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超淨電袋複合除塵（chén）技術的研究應用進（jìn）展

陳奎續

（福建龍淨環保股份（fèn）有（yǒu）限公（gōng）司，國家環境保護電力工業煙塵治理（lǐ）工（gōng）程技術中心，福建龍（lóng）岩 364000）

摘 要：為了實現燃煤電廠的超低排（pái）放，在常規電袋複合除塵技術的（de）基礎上，突破（pò）了電（diàn）區與袋區的（de）耦合匹（pǐ）配（pèi）、高均勻流場、高精過濾、微粒凝並等關鍵技（jì）術升級（jí）而形成了超淨電袋複合除塵技術。超淨電袋複合除塵技術具有排（pái）放長期穩定、工藝流程簡單、煤（méi）種適應性廣、投資省、占（zhàn）地少、運行費用低、不產生廢水等優（yōu）點（diǎn），近2年來在（zài）燃煤電廠（chǎng）超低排放工程中得（dé）到快速推廣應用，配套國（guó）內燃煤電廠總裝機容量超過30 000 MW，其中1 000 MW機組有8台套，排放質量濃度均小於10 mg/m3或（huò）5 mg/m3，平均運行阻力（lì）663 Pa。超淨電袋除塵已成（chéng）為（wéi）燃煤機組實（shí）現超低排（pái）放的主流（liú）技術路線之一，將在西部地區劣質煤電廠（chǎng）超低排放改造工程中發揮更大（dà）作用。

關（guān）鍵詞：燃煤機組（zǔ）；超低排放；超淨電袋；除塵器；電（diàn）袋複合除塵（chén）

0 引言

2013年以來，中國霧（wù）霾頻發，國家出（chū）台了包括《大氣汙染防治行動計劃》等一係列（liè）嚴控煤電大氣汙（wū）染物排放措施（shī），以及（jí）限（xiàn）煤、控煤政策，優化能（néng）源轉型升級。然而，中國 “富煤、貧油、少氣”的能源資源特征，決定（dìng）了以煤為主的能源生產結構（gòu）和消費結構在短期內難（nán）以得（dé）到（dào）根（gēn）本改變。火電行業同時麵臨著（zhe）環境保護、減排目標（biāo）與發展需求的重重（chóng）壓力和挑戰。為應對巨大的環保壓（yā）力，謀（móu）求發展，煤電企業積極實施了燃煤電廠煙氣汙染物排放（fàng）達到燃氣輪機組的排放（fàng）標準的（de）要求，力求通過超低排（pái）放技術（shù）升級改造，實現 “燒煤也可以像燒天然（rán）氣一樣（yàng）清潔”。超淨電（diàn）袋複合除塵技（jì）術（以下簡稱超淨電袋）在上述背景下應（yīng）運而生，並隨著《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年（nián））》、《全麵實施燃煤電廠超低（dī）排放和節能改造工作方案》等超低排放政策的頒布和實施（shī）得到了（le）廣（guǎng）泛應用[1]。本文將介紹超淨（jìng）電袋除（chú）塵技術的（de）特點及應用情況。

1 超淨電袋（dài）技術及超低排放（fàng）技術路線

1.1 技術特點（diǎn）

超淨電袋複合除塵技術是（shì）在常規電袋複合除塵技術的基礎（chǔ）上進一步技術創新、升（shēng）級發展（zhǎn）而來的，可實現煙塵排放質量濃度＜5 mg/m3或10 mg/ m3的超低排放。它具有出口煙塵排放濃度低（dī）且穩定、煤種（zhǒng）適應（yīng）性廣、濾袋壽命長、運行阻力（lì）低、投資小、運行維護費用低等優點[2]，並且不（bú）受煤質、飛灰成分變化影響，能夠保證長（zhǎng）期高（gāo）效穩定運行。

