燃煤锅炉烟气除尘的经典技术和新技术盘点

我国是煤炭消费大国，每年消耗原煤约21.5亿吨，约70%被燃煤电厂使用。我国能源结构决定了以煤炭为主的火力发电格局。煤炭燃烧会产生大量的粉尘颗粒,其中细微粉尘PM2.5会引起心肺呼吸道疾病, 同时也会引起灰霾天气,导致大气能见度下降。

国家环保部于2011 年发布了《火电厂大气污染物排放标准》，规定火力发电锅炉烟尘排放浓度最高限值为30mg/Nm3,重点地区最高限值为20mg/Nm3；2012 年发布《环境空气质量标准》，将PM2.5写入国标，并纳入各省市的强制监测范畴；2013年国务院发布《大气污染防治行动计划》，明确了具体任务，提出了十条具体措施。

随着各文件的出台，燃煤锅炉除尘领域面临着前所未有的压力和挑战，仅靠对现有除尘器的常规改造，很难满足新的烟尘排放标准。特别对PM2.5的排放控制，成为燃煤电厂亟待解决的难题。

1 我国烟气除尘技术现状 目前我国电除尘器的生产规模和使用数量均居世界首位，电除尘技术接近世界先进水平。布袋除尘器的技术核心在于滤料，随着材料科技的不断进步,袋式除尘技术得到广泛应用。电袋复合除尘技术是基于静电除尘和袋式除尘两种成熟的除尘理论，由我国自行研发提出的新型除尘技术，近几年已在多家电厂成功应用。

1.1静电除尘技术 静电除尘器（ESP）的主要工作原理是在电晕极和收尘极之间通上高压直流电，所产生的强电场使气体电离、粉尘荷电, 带有正、负离子的粉尘颗粒分别向电晕极和收尘极运动而沉积在极板上，使积灰通过振打装置落进灰斗。 由于静电除尘器基于荷电收尘机理，静电除尘器对飞灰性质（成分、粒径、密度、比电阻、黏附性等）十分敏感，特别对高比电阻粉尘、细微烟尘捕集困难，运行工况变化对除尘效率也有较大影响。另外其不能捕集有害气体，对制造、安装和操作水平要求较高。 对现有静电除尘器提效改造技术有三种可行方向：改进静电除尘器（包括静电除尘器扩容、采用电除尘新技术及多种新技术的集成）、电袋复合除尘技术、湿式电除尘技术。

1.2袋式除尘技术 袋式除尘器的主要工作原理包含过滤和清灰两部分。过滤是指含尘气体中粉尘的惯性碰撞、重力沉降、扩散、拦截和静电效应等作用结果。布袋过滤捕集粉尘是利用滤料进行表面过滤和内部深层过滤。清灰是指当滤袋表面的粉尘积聚达到阻力设定值时，清灰机构将清除滤袋表面烟尘，使除尘器保持过滤与清灰连续工作。 袋式除尘器最大缺点是受滤袋材料的限制，在高温、高湿度、高腐蚀性气体环境中,除尘时适应性较差。运行阻力较大，平均运行阻力在1500Pa左右，有的袋式除尘器运行不久阻力便超过2500Pa。另外，滤袋易破损、脱落,旧袋难以有效回收利用。 美国环保署的环境技术认证(Environmental Technology Verification，ETV)项目对ePTFE覆膜滤料做过的性能检测发现滤料覆膜可一定程的地控制PM2.5和消除有害气体，此项目对袋式除尘技术的发展有较好的引导作用。改进袋式除尘器可从三个方面进一步研究：滤料覆膜，滤料的改进创新，旧袋的有效回收利用。

