燃煤电厂应对新标准的烟尘控制对策研究

1、燃煤电厂应对新标准的烟尘控制对策研究Research on dust control measure of power plants under new standards薛建明,刘涛,许月阳,吴为民,李辉(国电环境保护研究院,江苏南京210031摘要:回顾了电力工业烟尘排放标准及除尘技术的发展,总结了烟尘排放状况,根据新修订排放标准的要求,有针对性地提出了现有未达标除尘器改造方向,以及2010年以后新建电厂实现30mg/m3排放的控制对策。关键词:电厂;烟尘;标准;控制对策Abstract:The electric power industry emissions standards and

2、 development of the dust removal technology were reviewedThe status of dust control and emissions were summarizedUnder the new emission standards,it tar-geted on the proposed transformation of the direction of the current failed filter and control measures of the new power plant after2010strategies

3、to achieve30mg/m3emissionsKey words:power plant;dust;standards;control measure中图分类号:X7012文献标识码:B文章编号:16748069(201102025041排放标准及除尘技术的发展燃煤电厂既是电力能源的主要供应基地,又是污染源的重要发生地。我国从1973年颁布工业“三废”排放试行标准控制火电厂烟尘排放之后,于1996年颁布了针对燃煤电厂的燃煤电厂大气污染物排放标准,并进行了多次修订。现在实施的标准为2003年修订颁布的火电厂大气污染物排放标准(GB132232003。不同时段烟尘排放标准及主要的除尘技术不同

4、。历次烟尘排放标准的提高,都大大促进了除尘技术的进步和除尘设备的升级。1973年,除尘技术以多管除、文丘里、斜棒栅除尘器为主,电除尘器开始发展;1991年,烟尘排放标准为600mg/m3,电除尘器推广,逐渐成为主力除尘设备;1996年烟尘排放标准为200mg/m3,电除尘器普及,袋式除尘器取得试验性成功;2003年,烟尘排放标准为50mg/m3,电除尘器占95%,袋及电袋除尘器份额增加。今后,新修订的烟尘排放标准为30mg/m3,电除尘器、袋式除尘器、电袋除尘器如何选择?2烟尘排放状况2009年,在全国火电装机容量比2008年增长80%,火电发电量比2008年增加745%的情况下,火电厂烟尘平

5、均排放绩效值为10g/kW·h,比2008年下降02g/kW·h,烟尘排放总量315万t,比2008年下降45%。2001年2009年全国火力发电厂的烟尘排放情况见表1。表12001年2009年全国火力发电厂烟尘排放情况项目2001年2002年2003年2004年2005年2006年2007年2008年2009年烟尘排放总量/百万t322324330346360370350330315火电发电量/万亿kW·h120135158181204237270280301烟尘排放绩效/g(kW·h1270240210190180160130120100从表1可以看

6、出,2008年全国火电发电总量为280万亿kW·h,烟尘排放总量为330百万t,烟尘排放绩效为120g/kW·h。在2008年底,全国火电厂的烟尘排放绩效已提前实现“十一五”目标。3除尘技术现状及存在问题自火电厂大气污染物排放标准(GB132232003颁布实施后,为达到50mg/m3的烟尘排放标52准,除尘技术随之发生了变化。电力工业原先普遍应用的旋风除尘器、文丘里水膜除尘器、斜棒栅除尘器等,由于除尘效率低,无法达标排放而被高效电除尘器取代。近年来,袋式除尘器和电袋复合除尘器也得到了一定的发展。目前,我国电力工业已形成了以高效电除尘器、袋式除尘器和电袋复合除尘器为主的格局

7、。随着排放标准的进一步提高,高效除尘技术仍在不断发展完善,对其的选择与应用也仍是研究的焦点。31电除尘器311电除尘器性能影响因素电除尘器是电力工业应用最广泛的除尘技术,截至2009年底,采用电除尘器的燃煤机组装机容量所占比重已达95%。研究结果表明,影响电除尘器除尘性能的因素主要有以下三类:一是工况条件,包括燃煤煤种、燃煤硫分、烟尘物化特性、烟气成分等;二是技术状况,包括结构特点、极配形式、振打方式、比集尘面积、气流分布均匀性、电场划分、电气控制特性等;三是运行条件,包括运行电压、板电流密度、积灰情况、振打周期等。312存在问题及原因分析调查结果表明,我国电除尘器存在的问题主要体现在6个方面

