酈建國，酈祝海，何毓忠，趙海寶，余順利

（浙江菲達環(huán)保科技股份有限公司，浙江 諸暨 311800）

低低溫電除塵技術(shù)的研究及應用

酈建國，酈祝海，何毓忠，趙海寶，余順利

（浙江菲達環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，浙江 諸暨 311800）

低低溫電除塵技術(shù)是實現(xiàn)燃煤電廠節(jié)能減排的有效技術(shù)之一，可進一步擴大電除塵器的適用范圍，滿足新環(huán)保標準要求，并可去除煙氣中大部分的SO3，此技術(shù)在國外得到了工程實踐的考驗，國內(nèi)也正進行有益的探索和嘗試，已有600MW機組的投運業(yè)績。文章歸納了低低溫電除塵技術(shù)的發(fā)展及技術(shù)特點，分析了該技術(shù)的研究現(xiàn)狀，列舉了國內(nèi)外工程應用案例，對該技術(shù)的核心問題及對策措施進行了探討，為我國燃煤電廠低低溫電除塵技術(shù)的應用和發(fā)展提供了借鑒。

低低溫電除塵技術(shù);除塵效率;燃煤電廠;節(jié)能減排;對策

引言

我國以煤炭為主的能源供應格局在未來相當長的時間內(nèi)不會發(fā)生根本性改變，因此燃煤電廠污染物排放問題一直是人們關注的熱點。《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223-2011）的出臺，將煙塵排放濃度限值由50mg/Nm3降至30mg/Nm3，重點地區(qū)降至20mg/Nm3，達到了與歐美發(fā)達國家同樣嚴格的標準要求?！董h(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB 3095-2012）增設了PM2.5排放濃度限值，并給出了監(jiān)測實施的時間表。鑒于中國煤種多變等特殊國情，新環(huán)保標準的實施，對電除塵技術(shù)來說，既是挑戰(zhàn)更是機遇。

電除塵器因其具有除塵效率高、設備阻力低、處理煙氣量大、運行費用低、維護工作量少且無二次污染等優(yōu)點，長期以來在電力行業(yè)除塵領域占據(jù)著絕對的優(yōu)勢地位。國內(nèi)電除塵領域的眾多專家在對國內(nèi)煤種的適應性進行了研究后，認為在滿足新排放標準并保證經(jīng)濟性的前提下，電除塵器仍有廣泛的適應性。但電除塵器的除塵效率與粉塵比電阻有很大的關系，低低溫電除塵技術(shù)可大幅度降低粉塵的比電阻，避免反電暈現(xiàn)象，從而提高除塵效率，不但能實現(xiàn)低排放，當采用低溫省煤器時，還可節(jié)省能耗，同時去除煙氣中大部分的SO3。該技術(shù)在日本已得到工程實踐的考驗。隨著我國節(jié)能減排政策執(zhí)行力度的進一步加大，國內(nèi)對該技術(shù)的關注度也日益增加。

1 低低溫電除塵技術(shù)概述

1.1 低低溫電除塵技術(shù)發(fā)展歷史

低低溫電除塵技術(shù)是從電除塵器及濕法煙氣脫硫工藝演變而來[1-2]。在日本已有近20年的應用歷史。三菱重工于1997年開始在大型燃煤火電機組中推廣應用基于MGGH管式氣氣換熱裝置使煙氣溫度在90℃左右運行的低低溫電除塵技術(shù)，已有超6500MW的業(yè)績，在三菱重工的煙氣處理系統(tǒng)中，低低溫電除塵器出口煙塵濃度均小于30mg/Nm3，SO3濃度大部分低于3.57mg/Nm3，濕法脫硫出口煙塵濃度可達5mg/Nm3，濕式電除塵器出口煙塵濃度可達1mg/Nm3[3,20]以下。目前日本多家電除塵器制造廠家均擁有低低溫電除塵技術(shù)的工程應用案例，據(jù)不完全統(tǒng)計，日本配套機組容量累計已超15,000MW，典型的有三菱重工（MHI）、石川島播磨（IHI）、日立（Hitachi）等。

