烟气除尘技术发展

烟气除尘技术发展

胡永峰

徐州 /铜山华润电力有限公司 江苏省徐州市 221000

【摘要】烟气污染是现如今我们所面临的最棘手的问题，对烟气除尘技术的未来发展应当引起大家的重视。本文以我国的烟气污染形成的原因，当前我国污染的控制形势以及对国内外烟气除尘技术的对比，提出对新型除尘技术的构想。

【关键词】烟气污染；控制形势；除尘技术

1 概述

随着人们生活水平的提高，对生活质量，生活环境的要求日益提高。现如今环境污染已经成为大家的焦点，其中以烟气污染为重中之重。未来烟气除尘技术的发展趋势，对今后烟气污染的治理具有深远的意义。

2 当前烟气污染形成的原因

燃料燃烧是烟气的来源，是污染大气的主要原因。在当前，我国工业、采暖锅炉的燃料仍以煤炭为主，燃料是由炭、氢、氧、氮、硫、水分和灰份等多种物质所构成，成分复杂，数量因燃料的品种、燃烧方式而异。所产生的烟尘的危害性与颗粒的大小有关，有的物质能直接侵入人体，有的则与其他物质发生反应或者被吸收变成其他形式作用于人体，影响和损害是复杂的^[1]。本文就电厂环境而言，电厂在进行生产时，因为原煤中还有大量的有机硫化合物、无机硫化合物、碳氢化合物和氮氧有机物等，还具有一些含有微量有害元素的矿物质，原煤在进入锅炉经过燃烧加热水的过程中，会有大量的氮氧化物和二氧化硫排放，同时还会产生氟化氢等有害物质，这些排放物进入大气。二氧化硫在锅炉中的高温环境下还会结合氧生成三氧化硫，在低温下与水结合产生硫酸雾并形成酸雨。在大气中氮氧化物还容易产生光化学烟雾和酸雨，使得臭氧层受到破坏并导致温室效应的产生，对于人类健康和生态环境造成严重影响。另外，电厂中的燃煤在经过锅炉进行燃烧时，会发生热解现象而使得一些有害化合物或重金属元素产生，这些有害物质随着烟尘进入大气^[2]。对人类健康、工业设备以及生态环境具有重大的破坏。

3. 当前污染的控制形势

烟气污染控制技术是以减排二氧化硫、氮氧化物、烟尘为重点。

3.1二氧化硫的控制

控制二氧化硫排放的方法有：采用低硫燃料和清洁能源替代、燃料脱硫、燃烧过程中脱硫和末端尾气脱硫。在目前电厂的运行过程中，很多燃煤电厂选择工艺复杂、投资高、占地大的石灰石-石膏湿法脱硫工艺，并且均使用烟气换热器。他们对机组容量、锅炉特性和燃煤硫份等没有进行细致的考虑，仅仅为了争取脱硫项目，没有根据电厂烟气脱硫设计的相关规范和规定，就采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺是不合理的。如我国位于沿海的很多电厂都进行的是低硫煤的燃烧，有些电厂的燃硫煤份甚至低于百分之零点五，如果采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，在运费高投资大的同时二氧化硫的脱除量明显过低，因此这种成本高效益低的做法不应该采取。

3.2氮氧化物的控制

控制氮氧化物的技术手段可以分为两大类：一是所谓的源头控制，其特征是通过各种技术手段，控制燃烧过程中氮氧化物的生成反应；另一类是所谓的尾部控制，其特征是把已经生成的氮氧化物通过某种手段还原为氮气，从而降低氮氧化物的排放量。据《中国火电厂氮氧化物排放控制技术方案研究报告》统计，2009年火电厂排放的氮氧化物总量已增至860万t，比2003年的597.3万t增加了43.9%，约占全国氮氧化物排放量的35%~40%；按照目前的排放控制水平，到2020年，我国火电排放的氮氧化物将达到1234万t以上。由此可见，氮氧化物的控制目前来说并不理想。

3.3烟尘的控制

目前，广泛用于火电厂烟尘的处理设备主要有电除尘器和布袋式除尘器，他们的除尘效率都在99.5%以上。然而袋式除尘器的承受温度的能力有一定极限。在净化温度更高的烟气时，必须采取措施降低烟气的温度。而且烟气含水分较多的情况下，往往会导致滤袋黏结、堵塞滤料。并且它在清灰的过程中容易造成二次扬尘。对于电除尘器，他的设备比较复杂，要求设备调运和安装以及维护管理水平高，对粉尘比电阻有一定的选择性，受气体温、温度等的操作条件影响较大等。总的来说，单一的除尘设备有利也有弊，不能完全的满足现如今我们的要求。