8、,即实际燃煤偏离设计值、特殊粉尘、选型偏小、制造安装调试及维护问题、选型失当和其他。其原因主要有以下几个方面:近两年来由于燃煤供应紧张,使得锅炉燃烧煤质偏离设计煤质,对电除尘器的运行带来影响,如烟气量增大、烟尘浓度提高、烟尘物化特性发生变化等,从而造成除尘效率下降,烟尘排放超标;部分特殊粉尘对电除尘器而言较难收集,如低硫煤燃烧产生的高比电阻粉尘(SiO2+Al2O390%、容易引起二次扬尘的粉尘(Al2O343%、不宜荷电的粉尘等,实践证明:这些粉尘采用的电除尘器,其除尘效果均达不到预期目标;行业竞争激烈,为降低造价提高中标率,供应商设计选型偏小,几乎没有设计余量,使得电除尘器难于适应复杂多变

9、的运行工况;电除尘器的制造、安装及调试存在缺陷,维修及保养不及时,影响了其稳定可靠运行;对具体粉尘特性缺乏针对性设计,造成设计失误。调查结果表明,电除尘器烟尘排放浓度达到烟尘排放设计指标的占304%;超过烟尘排放设计指标30%以内的占357%;达不到烟尘排放设计指标(超过烟尘排放设计指标30%的占314%;浓烟滚滚的占25%。造成这种状况的主要原因是比集尘面积小。比集尘面积小既是造成我国70%左右电除尘器不达标的根本原因,也是电除尘器对煤种适应能力低的主要原因,更是电除尘器达不到50mg/m3烟尘标准的根源所在。为满足50mg/m3排放标准,2004年2009年间投产的电除尘器的除尘效率都在9

10、97%以上,有的甚至高达999%。据统计,平均比集尘面积在100m2/(m3/s左右,而同等效率下,欧美国家电除尘器的平均比集尘面积在140 160m2/(m3/s之间,其烟尘排放浓度不但小于50mg/m3,且大多控制在30mg/m3以内。造成上述现象的主要原因有:对电除尘器达到50mg/m3排放标准的技术路线研究不透,设计时仅对传统设计作简单调整,缺乏有针对性的技术措施和技术保障;对比集尘面积与除尘效率的关系理解不够准确,在执行200mg/m3排放标准时,平均比集尘面积通常在80m2/(m3/s左右,而当标准提高到50mg/m3时,普遍认为比集尘面积提高到100m2 (m3/s即可;对除尘效

11、率和烟尘排放状况监管不到位,造成比集尘面积偏低。32袋式除尘器321袋式除尘器除尘性能影响因素袋式除尘器是电力工业近几年开始应用的高效除尘技术。截至2008年底,我国燃煤电厂125MW 以上容量机组已投运袋式(电袋除尘器的机组容量为14777MW,约占火电总装机的25%,其中,袋式除尘器的最大单机容量为山西漳州发电有限责任公司600MW机组,该机组在通过168h试运行后,出口粉尘浓度可以达到128mg/m3。研究结果表明,影响袋式除尘器除尘性能的主要因素有烟气温度及成分、粉尘特性、滤料的选择、过滤风速、清灰方式等。其中,滤料的选择是影响除尘性能、寿命、造价及运行费最关键的因素。目前,燃煤电厂袋