1.2 低低溫電除塵技術(shù)簡介

低低溫電除塵技術(shù)是通過低溫省煤器或熱媒體氣氣換熱裝置（MGGH）降低電除塵器入口煙氣溫度至酸露點溫度以下，一般在90℃左右，使煙氣中的大部分SO3在低溫省煤器或MGGH中冷凝形成硫酸霧，黏附在粉塵上并被堿性物質(zhì)中和，大幅降低粉塵的比電阻，避免反電暈現(xiàn)象，從而提高除塵效率，同時去除大部分的SO3，當采用低溫省煤器時還可節(jié)省能耗。

低低溫電除塵系統(tǒng)布置如圖1所示，與傳統(tǒng)工藝路線布置不同的是，電除塵器的上游布置了GGH熱回收器。

圖1 低低溫電除塵系統(tǒng)布置圖

圖2 燃煤電廠煙氣治理島（低低溫電除塵）典型系統(tǒng)布置圖一

圖3 燃煤電廠煙氣治理島（低低溫電除塵）典型系統(tǒng)布置圖二

燃煤電廠煙氣治理島低低溫電除塵系統(tǒng)典型布置方式主要有兩種（如圖2、圖3所示）。圖2是在電除塵器前布置低溫省煤器，具有節(jié)能的效果，是目前國內(nèi)采用的主要工藝路線。圖3是在電除塵器前布置MGGH，將煙氣溫度降低，同時將煙氣中回收的熱量傳送至濕法脫硫系統(tǒng)后的再加熱器，提高煙囪煙氣溫度，該工藝路線在日本應用非常廣泛。

1.3 低低溫電除塵技術(shù)特點

根據(jù)在日本電廠的應用情況，與傳統(tǒng)電除塵器相比，低低溫電除塵技術(shù)具有以下特點。

（1）除塵效率高

1）比電阻下降。低低溫電除塵器將煙氣溫度降低到酸露點以下[4,12,13]，由于煙氣溫度的降低，特別是由于SO3的冷凝，可大幅度降低粉塵的比電阻，避免反電暈現(xiàn)象，從而提高除塵效率（如圖4所示）。在這種模式下省略除塵塔和濕式電除塵器也可滿足排放要求[5-8]。低低溫電除塵器出口煙塵濃度低于30mg/Nm3，通過濕法脫硫裝置保證出口煙塵濃度小于10mg/Nm3排放[6]。

圖4 粉塵比電阻與煙氣溫度的關系

2）擊穿電壓上升。排煙溫度降低，使電場擊穿電壓上升，除塵效率提高。從以下經(jīng)驗公式看，排煙溫度每降低10℃，電場擊穿電壓將上升3%[9]。

式中：U擊——實際擊穿電壓（V）；U0——溫度為T0時的擊穿電壓（V）；Tt=上升溫度（℃）＋273（K）；T0=273K。

而在實際應用中，由于可有效避免反電暈，擊穿電壓有更大的上升幅度。

3）煙氣量降低。由于排煙溫度降低，煙氣量相應下降，電除塵電場風速降低，比集塵面積增加，有利于粉塵的捕集。

（2）可除去絕大部分SO3

電除塵器煙氣溫度降至酸露點以下，氣態(tài)的SO3將轉(zhuǎn)化為液態(tài)的硫酸霧。因煙氣含塵濃度很高，粉塵總表面積很大，這為硫酸霧的凝結(jié)附著提供了良好的條件。當灰硫比（D/S），即粉塵濃度（mg/Nm3）與硫酸霧濃度（mg/Nm3）之比大于100時，煙氣中的SO3去除率可達到95%以上，SO3質(zhì)量濃度將低于1ppm（約3.57mg/Nm3）[4]。

日本通過實驗得出燃煤電廠煙氣處理系統(tǒng)中硫酸霧質(zhì)量濃度變化趨勢情況如圖5所示，80℃～90℃的低低溫電除塵系統(tǒng)除硫酸霧或SO3效率明顯高于130℃～150℃的常規(guī)電除塵系統(tǒng)[10]。

