燃煤电厂烟尘控制的重要技术支撑
栏目:行业新闻 发布时间:2015-08-31
煤电行业要准备应对更严格的环保标准。袋式除尘是燃煤电厂现在和未来烟尘控制的重要技术支撑。与其他除尘技术相比,袋式除尘可实现最低和最稳定的排放浓度,并且最为经济、运行能耗最低、维护工作量最小。

1煤电行业要准备应对更加严格的排放标准  

我国是煤炭生产和消耗的第一大国,以煤炭为主要能源的格局还将维持很长的时期。煤电行业是煤炭的最大用户。2012年底,我国煤电装机约7.6亿千瓦,煤炭消耗量约19亿吨。  

毫无疑问,煤电行业也是燃煤烟尘最重要的贡献者。2010年我国电力烟尘排放量约160 万吨,占当年全国工业烟尘排放总量的26.5%。而且,在燃煤锅炉排放的烟尘中,微细粒子占据相当大的比例,绝大部分为PM10,约90%为PM2.5以下的可入肺颗粒物。这些微细粒子是影响城市大气质量和能见度的主要因素之一,严重危害人体健康。  

为了有效控制燃煤锅炉烟尘污染,国家一再修订火电厂大气污染物排放标准,新标准规定火电厂烟尘排放应小于30mg/Nm3,重点地区应小于20mg/Nm3。从排放限值来看,新标准已经接近欧美发达国家的水平,但从另外的角度考虑,则与控制PM2.5的要求差距甚远。  

随着国民经济的发展,煤炭产量逐年迅速攀升,2012年我国煤炭产量36.5亿吨,为十年前的2.6倍。2011年我国煤炭消耗量占全球当年煤炭总产量的46%,大部分用于发电或作为工业和民用燃料。如果忽略煤种和锅炉类型的差别,是否也可以说,我国产生的燃煤烟尘也占据世界总量的半壁江山呢?  

我们排放世界最多的大气污染物,但我们却不具有世界最大的容纳空间。世界陆地总面积为1.49亿平方公里,除去南极洲面积1400万平方公里,在有人居住的1.35亿平方公里面积中,中国国土只占7.1%。就是说,我国在世界7.1%的面积上产生46%的烟尘,而世界其余92.9%的面积上仅产生54%的烟尘,如果我们的大气污染物排放限值与其他国家相同,按照每平方公里计算的烟尘量,我国将是世界其他地区的平均值的11.15倍。  

我国排放大气污染物的重点行业也在全球占据显著地位:2011年我国粗钢产量占世界产量的45.5%;自2002年以来,中国十种有色金属产量一直居世界第一;水泥行业的情况更为突出,2011年产量占据全球产量的60%左右。按此计算,平均每平方公里国土所容纳的水泥行业烟(粉)尘量是世界其他地区平均值的19.6倍。  

由于经济发展的不均衡性,在我国的局部区域,大气污染物的平均数量将更高。国家环境保护部吴晓青副部长指出,京津冀、长三角、珠三角三个区域,国土面积仅占我国国土面积的8%左右,却消耗全国42%的煤炭,52%的汽、柴油;生产全国55%的钢铁,40%的水泥;SO2、NOX和烟尘排放量均占全国的30%,单位平方公里的污染物排放量5倍于其他地区。既加剧了PM2.5的排放,更加重了霾的形成。这些地区每年出现霾的天数在100天以上,个别城市甚至超过200天。  

综上所述,在现有标准下,我国要实现大气环境质量全面和根本好转的目标不容乐观。何况,我国经济还将迅速发展,以火电为例,预计到2015 年,我国火电装机将突破10亿千瓦,2020年可达12.5亿千瓦。国家和广大民众不可能容忍大气环境长期污染,不可能容忍大气污染治理达标的愿望迟迟不能实现。所以,不能认为现有的标准就是最严格的了,制订并实施更加严格的标准势在必行,实行更加严格的监管也势在必行。今后制订的新标准中必将包括PM2.5和汞的指标。包括火电行业在内的各有关行业都需要认真准备应对更加严格的环保标准。  

