超净电袋复合除尘技术及其在超低排放工程中的应用

朱法华，孟令媛，严俊波，莫 华

(1.国电环境保护研究院，国家环境保护大气物理模拟与污染控制重点实验室，江苏南京 210031; 2.南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，江苏南京 210004; 3.环境保护部环境工程评估中心，北京 100012)

超净电袋复合除尘技术及其在超低排放工程中的应用

朱法华1，2，孟令媛2，严俊波1，莫 华3

(1.国电环境保护研究院，国家环境保护大气物理模拟与污染控制重点实验室，江苏南京 210031; 2.南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，江苏南京 210004; 3.环境保护部环境工程评估中心，北京 100012)

超净电袋是常规电袋复合除尘的技术升级，在电区袋区最优耦合匹配、颗粒荷电微粒凝并、高精过滤、高均匀多维流场等方面取得了技术突破，可实现除尘器出口烟尘浓度长期稳定的小于10(或5)mg/m3。检测结果表明:超净电袋的出口烟尘浓度非常稳定，满足超低排放要求，且投运一年后，出口烟尘浓度更加稳定，并有所下降;超净电袋不仅适用于燃用优质煤电厂的超低排放，更加适用于电除尘器难以实现的劣质高灰煤电厂的超低排放;超净电袋的运行阻力最大值小于800Pa，大多稳定在450～500Pa，阻力较小，能耗较低，与五电场的电除尘器大体相当;与干式电除尘器+湿式电除尘器实现颗粒物超低排放相比，具有投资省、占地少、运行费用低、不产生废水等优点。电力行业标准《燃煤电厂超净电袋复合除尘器》的颁布实施，有利于规范超净电袋的设计与使用，随着西部地区高灰劣质煤电厂超低排放的推进，超净电袋在超低排放改造工程中将发挥更大作用。

超净电袋;技术突破;稳定性;适应性;能耗

0 引言

2012年底国内首台湿式电除尘器在湖南益阳电厂300MW机组上建成，2013年3月14-19日的测试结果表明，湿式电除尘器对脱硫后的烟气中颗粒物去除率为86.4%、对液滴的去除率为91.3%，对气态汞的去除率为57.4%［1］，湿式电除尘器为燃煤电厂实现超低排放提供了重要的技术支撑。2014年6月7日国务院办公厅关于印发能源发展战略行动计划(2014-2020年)的通知，首次提出新建燃煤发电机组污染物排放接近燃气机组排放水平［2］，拉开了中国燃煤电厂实施超低排放的序幕。

据不完全统计，截至2014年底，全国已投运的超低排放机组共2054.4万kW，其中70%以上的机组加装了湿式电除尘器，湿式电除尘器成为超低排放初期的主流技术路线，且均是在优质煤机组上实现的［3］。

但湿式电除尘器不仅投资大、运行费用高，还存在占地面积大、改造周期长、部件易被腐蚀、废水需二次处理等弊端［4］。不上湿式电除尘器实现超低排放成为电力行业共同努力的目标，2015年2月广东粤电沙角C电厂660MW燃煤机组采用了福建龙净环保股份有限公司的超净电袋复合除尘器，实现了超低排放。

此后，“超净电袋、不上湿电”成为超低排放技术路线的新选择。目前，全国建成投运及在建的以超净电袋复合除尘技术为主的超低排放燃煤机组容量已超过3000万kW，该技术路线的应用效果如何、是否存在问题、适用条件怎样等等，都值得评估，以利于更好地推广应用。

1 超净电袋复合除尘的技术突破

1.1 电袋复合除尘技术原理

电袋复合除尘技术是电除尘技术与袋式除尘技术有机结合的一种复合除尘技术，利用前级电场(电区)收集大部分烟尘，同时使烟尘荷电，利用后级袋区过滤拦截剩余的烟尘，实现烟气除尘。电袋复合除尘器按照结构型式可分为一体式电袋复合除尘器、分体式电袋复合除尘器和嵌入式电袋复合除尘器。其中，一体式电袋复合除尘器技术较为成熟，应用较为广泛［5-6］。