3.4总体的控制

1987年，《大气污染防治法》颁布，于1995年和2000年两次修订。《火电厂大气污染物排放标准》自1991年发布以来，1996年，2003年，2011年，2013年相继进行修改。对污染物的排放标准越来越严格。然而，自1987年到现如今，烟气污染日益严重。2014年10月8日，北方城市大多出现空气重污染黄色预警，10月9日升级为橙色预警。之后南昌也出现重污染预警。频繁的空气污染预警，警示着我们，当前污染的控制，并没有达到我们所预期的目的。可以说，控制的并不理想，与预期相比相差很多。

3. 除尘技术对比

就湿式电除尘（WESP）而言。它的收尘原理与干式电除尘相同，都是靠高压电晕放电使得粉尘荷电，荷电后的粉尘在电场力的作用下到达集尘板。最大的区别就在于两者对于集尘板上所捕集到的粉尘清楚的方式，湿式电除尘是采用冲刷液冲洗电极，在极板上形成连续的液膜，使粉尘随着冲刷液的流动而清除，同时粉尘形成泥浆而排出

^[3]。

4.1国外WESP的运用

WESP最早于1907年开始应用于硫酸和冶金工业生产中，1986年后国外燃煤电厂开始采用WESP，用于除去烟气中微细颗粒物和酸雾等污染物^[4]。因为湿式电除尘器能有效的控制燃煤烟气中的酸雾、细颗粒物等污染物，在发达国家很多工程领域得到了广泛的应用。

据统计，截至2003年至少已有50余套不同类型的WESP应用于美国、欧洲及日本的电厂。其中容量最大的是日本的碧南电厂。共3 x700MW+2×1 000 MW机组，均安装了WESP，其中3台700 MW使用的是日本三菱重工的WESP技术。2台1 000 MW机组使用的是Et本日立的WESP技术。碧南电厂的烟尘排放长期稳定在2～5 mg／m3。

美国Bruce Mansfield电厂、AES Deepwater电厂、Mirant’Dickerson电厂等多家电厂测试报告表明。WESP对PM的去除效率均高于90％，烟尘排放浓度低于5 mg／m。酸雾去除率超过95％，烟气浊度降低至10％。甚至达到接近零浊度排放。

虽然美国、日本、德国燃煤电厂的烟尘排放标准均为20 mg／m3。同中国重点地区的燃煤电厂相同，不过由于这些国家燃煤电厂的煤质大都较好，灰分较低。且较为稳定，通常使用传统的干式静电除尘器。并配合采用高效除尘技术(如日本普遍使用低低温静电除尘器、旋转电极；欧洲普遍使用高频电源)，一般均可实现达标排放。WESP虽然在去除酸雾、细颗粒物和重金属等方面优于传统的干式静电除尘器，但其价格较高，因此，在发达国家的使用并不十分普遍．主要是用于人口稠密、环境敏感的地区。

4.2国内WESP的运用

WESP在国内冶金行业、硫酸工业等已经有多年成功的运行经验，是一项成熟的技术。原国家环境保护总局针对微细酸雾滴发布了《环境保护产品技术要求点除雾器》（HJ/T323-2006），即是WESP。可见WESP在火电厂处于推广阶段。

4.3国外其他先进技术

日本的低低温高效烟气处理技术是从日本三菱公司的电除尘器+湿法烟气脱硫工艺的单一除尘、脱硫工艺路线演变而来。在日本，所有的湿法烟气脱硫工艺均设置烟气加热器。而到2010年，尽管20世纪70年代中期才开始使用，但具有同时处理多种有害物质的一机多能烟气处理功效的活性炭移动层式干法脱硫脱硝工艺，倍受青睐并得到广泛使用。

日本的旋转电极式电除尘器的除尘原理与常规电除尘器完全相同。只是它的清灰方式不一样，常规电除尘器采用振达、声波等方式来达到清灰的目的，而旋转电极式电除尘器是将收尘极做成可以上下移动的形式，再用安装的汇都中即非电厂区域的旋转刷子刷掉被捕集的粉尘，可以有效清除常规清灰方式难以清除的粉尘，始终保持收尘极表面相对情节，防止了反电晕的产生^[5]。

