燃煤电厂烟尘低排放技术研究

随着我国经济持续高速发展，城市化和工业化进程日益加快，各种大气污染物排放急剧增加。发达国家在上百年发展过程中不断出现的大气环境问题，现已在我国集中涌现。尤其是近几年我国出现大范围雾霾天气，各地PM2.5标，严重损害人民群众身体健康，影响社会和谐稳定。 
　　燃煤电厂在生产过程产生的烟气中含有烟尘，如不进行脱除，会对大气环境造成严重危害。本文通过研究国内外燃煤电厂烟尘治理措施，对应用多种环保技术的方案进行了比较论证，提出了烟尘治理以及达到低排放目标的工程技术措施。 
　　1 烟尘脱除技术 
　　1.1 烟尘脱除的机理 
　　烟尘脱除机理包括重力分离、离心力惯性分离、碰撞惯性分离、接触阻留、静电力驱动、凝聚等几类，不同的粉尘特性适用于不同的除尘机理，除尘设备主要利用一种或者多种除尘机理进行除尘，以提果。除尘器的型式按照结构型式区分主要有机械式、水膜式、静电式、过滤式等几大类型。 
　　1.2 烟尘脱除典型技术 
　　1.2.1 静电除尘器 
　　静电除尘器静电除尘器的除尘原理是通过电极在烟气中放电，使粉尘荷上电荷，并且在电场力的作用下向电极移动，被集尘极捕获并收集。在静电除尘器壳体内设有很多组阴极线和与之对应的阳极板，给阴阳极施加高压直流电，阴极（放电极）附近空气被电离，形成电晕。电晕区的范围较小，正离子很快流向放电极，电子则扩散到电晕外区域。烟气流过电极区间时，大部分粉尘带上负极性，在电场力的作用下向阳极板（收尘极）移动，与阳极板接触后放出电荷，通过振打落入灰斗。 
　　1.2.2 滤袋式除尘器 
　　滤袋式除尘器是一种干式的除尘器，它利用纤维织物的过滤作用进行除尘，效率可以高达99.9%以上，滤袋式除尘器通常按粉尘排放的值进行约定，而且其粉尘排放的值基本不受粉尘特性的影响。滤袋式除尘器收尘原理主要有三种：滤袋筛滤、碰撞惯性分离、滤袋纤维接触。 
　　1.2.3 湿式电除尘器 
　　湿式电除尘器是直接将水雾喷向电极和电晕区，水雾在芒刺电极形成的强大的电晕场内荷电后分裂进一步雾化，在这里电场力、荷电水雾的碰撞拦截、吸附凝并，共同对粉尘粒子起捕集作用，终粉尘粒子在电场力的驱动下到达集尘极而被捕集；与干式电除尘器通过振打将极板上的灰振落至灰斗不同的是：湿式电除尘器则是将水喷至集尘极上形成连续的水膜，采用水清灰，无振打装置，流动水膜将捕获的粉尘冲刷到灰斗中随水排出。湿式电除尘器对酸雾、有毒重金属以及PM10，尤其是PM2.5的细微粉尘有良好的脱除效果。 
　　1.2.4 管式换热器（MGGH）+低温电除尘系统 
　　目前国内火电厂运行的燃煤机组设计排烟温度一般为120℃～130℃，燃用褐煤时为140℃～170℃，且机组实际运行排烟温度普遍高于设计值，远高于烟气酸露点温度。排烟温度偏高的后果是使得锅炉效率下降、电除尘器除尘效率下降、脱硫耗水量增加。集成烟气换热器的低温电除尘技术是解决此危害的一种有效新方法。 
　　烟气余热利用系统采用两级烟气换热器系统。其烟气热量回收装置分为两级，*级布置在除尘器的进口，将烟气温度从约120℃冷却到约95℃。第二级布置在湿式除尘器的出口，加热脱硫净烟气，媒介与烟气进行热交换采用闭式循环水来完成。使进入电除尘器的运行温度由常温状态（120℃～140℃）下降到低温状态（90℃～100℃左右），排烟温度的降低，使得进入电除尘器的烟气量减少，粉尘比电阻降低，余热利用和提高除尘效率的两个目的都达到了。 
　　2 烟尘低排放优化方案 
　　综合国内外的除尘技术，结合我国的大气环境质量标准要求，通过采取多个除尘技术的组合方式，可以使燃煤电厂烟尘排放浓度达到燃气机组排放限值要求，即烟尘浓度≤5㎎/Nm?，该方案即系统运行可靠，又有一定的经济性，具体方案如下： 
　　管式换热器（MGGH）+干式低温静电除尘器（高频电源）+湿式电除尘器。 
　　低低温静电除尘器（带MGGH、高频电源）除尘效率不小于99.88%，脱硫系统除尘的效率按30%考虑，湿式电除尘器除尘效率不小于70%，按照上述计算得到的排放见下表： 
　　当采用上述组合方式进行烟尘脱除时，综合除尘效率可以达到99.975%，极大的减少了烟尘排放量。 
　　同时，本工程在脱硫系统后设置了湿式电除尘器，湿式电除尘器拥有捕集微细粉尘的功能，对微细、潮湿、黏性或高比电阻粉尘的捕集效果都很。由于被捕集的粉尘和水之间有黏着力，避免了湿式电除尘器粉尘收集后的再飞扬问题的出现。湿式电除尘器能提供几倍于干式电除尘器的电晕功率，这就大大提高了对PM2.5的捕集效率，有效改善环境空气质量。 
　　3 经济性分析 
　　本方案比传统除尘设施增加了MGGH、湿式电除尘器，并改用了低低温静电除尘器，在初投资上增加了约1.25亿元，经估算，考虑上述污染控制措施后，发电生产单位成本增加3元/MWh，上网电价增加5元/MWh。但综合考虑其环保效益，还是很有必要的。 
　　为了实现燃煤电厂烟尘的低排放，工程新增了湿式电除尘器、MGGH等设备，这样使得静电除尘器电功率有所下降，但系统阻力、电耗、厂用电率、供电标煤耗都随之增加。MGGH系统采用闭式循环水为媒介与烟气进行热交换，布置在除尘器进口的*级烟气换热器利用高温烟气将水介质温度升高，升温后的热水进入湿式电除尘器出口处的第二级烟气换热器来加热净烟气，以预防“石膏雨”现象产生。在*级烟气换热器内被加热的水介质并没用进入发电机组的热力系统，所以无法获得常规设置低温省煤器带来的降低煤耗的好处。具体对电耗、煤耗的影响分析如下。 
　　4 结论 
　　通过在脱硫前配合管式换热器采用低低温静电除尘器加高频电源，低低温静电除尘器按五电场电除尘器考虑，除尘器效率不低于99.88%，除尘器出口排放浓度小于20.5mg/Nm3。考虑脱硫系统30%洗尘效率，脱硫后设置湿式除尘器，除尘器效率不低于70%，除尘系统综合效率达到99.975%，烟囱出口烟尘排放浓度不过4.27mg/Nm3，达到燃气机组5mg/Nm3的排放标准限值要求。同时还可以有效降低PM2.5的排放，减少对环境空气的污染。