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1 前言

据统计，截至2009年上半年，我国电力总装机容量已突破8亿千瓦，其中燃煤装机占总量的59％。煤炭长期是我国的主要能源，有70％煤炭量使用于电力发电。燃煤电厂产生的烟尘等污染物排放数值惊人。有关资料显示，当前我国火电厂烟尘每年的排放量约360万吨，占全国工业烟尘排放量的35％。微细尘粒（小于10微米）是影响城市大气质量和能见度的主要因素，并严重危害人体健康，其排放量超过250万吨。为有效遏制污染物排放，提高大气质量，国家环保总局于2004年1月，日起颁布执行的《火电厂大气污染物排放标准》，对烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放限值都做了严格的规定，至2010年要求燃煤电厂按区域和时段要求达到≤5Omg/Nm3排放标准。为进一步缩短与发达国家的大气环境质量差距，国家环保部于2009年又向社会发出≤3Omg/Nm3新排放标准征求意见稿，即将执行更高的排放标准。一些省市如广东、北京、天津、南京等已提前实施≤3omg/Nm3排放标准。所以，燃煤电厂必须采取高效、稳定的除尘技术，来有效控制微量的烟尘排放。

2 燃煤电厂除尘现状

2.1 电除尘器

上世纪80年始，我国燃煤电厂进入了除尘转型阶段，淘汰了水磨等落后、低效的除尘装置，逐步推广使用更高效的除尘技术。转型期间电除尘器成了燃煤电厂的主要除尘设备并发挥着重要的作用，它经历20多年引进、吸收、消化和不断地改进完善，设备性能满足较低的排放标准，产品成熟，技术已达到世界先进水平。但由于电除尘受机理的限制，煤种、烟尘比电阻等工况条件直接影响除尘性能，技术上至今无法根本地解决它的适用性问题。如燃用内蒙准格尔、云南宣威、安徽淮北、河南新密等煤种的烟尘工况，电除尘器要满足≤200mg/Nm3排放浓度时均遇到了许多困难，采取适当加大比积尘面积等多种技术措施仍无法明显提高除尘效率。除此之外，我国随煤炭消耗量的快速增长资源已呈日益紧缺，许多电厂无法按设计的煤种供应燃煤已成为普遍事实。因此，即将实施的新排放标准，使电除尘技术面临着烟气条件越来越不确定和排放要求越来越高的矛盾。

电除尘器、湿法脱硫是电厂常用除尘脱硫方式。由于湿法脱硫具有洗涤烟气中部分烟尘的作用，所以可以帮助电除尘器的辅助收尘。许多机组因此降低了电除尘器设计效率来满足≤50mg/Nm3排放标准。这些机组在投运初期，烟囱出口排放浓度可以达标。而随着设备运行年限的增加，可能存在煤种与烟气工况发生变化的情况，这些容易引起电除尘器的效率下降，烟尘排放不但不达标，而且还影响了脱硫装置的正常运行，也降低脱硫后石膏的品质，给电厂带来运行压力和环保排放压力，增加后期除尘再次改造负担并受条件限制增加改造风险，造成较大的经济损失。因此，利用湿法脱硫的除尘作用来弥补电除尘器不足，并非长久之计。
电除尘器的优缺点如下：

2.2 锅炉布袋除尘器

袋式除尘器也称过滤式除尘器，它是利用纤维编织物制作的袋状过滤元件来捕集含尘气体中的固体颗粒物，其特点为：
    ● 除尘效率不受烟尘比电阻等特性影响，出口排放稳定，一般可保证≤50mg/Nm3。

● 烟尘中细微离子容易沉淀于滤袋深层，增加滤袋初始阻力。

● 入口粉尘浓度影响滤袋的设备阻力及使用寿命。浓度越高，滤袋的运行阻力越大，清灰效率越低，滤袋越容易疲劳破损。在燃煤锅炉正常的出口浓度条件下，布袋阻力一般在1500-2000Pa，清灰周期10~15min；在干法脱硫后高浓度烟尘条件下，布袋阻力一般在2000-4000Pa，清灰周期10-15min。                                                  