圖5 硫酸霧濃度變化趨勢

（3）當采用低溫省煤器時，節(jié)能效果明顯

對1臺1000MW機組低低溫電除塵系統(tǒng)的節(jié)能效進行果計算分析，煙氣溫度降低30℃，可回收熱量1.64×108kJ/h（相當于1.2噸標煤/h），節(jié)約濕式脫硫系統(tǒng)水耗量70t/h，同時，煙氣溫度降低后，實際煙氣量大大減少，這不僅可以降低下游設備規(guī)格，而且可使風機（IDF）的電耗約減少10%，脫硫系統(tǒng)用電量由原來的1.3%減小到1.0%[4,6,11]。

（4）二次揚塵加劇

粉塵比電阻的降低會削弱捕集到陽極板上的粉塵靜電黏附力，從而導致二次揚塵現(xiàn)象比常規(guī)電除塵器嚴重，影響除塵性能。圖6表示了煙氣溫度與ESP除塵效率的關系及ESP出口煙塵濃度的構(gòu)成。從圖6可以看出，常規(guī)電除塵器中排放的煙塵主要是未能捕集的一次粒子，而低低溫電除塵器中二次揚塵部分是主體，未采取特別對策的低低溫電除塵器的二次揚塵主要由振打再飛散粉塵組成，而未能捕集的一次粒子僅僅占很小一部分。低低溫電除塵器如不對二次揚塵采取針對性的措施，煙塵排放量將會超過常規(guī)電除塵器，但在采取特別對策后，煙塵排放濃度可大幅降低[6]。

圖6 煙氣溫度與ESP除塵效率及ESP出口煙氣濃度的構(gòu)成

2 低低溫電除塵技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 低溫腐蝕問題

由于煙氣溫度在MGGH中被降低至90℃左右，低于酸露點，使煙氣中的大部分SO3在MGGH中冷凝，形成具有腐蝕性的硫酸霧[12]。

關于煙氣溫度低于酸露點溫度是否引起低溫腐蝕問題，有日本學者的研究結(jié)煙果氣顯溫度示（，℃）合適的ESP入口粉塵濃度可以保證SO3凝聚在粉塵表面，不會發(fā)生設備腐蝕[13]。三菱重工的研究結(jié)果顯示當灰硫比大于10時，腐蝕率幾乎為零（如圖7a所示），三菱重工已交付的火電廠的低低溫電除塵器灰硫比一般遠大于100，都沒有低溫腐蝕問題[4]。美國南方電力公司也通過灰硫比來評價腐蝕程度（如圖7b所示）[14]，當?shù)偷蜏仉姵龎m器采用含硫量為2.5%的燃煤時，灰硫比在50～100之間可避免腐蝕，當采用含硫量更高的燃煤時，為避免腐蝕，灰硫比應大于200。

圖7 灰硫比與腐蝕的關系

低低溫電除塵器目前多應用于低硫煤[15]。在IHI（石川島播磨）的業(yè)績中，對應的煤種含硫量最高為1.17%[11]。美國應用的低低溫電除塵器中，有電除塵器入口SO3氣體濃度為51.5mg/Nm3的報道[14]。日本日立在實驗室完成了SO3氣體濃度為143mg/Nm3，降溫后SO3氣體濃度為0.286mg/Nm3的試驗。日本各電廠的燃煤穩(wěn)定，因此其酸露點溫度也較穩(wěn)定。由于燃煤含硫量越高，煙氣中的SO3濃度越高，其對應的酸露點溫度就越高，發(fā)生腐蝕的風險會增加。低低溫電除塵器對高硫煤的腐蝕情況還有待進一步研究[16-18]。

