5％之間。 另外，捕集到電

6、極的粉塵是靠振打來收塵的，在高硅高鋁又輕又細的粉塵情況下造成二次揚塵， PM2.5以下的微細粉塵又會隨煙氣排到大氣中，電除塵很難達標排放，更不用說收集PM2.5的微細粉塵了?？傊?，在實施新標準后，電除塵器就是5、6電場都很難達到排放標準，因此，就出現(xiàn)回轉(zhuǎn)電極電除塵器和聚并技術(shù)、濕式電除塵器、低低溫電除塵器等。,4,從理論上說，電除塵器捕集效率也可以接近100％，但由于粉塵荷電量不足或在荷電過程中互相中和、煙氣流沖刷、振打清灰二次揚塵等原

7、因，所以，除了高、低比電阻等粉塵特性影響捕集效率外，就是以上三種原因，其中又以如何減少二次揚塵是注重點[2]，日本首先開發(fā)回轉(zhuǎn)極板式電除塵器。我國引進這種技術(shù)在小鍋爐上應用和開發(fā)，目前已成功的用在三臺300MW機組上應用，取得較好的效果。 回轉(zhuǎn)極板一般設在電除塵器的最后一電場，極板平行煙氣流動方向由鏈條、鏈輪、減速電機帶動周而復始運轉(zhuǎn)。極板收集的灰不是靠振打，而是靠設置在灰斗內(nèi)的旋轉(zhuǎn)鋼絲刷清除。由于鋼絲刷在遠離氣流的灰斗內(nèi)對極板上積

8、灰給予徹底清除，有效地避免了二次揚塵。由于清灰徹底，極板表面潔凈，不會發(fā)生反電暈現(xiàn)象。所以，具有較好的收集PM2.5和汞的作用。,5,極板采用骨架蒙皮結(jié)構(gòu)，輕便堅固。刷毛采用不銹鋼制作，經(jīng)久耐用。鏈條采用標準鏈，運行平穩(wěn)。由于轉(zhuǎn)速很低(0.5～1m/s)，極板運轉(zhuǎn)時不會發(fā)生顫動，不會出現(xiàn)異極間距改變。傳動軸的軸承、鏈條、鏈輪等傳動部件均設置在殼體之外，不受高溫、粉塵、環(huán)境影響，實現(xiàn)安全穩(wěn)定運行，當出現(xiàn)故障易發(fā)現(xiàn)和檢修。

9、 由于回轉(zhuǎn)扱板電除塵運行才一年多，其可靠性和穩(wěn)定性尚需進一步考驗，特別在不同煤種運行情況下是否在排放濃度和微細粉塵的收集達到新標準的要求。缺點：除解決二次飛外揚，可收集較多PM2.5和汞外，仍有電除塵器的缺點，當氧化鋁及氧化硅較高仍粘前級電極，所以，4電場后兩電場得改成移動電極，投資更高。目前，據(jù)說現(xiàn)投運2臺再測試排放濃度已有所增加，說明穩(wěn)定性仍要改進(可能與煤種變化、部件變化等有關)。,6,7,8,圖3傳動鏈條照片

10、 圖4旋轉(zhuǎn)鋼絲刷 圖5極板傳動部件照片,電除塵器對較大的飛灰顆粒（d >2.5μm）的除塵效率理論上幾乎接近100%，但對于0.1~1μm飛灰顆粒的除塵效率只有65%~85%。因此以顆粒數(shù)量計仍有占飛灰總數(shù)95%以上的超細顆粒物（PM2.5）進入大氣中。這些細顆粒雖然所占的質(zhì)量分數(shù)較小，但由于重金屬在細顆粒中的富集效應以及更易被人體吸收，具有更

11、大的危害性。如果將這些小顆粒聚并成大顆粒，電除塵器就可以很容易將其除去。基于此，將流體力學團聚和粉塵荷電凝聚等多項技術(shù)有機結(jié)合，開發(fā)出一種能有效聚合超細顆粒物的新技術(shù)[3，4，5]。該裝置可采用模塊化設計，改造時將煙道打開，將聚并裝置本體放入煙道中。 微細顆粒通過不同的方式相對運動，彼此間發(fā)生碰撞接觸結(jié)合成為較大顆粒的過程稱為凝并(或稱聚并)。凝并技術(shù)有機械、化學、聲學、電磁和靜電等。在電除塵器前的煙道或喇叭口處加裝聚并