●对煤种灰份含量变化敏感，适应性差。

●化纤材质滤袋的大上限使用温度为≤250℃ ，不同材质的滤袋抗化学破坏的性能不同。                                           

●设备运行能耗受阻力、清灰效率影响较大。                                      

●结构简单，操作维护方便。

●目前大型机组配用的（3000MW及以上）袋式除尘器尚无成熟的设计技术，现场运行故障率高，不宜大量使用。

上世纪末燃煤电厂除尘技术转型过程中，云南昆明等电厂在100MW机组中尝试性使用了布袋除尘器。由于当时缺乏相关经验，系统烟气工况稳定性差，且当时国内的滤料技术和清灰技术较落后，使布袋除尘当时以失败告终并退出燃煤电厂。到本世纪初，内蒙丰泰、河南焦作等电厂因电除尘器无法达标排放，多台200MW 机组选用了布袋除尘器。内蒙丰泰200MW 机组投运初期取得了成功，扭转了燃煤电厂不适合使用布袋除尘器的格局。长期受电除尘器达标排放难困惑的电厂随即跟风也草率选用了布袋除尘设备，至2008年已有上百台布袋除尘器投入运行，其中大规格已达600MW机组。

2007 年底，全国袋式除尘委员会组织专家和委员单位到山西、北京、内蒙、河南等电厂调研布袋除尘器的应用情况，结果表明：布袋除尘器运行后较好地解决排放问题，但在投运后短期内，普遍出现运行阻力大、滤袋寿命短、清灰故障率高等问题。至今300MW及以上机组没有长期良好运行的成功案例。如内蒙丰泰电厂200MW 机组布袋除尘于2009年在进口前段增加电场的改造，山西阳泉某电厂2台300MW投运于2007年，运行不1年时间出现了大面积破袋，阻力超过引风机负载使机组不能进入满负荷运行。山西某电厂600MW 布袋除尘器，其清灰机构频繁发生故障，各机构维修率为每两天一次，运行阻力无法满足机组满负荷运行。根据应用情况总结，目前燃煤电厂布袋除尘器存在以下不足：

● 不成熟的布袋除尘技术盲目推广。如运动式清灰机构不合理、稳定可靠性不够，清灰系统失效后引起运行阻力大。
    ● 滤袋袋笼的结构性问题引起滤袋损坏。如过于庞大的袋笼结构和悬吊结构缺陷等。

● 研究布袋除尘器的气流分布技术不足。滤袋之间存在气流、烟尘浓度分布不均，引起阻力偏大和破袋。
    ● 一些厂商的技术、成套、工程经验不足，产品和工程存在较大的质量缺陷。
    ● 对燃煤电厂煤种、烟气的化学成分了解和评估不足，滤料选型不正确引起化学腐蚀破损。

● 燃煤电厂掌握运行布袋除尘的经验少，运行管理不当引起设备故障。

2.3 电袋复合除尘器
    电袋复合除尘器是利用前级1一2个电场的高效除尘性能先收集烟气中的大量烟尘，未被收集的少量烟尘通过电场荷电后，进入后级布袋除尘区，由滤袋完成过滤而达到净化烟气目的。它通过电场的收尘以及荷电作用，改善布袋除尘器的工作条件而提高设备的整体性能。

2005 年开始，国内成功研发电袋复合除尘器并开创了燃煤电厂应用先河。该技术有机复合了电除尘、布袋除尘的性能优点，大限度地发挥它们的各自优势。它的高效、低阻、滤袋长寿命、节能等优良综合性能得到多年的应用验证，受到用户和行业的认可。至2009年10月期间，已有100多台套运行于50一660MW机组，根本性解决了燃煤电站所面临烟气条件差与收尘要求高的矛盾，成为了今后燃煤电厂中大型机组优选的高效节能新除尘设备。


2.3.1除尘性能高效稳定
    电袋复合式除尘器适应各煤种的高比电阻烟尘条件，出口排放浓度能够长期高效稳定地满足≤30mg/Nm3以下要求。在大唐许昌龙岗电厂＃2炉35OMW机组、大唐洛河电厂＃2、＃4炉300MW、北京京能热电厂＃1、＃3炉200MW机组等众多已投运项目中，实测排放均可超过设计指标达到10-30mg/Nm3。


2.3.2运行阻力低
    在各种袋类除尘中，滤袋因表层过滤沉积烟尘，随堆积厚度加大而透气性逐渐降低，由此产生的阻力占据整体阻力的70一80％。在电袋复合式除尘器中，由于电场发挥了高效除尘与荷电作用，滤袋堆积粉尘厚度相对速度降低；荷电粉尘形成的“蓬松”堆积结构加大孔隙率提高透气性，这两大因素降低滤袋阻力。