欧洲的高频电源是将三相交流电经整流和滤波后得到约530V作用的直流电压，经全桥逆变，形成20KHZ左右的交变电流，再经高频变压器升压整流后形成高频高压脉动直流送出。电除尘器高频电源是利用高频开关技术而形成的逆变式电源，其供电电流是由由一系列窄脉冲（脉冲宽度在5~20微秒）构成，可以提高烟尘的荷电效率，提高粉尘迁移速度，给电除尘器提供具有从接近纯直流到脉动幅度很大的各种电压波形，从而提高除尘效率^[6]。

西方国家早在1990年就对毒性污染物规定了标准。而我国的卫生标准对工作区内不同毒性的粉尘有着不同的标准，但是在排放标准中尚未得到反映，只是根据不同工业、不同工艺规定了具体的排放标准。由此可见，西方国家在烟气除尘技术方面，相比国内而言，技术成熟很多。

就拿美国为例，针对烟气除尘脱硫脱硝，美国DUPONT-BELCO公司成熟先进的钠法EDV@脱硫工艺+臭氧LoTOxTM脱硝技术， 处理催化装置余热锅炉排放烟气。烟气除尘脱硫脱硝项目投运后，烟气脱硫塔运行基本正常，浆液pH值能够稳定控制在设计的6～9范围内，排水TSS合格。排放的烟气中SOx含量28.9 mL/m3，NOx含量29.1 mL/m3，满足排放要求。SO2年减排比例超过95％，脱硫率可达95％。达标减排效果具有良好的持续性，但要注意系统的防腐工作^[7]。

3. 北京清新环境脱硫除尘一体化技术

根据发改委“关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020）》的通知”（发改能源[2014]2093号）新建燃煤发电机组（含在建和项目已纳入国家火电建设规划的机组）应同步建设先进高效脱硫、脱硝和除尘设施，不得设置烟气旁路通道。东部地区（辽宁、北京、天津、河北、山东、上海、江苏、浙江、福建、广东、海南等11 省市）新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值（即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50 毫克/立方米）及“稳步推进东部地区现役30 万千瓦及以上公用燃煤发电机组和有条件的30 万千瓦以下公用燃煤发电机组实施大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值的环保改造，2014 年启动800 万千瓦机组改造示范项目，2020 年前力争完成改造机组容量1.5 亿千瓦以上。”

徐州/铜山华润电力有限公司根据华润电力控股和江苏大区的安排，计划于2015年至2017年陆续完成六台机组的超低排放改造工作。

2015年9月29日零时，首台百万改造机组#6机停运，标志着徐州/铜山华润电力有限公司超低排放改造工作正式拉开帷幕。改造采用北京清新环境技术股份有限公司脱硫除尘一体化技术。

超净脱硫除尘一体化装置是旋汇耦合装置、高效节能喷淋装置、管束式除尘装置三套系统优化结合的一体化设备，是脱硫除雾除尘设备，应用于湿法脱硫塔二氧化硫去除和饱和净烟气携带的雾滴和尘的脱除净化。

湿法脱硫塔是通过旋汇耦合装置和高效节能喷淋层共同实现高效脱硫的目的，管束式除尘器是主要依赖于吸收塔上部低温饱和净烟气中含有大量细小雾滴的特点，利用大量细小雾滴高速运动条件下增加粉煤灰颗粒与雾滴碰撞的机率，雾滴与粉煤灰颗粒凝聚从而实现对此部分极微小粉煤灰尘和雾滴的捕悉脱除。

管束式除尘器的结构可分为：

1、管束筒体：内筒壁面光洁，筒体垂直，断面圆滑，无偏心；

2、增速器：确保以最小的阻力条件提升气流的旋转运动速度；

3、分离器：实现不同粒径的雾滴在烟气中的分离；

4、汇流环：控制液膜厚度，维持合适的气流分布状态；

5、导流环：控制气流出口状态，防止捕悉液滴被二次夹带。

管束式除尘器工作原理主要包括以下四个过程：

1、细小液滴与颗粒的凝聚

大量的细小液滴与颗粒在高速运动条件下碰撞机率大幅增加，易于凝聚、聚集成为大颗粒，从而实现从气相的分离；

2、大液滴和液膜的捕悉

除尘器筒壁面的液膜会捕悉接触到其表面的细小液滴，尤其是在增速器和分离器叶片的表面的过厚液膜，会在高速气流的作用下发生“散水”现象，大量的大液滴从叶片表面被抛洒出来，在叶片上部形成了大液滴组成的液滴层，穿过液滴层的细小液滴被捕悉，大液滴变大后被筒壁液膜捕悉，实现对细小雾滴的脱除；