12、裝置，使后面電除塵器更易收塵，對PM2.5及汞都有較好的收集作用。,9,帶異性電荷的粒子比帶同性電荷的粒子的凝并效果好，因此，雙極荷電明顯優(yōu)于單極荷電。采用正極、接地極、負極交替布置，構(gòu)成雙極性荷電區(qū)，使異性電荷的塵粒得到凝并效果，這就是雙極荷電凝并器。 盡管粉塵經(jīng)過雙極荷電，有部分粉塵已經(jīng)凝聚成大粒徑顆粒，但是為了能使更多的粉塵充分凝聚，通過物理方法改變氣流的流向以使帶相反極性電荷的粒子混合，從而促進粒子的凝聚。而當流體處

13、于湍流形態(tài)時，流體中當顆粒之間發(fā)生碰撞時，它們就會黏附在一起，當黏附力足夠強，甚至可以避免因速度梯度存在引起的流動剪切而分開。且流體的旋轉(zhuǎn)（渦旋或半渦旋）最利于大小不同、質(zhì)量不等粒子的接觸。渦旋中，流體方向時時變化，內(nèi)外圈的流動速度迥然不同，因此兼有速度差和方向差，所以在流體中創(chuàng)造渦旋就會促進顆粒凝并。渦旋數(shù)量越多、旋轉(zhuǎn)強度越大越能促進粒子的接觸，提高粒子的凝并概率，同時渦旋越穩(wěn)定、持久，越能強化粒子的凝并。從而大幅度提高聚并效率亞微細

14、粉塵排放減少80％以上，<PM2.5μm減少70％以上，粉塵排放濃度下降30％。,10,前置聚并器的電除塵器美國、澳大利亞及香港已有應用。我國有專家在一臺130t/h鍋爐試驗排放濃度由548mg/m3下降到375mg/m3，可降低排放濃度約31％[3]。國內(nèi)一些大學和研究單位也在聚并技術(shù)做過不少研究，并取得專利項目，目前了解到在一臺2t/h鍋爐上試驗，排放濃度由40mg/m3降到20mg/m3的結(jié)果。最近收集到國內(nèi)某廠家已在一臺3

15、00MW機組今年4月份實現(xiàn)了工程應用，排放濃度下降率為32.59％，PM2.5質(zhì)量濃度下降率為34.1％[11 ](數(shù)據(jù)正準備正式從測)，在國內(nèi)是一個突破。缺點：煙道直管段要有10多米長，風速一般12～15m/S，在氧化鋁、氧化硅較高時存在磨損以及灰沉積等問題；此技術(shù)仍保留有電除塵器的部分缺點，長期運行效率可能會下降，目前在國內(nèi)仍需在大機組工業(yè)試驗。,11,12,13,用濕電除塵器去除許多小的難以捕獲的微米以下顆粒、霧和金屬等組成的污

16、染源的一種方法。 濕式電除塵器用在燃高硫煤電站來減輕SO3和小于微米級的顆粒的含量已經(jīng)有將近一個世紀歷史了。然而，濕式電除塵器對于電力生產(chǎn)工作者來說仍然是一個不熟識的工藝。隨著對微米級以下細小顆粒包括酸霧和微量半揮發(fā)性金屬以及水銀混合物等可溶氣體排放監(jiān)測標準日益嚴格。由于濕式電除塵技術(shù)它具有低壓降和高脫除處理效果作為一個最終凈化裝置引起重視。 因此，對于要求去除酸性物質(zhì)、霧狀或者粘性顆粒以及達到PM2.5新標準，干式靜電

17、除塵器顯然不是符合實際的裝置。濕式電除塵器可在以下條件使用：煙氣的濕度很大；煙氣中含有粘性顆粒；對收集的顆粒尺寸有嚴格要求；煙氣中含有酸性液體或者SO3；煙氣的溫度低于露點等。 因為濕式靜電除塵器連續(xù)的沖洗收塵極表面，由此產(chǎn)生的稀釋泥漿流入收集池作為一個循環(huán)水箱。收集板不會出現(xiàn)顆粒層、塊，被捕捉的塵粒不會再次飛揚。此外，用于燃燒低硫煤將產(chǎn)生高電阻率的煙塵時也不會出現(xiàn)惡化。一個濕式電除塵器產(chǎn)生的功率很明顯地高于干式電除塵器。這一

