低低温电除尘技术的研究及应用

28中国环保产业2014.3技术与工程应用Technology&EngineeringApplication郦建国，郦祝海，何毓忠，赵海宝，余顺利（浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江 诸暨 311800）摘 要:低低温电除尘技术是实现燃煤电厂节能减排的有效技术之一，可进一步扩大电除尘器的适用范围，满足新环保标准要求，并可去除烟气中大部分的SO3，此技术在国外得到了工程实践的考验，国内也正进行有益的探索和尝试，已有600MW机组的投运业绩。文章归纳了低低温电除尘技术的发展及技术特点，分析了该技术的研究现状，列举了国内外工程应用案例，对该技术的核心问题及对策措施进行了探讨，为我国燃煤电厂低低温电除尘技术的应用和发展提供了借鉴。关键词:低低温电除尘技术;除尘效率;燃煤电厂;节能减排;对策中图分类号:X701.2 文献标志码:A 文章编号:1006-5377（2014）03-0028-07 低低温电除尘技术的研究及应用引言我国以煤炭为主的能源供应格局在未来相当长的时间内不会发生根本性改变，因此燃煤电厂污染物排放问题一直是人们关注的热点。《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的出台，将烟尘排放浓度限值由50mg/Nm3降至30mg/Nm3，重点地区降至20mg/Nm3，达到了与欧美发达国家同样严格的标准要求。《环境空气质量标准》（GB3095-2012）增设了PM2.5排放浓度限值，并给出了监测实施的时间表。鉴于中国煤种多变等特殊国情，新环保标准的实施，对电除尘技术来说，既是挑战更是机遇。电除尘器因其具有除尘效率高、设备阻力低、处理烟气量大、运行费用低、维护工作量少且无二次污染等优点，长期以来在电力行业除尘领域占据着绝对的优势地位。国内电除尘领域的众多专家在对国内煤种的适应性进行了研究后，认为在满足新排放标准并保证经济性的前提下，电除尘器仍有广泛的适应性。但电除尘器的除尘效率与粉尘比电阻有很大的关系，低低温电除尘技术可大幅度降低粉尘的比电阻，避免反电晕现象，从而提高除尘效率，不但能实现低排放，当采用低温省煤器时，还可节省能耗，同时去除烟气中大部分的SO3。该技术在日本已得到工程实践的考验。随着我国节能减排政策执行力度的进一步加大，国内对该技术的关注度也日益增加。1低低温电除尘技术概述1.1低低温电除尘技术发展历史低低温电除尘技术是从电除尘器及湿法烟气脱硫工艺演变而来[1-2]。在日本已有近20年的应用历史。三菱重工于1997年开始在大型燃煤火电机组中推广应用基于MGGH管式气气换热装置使烟气温度在90℃左右运行的低低温电除尘技术，已有超6500MW的业绩，在三菱重工的烟气处理系统中，低低温电除尘器出口烟尘浓度均小于30mg/Nm3，SO3浓度大部分低于3.57mg/Nm3，湿法脱硫出口烟尘浓度可达5mg/Nm3，湿式电除尘器出口烟尘浓度可达1mg/Nm3[3,20]以下。目前日本多家电除尘器制造厂家均拥有低低温电除尘技术的工程应用案例，据不29CHINAENVIRONMENTALPROTECTIONINDUSTRY2014.3技术与工程应用Technology&EngineeringApplication完全统计，日本配套机组容量累计已超15,000MW，典型的有三菱重工（MHI）、石川岛播磨（IHI）、日立（Hitachi）等。1.2低低温电除尘技术简介低低温电除尘技术是通过低温省煤器或热媒体气气换热装置（MGGH）降低电除尘器入口烟气温度至酸露点温度以下，一般在90℃左右，使烟气中的大部分SO3在低温省煤器或MGGH中冷凝形成硫酸雾，黏附在粉尘上并被碱性物质中和，大幅降低粉尘的比电阻，避免反电晕现象，从而提高除尘效率，同时去除大部分的SO3，当采用低温省煤器时还可节省能耗。低低温电除尘系统布置如图1所示，与传统工艺路线布置不同的是，电除尘器的上游布置了GGH热回收器。