1.2 超净电袋的技术突破

常规电袋复合除尘器的出口颗粒物浓度一般可实现小于30mg/m3或低至小于20mg/m3，超净电袋复合除尘器(简称“超净电袋”)是近2年来新开发的电袋复合除尘器，可直接实现除尘器出口颗粒物浓度长期稳定小于10mg/m3，甚至小于5mg/m3。

与常规的电袋复合除尘技术相比，超净电袋的技术突破主要体现在4个方面:

(1)电区与袋区的最优耦合匹配，根据煤质条件选取电区和袋区关键参数，确定袋区最佳的入口颗粒物浓度。

(2)强化颗粒荷电与电凝并技术，提高电区可靠性。首先，采用高放电性能、高场强的电区极配型式，提高颗粒荷电以及电场区除尘效率。其次，采用前后小分区供电技术，提高电区可靠性。

(3)采用高精过滤滤料。滤料过滤精度越高，电袋复合除尘器实现超低排放就越可靠，适应工况变化能力越强，而且中长期运行阻力更低更平稳。

(4)高均匀性气流分布。在原电袋复合除尘器气流分布均匀的基础上，进一步细化设计流场和气流分布，使电袋复合除尘器内的气流分布达到较高的均匀性［7-10］。

2 超净电袋的应用及性能评估

2.1 案例选择

自2015年2月首台超净电袋复合除尘器在沙角C电厂投运以来，越来越多的燃煤电厂选择超净电袋技术实现颗粒物超低排放，2015年5月世界上首台100万kW的超净电袋复合除尘器在河南平顶山发电分公司投运。因此，评估案例就选择广东沙角C电厂的660MW机组与河南平顶山发电分公司的1000MW机组。

广东沙角C电厂2号660MW燃煤机组原配套的电除尘器由ABB-CE公司设计和制造，电除尘器为卧式干式4室4电场四通道设计。原除尘器的比集尘面积较小、除尘效率过低、烟尘排放浓度高，因此除尘器面临增效改造［11］。受现有场地、燃煤及运行等条件限制，经电厂多方调研，最终决定采用超净电袋复合除尘技术改造方案。其超低排放技术路线:SCR烟气脱硝+超净电袋+4层喷淋层的石灰石-石膏湿法脱硫(配2层平板式除雾器+GGH)。

河南平顶山发电分公司1000MW机组原采用三室五电场静电除尘器，除尘器出口烟尘浓度长期在100mg/m3以上。后在电除尘器前加装了低温省煤器，实施低低温电除尘器改造，改造后低低温电除尘器出口烟尘浓度在60mg/m3以上，不能满足超低排放的要求。此后，决定将低低温五电场电除尘器改为“二电三袋”超净电袋复合除尘器。其超低排放技术路线:SCR烟气脱硝+超净电袋+5层喷淋层的石灰石-石膏湿法脱硫(配双相整流装置+深度除雾装置)。

2.2 达标排放评估

2015年4月国电环境保护研究院对沙角C电厂660MW机组、2015年7月河南省电力科学研究院对河南平顶山分公司1000MW机组的电袋复合除尘器分别按国家相关标准对颗粒物排放效果进行了测试，结果见表1。

表1 超净电袋复合除尘器测试结果平均值

从表1结果可以看出，2台机组超净电袋出口及烟囱排口颗粒物浓度均小于10mg/m3，烟囱出口甚至均小于5mg/m3，满足超低排放要求。

2.3 稳定性评估

电除尘器的除尘效果受煤质、烟气成份、颗粒物成份、除尘器的技术条件与运行状况等多种因素的影响，因此，电除尘器的出口浓度往往波动较大，达标稳定性较差。袋式除尘器或电袋复合除尘器的除尘效果基本不受煤质与燃烧工况等波动的影响，为了解超净电袋的运行稳定状况，先后收集了沙角C电厂和平顶山分公司超净电袋投运初期及一年以后的多月在线监测结果，结果见图1-图4。