1.3电袋复合除尘技术 电袋复合式除尘器的工作过程是，含尘烟气进入除尘器后，大约70～80%的烟尘在电场内荷电被收集下来，剩余20%～30%的细烟尘被滤袋过滤收集。电袋复合式除尘器兼容了静电除尘器和袋式除尘器的优点，较好的弥补了两者的不足，除尘机理科学合理。 电袋复合式除尘器主要有臭氧腐蚀、运行阻力较高、投资大、占地面积大等缺点，滤袋寿命短及换袋成本高仍是其重要问题。 电袋复合式除尘器的改进有三个方面:优化静电除尘单元和袋式除尘单元的长时间协同作用以及相对结构布置,消除静电除尘单元产生的臭氧，滤料的技术创新。

2 烟气除尘新技术 由于种种实际因素,上述三种除尘器很难满足烟气出口排尘量低于30mg/Nm3的新标准,尤其对PM2.5的排放控制不佳。近年来，国内外学者对除尘新技术进行了大量的理论研究和实验论证，如聚并技术、湿式电除尘技术、旋转电极技术、高频电源技术、烟气调质技术，许多技术已获得突破性进展并初步开始应用，但仍需完善和改进。

2.1 聚并技术 聚并是指微细粉尘通过物理或化学的途径互相接触、碰撞而结合成较大颗粒的过程。微细烟尘聚并成较大颗粒后，更容易被除尘器捕集，提高了微细烟尘的脱除效率。当前国内外研究的聚并技术主要有：电聚并、湍流凝并、声聚并、蒸汽相变聚并、化学聚并和光聚并等。 电聚并是各聚并技术中最实用有效的方法。电聚并是通过细颗粒荷电，促使细颗粒相互吸引、碰撞、聚并，使细颗粒团聚成大颗粒。电聚并的效果取决于粒子的浓度、粒径、电荷的分布以及外电场的强弱。 澳大利亚Indigo（因迪格）技术有限公司于2002年推出了Indigo凝聚器工业产品，至2008年10月，Indigo凝聚器已经在澳大利亚、美国、中国等国家的8家电厂中使用，测试结果表明，PM2.5、PM1.0排放可分别减少80%、90%以上。自2007年始，华北电力大学和北京大学共同参与国家“863”课题“超细颗粒物聚并新技术开发”，从实验和理论计算两方面对超细颗粒物湍流聚并技术进行了大量研究，自行研发出一套双极荷电-湍流聚并装置。 该技术不仅能较大幅度提高除尘效率，还能对PM2.5有效控制，工艺简单可靠，有广阔的应用前景。由于电聚并器一般安装在电除尘器的烟道前，其安装空间受到了一定限制。另一方面因烟道内气流速度大，不适用于收集磨琢性强的烟尘。此外，如何减少在电聚并器段的压力损失也是目前测试阶段需要解决的问题。

2.2 湿式电除尘技术 湿式电除尘技术与干法静电除尘技术对粉尘捕集的原理基本相同，两者结构也类似。所不同的是清灰方式，湿式除尘器取消了传统的机械振打清灰方式，通过烟气与水接触使飞灰沉降。根据湿式除尘器原理和结构的不同，有自激式除尘、麻石水膜除尘、喷淋式除尘三种主要形式。 日本中部电力碧南电厂五台机组(3×700MW+2×1000MW)使用湿式静电除尘器后，其排放浓度长期稳定在2～5mg/Nm3，远低于日本国家标准和新国标的要求，表明湿式静电除尘器能高效地除去烟气中的烟尘。2010年，由中国重型机械研究院有限公司设计的湿式电除尘器应用于浙江某工业窑炉生产线，实测烟尘排放远低于设计值(30 mg/m3)达到20 mg/m3以下,最低可达到12 mg/m3,且设备运行稳定。湿式静电除尘器冲洗水对烟气有洗涤作用，对烟气的脱硫及去除重金属离子有一定作用，尤其对控制PM2.5效果明显。 湿式静电除尘器也有一些缺陷：湿式静电除尘器布置在脱硫系统后，场地空间受限制；虽然湿式静电除尘系统的冲洗水采用闭式循环，但由于水中含尘量增加，仍需不断补充原水；其大量部件长期处于潮湿环境，对材料的耐腐蚀性要求较高。