云 端

（中国大唐集团环境技术有限公司，北京 100084）

燃煤电厂PM2.5减排技术与装备探讨

云 端

（中国大唐集团环境技术有限公司，北京 100084）

燃煤电厂在我国电力工业中占有很大的比重，其烟尘排放污染问题也尤其突出。大量燃煤烟尘的排放造成了严重的环境污染，特别是其中的细颗粒物PM2.5，能长期悬浮于大气中，对人类的健康造成了长期持续的危害，因此燃煤电厂PM2.5减排技术对于环境保护事业具有重要的意义和深远的影响，大力发展PM2.5减排技术与装备是电力行业大势所趋。

燃煤电厂;细颗粒物PM2.5;减排技术

1 引言

近年来，我国多地持续出现严重的雾霾天气，其主要原因之一是由于空气中粒径小于2.5μm的细颗粒物（PM2.5）浓度增多造成的。这种细颗粒物具有粒小质轻、悬浮时间长、输送距离远等特点，可对环境、人体健康造成持续性严重危害。因此，减少PM2.5的排放已成为有效缓解我国雾霾天气的主要途径之一。

随着人们对细微颗粒物认识的不断加深，工业生产、发电锅炉、汽车发动机等燃烧过程中排放的气、固态污染物被确定为大气中PM2.5的主要来源。

火力发电厂是大气中颗粒物质的重要排放源。在可预见的未来几十年内，煤炭仍将是我国主要的一次能源，这决定了在我国的电力工业中，燃煤火力发电将长期占主导地位，但这种长期依赖燃煤发电的能源结构已造成了严重的环境污染。燃煤电厂产生的污染物主要有颗粒物、SOx和NOx、有机物及痕量元素等，其中颗粒物特别是细颗粒物的潜在危害已引起了国际社会的广泛重视。

传统的除尘技术现已不能应对日趋严格的颗粒物排放控制标准，新的环保标准需要新的除尘技术应对。目前，我国燃煤电厂中的烟尘净化设备90%左右采用静电除尘器（ESP）[1]，其主要优点是能耗低、除尘效率较高，运行、管理及维护经验丰富，但难以满足新《火电厂污染物排放标准》（GB13223-2011）粉尘排放浓度的要求。静电除尘器存在以下局限[2]：1）静电除尘器对超细颗粒物（如 PM2.5）捕集能力有限。这主要是因为超细粒子难以荷电，电极振打产生二次扬尘更容易使已捕集的微细粒子逸出；2）除尘效率受诸多因素（如烟温、烟气流速、飞灰特性、含硫量等）影响，波动较大，我国煤种差异较大，同一台机组由于某些因素的影响也可能变换煤种，这对静电除尘器的稳定、高效运行造成了很大影响；3）国家加强对二氧化硫排放的控制，烟气中二氧化硫浓度的减少使得烟尘的比电阻升高，造成静电除尘器的反电晕增强，除尘效率降低；4）一次性投入较大、占地面积大、运行费用较高。

为提高空气质量，2012年2月，环境保护部正式发布了新版《环境空气质量标准》（GB3095-2012），规定了环境空气污染物基本项目的浓度限值（见下表）。

新版《环境空气质量标准》（GB3095-2012）参考值

2012年9月27日，国务院批准发布《重点区域大气污染防治“十二五”规划》，明确了对重点区域范围、污染防治指标及实施责任主体等要求，要求重点区域烟尘排放按照20mg/Nm3标准实施，可吸入颗粒物排放逐年降低。

对于燃煤电厂而言，在环境保护标准要求越来越高的形势下，大力发展高效协同处理细颗粒物（PM2.5）的新技术，实现10mg/Nm3甚至更低的排放浓度，对于我国PM2.5的排放控制工作具有很重要的示范和推广意义。

2 燃煤电厂PM2.5减排技术

为了达到更为严格的排放标准，实现细颗粒物更好的脱除效果，适应我国燃煤电厂高比电阻、高温、高湿、高含尘浓度的运行工况，考虑到目前国内除尘器的运行情况，当前可供选择的减排技术有如下几种：

2.1 电除尘器实现低排放的新技术

具体包括高频电源技术、移动电极电除尘器技术、机电多复式双区电除尘器和烟气调质技术。上述几项新技术目前已经在国内多家电厂成功应用，并取得了良好效果。

例如，采用高频技术进行电除尘器配套供电装置改造，可以有效改善电场内部的供电波形，伏安特性更有利于发挥除尘器的荷电作用，尤其应用于电厂效果较好，目前已在国内多家电厂应用。

移动电极电除尘技术是欧盟推荐的烧结机除尘的最佳可行技术之一，其采用布置于灰斗中的清灰刷刷除极板上粉尘的清灰方式，有效解决了高比电阻粉尘引起的反电晕及振打清灰引起二次扬尘等问题，从而大幅度提高了除尘效率。移动电极电除尘器有四大特点：