燃煤电厂烟气治理岛低低温电除尘系统典型布置方式主要有两种（如图2、图3所示）。图2是在电除尘器前布置低温省煤器，具有节能的效果，是目前国内采用的主要工艺路线。图3是在电除尘器前布置MGGH，将烟气温度降低，同时将烟气中回收的热量传送至湿法脱硫系统后的再加热器，提高烟囱烟气温度，该工艺路线在日本应用非常广泛。1.3低低温电除尘技术特点根据在日本电厂的应用情况，与传统电除尘器相比，低低温电除尘技术具有以下特点。（1）除尘效率高1）比电阻下降。低低温电除尘器将烟气温度降低到酸露点以下[4,12,13]，由于烟气温度的降低，特别是由于SO3的冷凝，可大幅度降低粉尘的比电阻，避免反电晕现象，从而提高除尘效率（如图4所示）。在这种模式下省略除尘塔和湿式电除尘器也可满足排放要求[5-8]。低低温电除尘器出口烟尘浓度低于30mg/Nm3，通过湿法脱硫装置保证出口烟尘浓度小于10mg/Nm3排放[6]。图1低低温电除尘系统布置图图4粉尘比电阻与烟气温度的关系图2燃煤电厂烟气治理岛（低低温电除尘）典型系统布置图一图3燃煤电厂烟气治理岛（低低温电除尘）典型系统布置图二烟气温度（℃）120~160~90~50含尘浓度（mg/m3）20~30锅炉冷凝水低温加热回路W空气预热器低低温电除尘器引风机锅炉脱硝湿法脱硫系统烟囱低温省煤器~30含尘浓度（mg/m3）烟气温度（℃）120~160~90~50~90WW锅炉脱硝再加热器（MGGH）烟囱热媒体气气换热装置（MGGH）空气预热器低低温电除尘器引风机湿法脱硫系统WW反电晕临界比电阻低低温电除尘器常规温电除尘器高温电除尘器高碱低硫黄高碱高硫黄低碱低硫黄低碱高硫黄比电阻（Ω·cm）40030020010001310121011101010910810烟气温度（℃）323:8～10vol%HO:3.57～49.98mg/NmSO测试环境1614121086420灰硫比（D/S）腐蚀率（%）：实验数据烟气温度（℃）120~160~90~50含尘浓度（mg/m3）20~30锅炉冷凝水低温加热回路W空气预热器低低温电除尘器引风机锅炉脱硝湿法脱硫系统烟囱低温省煤器~30含尘浓度（mg/m3）烟气温度（℃）120~160~90~50~90WW锅炉脱硝再加热器（MGGH）烟囱热媒体气气换热装置（MGGH）空气预热器低低温电除尘器引风机湿法脱硫系统WW反电晕临界比电阻低低温电除尘器常规温电除尘器高温电除尘器高碱低硫黄高碱高硫黄低碱低硫黄低碱高硫黄比电阻（Ω·cm）40030020010001310121011101010910810烟气温度（℃）323:8～10vol%HO:3.57～49.98mg/NmSO测试环境1614121086420灰硫比（D/S）腐蚀率（%）：实验数据烟气温度（℃）120~160~90~50含尘浓度（mg/m3）20~30锅炉冷凝水低温加热回路W空气预热器低低温电除尘器引风机锅炉脱硝湿法脱硫系统烟囱低温省煤器~30含尘浓度（mg/m3）烟气温度（℃）120~160~90~50~90WW锅炉脱硝再加热器（MGGH）烟囱热媒体气气换热装置（MGGH）空气预热器低低温电除尘器引风机湿法脱硫系统WW反电晕临界比电阻低低温电除尘器常规温电除尘器高温电除尘器高碱低硫黄高碱高硫黄低碱低硫黄低碱高硫黄比电阻（Ω·cm）40030020010001310121011101010910810烟气温度（℃）323:8～10vol%HO:3.57～49.98mg/NmSO测试环境1614121086420灰硫比（D/S）腐蚀率（%）：实验数据2）击穿电压上升。排烟温度降低，使电场击穿电压上升，除尘效率提高。从以下经验公式看，排烟温度每降低10℃，电场击穿电压将上升3%[9]。