常陸那珂電廠將高硫煤和次煙煤等混合后燃用，在一定程度上解決了高硫煤低溫腐蝕問題。

總之，低低溫電除塵器一般不存在腐蝕問題，但對高硫煤工況尚未見工程應用。

2.2 二次揚塵問題

在低低溫電除塵系統(tǒng)中，二次揚塵會對煙塵排放起決定性的作用，應采用防止二次揚塵的措施?，F(xiàn)有的措施有：1）采用離線振打技術(shù)。在振打時關斷該通道的氣流，也可配合斷電振打來提升極板的清潔效果（如圖8所示），三菱重工主要采用這種技術(shù)。2）采用移動電極電除塵技術(shù)[11]，日立主要采用這種技術(shù)。3）出口封頭內(nèi)設置收塵板式的出口氣流分布板，使部分來不及捕集或二次飛揚的粉塵進行再次捕集[7-8]。

圖8 三菱重工離線振打配置圖

需要指出的是，采用離線振打技術(shù)增大了電除塵器尺寸，增加了成本和結(jié)構(gòu)的復雜性，需要對隔離門進行維護，當一個室因振打而關閉時會破壞正常的氣流[13,19,20]。

2.3 灰斗堵塞問題

由于溫度較低，灰的流動性降低易引起灰斗堵塞。三菱重工提出的對策有：1）灰斗的卸灰角需增加；2）灰斗不僅需保溫，在下部還需用蒸汽加熱器或電加熱器進行有效加熱，強化蒸汽加熱管并涂抹遠紅外線涂料，以保證下灰通暢；3）灰斗內(nèi)壁涂增加光滑度的材料[7]。

3 國內(nèi)外應用情況及典型案例分析

國外低低溫電除塵技術(shù)已有近20年的應用歷史，投運業(yè)績超過20個電廠，機組容量累計超15,000MW，國外投運情況為低低溫電除塵技術(shù)的國內(nèi)應用提供了借鑒。國內(nèi)在2010年開始加大該技術(shù)研發(fā)，目前已有600MW機組投運業(yè)績。

3.1 石川島播磨（IHI）的常陸那珂1號機組

石川島播磨（IHI）的常陸那珂1號機組1000MW燃煤電廠2003年12月投運，熱回收器從煙氣中吸收相當于發(fā)電量的3%～5%的熱量[16，21]，其工藝流程為：含有高濃度粉塵和SO3的煙氣通過空氣預熱器將煙氣溫度從370℃降到138℃，通過MGGH將煙氣溫度降至92℃，然后進入低低溫電除塵器，出口煙塵濃度為30mg/Nm3，出口煙氣溫度90℃，除塵效率為99.8%。脫硫裝置出口SO3濃度111mg/Nm3、塔內(nèi)流速4.0m/s、石膏純度在95%以上、石膏含水率在10wt%以下，為了使脫硫裝置出口煙氣溫度達到酸露點以上，符合日本煙氣排放的溫度標準，通過煙氣再加熱器將溫度升高到90℃左右，煙塵排放濃度小于8.0mg/Nm3且避免了對下游設備的腐蝕[16,17,21]。由于脫硫系統(tǒng)的除塵效率較高，一般可達80%左右，因此低低溫電除塵器的出口煙塵濃度限值設置在30mg/Nm3是合理的。

運煤設備考慮了混煤運用的設計，通過調(diào)節(jié)兩臺煤炭裝載輸送機的排出速度，可按任意比率在輸送帶上進行混煤。對于含硫高的煤和次煙煤等對低低溫電除塵器存在運行風險的煤種，可通過混煤加以利用。

3.2 日本日立（Hitachi）碧南電廠4、5號機組

日本日立已將“DeNOx系統(tǒng)+低低溫電除塵器+DeSOx系統(tǒng)+濕式電除塵器”技術(shù)成功應用在日本中部電力株式會社的碧南電廠1000MW燃煤機組中，碧南電廠共有五臺機組，其中4#、5#爐1000MW機組均為低低溫電除塵器，分別于2001年、2002年投運。如圖9所示，進入移動電極電除塵器的煙氣溫度為80℃～90℃，GGH進口粉塵濃度為5～30g/Nm3，低低溫電除塵器出口煙塵濃度小于30mg/Nm3，脫硫系統(tǒng)出口煙塵濃度3～5mg/Nm3，濕式電除塵器出口煙塵濃度0.32～1.0mg/Nm3，煙囪入口SO3濃度小于0.286mg/Nm3，此工藝通過移動電極解決了低低溫電除塵器二次揚塵問題[22-23]。