1.2 超低排放技術路線

超淨電袋是實現煙塵超低排放的工藝係統，采用了以超淨電袋為基礎不依賴其他二次除（chú）塵的技術路線，如圖1所示，其中（zhōng），煙（yān）氣冷卻器、煙氣再熱器可選擇安裝。當不設置煙氣再熱器時，煙氣冷卻器處的換熱（rè）量按圖1中①所示線路（lù）回收至汽輪機回（huí）熱係統；當設置（zhì）煙氣（qì）再熱器時，煙氣冷（lěng）卻器處的換（huàn）熱量按圖（tú）1中②所示線路至煙氣（qì）再熱器（qì）。其優點在於：（1）工藝流程簡單、穩定可靠；（2）一次投資低、占（zhàn）地少；（3）電耗低、運行維護（hù）費用低；（4）節水、無水二次汙染；（5）對煤種（zhǒng）適應性廣，尤其是工況波動大、燃用劣質煤的場合；（6）煙塵長期穩定可靠超低排放。

圖1 以超淨電袋為（wéi）基礎不依賴二次除塵實現超低排放的技術（shù）路線
Fig.1 The technical route of ultra-low dust emission based on ultra-clean EFIP without secondary dust removing

2 超淨電袋關鍵技術突破

電袋複合除塵技術實（shí）現超低排（pái）放的關鍵技術突破包括：（1）提高電區捕（bǔ）集效率與荷電能力（lì），保證袋區超低排放；（2）袋區高精過濾材料的應用；（3）提高（gāo）捕集PM2.5的性能；（4）進一步提高流場均勻性，從而提高除塵效率，保證排放的穩（wěn）定性。因此，超淨電袋的關鍵（jiàn）技術在於電與袋的耦合技術、流場均布技術、高精過濾技術、微粒（lì）凝並技術等方麵。

2.1 電與袋的耦合技術

超淨電袋由電區和袋區有機複合、強化耦合形成，袋區（qū）要實現超低排放，與袋區的入口煙塵濃度密切相關。一方麵，根據粉塵濃度條件對電區合理選（xuǎn）型。由於超淨電袋電區除塵效率要求低於常規電除塵，電區對煤種、灰分（fèn）、粉塵（chén）比電阻值等敏感度比常規電除塵相對較低，較容易實現設計除（chú）塵效率。另一方麵根據煤（méi）種、灰成分等煙氣工況參數（shù），進一（yī）步優化電場（chǎng）性能。根據多依奇效率和驅進速度經驗公式[3]的原理，采用放（fàng）電性能較好（hǎo）、電場強度較高的電區極配型式，可提高顆粒荷電量和電區（qū）的除塵效率，是超淨電袋的重（chóng）要技術措施（shī）之一。

文獻[2]通過對荷電（diàn）顆（kē）粒進（jìn）行過濾模擬和試驗研（yán）究，在袋（dài）區入口煙塵濃（nóng）度不大於10 g/m3時，過濾阻力的增長率受過濾（lǜ）風速增大的影響較小。文獻[4]對超淨電（diàn）袋出口煙（yān）塵排放濃度與袋區入口濃度、氣布比、電區選型的關係（xì）進行研究，得到在袋區入口濃度（dù）小於 10 g/m3，采用優良（liáng）品質的濾料，電區的（de）平均場強不小於3 kV/m，板電流密（mì）度不小於0.5 mA/m2時，可（kě）使超淨電袋達到小於10 mg/m3的（de）排放要求。文獻[5]通過采用芒（máng）刺型電極來提高極線尖（jiān）端的放電性能，增加電場板電流密度和電場強度（dù），從而有效地提高（gāo）了電區對（duì）煙塵顆粒的脫除效果，並（bìng）且結構上采用了前、後小分區供電技術，增強電（diàn）源適應不同煙塵濃度的電氣性能，細化電區工作單（dān）元，提高電區工作的可靠性（xìng）。

2.2 流場均布（bù）技術

除塵器內部氣流分布優劣直接影（yǐng）響電袋（dài）複合除塵器（qì）的性能。氣流分布對電袋複合除塵器的影（yǐng）響從電區和袋區兩（liǎng）部分來討論。電區氣流不均布將導致粉塵顆粒荷電不均勻，並可能產生二次飛揚，從而降（jiàng）低除塵效率；袋（dài）區氣流不（bú）均勻（yún），將導致濾袋長期受到集中氣流衝刷，出現濾袋破損的現象，導致粉塵（chén）排放濃度迅速升（shēng）高[6]。