1）可以保持阳极板永久清洁，避免反电晕，有效地解决高比电阻微细粉尘的收尘问题；2）最大限度地减少二次扬尘，显著降低电除尘器出口粉尘浓度；3）减少煤、灰成分对电除尘性能影响的敏感性，增加电除尘器对不同煤种的适应性，特别是黏性粉尘、高比电阻粉尘和微细粉尘；4）可使电除尘器小型化，减小占地面积，特别适合于老机组电除尘器改造，在很多场合，只需将末电场改成移动电极电场，不需另占场地。

移动电极电除尘器已在日本多套600MW、1000MW机组上成功应用，采用此项技术，绝大部分新建工程都能达到30mg/m3及以下粉尘排放浓度，最低可达10mg/m3以下。近年来，国内一些环保企业对移动电极电除尘技术也进行了大量研究，已掌握了其核心技术，并研制出了具有自主知识产权的产品，在燃煤电厂、冶金行业等领域已有较多应用。

机电多复式双区电除尘器前级电场采用常规结构，末级电场设计成一个标准复式双区结构，即第一个荷电区＋第一个收尘区，第二个荷电区＋第二个收尘区。同一电场内，荷电区与收尘区供电电源分开，收尘区工作电压高达80kV。与常规结构的电场相比，双区电场捕集粉尘的平均效率和对细小粉尘颗粒的捕集效率高；拥有较大表面积的管排式阴极线，可以捕集荷正电的尘粒；对烟尘的适应性比较广，适合收集高、中、低比电阻粉尘。至今为止，国内已经投运机电多复式双区电除尘器74台，其中600MW机组配套的有8台，300MW机组配套的有42台，300MW机组以下配套的有24台。

SO3烟气调质技术可使粉尘形成有效的硫酸表面导电层，降低粉尘比电阻，可在烟气中注入10～20ppm的SO3并让其有效形成硫酸气溶胶吸附在粉尘表面，降低粉尘比电阻，从而提高电除尘器的除尘效率。欧美发达国家广泛应用三氧化硫烟气调质，证明这是一项非常成熟有效的电除尘器提效技术。目前世界上投运的三氧化硫烟气调质系统已逾500套。

2.2 袋式除尘技术

袋式过滤器也称为过滤式除尘器，是一种干式高效除尘器，是利用有机纤维或无机纤维编织物制作的袋式过滤元件将含尘气体中固体颗粒物滤出的除尘设备，用于捕集非黏结性、非纤维性的工业粉尘。其原理是使尘粒在绕过滤布纤维时因惯性力作用与纤维碰撞而被拦截。微细的尘粒（粒径为1μm或更小）则受气体分子冲击（布朗运动） 不断改变着运动方向，由于纤维间的空隙小于气体分子布朗运动的自由路径，尘粒便与纤维碰撞接触而被分离出来。其优点是除尘效率高且稳定，对于2μm以上的粉尘，其效率可达99.9%以上[3]，且造价相对较低，管理简单、维修方便。但其压力损失较大，本体阻力在800～1500Pa，占地面积也大。

考虑到布袋除尘器的脱除效率，若进一步提高过滤性能，则研究方向集中在滤料材料和滤料寿命两方面，滤料的研究主要考虑以下因素：1）烟气的温度；2）烟气的成分（如O2、NOx、SO2、SO3含量，H2O等）或燃煤组成；3）烟尘的化学组成、颗粒级配、浓度；4）锅炉的型式；5）烟尘的排放要求；6）性价比和企业的经济能力。

2.3 湿式电除尘器

湿式除尘器俗称“水除尘器”，其是使含尘气体与液体（一半为水）密切接触，利用水滴和颗粒的惯性碰撞及其他作用捕集颗粒或使颗粒增大的装置。该除尘器的特点是利用湿法除尘原理，先将烟气降温、增湿，同时进行初级除尘处理，然后将烟气导入静电除尘器（除尘设备、环保设备），达到高效除尘效果。

特点：1）除尘效率＞99%，同时消烟除雾，达到 无尘、无烟、无雾的理想效果；2）无需振打，自成水膜自动清灰，克服了静电除尘器二次扬尘的缺点；3）特别适用于温度不稳定、长时间高温的烟气除尘，解决了布袋除尘器无法解决的高温问题，填补了这方面的技术空白；4）对PM2.5的去除效率均高于95%，粉尘排放浓度低于5mg/Nm3。

湿式电除尘器改传统的振打、声波等清灰方式为液体喷淋清灰，该技术能克服传统干式电除尘技术的反电晕、二次扬尘等瓶颈，具有极高的除尘效率。产品用于湿法脱硫后的烟气处理，可有效控制微细粉尘、SO3酸雾、气溶胶、汞、重金属和二英等复合污染物，达到粉尘近零排放。

湿式电除尘器作为控制燃煤烟气PM2.5非常有效的设备，在发达国家的电力等工程领域得到了广泛应用，仅日本三菱重工就已有32台套应用于电厂。美国BruceMansfield电厂、Mirant’Dickerson电厂等多家电厂测试报告表明，湿式电除尘器对PM2.5的去除效率均高于95%，粉尘排放浓度低于5mg/Nm3。