18、特性使得濕式靜電除塵器能有效地收集微小顆粒。測量結(jié)果表明70％以及更多的二氧化硫被脫除，除塵器出口排放濃度可以小于30mg/m3。,14,氣流分布，穿過濕式電除塵器的煙氣分布是一個關鍵的技術(shù)。而且，材料必須能夠耐煙氣中的酸霧的腐蝕。組成濕式電除塵器的材料有導電玻璃纖維、碳鋼、各種不銹鋼、各種高端合金。也可以在前面安裝一些洗滌器來消除酸性腐蝕性氣體。材料選擇應該按其在最差工況下來選擇。同時，噴入濕式電除塵器再循環(huán)利用的水應該處理其酸性。

19、 濕式電除塵器可以除去尺寸為0.01微米這樣小的顆粒、液滴以及霧，并且工作效率可以達到99.9％以上，國外一臺835MW機組脫硫塔后裝有兩級濕式電除塵器PM2.5收集效率達到95％，煙氣中SO3酸霧去除90％，并可收集較多汞的化學物[3]。 缺點：扱板液膜要均勻，極板不宜過長，阻力較高、噴嘴磨損、堵塞、設備腐蝕，結(jié)垢。另外，投入成本較高以及污水處理困難，對于高粉塵濃度或高NOx濃度的煙氣條件不宜采用[5]。當前，電力行業(yè)尚未實

20、際應用,15,在電除塵器前設置降低煙溫的換熱器，使煙溫從130℃降到90℃，可大幅度降低比電阻，提高除塵器效率[5]，同時煙氣量隨之也減少，新機組設計時可減少體積和鋼材，老機組改造，電除塵比集塵面積相對增加，也對提高除塵效率起作用。另外，可提高鍋爐熱效率。日本在90年代己開發(fā)應用(低低溫電除塵)，據(jù)報道一般可以小于30mg/m3排放濃度。 缺點：投資高，300MW機組大約5000多萬元，熱交換器及前級設備可能產(chǎn)生積灰、堵塞和腐蝕

21、，有資料介紹，在低煙溫下SO3會霧化而被粉塵吸附帶走，在酸露點以下運行，不會結(jié)露腐蝕，但比電阻降低，粉塵粘結(jié)力減少，會產(chǎn)生二次揚塵，要對振打、極板結(jié)構(gòu)要進行改進等措施。還要注意含高濃度粉塵原煙氣對GGH積灰，要采用特殊清灰裝置，如鋼球噴射清灰[5]。,16,它是濾袋種類和其面層上的粉塵層過濾粉塵的，所以粉塵層積累越厚，除塵效率越高，甚致可以接近零排放，但阻力很大。它對煤質(zhì)要求不敏感，對煤質(zhì)多變能適應。所以，適當調(diào)節(jié)高效率的去除PM2.5

22、和排放濃度低于20mg/m3是很容易的。是目前達標最理想的除塵器。國內(nèi)200MW機組已有73～90個月的運行業(yè)績，一般都可達到30000小時以上，也有少數(shù)運行不當只有25000小時左右的。 一般采用性價比較高的PPS做濾袋，它適應160℃煙溫，氧量小于9％，NOx小于15mg/m3的煙氣參數(shù)長期運行。起仃時做好預噴涂，可防止油和水造成糊袋，另外，運行時要高于酸露點20℃以上運行，設計時注意氣流分布和濾袋自平衡能力的要求，制造

23、安裝注意質(zhì)量要求，特別是煙道、除塵器本體的漏風率小于1％，運行中阻力維持1200Pa～1500Pa運行，過分的追求低阻力運行，對壽命、除塵效率和微細粉塵去除都不利。 目前，國內(nèi)已生產(chǎn)PTFE面層十PPS和PTFE作基布的濾袋，價格較高但使用壽命較長，設計時可根據(jù)各電廠參數(shù)選擇。當前濾袋有其他型式的材料較多，可以有較寬選擇余地。例如烏海電廠煙溫在230℃用覆膜玻纖，現(xiàn)己運行3年多都沒有破袋。,17,電-袋復合式除塵器，其構(gòu)思也很簡

24、單，電除塵器保留一電場，后面攺為袋式除塵器，大部分的粉塵由電除塵除去，減輕濾袋的負擔。阻力低、清灰容易，清灰周期長，使濾袋壽命得到延長，充分發(fā)揮2種除塵器的長處，是電除塵器和袋式除塵器的“最佳組合”。但實際應用中發(fā)現(xiàn)，其中隱含著更為難以解決的問題；(1). 不易收超微細粉塵和重金屬；袋式除塵器的除塵效率與濾料種類以及濾料上附著粉塵的狀況有關。過余稀薄的粉塵層會降低除塵效率和收集微細粉塵和重金屬等效果，特別在過濾風速增加后，粉塵滲漏也增