文獻[7]提出一種針對電（diàn）袋複合除塵器的氣流均布優化設計方法，其通過縮小的物理模型和數值模（mó）型實驗結（jié）果的對比和分析，確定電袋複合除（chú）塵器計算流（liú）體動力學（CFD）湍流模型、邊界條件等參數的選取和設定，為實際工程的全尺寸CFD計算提供依據，確（què）保CFD計（jì）算（suàn）的（de）準確（què）性和可靠性；確定包括提升閥提升高度（dù）、提升閥孔徑等影響電袋複合除塵器氣流均布的有效（xiào）調節手段；在建模過程中提供合理假設條（tiáo）件（jiàn）和模型簡（jiǎn）化方法（fǎ）；對提升閥提升高度值、提升閥孔徑值在經驗值的基礎（chǔ）上合理（lǐ）選定（dìng）一組數值，並用（yòng）GAMBIT建模軟件在一個模（mó）型上統（tǒng）一建模，生成一套網（wǎng）格模型並導入Fluent中進行（háng）CFD計算。文（wén）獻（xiàn）[8]通過對入口煙道和除塵（chén）器建立物理（lǐ）模型，進（jìn）行氣流分布的測試（shì）實驗，並結合實際工程（chéng）的現場測試結果，調整CFD的相關邊界條件，建立全（quán）尺寸的除塵器數值模型（xíng），用（yòng）Fluent軟件進行氣流均布模擬計算，為實現大型（xíng）電袋複合除塵器的氣（qì）流均布提供了參考。文獻[9]使（shǐ）用Pro/E軟件建立3D模型，采用數值（zhí）分析方法，設定布袋的界麵為（wéi）多孔介質階躍邊界條件，電除塵器內部的氣流通過改（gǎi）變氣流（liú）分（fèn）布板（bǎn）來調整，重點研究了大型電袋複合除塵器內部的流場分布，得出氣流分布板設（shè）置與否、設置數（shù）量（liàng）及開孔率對電除塵區速度分布有較大影響（xiǎng），在（zài）第3層氣流分布板上改進開孔孔徑，可有效解（jiě）決電除塵區第1組灰鬥內的渦流現（xiàn）象，從而可提高除塵效率。

因此，CFD數值模擬技術是超淨（jìng）電袋複合除塵器保證氣流均布性的重要手段，超淨電袋複合除塵器（qì）的氣流分布優化設計基於CFD數值模擬，其袋區采用多維進風技術，確保不（bú）錯的進風（fēng）比例，並（bìng）且采用調整濾袋排布、阻流（liú）等技術措施，使（shǐ）氣流分布的相對（duì）均方根差小於0.2，更利於降低粉塵（chén）排放、減小阻（zǔ）力以及延長（zhǎng）濾袋壽命。

2.3 高精過濾（lǜ）技術

濾袋（dài）是（shì）決定電袋複合除塵器出口排放值好關鍵的部（bù）件，要保證（zhèng）超淨電袋（dài）出口煙塵排放濃度長期穩定＜5 mg/m3或10 mg/m3，濾袋的過濾精度至關重要。在常用的工業過濾濾料中，PTFE覆膜濾料的過濾精度高，其次為超細纖維梯度濾料，好（hǎo）後是普通濾料。電袋（dài）采用（yòng）濾（lǜ）料的過濾精度越高，就越容易實現超低排放（fàng），且後期的運行阻力更低更（gèng）平穩，對工況變（biàn）化適（shì）應能力也越強。

文獻（xiàn）[10]對超細纖（xiān）維梯度濾料的（de）性能進行了研究，得出超細纖維梯度濾料采用了粗細分層的結構，迎塵麵孔（kǒng）徑小，孔（kǒng）隙率大，實現 “類表（biǎo）麵過濾”，可有效（xiào）將粉塵阻攔在濾料的外表層，減少微細顆（kē）粒滲入到濾料內部，同時也保證（zhèng）了設備的使用後期運（yùn）行阻力穩（wěn）定（dìng）。文獻[11]通過對覆膜濾料、梯度（dù）複合針刺（cì）濾料等濾料在清潔及集塵（chén）狀態下進行分（fèn）級效率試驗研究，得出濾料集塵後（hòu）的（de）分級效率均高於清潔（jié）狀態，集塵後對粒徑大於1 μm的粉塵顆粒的（de）分級效率均接（jiē）近100%，且覆膜濾料的過濾分級效率優於梯（tī）度（dù）複合針刺濾（lǜ）料。文獻 [12]通過選取了相（xiàng）同（tóng）材質但不同廠家生產的濾袋，以及相應的無縫線的濾料進行過濾性能測試（shì）研究（jiū），得出濾袋縫製工藝和質量對排放性能的影響比濾料本身更大。

