（中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會，北京 100037）

新標(biāo)準(zhǔn)下我國燃煤電站煙氣除塵技術(shù)發(fā)展趨勢

（中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會，北京 100037）

燃煤電站是我國主要的煙塵排放源，本文在調(diào)查了我國燃煤電站煙氣除塵技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，介紹了適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)以及我國國情的各種新技術(shù)，根據(jù)各種新技術(shù)的特點，結(jié)合我國煙氣除塵裝備的市場規(guī)模，分析了新標(biāo)準(zhǔn)下我國燃煤電站煙氣除塵技術(shù)的應(yīng)用前景及發(fā)展趨勢。

除塵技術(shù);除塵設(shè)備;燃煤電站;市場規(guī)模;發(fā)展趨勢

1 前言

燃煤電站是我國大氣污染的主要來源之一。截至2011年年底，我國燃煤電站裝機(jī)容量已達(dá)到7.656億kW，成為耗煤第一大戶，而同期我國人均裝機(jī)容量約為0.78kW，低于發(fā)達(dá)國家人均裝機(jī)容量1kW的水平。在人均用電量方面，2010年我國人均用電量3126kW·h，相當(dāng)于美國1956年、韓國1993年的水平[1、2]。隨著國民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對能源的需求將日益增長。由于以煤炭為主的能源供應(yīng)格局在中國未來中長期內(nèi)將不會發(fā)生根本性改變，因此 “十二五”期間燃煤電站的裝機(jī)規(guī)模將會保持高速增長的態(tài)勢。據(jù)預(yù)測，2015年電力裝機(jī)容量可能達(dá)到14.7億kW，2020年可能達(dá)到18.4億kW，2030年可能達(dá)到24.7億kW[1]。伴隨機(jī)組裝機(jī)容量的快速增長，環(huán)境保護(hù)的形勢將更趨嚴(yán)峻。也基于此，國家在短短的幾年時間內(nèi)，制定了更加嚴(yán)格的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)，新的國家標(biāo)準(zhǔn)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011）規(guī)定，一般地區(qū)煙塵排放濃度限值為30mg/m3，重點地區(qū)為20mg/m3。我國燃煤電站現(xiàn)有煙氣除塵技術(shù)中，電除塵器長期占據(jù)著主流地位。隨著環(huán)保要求的提高，布袋除塵器及后續(xù)開發(fā)的電-袋復(fù)合除塵器也相繼在燃煤電站得到應(yīng)用。新標(biāo)準(zhǔn)下燃煤電站各種煙氣除塵技術(shù)的適應(yīng)性及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢已成為行業(yè)內(nèi)關(guān)注和研究的焦點問題。

2 電除塵器的應(yīng)用情況及適應(yīng)性

2.1 電除塵器的應(yīng)用情況

目前我國火電廠除塵設(shè)備90%以上采用的是電除塵器。電除塵器的生產(chǎn)廠家及其廣大用戶已在其設(shè)計、制造、安裝及運行上積累了豐富的經(jīng)驗，技術(shù)水平已接近國際先進(jìn)水平，能滿足各種容量火電機(jī)組的需要。電除塵器最大的優(yōu)點是設(shè)備阻力低、處理煙氣量大、除塵效率高、運行費用低、維護(hù)工作量少、使用溫度范圍廣。

我國的新排放標(biāo)準(zhǔn)與發(fā)達(dá)國家的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)，因此其電除塵器應(yīng)用情況對我國具有一定的借鑒意義。在國外，美國煙塵排放限值為20mg/m3，電除塵器應(yīng)用比例約80%；德國的煙塵排放限值為30mg/m3，電除塵器使用比例在85%以上，近年來為適用于低硫煤，電除塵器的比集塵面積為120～150m2/（m3/s），煙塵實際排放為10～20mg/m3。日本煙塵排放的地方標(biāo)準(zhǔn)限值為20mg/m3，幾乎全部采用的是電除塵器。部分電除塵器采用低低溫電除塵技術(shù)或旋轉(zhuǎn)電極式電除塵技術(shù)，成功實現(xiàn)了在較少電場數(shù)量和較低比集塵面積的前提下滿足低粉塵排放[3]。

2.2 新煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)下電除塵器的適應(yīng)性

中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會曾組織我國電除塵領(lǐng)域的多位專家，就電除塵器對我國煤種的適應(yīng)性情況進(jìn)行了分析。其分析結(jié)論表明，對燃煤電站而言，電除塵器出口煙塵濃度限值為50mg/m3時，我國約有86%的煤種適用電除塵器；電除塵器出口煙塵濃度限值為30mg/m3時，我國約有74%的煤種適用電除塵器，電除塵器出口煙塵濃度限值為20mg/m3時，我國約有53%的煤種適用電除塵器。