3.3 日本電源開發(fā)株式會社的橘灣火力發(fā)電站2號機組

由日本電源開發(fā)株式會社提供的橘灣電廠2號機組（1050MW）配套低低溫電除塵器于2000年12月開始商業(yè)運轉(zhuǎn)，設計溫度90℃，測試溫度96℃，設計低低溫電除塵器出口煙塵濃度24.0mg/Nm3，測試低低溫電除塵器煙塵出口濃度3.7mg/Nm3，測試煙囪出口煙塵排放濃度為1mg/Nm3[3，13]。

圖9 日本碧南電廠1000MW燃煤機組煙氣處理系統(tǒng)

國外低低溫電除塵器出口煙塵濃度設計為低于30mg/Nm3，國外由于脫硫系統(tǒng)除塵效率較高，這個低低溫電除塵器煙塵出口濃度設計是合理的，實際上，低低溫電除塵器煙塵出口濃度可以更低，比如廣野電廠600MW機組低低溫電除塵器煙塵出口濃度為16.4mg/m3，橘灣電廠2號機組1050MW低低溫電除塵器煙塵出口濃度為3.7mg/m3。

3.4 國內(nèi)應用案例

低低溫電除塵技術(shù)在國外應用非常成熟，也引起了國內(nèi)業(yè)主的廣泛關注。福建大唐寧德電廠3#、4#兩臺600MW燃煤發(fā)電機組，每臺爐配套雙列雙室五電場靜電除塵器。2010年該機組電除塵器通過采用低低溫電除塵技術(shù)，并對原電除塵器全面檢修，前電場采用高頻電源（3#爐），對高低壓電控設備進行升級改造，將煙氣溫度降至93℃左右，低于94℃的煙氣酸露點。經(jīng)測試，4#爐煙塵排放濃度從原約60mg/Nm3下降到20mg/Nm3，SO3脫除率為73.78%[24]。

華能長興電廠2×660MW、臺州第二發(fā)電廠2×1000MW機組等已經(jīng)簽訂低低溫電除塵器的合同，目前項目正在執(zhí)行中。

4 低低溫電除塵器核心問題及對策措施探討

由于低低溫電除塵器運行溫度處于酸露點溫度以下，煙塵性質(zhì)發(fā)生了很大的改變，其核心問題主要有：電除塵器選型技術(shù)，煤種變化和高硫煤帶來的不良影響，二次揚塵、灰斗腐蝕、堵灰、絕緣子室結(jié)露、陰極線材料、人孔門及周圍區(qū)域的腐蝕等。

4.1 選型技術(shù)面臨挑戰(zhàn)

與常規(guī)電除塵器相比，低低溫電除塵器中的煙塵性質(zhì)發(fā)生了根本性變化，不能用常規(guī)的選型方法或經(jīng)驗進行選型設計，需研究針對性的選型技術(shù)，這是電除塵器制造商面臨的挑戰(zhàn)，應加強機理研究，吸取國內(nèi)外低低溫電除塵器運行的實踐經(jīng)驗。

4.2 防止煤種變化和高硫煤帶來的不良影響

燃煤含硫量越高，相對來說煙氣中的SO3濃度越高，其對應的酸露點就越高，發(fā)生腐蝕的風險就會增加。特別要注意當鍋爐燃煤收到基硫的重量百分比高于1.0%，尤其當高于1.5%時對低低溫電除塵器的影響。

4.3 防止二次揚塵

由于煙塵性質(zhì)的改變，粉塵附著力降低，二次揚塵加劇。因此低低溫電除塵器宜采用離線振打技術(shù)，即振打清灰時，阻斷其一個或多個通道氣流通過，并與其振打清灰進行聯(lián)鎖，達到控制二次揚塵的目的；也可采用移動板式電除塵技術(shù)，即通過改變末電場清灰方式來最大限度地避免二次揚塵。