超淨電袋（dài）根據（jù）煤種灰分、過濾風速、排（pái）放要求等因素來選擇高（gāo）精濾料，一般情況下不錯超細纖維梯度濾料，當高灰分且場地受限、高過濾風速時選（xuǎn）用微孔覆膜濾料。從加工（gōng）難（nán）易程（chéng）度（dù）及（jí）成本上看，微孔覆（fù）膜濾料大於超（chāo）細纖維梯度濾料。

2.4 微粒凝並技術（shù）

除塵器出口排放的粉塵（chén）中，粒徑小於2 μm的細微粉塵占80%以上，非常容易被氣流帶出除塵器而逃（táo）逸。因此，采取（qǔ）技術措施，提高除塵器對細微顆粒物的捕集能力是進一步降低排放的關鍵。電場內顆粒物的荷電方式主要是擴散荷電和場致荷電。一般而言，粒徑大於2 μm和小於1 μm的（de）粉塵分別以場致荷電、擴散荷電為主，而粒（lì）徑在1 μm左右的細（xì）顆粒物，兩種荷電方（fāng）式（shì）都很弱。因（yīn）此，細顆粒物很難被電區捕集，從而降低了除（chú）塵（chén）器的除塵效率[13]。

文獻[14]通過對（duì）粉塵荷電與過濾過程影響關係的實驗研究，發現在靜電作用下顆粒層的結構更為穩定，不容易出現坍塌現象；細顆粒荷（hé）電後可產生一定程度的聚（jù）並，形成大顆粒，有利於除塵器對其捕集，進（jìn）一步提高細顆粒的脫除效率。文獻[15]提出電袋複（fù）合除塵器捕集粉塵除了靜電凝並作用外，濾袋表麵的二次粉塵層和一次粉塵層中粉（fěn）塵顆粒之間的微米級（jí）間隙（xì），以及濾（lǜ）料纖維（wéi）層中纖維間距的微距，加上（shàng）荷電粉塵層形成的（內）電場力和（hé）（或）外加（jiā）電場的作用，使微細粉塵發生極化、庫倫和電場吸附，是實現高效捕集微細粉塵PM2.5的（de）重要機理。

結合上述實驗（yàn）研究和機理（lǐ）分析，超淨電（diàn）袋複合除塵（chén）器可采用以下3項措施以增強微粒凝並效應：（1）采用強放（fàng）電、高場強極配形式；（2）采用新型電源技術，以便提高針端放電性能，增加（jiā）顆粒的（de）荷電量；（3）采用嵌入式結構，減少電（diàn）荷的損失，增（zēng）強過濾效應。

2.5 濾袋資源（yuán）化利用技術

早期廢舊濾袋的回收處（chù）理主要是填（tián）埋。隨著技術進（jìn）步，當前主要進行資源化利用，通過破（pò）碎、熔化拉絲等工藝加工（gōng）成保溫岩棉、再生料等，逐漸（jiàn）形成規（guī）模（mó）化回收利用。隨著濾袋新材料的開發，濾袋將（jiāng）朝無任何汙（wū）染方（fāng）向發展。文（wén）獻[16]采用強酸和氧化劑清洗廢舊（jiù）PTFE濾袋，再對廢舊濾袋進行熱處理，然後球磨成PTFE粉料，對其進行回收再利用。文獻[17]提出金屬纖維氈濾袋與化學纖維濾料相比，具有耐溫高、耐腐蝕強、壓降低、易加工等優點，並且廢舊濾袋資源化利用簡單、價值高，將廣（guǎng）泛（fàn）地應用在電廠燃煤（méi）鍋爐、煤氣（qì）淨化等煙氣除塵領域。可以看出，開發和推廣（guǎng）應用金屬纖維氈濾（lǜ）袋，將促（cù）進濾袋向無任何（hé）汙（wū）染的方向發展。