在上述理論分析的基礎(chǔ)上，中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會曾對2002年1月—2010年4月所測試的國內(nèi)175套600MW以上機(jī)組配套電除塵器測試結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計，實測電除塵器的煙塵排放濃度全部達(dá)到設(shè)計要求。在電除塵器電場數(shù)量基本上為4個、比集塵面積為80～110m2/（m3/s）這一較少電場數(shù)量及較低比集塵面積前提下，電除塵器出口煙塵濃度≤50mg/m3的為83套，占測試項目總數(shù)的47.4%；出口煙塵濃度≤30mg/m3的22套，占測試項目總數(shù)的12.6%；出口煙塵濃度≤20mg/m3的7套，占測試項目總數(shù)的4%[3]。

從電除塵器對我國煤種適應(yīng)性分析及實測結(jié)果來看，常規(guī)電除塵器對于國內(nèi)大部分常用煤種仍具有廣泛的適應(yīng)性，可以在具備較佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的前提下滿足≤30mg/m3甚至更嚴(yán)的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)。但同時必須看到，由于我國電廠的燃煤品質(zhì)變化很大，而收塵設(shè)備必須滿足使用最難收塵煤種時的排放要求，因此現(xiàn)在許多電廠迫切需要新的煙氣除塵技術(shù)來應(yīng)對當(dāng)今日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)和復(fù)雜的燃煤品質(zhì)。

3 燃煤電站各種除塵新技術(shù)及其特點

近年來，為適應(yīng)國內(nèi)燃煤電站煙氣除塵市場需要，國內(nèi)外眾多企業(yè)和科研院所加大了對燃煤電站除塵新技術(shù)的研究和開發(fā)力度，取得了較為豐碩的成果，隨著許多除塵新技術(shù)的不斷成功應(yīng)用，不但擴(kuò)大了原有除塵技術(shù)的適應(yīng)范圍，而且為實現(xiàn)低排放和節(jié)能降耗開辟了許多新的路徑。

3.1 低溫電除塵技術(shù)

3.1.1 工作原理

低溫電除塵器的除塵原理與常規(guī)電除塵器相同，區(qū)別于常規(guī)電除塵器的是，低溫電除塵器是通過低溫省煤器（主要采用汽機(jī)冷凝水與熱煙氣通過換熱器進(jìn)行熱交換，使得汽機(jī)冷凝水得到額外的熱量，以減小汽機(jī)冷凝水回路系統(tǒng)中低壓加熱器的抽汽量），使進(jìn)入電除塵器的煙氣溫度由常規(guī)狀態(tài)（120℃～160℃）下降到低溫狀態(tài)（90℃～110℃，一般控制在酸露點以上10℃），由于排煙溫度的降低，進(jìn)入電除塵器的煙氣量減少、煙氣流速降低，粉塵比電阻降低。從而實現(xiàn)余熱利用和提高除塵效率的雙重目的。

3.1.2 技術(shù)及應(yīng)用特點

（1）可提高電除塵器的除塵效率。降低粉塵比電阻，減小煙氣量，進(jìn)一步提高電除塵器的除塵效率。可與高頻電源、旋轉(zhuǎn)電極式電除塵器等多項技術(shù)組合。

（2）可節(jié)省煤耗及廠用電消耗。視降溫幅度大小，平均可節(jié)省電煤消耗1.5～4g/kW·h，排煙溫度每降低10℃，平均可節(jié)約電煤約1g/kW·h，一般3～5年可回收投資成本。

（3）每級低溫省煤器的煙氣壓力損失為300～500Pa。

（4）可靈活布置，低溫省煤器可組合在電除塵器進(jìn)口封頭內(nèi)，也可獨立布置在電除塵器的前置煙道上。

3.2 旋轉(zhuǎn)電極式電除塵技術(shù)

3.2.1 工作原理

旋轉(zhuǎn)電極式電除塵器收塵機(jī)理與常規(guī)電除塵器相同，由前級固定電極電場（常規(guī)電場）和后級旋轉(zhuǎn)電極電場組成。旋轉(zhuǎn)電極電場中陽極部分采用回轉(zhuǎn)的陽極板和旋轉(zhuǎn)的清灰刷。附著于回轉(zhuǎn)陽極板上的粉塵在尚未達(dá)到形成反電暈的厚度時，就被布置在非電場區(qū)的旋轉(zhuǎn)清灰刷徹底清除，因此不會產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象并可最大限度地減少二次揚塵，增加粉塵驅(qū)進(jìn)速度，大幅提高電除塵器的除塵效率，降低排放濃度，同時降低對煤種變化的敏感性。