12、式除尘器的滤料以PPS、P84、PTFE及玻璃纤维为主。322存在问题及原因分析目前,袋式除尘器存在的问题主要体现在6个方面,即国产滤料质量问题、对烟温和烟气成分敏感性、气流分布及风速、袋笼和其他。其主要原因有:滤袋使用寿命低,换袋成本高。滤袋的设计寿命通常为30000h,但在实际应用中真正能达到30000h62的几乎没有,往往1至2年滤袋就会损坏需要更换,且国外供应PPS滤料的厂家屈指可数,滤袋成本居高不下,而国产滤料,无论生产技术还是产品质量均与国外产品存在一定的差距;供应商为降低成本,选择较高的过滤风速,采用的滤料以劣充优或以次充好,从而大大降低了滤袋的使用寿命;滤料对烟气温度及成分很敏

13、感。当烟气温度高于160或烟气中SOx和NO x含量高时,常规的PPS滤料易被腐蚀,应选用PTEF为主的滤料,而其价格十分昂贵;袋式除尘器对烟气的湿度敏感,在锅炉省煤器爆管的情况下,会出现滤袋“糊袋”现象,造成阻力激增,除尘器无法正常运行;袋式除尘器对气流分布的均匀性要求较高,若局部流速过高,气流的过度冲刷会造成破袋,严重影响滤袋的使用寿命;袋笼和电磁脉冲阀是袋式除尘器的主要部件,当袋笼的支撑强度不能保证时,易造成滤袋破损;当电磁脉冲阀出现卡涩和磨损时,会影响布袋的清灰效果。33电袋复合除尘器331电袋复合除尘器特点电袋复合除尘器是电力工业近几年开始应用的高效除尘技术,具有以下新特性:(1布袋

14、除尘器入口粉尘质量浓度大幅度地降低,由于前级电场能预收烟气中50% 70%以上的粉尘,布袋除尘器滤袋的入口粉尘质量浓度大幅降低,布袋若维持一定的清灰频率不变,则可以降低烟道的流通阻力,为减少引风机的负荷创造可能;若维持布袋过滤差压值不变,则可以降低清灰频率,从而可减少滤袋的机械磨损、节省清灰能耗、减少清灰空气量,从而延长滤袋的使用寿命。(2减少烟气粉尘中粗颗粒对滤袋的冲刷几率,烟气粉尘中的粗大颗粒经过前级电场沉降和除尘后,烟气中大颗粒粉尘的含量大大减少,减少了粉尘粗颗粒对滤袋的冲刷几率。(3对细微颗粒除尘效果更好,前级电除尘器对细微颗粒有一定的凝并作用,后级袋式除尘器对细微颗粒有较好的捕集效果

15、,因此,电袋复合除尘器对细微颗粒的捕集效果优于单独的电除尘器和单独的袋式除尘器。(4改变粉尘颗粒特性,粉尘通过前级电场电晕荷电后,荷电粉尘在滤袋上沉积的颗粒之间排列规则有序,同极电荷相互排斥使形成的粉尘层孔隙率高、透气性好,易于剥落,进一步降低运行阻力。332存在问题电袋复合除尘器技术优势明显,经济性突出。从我国燃煤电厂除尘现状来看,该技术具有开发的必要性。目前已有单机320MW机组的工程应用示例,但要将该技术广泛应用于燃煤电厂,仍需解决以下问题:电袋复合除尘器组成部分电区和袋区之间的结合形式、结合间烟气分配的均匀性问题;供电条件和电极配置、结构参数的优化问题;选择合理的布袋除尘单元参数;针对

16、燃煤电厂烟气特性,建立电袋复合除尘器的控制与运行模式;对于电区放电诱发的原子氧进入袋区后,是否会引起PPS滤料的氧化而降低其使用寿命问题;检修困难的问题。4控制对策根据电力工业除尘技术的发展现状,要实现新的烟尘排放要求,电除尘器、袋式除尘器和电袋复合除尘器三种除尘技术均必须进行技术创新,强化高效、低耗技术的研发,并尽早开展工程示范,取得成熟经验后加以推广。41三种除尘技术选择原则(1在烟气条件、粉尘条件适当的条件下,应优先选用电除尘器。电除尘器已有30多年的历史,在设计、制造、安装等方面已积累了丰富的经验,技术最为成熟,而袋式除尘器、电袋复合除尘器的应用是近2 3年的事,其运行可靠性尚待进一步