3 超淨電袋應用進展

3.1 總（zǒng）體應（yīng）用情況

近2年來，超淨電（diàn）袋在燃煤電廠超低排放工程中得（dé）到快速推廣。截至2016年11月，燃煤機組超淨電袋配套總裝機容量（liàng）超過30 000 MW，其中1 000 MW機組有8台套。投運累（lèi）計6 910 MW，排放質量濃度均小於10 mg/m3或5 mg/m3，平均運行阻力663 Pa。並出口土耳其（qí）、柬埔寨、塔吉克斯坦等（děng）多個國家，出口項目總裝機容量8 240 MW。其（qí）中，土耳其（qí）澤塔斯電廠4號爐660 MW機組超淨電袋實現煙塵排（pái）放（fàng）小（xiǎo）於7 mg/m3，阻力低於500 Pa，各（gè）項技術指標優良。

2016年1月電力行業（yè）標準《燃煤電廠超淨電（diàn）袋複合除塵器》（DL/T 1493—2016）頒布實施，有效規範了超淨電袋的設計、生產、安（ān）裝與使（shǐ）用。超淨電袋標準的實施，助力燃（rán）煤（méi）電廠超低排放技術路線（xiàn）選擇的多樣（yàng）化，在西部地區劣質煤電廠的超低排放中，超淨電袋將發揮更大的作用。

3.2 超（chāo）淨電袋首個示範工程應用

廣東沙角（jiǎo）C電廠（chǎng）2號660 MW燃（rán）煤機組，於2014年7月進行超低排放改造，采用國內首台超淨電袋複合除塵器。該機組原配套4室4電場的（de）電除塵器，由於原設計（jì）的比集塵麵積（jī）較小、除塵效率低，因此需（xū）要增效改造[18]。電廠通過（guò）對多種技（jì）術方案進行分析、論證，確定（dìng）采用超淨電袋複合除塵技術（shù）方案實施改造。運行後超淨電袋的性能測試結果見表1。測試表明，各項性能參數滿足設計要求，除塵器出口及煙囪出口顆粒物排放濃度均滿足超低排（pái）放要求。

表1 沙角C電（diàn）廠2號（hào）爐超淨（jìng）電袋性能測試結果
Table 1 Performance test result of ultra-clean EFIP of Shajiao C Power Plant Boiler 2

圖2和（hé）圖（tú）3分別為（wéi）2號機組超淨電袋投運初期（qī）和投運一年半（bàn）的超淨電（diàn）袋出口連續3個月的（de）CEMS在（zài）線監測數據。從圖中可（kě）以看出，超淨（jìng）電袋出口的顆粒物排放（fàng）質量濃（nóng）度穩（wěn）定在10 mg/m3以內，且（qiě）投運一年半後其排放穩定性進一步（bù）提高。

3.3 超淨電袋在劣質（zhì）煤大型機組的應用

圖2 投運初期的超淨電袋出口顆粒物質量濃（nóng）度
Fig.2 Particulate concentrations at the ultra-clean EFIP outlet in initial operation stage

圖3 投運一年半的超淨電袋（dài）出口顆粒物質量（liàng）濃（nóng）度
Fig.3 Particulate concentrations at the ultra-clean EFIP outlet after 18-month operation

河南平頂山發電（diàn）分公司2×1 000 MW機組超低排放改造工程，是國內首台1 000 MW等級超淨電袋項目（mù），於2015年改造完成（chéng）並投運。其燃用煤（méi）種為山（shān）西長治貧煤（méi），其灰分高達39.78%，飛灰中SiO2和Al2O3含量高，比電阻較大，是典型的劣質（zhì）煤。該（gāi）工程原采用3室5電場靜電（diàn）除（chú）塵器，並經過低低溫電除塵提效改造，但未能達（dá）標排放，好（hǎo）終采用超淨電袋技術方案（àn）再次提效改造[19]。2號爐超淨電袋（dài）投運初期和運行一年的性能測試結果見表2。測試表（biǎo）明，投運初期和運行一年（nián）後的各項性（xìng）能都非常穩定地滿足設（shè）計要求，除塵器出（chū）口及煙囪出口顆（kē）粒物排放均達到超低排放要求。