3.2.2 技術(shù)及應(yīng)用特點

（1）保持陽極板永久清潔，避免反電暈，有效解決高比電阻粉塵收塵難的問題。

（2）最大限度減少二次揚塵，顯著降低電除塵器出口煙塵濃度。

（3）減少煤、飛灰成分對除塵性能影響的敏感性，增加電除塵器對不同煤種的適應(yīng)性，特別是高比電阻粉塵、黏性粉塵，應(yīng)用范圍比常規(guī)電除塵器更廣。

（4）可使電除塵器小型化，占地少。

（5）特別適合于老機(jī)組電除塵器改造，在很多場合，只需將末電場改成旋轉(zhuǎn)電極電場，不需另占場地。

（6）與布袋除塵器相比，阻力損失小，維護(hù)費用低，對煙氣溫度和煙氣性質(zhì)不敏感，并且有著較好的性價比。

（7）在保證相同性能的前提下，與常規(guī)電除塵器相比，一次投資費用略高、運行費用較低、維護(hù)成本幾乎相同。從整個生命周期看，旋轉(zhuǎn)電極式電除塵技術(shù)器具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

（8）對設(shè)備的制造、安裝工藝要求較高。

鑒于旋轉(zhuǎn)電極式電除塵器的上述技術(shù)特點，旋轉(zhuǎn)電極電場（同極間距460mm）的驅(qū)進(jìn)速度可達(dá)常規(guī)末電場（同極間距400mm）的2～2.5倍，最高可達(dá)3倍，末電場除塵效率可以由常規(guī)電場的50%～70%提高到70%～90%。因此，1個旋轉(zhuǎn)電極電場的使用效果相當(dāng)于2個常規(guī)電場的使用效果。

3.3 煙塵預(yù)荷電微顆粒收集技術(shù)

3.3.1 工作原理

煙塵預(yù)荷電微顆粒收集技術(shù)，在含塵氣體進(jìn)入除塵器前，先對其進(jìn)行分列荷電處理，使相鄰兩列的煙塵分別帶上正、負(fù)不同極性的電荷，然后，通過擾流裝置的擾流作用，使帶異性電荷的不同粒徑粉塵產(chǎn)生速度或方向差異而有效凝聚，形成大顆粒后進(jìn)入除塵設(shè)備。

3.3.2 技術(shù)及應(yīng)用特點

（1）減少煙塵總質(zhì)量排放，有效提高電除塵器除塵效率。

（2）顯著減少PM2.5的排放，改善大氣能見度，提高空氣質(zhì)量。

（3）減少汞、砷等有毒元素的排放。

（4）壓力損失小于250Pa。

3.4 高頻高壓電源技術(shù)

3.4.1 工作原理

電源作為電除塵器的核心設(shè)備，對電除塵的除塵效率、運行能耗等關(guān)鍵性能起著關(guān)鍵性作用，約占設(shè)備總投資的25%。高頻電源是把三相工頻電源經(jīng)三相整流成直流，經(jīng)逆變電路逆變成幾十千赫茲以上的高頻交流電流，然后通過高頻變壓器升壓，經(jīng)高頻整流器進(jìn)行整流濾波，直流輸出至電場。

高頻電源主要包括三個部分：逆變器、變壓器、控制器。

高頻電源的供電電流由一系列窄脈沖構(gòu)成，其脈沖幅度、寬度及頻率均可以調(diào)整。這就意味著可以給電除塵器提供從純直流到窄脈沖的各種電壓波形，因而可以根據(jù)電除塵器的工況，提供最佳電壓波形，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

3.4.2 技術(shù)及應(yīng)用特點

（1）與工頻電源相比，高頻電源可增大電場電暈功率，提高電場內(nèi)粉塵的荷電效果，可以在臨近電除塵器的擊穿電壓下穩(wěn)定工作，使電場內(nèi)的平均電壓比工頻電源供給的電壓提高25%～30%。高頻電源一般可應(yīng)用于電除塵器的前電場，煙塵排放降低10%～20%。

（2）高頻電源工作在脈沖方式時，其脈沖寬度在幾百微秒到幾毫秒之間，在較窄的高壓脈沖作用下，可以有效提高脈沖峰值電壓，增加粉塵荷電量，克服反電暈，增加粉塵驅(qū)進(jìn)速度，提高電除塵器的除塵效率并大幅度節(jié)能。

