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我国火电厂除尘技术现状

[2014-12-15] 点击:

我国以煤为主的能源生产与消费结构使大气污染防治工作面临严峻的挑战。目前我国大气污染呈现出以灰霾为主要特点的结构型、复合型和压缩型特征。虽然我国火电行业烟尘控制已取得很大成效,但是灰霾的产生与烟尘排放有很大关系,尤其是一次颗粒物排放。此外,2012年,我国相继制定出台了《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011)、《环境空气质量标准》(GB3095—2012)和《重点区域大气污染防治“十二五”规划》,均对火电烟尘排放提出了新的要求。所以,环保新形势下火电烟尘控制仍然很值得研究。

我国火电厂除尘技术现状
  火电行业现状

截至2 0 1 2年底,全国发电装机容量达到114491万千瓦,同比增长7.8%。其中,水电24890万千瓦(含抽水蓄能2031万千瓦),占全部装机容量的21.7%;火电81917万千瓦(含煤电7 5 8 1 1万千瓦、气电3 8 2 7万千瓦),占全部装机容量的71.5%;核电1257万千瓦,并网风电6083万千瓦,并网太阳能发电328万千瓦。截至2 0 1 2 年底, 全国发电量49774亿千瓦时,同比增长5.22%。其中,水电发电量8641亿千瓦时,同比增长29.3%,占全国发电量的17.4%,比2 0 1 1年提高3 . 2 % ;火电发电量39108亿千瓦时,同比增长0.3%,占全国发电量的78.6%,比2011年降低3.9%;核电、并网风电发电量为982亿千瓦时和1004亿千瓦时,同比分别增长12.6%和35.5%,占全国发电量的比重分别比2011年提高0.1%、0.5%。无论从装机容量还是发电量来看,火电仍占绝对多数,达70%以上。

火电烟尘控制及排放现状

截至2 0 1 2年,全国燃煤机组安装静电除尘器的比例达到94.0%,袋式除尘器和电袋除尘器的比例分别为5.5%和0.5%。据统计,2011年我国电力烟尘年排放量降到155万吨左右,单位火电发电量烟尘排放量降到0.4克/千瓦时。2012年电力烟尘排放约140万吨。由于受《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011)限值影响,2012年后我国电力烟尘排放绩效还会进一步下降。

火电烟尘控制技术现状

我国火电烟尘控制技术主要包括:静电除尘器、布袋除尘器和电袋除尘器。

静电除尘器,集尘极与电晕极之间建立非均匀电场,使气体电离产生正离子与自由电子,自由电子漂移过程中使粉尘荷电,附着在集尘极上,通过清灰落入灰斗被去除。影响静电除尘器除尘效率的因素包括工况条件(燃煤煤质、飞灰及烟气特性等)、除尘器结构(内部构型、电场设置、振打方式、烟气流分布均匀性等)和运行条件(电压、电流密度、极板积灰及振打频率等)三大方面因素。其中,粉尘比电阻、表观趋进速度是电除尘器适应性的考量标准,也是设计选型的主要依据。

布袋除尘器是通过滤布(过滤材料)及所吸附的粉尘层构成过滤层对烟气中飞灰颗粒实现机械拦截。滤袋表层灰可通过不同的清灰方式进行清除。袋式除尘器的除尘效率可以超过99.9%,与电除尘器相比,袋式除尘器能更好地捕捉超微细颗粒。影响布袋除尘器除尘效率的因素主要是材料和运行管理。袋是袋式除尘器的“心脏”,而滤料(即滤袋的材质)则是袋式除尘器能否长期、可靠、高效运行的关键。合理地选择滤料,是保证除尘器性能的先决条件。运行管理则是保证除尘器性能的后期保证。

电袋除尘器是电除尘器与布袋除尘器有机结合的新型除尘器,含尘烟气首先通过电除尘器(一般为二电场),去除较大颗粒的烟尘,除尘效率一般在80%左右,然后通过布袋除尘器除尘,总除尘效率可达到99.9%。影响电袋除尘器除尘效率的因素主要包括电场区和滤袋区,包括粉尘特性、烟气性能、电袋两区气流分布、控制系统、运行管理等。2013年7月刚投入运行的新密电厂100万千瓦机组电袋复合除尘器是迄今为止世界上投运的最大型的电袋复合除尘器。