2 袋式除尘是煤电行业烟气除尘的重要技术支撑  

作为排放浓度最低的除尘技术,袋式除尘能为最严格的标准提供最可靠的技术支撑,也是煤电行业烟气除尘的重要技术支撑,是减少大气污染物排放的主力军。在本世纪的最初十年中,我国两次修订大气污染物排放标准,得益于袋式除尘技术的有力支持,对削减污染物排放发挥了重大作用。  

在产生粉尘或烟尘的各个行业中,凡采用袋式除尘技术的系统,其固体颗粒物排放浓度普遍稳定在30 mg/Nm3以下,远远低于采用其他除尘技术。电解铝含氟烟气净化系统的粉尘排放浓度均低于10 mg/Nm3。在炼铁行业,高炉煤气净化后进入压力透平机发电,其含尘浓度一律低于5 mg/Nm3;水煤气的净化也获得同样效果。垃圾焚烧发电厂的烟尘中含有二噁英等剧毒物质,必须严格控制排气含尘浓度才能严格控制二噁英,许多系统的排放浓度均低于5mg/Nm3。  

袋式除尘技术在煤电企业锅炉烟气除尘的应用同样取得很好的效果,如表1列举的几个电厂粉尘排放浓度。  

需要说明的一点是,下述这些排放达标甚至远低于国家排放限值的袋式除尘系统,都是采用目前常规的袋式除尘设备、滤料、控制系统和运行参数而实现的,并非花费昂贵的代价所换取。这说明,现有袋式除尘技术可以支持排放限值更低的环保标准。之所以有一部分袋式除尘系统不尽人意,除了少量以次充好、假冒伪劣因素之外,主要是在对袋式除尘技术的理解、对相关标准和规范的遵循、制作和安装质量的把握、运行管理的到位与否等方面出现问题,而不在袋式除尘技术本身。

在控制PM2.5方面,虽然目前尚未大量进行专项研究,但现有袋式除尘技术对微细粒子已经达到相当高的捕集效率。对覆膜滤料的测试表明,该种滤料对0.01μm~1.0μm粉尘的分级捕尘率可达97%~99%以上,总捕尘率可达99.999%,比未覆膜的滤料高一个数量级。  

超细面层滤料对于微细粒子也有很好的捕集效果。国内自主研发的赛膜高精滤料,由纤度为0.08旦的超细纤维针刺而成,并进行特殊的后处理。与纤度2.2旦的普通纤维制成的针剌毡相比,具有更细、更加均匀的孔隙,有更高的孔隙率,对微细粒子的捕集效果与覆膜滤料相当。  

水刺是一种新的滤料制造工艺,由极细的高压水柱形成水针,其直径比针刺工艺所用刺针更细,所以水刺毡几乎没有针孔,表面比针刺毡更光洁、平整。水刺毡滤料具有更高的过滤精度,对PM2.5具有更好的捕集效果。由于水刺不会损伤纤维,可降低滤料的克重而不影响其性能,并可使用玻纤织物作为基布,从而降低滤料成本。  

3 袋式除尘系统的几个问题  

3.1 设备阻力  

表2列出几个电厂袋式除尘器的设备阻力。

与十年前相比,袋式除尘器的阻力已经显著降低,这种变化主要缘于以下因素:  

1)脉冲喷吹这种有效的清灰方式被普遍认可和采用,滤袋表面积附的粉尘层不致过厚,从而导致过滤阻力降低。  

2)直通均流的进、排气方式,大幅度降低了除尘器的结构阻力。  

3)气流组织与合理分布技术显著提高,含尘气流的均匀性得以增加,减少了气体流动的无谓消耗。  

4)滤料技术迅速进步,超细面层滤料、泡沫涂层滤料的出现,以及PTFE乳液浸渍处理的广泛应用,使得滤料具有类似覆膜滤料的表面过滤功能。其粉尘剥离性能好,同时微细粉尘不易进入滤料深层,因而阻力降低,且剩余阻力随时间上升缓慢。  

超细面层滤料使用成功的实例之一是宝钢电厂3号机组。选用超细面层(占30%)针刺毡,并经PTFE乳液渗膜处理。不但袋式除尘器阻力低(参见表2),而且运行50个月后阻力基本不变。图1所示为该除尘器运行40个月后的滤袋,其表面的绒毛清晰可见,表明清灰效果良好。