（3）高頻電源功率因數(shù)達(dá)0.9以上，高于常規(guī)工頻電源。與常規(guī)工頻電源相比，高頻電源無功損耗相對較小。

（4）控制方式靈活，高頻電源可在幾十微秒內(nèi)關(guān)斷輸出，使火花熄滅，5～15ms左右恢復(fù)全功率供電。

（5）體積小，重量輕，控制柜和變壓器一體化，可降低電纜費用。由于不再設(shè)置獨立的高壓控制柜，可減少控制室基建費用。

3.5 濕式電除塵技術(shù)

3.5.1 工作原理

金屬放電線在直流高電壓的作用下，將其周圍氣體電離，使粉塵或霧滴粒子表面荷電，荷電粒子在電場力的作用下向收塵極運動，并沉積在收塵極上，水流從集塵板頂端流下，在集塵板上形成一層均勻穩(wěn)定的水膜，將板上的顆粒帶走。因此，濕式電除塵器與常規(guī)電除塵器的除塵原理相同，都要經(jīng)歷荷電、收集和清灰三個階段。然而，與常規(guī)電除塵器清灰不同的是，濕式電除塵器采用液體沖刷集塵極表面來進(jìn)行清灰。

3.5.2 技術(shù)及應(yīng)用特點

（1）有效收集微細(xì)顆粒物（PM2.5粉塵及SO3氣溶膠）、重金屬（汞Hg、砷As、硒Se、鉛Pb、鉻Cr）等。煙塵排放可達(dá)10mg/m3甚至5mg/m3以下。

（2）收塵性能與粉塵特性無關(guān)，對黏性大或高比電阻粉塵也能有效收集，同時也適用于處理高溫、高濕的煙氣。

（3）沒有如錘擊設(shè)備等的運動部件，可靠性較高。

（4）進(jìn)入WESP電場的煙氣溫度需降低到飽和溫度以下。

（5）在高粉塵或高SOx濃度的煙氣條件下，不宜采用。

（6）需要設(shè)置廢水處理設(shè)備及采用很好的防腐措施。

3.6 電-袋復(fù)合除塵技術(shù)

3.6.1 工作原理

電-袋復(fù)合除塵器，是一種有機(jī)集成靜電除塵和過濾除塵兩種除塵機(jī)理的除塵器。前面的收塵室為電除塵方式，后面為袋除塵方式，可以保證最大的除塵效率，用于老電除塵器改造時有其獨特的優(yōu)點。

3.6.2 技術(shù)及應(yīng)用特點

（1）除塵效率高，對粉塵特性不敏感，不受粉塵比電阻的影響，但對煙氣溫度、煙氣成分較敏感。

（2）需要管理兩套除塵系統(tǒng)。

（3）本體阻力低于袋式除塵器但遠(yuǎn)高于電除塵器，運行費用較高。

（4）濾袋的使用壽命及換袋成本仍是電-袋復(fù)合除塵器的一個重要問題。目前舊濾袋的資源化利用率較小。

3.7 除塵新技術(shù)的綜合性比較

上述各除塵新技術(shù)的綜合性比較如下表所示。

除塵新技術(shù)的綜合性比較表

由于每種新技術(shù)都有其特定的使用條件和增效范圍，因此具體采用何種技術(shù)可根據(jù)電廠的現(xiàn)有除塵設(shè)施情況、場地條件及排放要求來確定。

4 新標(biāo)準(zhǔn)下燃煤電站煙氣除塵技術(shù)的應(yīng)用前景及發(fā)展趨勢

4.1 煙氣除塵裝備的市場規(guī)模分析

截至2011年年底，全國600MW及以上的火電機(jī)組占火電總裝機(jī)比重已達(dá)到76.78%，即600MW及以上的火電機(jī)組總裝機(jī)量達(dá)到了5.878億kW，300MW以下的火電機(jī)組總裝機(jī)量為1.778億kW。據(jù)統(tǒng)計，2011年年底全國現(xiàn)役100萬kW超超臨界火電機(jī)組達(dá)40臺，現(xiàn)役60萬kW級機(jī)組共計913臺，其他機(jī)組可估算為30萬kW級的機(jī)組為593臺。

《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011）的實施，預(yù)計燃煤電站約75%的300MW以下機(jī)組、50%的600MW機(jī)組及20%的1000MW超超臨界機(jī)組的除塵設(shè)備將需要提效改造。目前國內(nèi)對老機(jī)組的改造方法包括本體改造、旋轉(zhuǎn)電極式電除塵改造、電源更換、煙氣調(diào)質(zhì)和電袋改造等。按目前市場燃煤機(jī)組除塵設(shè)備的改造費用，保守估計，以300MW機(jī)組、600MW機(jī)組和1000MW機(jī)組除塵設(shè)備的平均改造費用分別約為1500萬元、2200萬元、3000萬元計，則近4年間每年的老機(jī)組改造市場規(guī)模約為43億元。