4.4 防止灰斗腐蝕、堵灰

由于SO3黏附在粉塵上并被堿性物質(zhì)吸收中和，收集下來的灰的流動性變差，因此灰斗卸灰角度需大于常規(guī)設計，不宜小于65°。作為電除塵器的儲灰裝置，灰斗需要一定時間存灰，因此灰斗是電除塵器防腐的重點之一，因煙氣溫度較低，且灰中SO3含量較高，因此灰斗板材宜采用ND鋼或內(nèi)襯不銹鋼板，內(nèi)襯不銹鋼板厚度應不小于2mm。為了防止因結(jié)露而引起堵塞，不僅需要較好的保溫，還需有大面積的蒸汽加熱或電加熱，其加熱面需超過灰斗高度的2/3。

4.5 防止絕緣子室結(jié)露

因煙氣溫度較低，易引起絕緣子結(jié)露爬電甚至破損，因此絕緣子應有防止結(jié)露的措施，絕緣子室應采用良好的保溫措施和電加熱，宜采用熱風吹掃措施。

4.6 選用合理的陰極線材料

低低溫電除塵器陰極線采用芒刺線時，由于芒刺線放電較為強烈，需防止芒刺低溫腐蝕，芒刺應選用不銹鋼材料。

4.7 防止人孔門及周圍區(qū)域的腐蝕

因煙氣溫度較低且人孔門周圍不可避免地存在一定量的漏風，人孔門及其周圍也是容易發(fā)生腐蝕的區(qū)域之一，因此雙層人孔門與煙氣接觸的內(nèi)門應采用不銹鋼材料，在每個人孔門周圍約1米范圍內(nèi)的殼體鋼板宜采用ND鋼或內(nèi)襯不銹鋼板。

5 結(jié)語

（1）相關研究表明，當灰硫比大于10時，低溫腐蝕率幾乎為零，三菱重工目前投運的低低溫電除塵器灰硫比一般都大于100， 電除塵器幾乎不存在低溫腐蝕問題。但對高硫煤工況尚未見工程應用，應注意煤種變化和高硫煤帶來的影響。

（2）低低溫電除塵器的出口煙塵中二次揚塵是主體，應采取防止二次揚塵的措施，可采用離線振打或移動電極電除塵技術(shù)。

（3）低低溫電除塵技術(shù)除塵效率高，SO3去除率可達90%以上，在所有除塵設備中SO3去除率最高，當采用低溫省煤器時還具有節(jié)能效果。該技術(shù)可作為環(huán)保型燃煤電廠的首選除塵工藝，也可與其它成熟技術(shù)優(yōu)化組合，應用前景廣闊。

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Research and Application on Electric Precipitation Technology with Low-low Temperature

LI Jian-guo, LI Zhu-hai, HE Yu-zhong, ZHAO Hai-bao, YU Shun-li
(Zhejiang Feida Environmental Science & Technology Co., Ltd, Zhuji Zhejiang 311800, China)

The electric precipitation technology w ith low-low temperature is one of the effective technologies in realizing energy saving and em ission reduction in the coal-fired power p lant. It can further extend the app licable scale of electric precipitators, meet the requirem ent of new environmental standards, and can remove off the great mass of SO3in flue gas. The technology shows the proof of engineering practices abroad, the help ful exp loration and attempt in the country and the operation achievement of 600MW generating set. The paper sums up the development and technical characteristic of the electric precipitation technology w ith low-low tem perature, analyzes the research status of the technology, enumerates the cases of engineering app lication at home and abroad, probes into the core problem of the technology and countermeasures so as to provide the use for reference in the app lication and development of the electric precipitation technology w ith low-low temperature in the coal-fired power plant of the country.

electric precipitation technology w ith low-low temperature; efficiency of dust removal; coal-fired power plant; energy saving and em ission reduction; countermeasure

X701.2

A

1006-5377（2014）03-0028-07