图1 沙角C电厂超净电袋投运初期出口烟尘排放浓度

图2 沙角C电厂超净电袋投运1年半后出口烟尘排放浓度

图3 平顶山分公司超净电袋投运初期出口烟尘排放浓度

图4 平顶山分公司超净电袋投运1年后出口烟尘排放浓度

从图1～4中可以看出，2台机组超净电袋出口的烟尘浓度均稳定小于10mg/m3的要求，无任何时刻超出10mg/m3的要求;对比图1和图2、图3和图4可以看出，超净电袋投运1年以后，除尘器出口烟尘浓度更加稳定，波动性更小。从上述分析可以看出，只要后续湿法脱硫系统正常运行，烟囱出口颗粒物浓度也会非常稳定地满足超低排放要求，事实也正是如此［7］。

2.4 煤种适应性评估

沙角C电厂设计煤种为神府东胜煤，校核煤种为澳大利亚烟煤，广东珠三角地区对燃煤电厂煤质有较为严格的要求，根据电厂3个月的煤质统计，低位发热量介于21.994～23.939MJ/kg，平均值为22.9MJ/kg，收到基含硫量0.28%～1.77%，平均值为0.64%，灰分介于7.66% ～16.72%，平均值为12.01%，煤质总体较好。

平顶山分公司设计煤质低位发热量16.64MJ/ kg，收到基含硫量0.26%，灰份39.78%，煤质较差［12］，除尘器入口设计浓度53.8g/m3。

从上述分析可知，不论是劣质煤还是优质煤，超净电袋均可实现烟尘超低排放。

2.5 超净电袋阻力、能耗及经济性评估

沙角C电厂超净电袋4个通道投运初期及运行1年半后本体阻力三个月的在线监测数据分别见图5和图6。

图5 沙角C电厂超净电袋投运初期阻力

图6 沙角C电厂超净电袋投运1年半后阻力

从图5可知，超净电袋除尘器投运初期本体阻力介于251.34～766.98Pa，平均值499.49Pa。从图6可知，投运1年半后，连续3个月的本体阻力介于280.8～660.3Pa，比投运初期有所下降。

平顶山分公司超净电袋投运初期及投运1年后的阻力在线监测数据见图7和图8。

图7 平顶山分公司超净电袋投运初期阻力

图8 平顶山分公司超净电袋投运1年后阻力

对比图7和图8，也可看出，超净电袋投运1年后阻力有所下降，且变化更加规律。超净电袋的阻力是影响其能耗的主要因素之一，从上述2个工程来看，超净电袋的阻力较小，甚至小于常规的电袋复合除尘器。由于能耗与机组运行状况、烟气量的变化、煤质变化、流场的均匀性等许多因素有关，要定量比较超净电袋与电除尘器的能耗，需要收集电厂长期的电耗数据，且由于除尘器出口浓度不同，比较意义也不是很大。根据多个工程数据的统计分析，超净电袋的总体能耗，比常规4电场电除尘器略高，与常规5电场电除尘器基本相当。

如果与常规电除尘器+湿式电除尘器实现颗粒物超低排放相比，超净电袋的能耗则明显较低。投资与运行费用也具有明显优势。

3 超净电袋的标准化推广应用

与干式电除尘器+湿式电除尘器实现燃煤电厂颗粒物超低排放相比，采用超净电袋实现超低排放，具有投资省、占地少、运行费用低、不产生废水等优点，因此，近2年超净电袋在燃煤电厂超低排放工程中得到快速推广。为规范超净电袋的设计、生产、安装与使用，福建龙净环保股份有限公司主持制定了电力行业标准《燃煤电厂超净电袋复合除尘器》(DL/T 1493-2016)［13］，已颁布实施。该标准中规定了超净电袋的主要技术参数，见表2。表2中同时列出了除尘器出口烟尘浓度不大于20mg/m3的电袋复合除尘器的主要技术参数。