根據(jù)中電聯(lián)的《電力行業(yè)“十二五”規(guī)劃》，到2015年我國火電裝機(jī)容量將達(dá)9.33億kW，則今后4年期間，我國火電裝機(jī)容量增長量為1.674億kW，折算成600MW機(jī)組約為280臺，即每年有70臺套的新建火電機(jī)組，按現(xiàn)有除塵設(shè)備在市場上的平均價格估算，則年均新建機(jī)組配套除塵設(shè)備的市場規(guī)模大約為30億元[4]。

根據(jù)以上的分析，近期國內(nèi)每年的除塵市場規(guī)模（改造及新建項目市場規(guī)模之和）估算為73億元左右。根據(jù)近期電廠的招投標(biāo)情況來看，老機(jī)組改造中按電除塵器和電-袋除復(fù)合塵器市場份額約為60%和30%，新建機(jī)組中按電除塵器和電-袋復(fù)合除塵器市場份額分別約為80%和15%。在電除塵器中，旋轉(zhuǎn)極板式電除塵器又約占25%的市場份額。據(jù)此估算，我國燃煤電站電除塵器年均市場規(guī)模約為49.8億元，電-袋復(fù)合除塵器的年均市場規(guī)模約為17.4億元，旋轉(zhuǎn)極板式電除塵器的年均市場規(guī)模約為12億元。

另外，我國是全球最大的電除塵器生產(chǎn)國和使用國，電除塵器在國際市場上也具有較強(qiáng)的市場競爭力。近幾年隨著印度、越南、土耳其、巴西等新興工業(yè)國家電力建設(shè)的大發(fā)展，電除塵器、電-袋復(fù)合除塵器的出口發(fā)展勢頭迅猛。據(jù)統(tǒng)計，2011年，我國電除塵行業(yè)出口額超過25億元，未來幾年，我國除塵設(shè)備在國外市場的年均市場規(guī)模預(yù)計為30億～50億元。

4.2 煙氣除塵技術(shù)的市場發(fā)展趨勢

目前，浙江菲達(dá)、福建龍凈等一批燃煤電站除塵行業(yè)骨干企業(yè)，致力于推廣如旋轉(zhuǎn)電極式電除塵器、高頻電源、煙塵預(yù)荷電微顆粒收集裝置、低溫電除塵器、濕式電除塵器等高效除塵新技術(shù)。上述新技術(shù)中應(yīng)用較多的為旋轉(zhuǎn)電極式電除塵器、高頻電源及電-袋復(fù)合除塵器：1）旋轉(zhuǎn)電極式電除塵器和高頻電源現(xiàn)已擁有電力部門較多的應(yīng)用業(yè)績，并顯示出高效的除塵效果，我國電除塵行業(yè)對這些新技術(shù)也給予了極大的關(guān)注；2）電-袋復(fù)合除塵器因?qū)Ψ蹓m特性不敏感，不受粉塵比電阻的影響而具較高的除塵效率，近幾年在我國得到了快速的發(fā)展。

根據(jù)上述各項新技術(shù)的特點，結(jié)合我國國情，可以預(yù)見，今后我國燃煤電站的各項除塵技術(shù)中，以旋轉(zhuǎn)電極式電除塵技術(shù)為核心的電除塵技術(shù)和以電-袋復(fù)合除塵技術(shù)為核心的袋式除塵技術(shù)將得到更多、更為廣泛的應(yīng)用。另外，隨著節(jié)能減排及在微細(xì)顆粒物控制方面認(rèn)識和實踐的不斷深入，高頻電源、煙塵預(yù)荷電微顆粒收集裝置等與現(xiàn)有除塵設(shè)備的集成技術(shù)也將不斷得到應(yīng)用。

[1] 中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會.我國電除塵行業(yè)2011年發(fā)展綜述[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2012，（7）： 1-7.

[2] 酈建國，劉云. 中國煤種成分對電除塵器性能影響分析及電除塵器適應(yīng)性評價[J].科技導(dǎo)報，2010，28（7）：104-107.

[3] 中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會. 燃煤電站電除塵器選型設(shè)計指導(dǎo)書[Z].2010，4.

[4] 中國電力聯(lián)合會. 電力行業(yè)“十二五”規(guī)劃[Z]. 2011.

China Development Report on Pollution Control Industry of Motor Vehicle in 2011

(Electrical Precipitation Committee of CAEPI, Beijing 100037, China)

X701

A

1006-5377（2012）09-0038-05