表2 平頂山（shān）電廠2號（hào）爐超淨電袋性能測試結果
Table 2 Performance test result of ultra-clean EFIP of Pingdingshan Power Plant Boiler 2

圖4和圖5分別為超淨電袋投運初期和運行一年的超淨電袋（dài）出口的CEMS在線監測數據。從圖（tú）中可以看出，顆（kē）粒（lì）物（wù）排放濃度穩定在10 mg/m3以內，投運一年後排放（fàng）濃度更加穩定，波動更小。

圖4 投運初期的超淨電袋出口顆粒物濃度
Fig.4 Particulate concentrations at the ultra-clean EFIP outlet in initial operation stage

圖5 運行一年的超淨電袋出口顆粒物濃度
Fig.5 Particulate concentrations at the ultra-clean EFIP outlet after one-year operation

4 結（jié）語

超淨電袋複合除塵技術在耦合技（jì）術、流場均布技術、微粒凝並技（jì）術、高（gāo）精過濾技術研（yán）究等多方麵進行了創新。它不受煤質、飛（fēi）灰成（chéng）分變化影響，適用（yòng）於國內大多數燃煤（méi）機組燃用的煤（méi）種，特別是高灰分、高矽、高鋁、高比電阻、低鈉的劣（liè）質煤種，並且具有長期穩定超低（dī）排放、運（yùn）行阻力（lì）低、濾袋使用壽命長、能耗低、改造工期短（duǎn）、係（xì）統運行穩定等優（yōu）點。以超淨電（diàn）袋複合除塵作為一次除塵且不依賴二次除（chú）塵的超低排放技術路線，工（gōng）藝（yì）流程簡單可靠、技術經濟（jì）指標先（xiān）進。該技術及技術路線（xiàn）在國內外（wài）多台大型機組煙塵超低排（pái）放工程中成（chéng）功應用，是燃煤機組實現超低（dī）排放的（de）主流技術路線之一，將為中國煤電機組實現超低排放，尤其是西部地（dì）區劣質煤電廠的超低排放提供技術保障（zhàng），發揮更大作用。

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ResearchandApplicationProgressofUltra-CleanElectrostatic-FabricIntegrated PrecipitatorTechnology

CHENKuixu
（FujianLongkingCo.LTD.,StateEnvironmentalProtectionEngineeringTechnologyCenterforPowerIndustryDustControl, Longyan364000,China）

Abstract：To achieve the goal of ultra-low emission for coal-fired power plants,based on the conventional EFIP technology,the ultra-clean electrostatic-fabric integrated precipitator(EFIP)is developed,by upgrading the key technologies such as coupling matching between electrostatic field and fabric area,high uniform flow field distribution,high-precision filtration and particle coalescence technology. Featured by stable long-term emissions,simple technical process,high adaptability to varieties of coal,low investments,less land occupation,low maintenance costs and no waste water production,the ultra-clean EFIP technology has been rapidly popularized and widely used in coal-fired power plant ultra-low emission projects for the recent couple of years,with the total installed capacity of domestic coal-fired power plants over 30 000 MW,including eight 1 000-MW units.The emission concentrations are all below 10 mg/m3or 5 mg/m3, and the average running resistance is around 663 Pa.The ultra-clean EFIP has become one of the mainstream technical routes to achieve ultra-low emission for coal-fired power plants,and will play an even more important role in the ultra-clean emission renovation projects for power plants burning inferior coals in western area of China. This work is supported by the projects of Low-Cost Ultra-Low Emission Technologies and High-End Manufacturing Equipment of National Key Research and Development Plan(No.2016YFC0203703)and Techniques and Demonstration of Electrostatic-Fabric Integrated Fine Particles Efficient Capture for Coal-Fired Boiler Flue Gas of Strategic Priority Research Program(B)of the Chinese Academy of Sciences (No.XDB05050100).

Keywords：coal-fired unit;ultra-low emission;ultra-clean electrostatic-fabric integrated precipitator;precipitator;electrostatic-fabric integrated precipitating

中圖分（fèn）類（lèi）號：TM621；X51

文獻標誌碼：A