25、加同時阻力也加大。所以，在電--袋中使2.5μm 及以下的微細粉塵容易進入濾布內(nèi)層，逐步阻力增加，同時部分微細粉塵竄過濾袋造成超標排放。從一臺300MW機組運行5個月，濾袋下部已有粉塵進入60％，同時在滿負荷運行時阻力到1500Pa以上(見圖6)，13個月后檢測細粉塵已全侵入濾袋整個截面。據(jù)當前收集到的數(shù)據(jù)，所有電-袋復合式除塵器運行一年左右阻力都達到1000～1200Pa，多臺電-袋除塵器顯鏡照片均有微細粉塵進入，都說明超微細粉塵進入

26、濾袋纖維中，也是縮短壽命和不易收集超微細粉塵的重要原因。 圖6 粉塵進入濾料內(nèi)顯微圖像(左圖運行5個月，右圖運行13個月),18,,,從2010年5月收集到l35MW以上的機組已投入運行49臺電袋，已經(jīng)有36臺破袋更換或阻力達1500Pa，占73.4％。壽命最短只有4個月，一般在1年半左右，少數(shù)最長有2年半的。 PPS耐化學腐蝕性好，但不耐氧化性酸、氧化劑、濃硫酸、濃硝酸、王水等。PP

27、S會因氧化而降解，以致變色發(fā)脆，會破碎而脫離基布。除氧外，另一個危害PPS的因素是煙氣中的NO2。煙氣中NOX既有NO，也有NO2， NO大約占總NOX的95%[7]；前級電除塵運行中產(chǎn)生的臭氧，快速使煙氣中的NO、SO2生成NO2、SO3等化學反應。就因在原有的基礎上增加了NO2、SO3的數(shù)值，造成氧化及酸腐蝕，特別是SO3提高酸露點溫度，低負荷運行時煙氣在酸露點溫度以下運行，加速濾袋酸腐蝕的機率，不同容量電廠的電-袋復合式除塵器運行

28、后濾袋檢測結(jié)果，都涉及到氧化腐蝕、硫酸磺化、硝化等酸腐蝕，是值得注意的重要信息。這在30多臺的案例中得到證實。 現(xiàn)有一些電-袋除塵器使用時間稍長，究其原因一是前置有脫硝裝置，或電除塵區(qū)的陰極線和陽極板已粘上一層較厚的粉塵(特別粉塵Al2O3、Si2O3大于85％更易產(chǎn)生)，減輕產(chǎn)生電暈的作用，這時的電-袋已逐漸形成為純袋運行。這就是一些所謂電-袋除塵器使用時間較長的原因(特別在50MW機組較常見)。,19,(3). 已經(jīng)建成的電

29、袋除塵器 最好是第一電場除塵作沉降室使用，盡量延長濾袋運行壽命。必要時將第一電場也改為袋式除塵； 研究高效低價適合燃煤電廠使用抗氧化的復合濾料，使袋式除塵器得到更好發(fā)展使用(如采用PPS+PTFE+PTFE基布可能有一定作用，目前有PTFE面層+PTFE與PPS混紡+PTFE基布水刺氈濾布)和采用600g/m2等增加代價的措施。電-袋的缺點：壽命短、微細粉塵不易收集，電除塵器和袋式除塵器的缺點兩者都兼有，本來純袋式除

30、塵器完全能做到的作用，在設計、安裝、運行加強管理純袋除塵器有較長的運行壽命，所以沒有必要使用這種串聯(lián)復合式電-袋除塵器。,20,電除塵器的收塵過程中，煙塵顆粒的凝并，尤其是亞微米粒子的凝并，直接影響除塵器的效率，人為電場給微細粒子造成凝并的條件是電除塵過程中一個特殊現(xiàn)象。上世紀70年代我國某研究所曾進行過高壓交流電場的粉塵凝并試驗，之后又進行預荷電袋除塵器一體化的試驗，其目的是為了提高除塵效率，減少微細粉塵的排放，但只進行到半工業(yè)性試驗