3.2 滤袋使用寿命  

1)宝钢电厂3号机组  

电改袋工程于2009年6月16日竣工投运。在四年多的时间内,袋式除尘器经受了全燃煤、最大混烧高炉煤气、机组满负荷发电、烟气喷雾冷却加湿、锅炉水冷壁爆管等多种工况的考验,一直稳定运行。9954条滤袋在连续运行28个月时,未见任何破损。经取样检测,各项指标完全正常,现场运行状况及参数良好。2013年8月26日因发电机故障停机,全面检查袋室,共发现并更换10多条局部磨破滤袋,亦即在50个月使用期内破袋率为0.12%。  

表3为该机组电改袋前后,委托实测的运行参数对比。

2)湘潭发电公司  

1号机组电改袋工程于2009年7月竣工投运,至2013年9月,已运行50个月,滤袋正常。计划于2014年更换滤袋。  

2号机组电改袋工程于2010年7月竣工投运,至2013年9月,已运行38个月,滤袋正常。尚无更换滤袋的计划。  

上述只是滤袋长寿命的两个实例。实际上,有一大批袋式除尘器在燃煤电厂锅炉烟气除尘中实现滤袋长寿命,其中寿命最长达到90个月。  

3.3 运行电耗  

宝钢电厂将电改袋的3号机组与仍采用电除尘器的1号机组和2号机组的实际电耗进行了比较。  

与电除尘器相比,袋式除尘器阻力增加约600Pa~800Pa,吸风机的功率增加,与电改袋前(4电场电除尘器时)相比,吸风机6000V电动机电流增加约20A,此时的功率因数为0.88;2台吸风机多消耗电功率为366kW。另外,除尘器设有948个脉冲阀,定时喷吹周期设定值为5400秒,计算得到空压机电功率为16kW。两项合计,当机组全烧煤350MW时,袋式除尘器增加的电功率为382kW。  

在机组全烧煤350 MW时,1号机组5电场电除尘器电功率为1071kW;2号机组3电场电除尘器电功率为802kW (均抄自电除尘器供电装置显示值)。  

两台电除尘器电场供电平均功率为936kW,而袋式除尘器增加的功率为382kW,因而电改袋后实际减少功率554kW。按2012年3号机组运行7902小时计,年节省用电430多万度。  

3.4 维护工作量  

与电除尘器相比,袋式除尘器的维护工作量要少得多。张家港沙洲电厂、国电湘潭发电公司、宝钢电厂等众多电厂都得出同样的结论:几乎没有日常维护工作量。  

3.5 对湿法脱硫的影响  

在考虑经济效益时,应当将采用袋式除尘器对湿法脱硫的利好因素计算在内。  

宝钢电厂仍采用电除尘器的1号和2号机组,下游的湿法脱硫塔和GGH腐蚀、堵塞严重,需要在6个月内停机清理和检修。而电改袋后的3号机组,进入脱硫系统的烟尘浓度≤20mg/Nm3,湿法脱硫塔及GGH原来存在的腐蚀、堵塞等问题得以消除,大大减轻了维护管理工作量,脱硫石膏的品质得以显著提升。  

上海另一电厂的情况也很说明问题。在采用电除尘器的条件下,湿法脱硫的GGH每3个月即需清理,届时须停机7天,仅发电损失即超过两千万元。改为袋式除尘器后,避免了GGH的堵塞及由此导致的损失。  

4 结语  

袋式除尘器可以实现最低的粉尘排放浓度,可以满足最严格的环保标准。经过十多年的努力,袋式除尘滤袋的寿命显著延长,在一批电厂的应用已经超过四年,并还在继续使用。袋式除尘器的阻力也普遍下降,许多电厂长期保持设备阻力低于900Pa。在燃煤电厂现有的各种除尘设备中,袋式除尘器的投资最低、运行能耗最少、占地面积最小、维护工作量最少、最有利于后续湿法脱硫系统的运行。袋式除尘技术还在迅速发展,它不但对燃煤电厂现在的烟尘