火电厂除尘技术适应新标准排放限值问题

对于火力发电燃煤锅炉,新标准要求烟尘排放浓度全部执行(含新建和现有)30毫克/立方米,即对于新建锅炉从标准实施开始(即从2012年1月1日开始)执行30毫克/立方米,对于现有锅炉从2014年7月1日开始执行30毫克/立方米。重点地区则全部(含新建和现有)按照相应时间执行20毫克/立方米。如何适应新标准的排放限值,应从不同除尘技术的适应性入手进行分析。

静电除尘技术适应性问题分析

我国使用静电除尘器的部分燃煤电厂运行效果不佳,存在的问题主要体现在6个方面:实际燃煤偏离设计值(20%)、特殊粉尘(约占15%)、选型偏小(约占15%)、制造安装调试及维护问题(约占15%)、选型失当(约占15%)和其他(约占20%)。

静电除尘器在我国使用了30年,在世在世界上也应用了上百年,已经成为火力发电厂中最常见的烟气除尘方式,具有除尘效率高、烟气处理量大、压力损失小、适用范围广等显著特点,但其除尘效率也容易受燃煤煤质、飞灰成分、煤种波动等影响。在燃烧准格尔煤、平顶山煤的时候,由于其自身属于高灰分、低热值煤质,电除尘器的除尘效果会比较差;在收集高比电阻飞灰时,电除尘器效率就会下降;由于燃煤电厂实际燃用煤种与设计煤种偏差较大,一旦实际煤种变化或烟气量超过设计值时,烟尘超标排放的可能性很大。因此,燃煤煤质、飞灰成分、煤种波动等不利于静电除尘器时,是否能够稳定达到30毫克/立方米(重点地区20毫克/立方米)成为除尘首要的适应性问题。

静电除尘器是否能长期稳定满足排放限值,新技术的应用也是一个非常重要的因素。除了高频电源之外,移动电极、烟道聚合器等均没有大范围运用,只是在个别电厂予以示范性的使用。而低低温电除尘器、湿式电除尘器、多污染物协同控制等新技术,尤其湿式电除尘器技术研发,有利于控制细颗粒物排放,正在得到广泛重视。

但新技术的研发从实验阶段发展到成熟技术再到广泛应用需要时间,尤其在重点控制地区的大型火电厂为控制细颗粒物的影响需要新技术的支持,凸显了实际应用与研发进度间的矛盾。这也是传统静电除尘另一个适应性问题。

袋式除尘技术适应性问题分析

袋式除尘器包括布袋除尘和电袋除尘。袋式除尘器在我国发展近40年,但在电力行业一直没有大面积应用,这有以下5个方面的原因:国产滤料质量不过关(约占30%)、系统对烟温及烟气成分适应性不够(约占20%)、系统内部气流分布不均(约占20%)、布袋笼骨(约占10%)以及其他原因(约占20%)。

与静电除尘器相比,袋式除尘器具有受煤质和飞灰性质影响小、能够较为稳定地控制出口粉尘浓度维持在较低水平的优点。但袋式除尘器运行时系统阻力较大、对烟气的温度、成分较为敏感,温度太高会烧坏袋,水汽进入布袋时,有可能造成糊袋现象,使用滤袋时,需要定期清灰,频繁的清灰会导致破袋,从而排放超标,处理不当还会造成二次污染等。有些布袋除尘器为保护布袋不受高温影响还设置有旁路。滤袋使用一段时间后需要定期更换,而目前国内情况很多滤袋使用不会超过3年,且与机组的检修周期不能同步,增加布袋除尘器的维护管理。因此新型混合型滤料的研发,生产能够耐高温、耐腐蚀、价廉的滤料是布袋除尘器得到应泛应用的瓶颈,滤袋问题成为袋式除尘器的最大适应性问题。

另外,根据对国内调研资料统计,袋式除尘器的一次投资在100元/千瓦左右,改造电厂成本高于新建电厂成本。滤袋费用大致占设备总造价的15%~20%,运行维护成本较高也成为袋式除尘器潜在的适应性问题。

来源:火电厂除尘技术如何适应新标准 ■文/ 帅伟 陈瑾 王临清 李佳

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