31、階段。 上世紀末，美國政府提出了減少PM2.5排放的課題，在美國能源部的資助下，美國能源與環(huán)境中心（EERC）提出了一種微?？刂频男赂拍睿_發(fā)出一種稱為“先進的混合過濾器”的設備。 由于粉塵在到達濾袋之前大部分已經(jīng)被電場捕集，其余的荷電粉塵到達濾袋表面形成松散的粉塵層，在線清灰可維持較低且均勻的袋內(nèi)外壓力差，所以過濾風速可比傳統(tǒng)脈沖噴吹濾袋高很多。2001年3月到4月中試階段測試，取得了氣布比3.1~3.7m/min、平均

32、壓力降為1500~1900Pa的好結(jié)果。但日后在工業(yè)實際應用中，出現(xiàn)了氣布比過高導致設備阻力居高不下的問題。,21,22,23,電除塵器對汞的脫除主要利用飛灰的吸附性，脫汞效率一般僅24％～27％[9]。袋式除塵器脫汞效率可以達到58％～80％。由于脫汞效率與除塵效率及粉塵粒徑有關，而FF幾乎可以捕集0.1μm以上的塵粒，對5μm以上的捕集效率可達99％以上，同時FF還增加氣固接觸時間。所以，袋式除塵器脫汞效率較高[9]。在內(nèi)蒙古國

33、電能源準大發(fā)電廠2號爐，由內(nèi)蒙古電力科學研究院實測報告結(jié)論：經(jīng)過布袋除塵器后，氣態(tài)汞的去除率較小，為13.21％；顆粒態(tài)汞去除率非常大，為97.55％，主要是因為布袋除塵器的除塵效率高，煙氣通過布袋表面時，絕大多部分的灰以及灰上附著的顆粒汞被截留下來?？傊匠龎m器脫汞效果比電除塵器高得多。,24,電除塵器對汞的脫除主要利用飛灰的吸附性，脫汞效率一般僅24％～27％[9]。袋式除塵器脫汞效率可以達到58％～80％。由于脫汞效率與除塵

34、效率及粉塵粒徑有關，而FF幾乎可以捕集0.1μm以上的塵粒，對5μm以上的捕集效率可達99％以上，同時FF還增加氣固接觸時間。所以，袋式除塵器脫汞效率較高[9]。在內(nèi)蒙古國電能源準大發(fā)電廠2號爐，由內(nèi)蒙古電力科學研究院實測報告結(jié)論：經(jīng)過布袋除塵器后，氣態(tài)汞的去除率較小，為13.21％；顆粒態(tài)汞去除率非常大，為97.55％，主要是因為布袋除塵器的除塵效率高，煙氣通過布袋表面時，絕大多部分的灰以及灰上附著的顆粒汞被截留下來。總之袋式除塵

35、器脫汞效果比電除塵器高得多。,表3各電廠控制前后煙塵PM10和PM2.5分布及其去除率 (TSP為總懸浮物),25,參考文獻[10] 采用國產(chǎn)WY-1型沖擊式塵粒分級儀，測量范圍為1.3～1.47μm，按照國標GB5468-91規(guī)定的等速采樣過濾記重法進行。結(jié)果見表3，實測6臺電除塵器＋脫除去除PM10及以下微細粉塵的結(jié)果，對PM10去除率為98.88％～99.62％，平均為99.29％，對PM2.5去除率為95.68％～9

36、8.47％，平均為97.41％。 可以得到，電廠電除塵器對PM10以上的顆粒物的去除率較高，相比而言對粒徑較小的煙塵的去除率不高。,26,(1).從以上的比較中不難看出，電-袋式除塵器目前出現(xiàn)問題較多，占已運行電袋機組73％，在推廣應用中要慎重。(2).濾袋式除塵器在滿足環(huán)保要求上，總體來看較有優(yōu)勢，特別是能收集微細粉塵及重金屬，附合今后環(huán)保發(fā)展要求。PPS濾袋壽命大部分都能運行4年以上或更長。(3).回轉(zhuǎn)極板式電除

37、塵器在電除塵器改造中優(yōu)勢明顯。經(jīng)過進一步改進，減少排放濃度，對各種煤種有更寬的適應性。也將會是可選的方案。(4).對各種除塵器應用選擇時，要有前瞻性，除考慮粉塵排放濃度外，也同時考慮PM2.5和汞的脫除效果。(5)對凝聚、濕式電除塵等新的技術(shù)，主要看今后工業(yè)應用的效果，也是有前途的應用技術(shù)。(6)對凝聚、濕式電除塵等新的技術(shù)，主要看今后工業(yè)應用的效果，也是有前途的應用技術(shù)。(7)推廣新技術(shù)要經(jīng)過考驗，逐步推廣，不要一哄而上。,2