《燃煤电厂超净电袋复合除尘器》(DL/T 1493-2016)颁布实施，助力燃煤电厂超低排放技术路线选择的多样化。随着西部地区燃煤电厂全面实施超低排放，高灰份煤需要实现超低排放的比例越来越大［14-18］，超净电袋将发挥更大的作用，因此，在环保部即将发布的《火电厂污染防治最佳可行技术指南》中，以超净电袋为主不依赖二次除尘的超低排放技术路线也被列入其中。

4 结语

(1)超净电袋除尘器是常规电袋复合除尘的技术升级，在电区袋区最优耦合匹配、颗粒荷电微粒凝并、高精过滤、高均匀多维流场等方面取得了技术突破，可实现除尘器出口烟尘浓度长期稳定的小于10 (或5)mg/m3。

(2)超净电袋2015年2月首次在广东沙角C电厂660MW机组上建成投运，2015年5月在河南平顶山分公司1000MW机组上建成投运。多家权威检测机构及在线监测结果表明:超净电袋的出口烟尘浓度非常稳定，满足超低排放要求，且投运一年后，出口烟尘浓度更加稳定，并有所下降;超净电袋不仅适用于燃用优质煤电厂的超低排放，更加适用于电除尘器难以实现的劣质高灰煤电厂的超低排放;超净电袋的运行阻力最大值小于800Pa，大多稳定在450～500Pa，阻力较小，能耗较低，与五电场的电除尘器大体相当;与干式电除尘器+湿式电除尘器实现颗粒物超低排放相比，具有投资省、占地少、运行费用低、不产生废水等优点。

表2 电袋复合除尘器的主要技术参数和使用效果

(3)电力行业标准《燃煤电厂超净电袋复合除尘器》(DL/T 1493-2016)的颁布实施，有利于规范超净电袋的设计、生产、安装与使用，助力超低排放技术路线的多样化。随着西部地区高灰劣质煤电厂超低排放的推进，超净电袋在超低排放改造工程中将发挥更大作用。

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Research on UCEF technology and its application on ultra low emission projects

Ultra-clean electrostatic-fabric integrated precipitating(UCEF)is the technological upgrade of normal electrostatic-fabric integrated precipitator.Best optimized matching between electrostatic field and fabric area，particulate charged and particle coagulation，high precision filtration and high uniform multi dimensional flow field are made breakthrough.Dust concentration of UCEF exit is long and stably less than 10 or 5mg/m3.The testing results show that the outlet dust concentration of UCEF is very stable，meet the requirements of ultra low emission.The outlet dust concentration is more stable and down little after a year operation.UCEF is not only suitable for the use of high quality coal-fired power plant ultra-low emissions，more suitable for high ash coal-fired power plant to achieve ultra low emissions，which is difficult for ESP.The maximum running resistance of UCEF is less than 800Pa，in the most stable 450～500Pa，less resistance，low energy consumption.The level of energy consumption is approximately equal to 5 electric field electrostatic precipitator(ESP).Compared with dry ESP and wet ESP，it has the advantages of less investment，less land occupation，lower running cost and no waste water.Power industry standard“Coal-fired power plant ultra-clean electrostatic-fabric integrated precipitator”promulgated and implemented is conductive to regulato the use of UCEF.With the promotion of ultra low emission of power plants with high ash and low quality coal in the western region，UCEF will play a greater role in the ultra low emission reconstruction projects.

ultra-clean electrostatic-fabric integrated precipitator;technological breakthrough;stability;applicability;energy consumption

X701.2

:B

:1674-8069(2017)01-001-05

2016-10-06;

:2016-11-20

朱法华(1966-)，男，江苏人，博士，教授级高工，长期从事电力环境保护科研工作。E-mail:zhufagua@nepri.com

环保公益性行业科研专项(201509021)