03861.200)(TTttTTUU−=击30中国环保产业2014.3技术与工程应用Technology&EngineeringApplication式中：03861.200)(TTttTTUU−=击—实际击穿电压（V）；03861.200)(TTttTTUU−=击—温度为03861.200)(TTttTTUU−=击时的击穿电压（V）；03861.200)(TTttTTUU−=击＝上升温度（℃）＋273（K）；03861.200)(TTttTTUU−=击＝273K。而在实际应用中，由于可有效避免反电晕，击穿电压有更大的上升幅度。3）烟气量降低。由于排烟温度降低，烟气量相应下降，电除尘电场风速降低，比集尘面积增加，有利于粉尘的捕集。（2）可除去绝大部分SO3电除尘器烟气温度降至酸露点以下，气态的SO3将转化为液态的硫酸雾。因烟气含尘浓度很高，粉尘总表面积很大，这为硫酸雾的凝结附着提供了良好的条件。当灰硫比（D/S），即粉尘浓度（mg/Nm3）与硫酸雾浓度（mg/Nm3）之比大于100时，烟气中的SO3去除率可达到95%以上，SO3质量浓度将低于1ppm（约3.57mg/Nm3）[4]。日本通过实验得出燃煤电厂烟气处理系统中硫酸雾质量浓度变化趋势情况如图5所示，80℃～90℃的低低温电除尘系统除硫酸雾或SO3效率明显高于130℃～150℃的常规电除尘系统[10]。重，影响除尘性能。图6表示了烟气温度与ESP除尘效率的关系及ESP出口烟尘浓度的构成。从图6可以看出，常规电除尘器中排放的烟尘主要是未能捕集的一次粒子，而低低温电除尘器中二次扬尘部分是主体，未采取特别对策的低低温电除尘器的二次扬尘主要由振打再飞散粉尘组成，而未能捕集的一次粒子仅仅占很小一部分。低低温电除尘器如不对二次扬尘采取针对性的措施，烟尘排放量将会超过常规电除尘器，但在采取特别对策后，烟尘排放浓度可大幅降低[6]。（3）当采用低温省煤器时，节能效果明显对1台1000MW机组低低温电除尘系统的节能效进行果计算分析，烟气温度降低30℃，可回收热量1.64×108kJ/h（相当于1.2吨标煤/h），节约湿式脱硫系统水耗量70t/h，同时，烟气温度降低后，实际烟气量大大减少，这不仅可以降低下游设备规格，而且可使风机（IDF）的电耗约减少10%，脱硫系统用电量由原来的1.3%减小到1.0%[4,6,11]。（4）二次扬尘加剧粉尘比电阻的降低会削弱捕集到阳极板上的粉尘静电黏附力，从而导致二次扬尘现象比常规电除尘器严图5硫酸雾浓度变化趋势烟气温度与ESP除尘效率ESP出口烟尘浓度的构成图6烟气温度与ESP除尘效率及ESP出口烟气浓度的构成2低低温电除尘技术研究现状2.1低温腐蚀问题由于烟气温度在MGGH中被降低至90℃左右，低于31CHINAENVIRONMENTALPROTECTIONINDUSTRY2014.3技术与工程应用Technology&EngineeringApplication酸露点，使烟气中的大部分SO3在MGGH中冷凝，形成具有腐蚀性的硫酸雾[12]。关于烟气温度低于酸露点温度是否引起低温腐蚀问题，有日本学者的研究结果显示，合适的ESP入口粉尘浓度可以保证SO3凝聚在粉尘表面，不会发生设备腐蚀[13]。三菱重工的研究结果显示当灰硫比大于10时，腐蚀率几乎为零（如图7a所示），三菱重工已交付的火电厂的低低温电除尘器灰硫比一般远大于100，都没有低温腐蚀问题[4]。美国南方电力公司也通过灰硫比来评价腐蚀程度（如图7b所示）[14]，当低低温电除尘器采用含硫量为2.5%的燃煤时，灰硫比在50～100之间可避免腐蚀，当采用含硫量更高的燃煤时，为避免腐蚀，灰硫比应大于200。高，其对应的酸露点温度就越高，发生腐蚀的风险会增加。低低温电除尘器对高硫煤的腐蚀情况还有待进一步研究[16-18]。常陆那珂电厂将高硫煤和次烟煤等混合后燃用，在一定程度上解决了高硫煤低温腐蚀问题。总之，低低温电除尘器一般不存在腐蚀问题，但对高硫煤工况尚未见工程应用。2.2二次扬尘问题在低低温电除尘系统中，二次扬尘会对烟尘排放起决定性的作用，应采用防止二次扬尘的措施。现有的措施有：1）采用离线振打技术。在振打时关断该通道的气流，也可配合断电振打来提升极板的清洁效果（如图8所示）