17、验证;电除尘器的核心部件是极板、极线,其材料为钢制部件,而袋式除尘器和电袋复合除尘器的核心部件是滤袋,其材料为化学纤维。从核心部件的牢靠度、耐用度、对烟气温度及成分变化的承受度,电除尘器远优于其他两种除尘器。采用电除尘器可以摆脱破袋、糊袋的后顾之忧;从除尘性能看,只要不是处理特别难收的特殊粉尘,电除尘技术无论在技术上还是经济上,与其他两种除尘技术相比,尚存在明显优势;电除尘器在达到30mg/m3排放标准时,其占地面积比电袋复合除尘器大,但对于新建电厂而言,应该不存在场地布置困难的问题。(2在烟尘不适合电除尘器或电除尘器布置困难的条件下,采用袋式除尘器或电袋复合除尘器。(3在电除尘器改造中,若原

18、有电除尘器的效率与改造后所要求的效率差距很大,电除尘器增容又无场地的条件下,可选用电袋复合除尘器。722011年薛建明等:燃煤电厂应对新标准的烟尘控制对策研究第2期42现有除尘器实现30mg/m3排放的对策根据烟尘的排放情况,目前我国现有燃煤电厂应用的电除尘器大致有三个类型:一是“排放较差”类型,即烟尘排放浓度200mg/m3的电除尘器。这部分电除尘器大致在2003年以前建成,电场数为3 4个,比集尘面积小。对此类除尘器宜采用增容的方式,包括增加电场数量、提高电场高度等来增加收尘面积。对于受场地空间限制,无法增容的,可改造成电袋复合除尘器;二是“排放中间”类型,即烟尘排放浓度介于100mg/m

19、3到200mg/m3之间的电除尘器。这部分电除尘器的电场数大多为4 5个,比集尘面积平均在80 100m2/(m3/s。此类电除尘器与30mg/m3的排放标准仍有较大的差距,难于通过维修性改造达到目的,宜采用高频电源等除尘新技术或增容的方式;三是“排放良好”类型,即烟尘排放质量浓度介于50mg/m3到100mg/m3之间的电除尘器。这部分电除尘器大多数是在2007年以后建成投运,电场数为5个,比集尘面积平均在100 120m2/(m3/s。对此类除尘器首先应综合考虑湿法脱硫的除尘效果,进行维修性改造,其次可考虑采用高频电源等除尘新技术。对于现有除尘器,当排放限值要求为30mg/m3时,可以通过

20、采用下列方法改造使其达标排放:一是袋式除尘器,适用于燃用各种煤种的火电厂,技术成熟,积累了较丰富的运行经验;二是静电除尘+湿法脱硫,适用于易于电除尘器收集的飞灰,且灰份不宜太高,技术成熟,得到广泛应用;三是静电除尘+袋式除尘即电袋复合式除尘器,适用于燃用各种煤种的火电厂,在电除尘器后增加一级袋式除尘,在大型火电厂应用案例较少。42新建电厂实现30mg/m3排放的对策2010年后的新建电厂应优先选择电除尘器。在设计电除尘器时,建议根据烟尘收集的难易程度选取合理的比集尘面积(见表2,根据除尘效率的高低选取合理的电场风速,特殊煤种电场风速应小于08m/s。表2电除尘器适应程度与所需比集尘面积范围项目比集面积/m2·(m3/s1200170 200140 170110 140110适应性差较差一般较强强袋式除尘器设计时,过滤速度应小于085m/s,滤袋的寿命应不低于30000h,重点应针对燃煤电厂烟气的特点、生产检修制度等进行深入研究,开发真正适合电力工业的专用袋式除尘器。在设计电袋复合除尘器,需根据电厂锅炉实际情况,对于高比电阻粉尘、低硫煤粉尘,占地面积小,排放要求严格的区域电厂,可以有条件的选择电袋复合除尘器。由于其应用案例较少,使用时间不长,对其综合性能的评价为时尚早,需要经过时