3、离心分离下的液滴脱除

经过加速器加速后的气流高速旋转向上运动，气流中的细小雾滴、尘颗粒在离心力作用下与气体分离，向筒体表面方向运动。而高速旋转运动的气流迫使被截留的液滴在筒体壁面形成一个旋转运动的液膜层。从气体分离的细小雾滴、微尘颗粒在与液膜层接触后被捕悉，实现细小雾滴与微尘颗粒从烟气中的脱除；

4、多级分离器实现对不同粒径液滴的捕悉

气体旋转流速越大，离心分离效果越佳，捕悉液滴量越大，形成的液膜厚度越大，运行阻力越大，越容易发生二次雾滴的生成；因此采用多级分离器，分别在不同流速下对雾滴进行脱除，保证较低运行阻力下的高效除尘效果。

旋汇耦合高效脱硫装置

1、高脱硫效率、高除尘效率的同时低能耗；

2、对污染物含量和烟气量的波动适应性强；

3、系统运行可靠性高、稳定性强，维护检修方便；

旋汇耦合器

高效节能喷淋装置

1、优化的喷淋布置方式；

2、合理的覆盖率；

3、高效喷嘴的组合；

4、避免气液短路和壁流；

5
、降低能耗；

高效喷淋层

管束式除尘器

1、除尘效率高，达到5mg/Nm3以下；

2、彻底消除烟气中浆液的携带；

3、运行阻力低，不增加额外的运行成本；

4、只需利用原有吸收塔空间进行改造，不改变吸收塔外部结构；

5、改造安装工期短，可在三周内完成改造；

6
、投资成本低，运行费用省，经济性好。

管束式除尘器上口

改造之前，烟气污染物排放浓度为：

NOx＜100mg/Nm³；

SO2＜50mg/Nm³；

烟尘＜30mg/Nm³。

改造后，烟气污染物排放浓度为：

NOx＜50mg/Nm³；

SO2＜35mg/Nm³；

烟尘＜5mg/Nm³。

各项污染物排放浓度均大幅下降，还可大幅降低PM2.5微细粉尘的排放量，并高效去除烟气中的石膏微液滴和SO3气溶胶，有效缓解石膏雨、酸雨和雾霾现象。能显著改善区域环境大气质量。徐州/铜山华润电力有限公司六台机组超低排放改造后，污染物浓度减排详见下表：

随着国家对生态环境的越发重视，环保要求不断提高，过去单一的静电除尘器、布袋式除尘器及高频电源除尘器均已无法满足未来的烟尘超净排放的要求，运行及改造成本低的一体化技术是目前及将来除尘技术的发展趋势。徐州/铜山华润电力有限公司完成超净排放改造后，不仅会带来明显的环境效益，同时也会产生良好的社会效益。能最大限度地缓解当地粉尘污染情况，避免石膏雨，改善大气环境质量和当地的居住和旅游环境，有利于加强企业同周边群众的关系，为企业创造一个安定、团结的良好工作氛围，为企业在激烈的市场竞争中提高知名度，为提高竞争能力奠定良好基础，增加华润集团的美誉度和影响力，为企业和华润集团的可持续发展创造良好的条件，其社会经济效益是十分明显的。

参考文献：

[1] 赵淑云，张庆华.烟气污染的危害及治理[M].天津；金属世界出版社，2002

[2] 杨国栋.电厂环境烟气污染控制探究[M].山西；华电大同第一热电厂有限公司，2013，30（9）

[3] 赵海波，郑楚光.静电增强湿式电除尘器的优化运用[J] .动力工程，2007,27（6）：954-959

[4] 刘鹤忠，陶秋根.湿式电除尘器在工程中的应用[J].勘测设计电力，2012（3），43-47

[5] 蔡铭，刘练波，陈俊峰.燃煤电厂静电除尘器改造方案[J].中国电力，2005，7（7）

[6] 陈严勇，周许生.高频电源在火电厂烟气除尘中的应用和探讨[M].上海；城市建设理论研究（电子版），2012，（26）

[7] 李海良.3.5Mt/a FCCU烟气脱硫脱硝装置运行状况分析[M].上海；室友化工安全环保技术，2014，30（4）

作者简介：

胡永峰 徐州华润电力有限公司 设备管理部 除灰脱硫专业工程师