2.4 凝聚型静电除尘技术

细微颗粒物的凝聚效应，可以通过多种方式实现，如布朗凝聚、梯度凝聚、声波凝聚、静电凝聚、机械凝聚以及水蒸汽凝聚等。其中静电凝聚技术是目前高效、经济去除细微颗粒物的最有效途径之一，将会成为最具应用前景的实用技术之一。

凝聚器的工作原理为，在含尘气体进入电除尘器前，先对其进行分列荷电处理，使相邻两列的烟气粉尘带上正、负不同极性的电荷，然后通过扰流装置的扰流作用，使带异性电荷的不同粒径粉尘有效凝聚，形成大颗粒后进入除尘设备，从而减小粉尘的总质量排放和PM2.5的排放。

2.5 电袋复合除尘技术

电袋复合除尘器，是“十二五”期间燃煤锅炉控制细微颗粒粉尘排放、提高环境空气质量的主要手段之一。电袋复合除尘技术有机结合了静电除尘和布袋除尘的特点，通过前级电厂的预收尘、荷电作用和后级滤袋区过滤除尘，通过良好的气流分布技术、长周期清灰技术、强荷电技术等综合手段，对PM2.5等细微颗粒粉尘具有极高的捕集效率，是工业烟尘和PM2.5高效治理的新技术。特点是具备超低排放、多污染物协同处理、节能、易维护等优点，对PM2.5细颗粒粉尘捕集效率高达98%以上。

电袋复合除尘器中应用最为广泛的是前电后袋串联式除尘器，即在前一级电除尘后面布置一级独立的布袋除尘器（下如图所示），其前后两级分别是独立的静电除尘器和布袋除尘器。这种布置的优点在于：含尘气流首先通过静电除尘器，其中的大部分粉尘被收尘极板收集下来，然后通过布袋除尘器过滤。这种设计中静电除尘器的电场一般只需一级即可，承担的灰负荷占总的烟尘含灰量的70%～99%[4]，余下的灰负荷通过布袋过滤脱除。这种结构的好处在于前、后级除尘设计和安装各自独立，所有的烟气必须通过布袋排出，因此不必考虑静电除尘器末级极板清灰时的颗粒逃逸的结构性缺陷，无需特别设计和处理，也无需考虑静电对布袋的破坏作用。由于布袋的灰负荷大大降低和预荷电颗粒独特的过滤特性，系统压降也较小，若选择恰当的过滤风速，则可大大延长布袋脉冲清灰间隔，但对于整个系统占地面积和空间仍有压缩的余地，可以进行联合脱除[5]。

前电后袋串联除尘装置示意图

3 PM2.5控制技术的发展前景

由于我国燃煤电厂的燃用煤种复杂且波动较大，因此各火电厂应根据自身工况特点灵活选择除尘装置。而在上述减排技术中，电除尘系统各项改进技术已成功实现了工程应用，但对于PM2.5脱除效率不佳；布袋除尘技术对于细颗粒物具有良好的脱除效果，但进一步的改善只能通过新型滤料的研制来实现；湿式电除尘器目前在大容量机组中仍无应用业绩且工艺系统复杂；电袋复合除尘技术自2004年在国内成功实现商业化应用后，其稳定高效的特点将在PM2.5控制领域发挥重要的作用。电除尘和布袋除尘作为应用最广泛、运行经验最丰富的两种技术，它们的一体化复合技术必将成为能适应更严格排放标准的未来除尘技术发展的主流方向。

[1] 党小庆，李伟，杨雪连，等.电除尘器电场特性实验研究与数值分析[J].环境工程，2006，24（3）：47-50.

[2] 陶继业，谢诞梅，陈俊峰，陈小龙.燃煤电厂静电布袋复合除尘器的开发研究[J].华中电力，2004，17（6）：39-71.

[3] 石增斌.布袋除尘器技术及其应用[J].煤炭技术，2006，25（1）：123-125.

[4] 李刚，张凤林，许秦坤.新型电-袋一体化除尘器结构及机理分析[J].江西有色金属，2006，20（2）：45-48.

[5] 嵇敬文，陈安琪.电袋结合除尘器技术综述[Z].http://www.c-bfc.com.

Probe into PM2.5Emission Reduction Technology and Equipment in Coal-fired Power Plant

YUN Duan
(China Datang Group Environmental Techno logy Co., Ltd, Beijing 100084, China)

Abstracat:Coal-fredpower plant possesses a large propo rtion in power industry in our coun try, the pollution problem s of smoke dustemission stand out. A greatlot of coal-f redsmoke dust causes the serious environmental pollution, particularly the fne particulate PM2.5suspend in the air for a long time, causing a long and sustaining harm to human health. Therefore, PM2.5emission reduction technology in coal-f redpower plant bears an important signif cance and a far reaching impact on environmental protection cause. So the great development of PM2.5emission reduction technology and equipment is the general trends in powerindustry.

coal-fred powerplant; fne particula te PM2.5; emission reduction technology

X701

A

1006-5377（2014）05-0015-04