2.3.3
节能显著

电袋复合式除尘器节能主要通过三个方面：

● 降低除尘器阻力而节省引风机的电耗；．滤袋清灰周期得到延长而节省空压机的电耗；   

● 电场配置高频电源，与传统高压整流变相比，获得相同电晕功率的情况下可以节约电耗20％。 

2.3.4
延长滤袋使用寿命

影响滤袋使用寿命的因素有许多，但在相同使用条件下与布袋相比，电袋利于延长滤袋使用寿命的主要因素有：
    ● 滤袋长期运行阻力小，单位面积承受拉伸力小，疲劳破损小；
    ● 清灰频率降低延缓滤袋受清灰气流冲刷引起交变应力破损。

3 执行排放≤30mg/Nm3新标准选择电袋复合除尘器的优势
3.1技术含量高。

电袋复合除尘器是国家863计划和十五科级攻关计划课题之一，2007年荣获国家环保总局科技二等奖，是国家大力倡导应用及产业扶持的高新技术产品，电厂项目在环评阶段选用电袋复合除尘，其高效、稳定、可靠的除尘性能，极易得到社会和相关环评机构的通过认可。

3.2适应国家中长期环保政策要求。 

我国即将执行的烟尘排放感30mg/Nm3标准但与欧美发达国家相比仍然存在差距，目前对PM10级微细尘粒排放量虽未做规定。但迟早将微细尘粒排放纳入排放标准。电袋复合除尘器的电场荷电、凝并作用可以有效地控制烟尘排放量和微细尘粒的烟尘排放量，能够长期适应国家排放标准的提高。

3.3 不因煤种变化而增加烟尘排放量。

电袋复合除尘器能够适应煤种灰份与成分的变化，对煤种引起的烟灰成分、比电阻等变化不敏感，出口排放浓度可长期稳定感30mg/Nm3。

3.4 运行稳定可靠、维护量少。

数年的实践表明，整体式电袋复合除尘器，具有运行稳定可靠、维护量少等优点。
3.5布置场地紧凑，占地面积小。

同比电除尘器，相同宽度的占地条件，长度可缩短1一3个电场长度。
3.6 改善除尘器后端设备运行条件。

由于电袋复合除尘器出口排放浓度长期稳定毛30mg/Nm3，所以能延长风机叶片磨损，改善湿法脱硫设备工作条件，提高石膏品质。


3.7节能。
    据统计若电除尘器能耗为1，则袋除尘能耗为0.95电袋复合除尘器仅为0.8。

4 电厂如何根据工程条件提高电袋复合除尘器可靠性

电袋复合除尘器可靠性主要体现在除尘器具有低的出口排放浓度值、稳定的运行阻力、4年以上的滤袋使用寿命。其中运行阻力和滤袋使用寿命与工程条件有关，电厂在选用电袋复合除尘器时，应从煤种、烟气条件方面了解影响设备可靠性的主要因素，有助于提高电袋设备可靠性。

5 保证电袋复合除尘器可靠性应采取的技术措施

5.1 优选合理可靠整体式结构，充分发挥电场荷电作用

粉尘在电场荷电后到达滤袋表面堆积，能否取得蓬松有序的结构与荷电后所经过的途径有关。途径越短越顺畅，粉尘荷电量损失少，形成的堆积结构就越蓬松，透气性越高。整体式电袋复合结构为荷电烟尘提供了较短和顺畅的途径，既能发挥电场高效除尘作用，又能发挥荷电作用。从而保证了电袋复合除尘器高效和低阻性能，同时具有结构简单紧凑、占地少、运行可靠、便于维护等优点。

5.2 高频电源的集成创新技术，提高电除尘区除尘效率，强化荷电作用

高压供电设备是电除尘器核心技术之一。高频电源同比单相工频、三相中频电源，是当今先进供电技术，频率达20一50KHZ ，特点有：

具有体积小、重量轻，为工频电源的三分之一，变压器与控制柜集成一体化，安装在除尘器顶部，电缆用量大量减少，不占用控制室空间，可节省成本。

● 效率与功率因数大于0.9，相同条件下比工频电源节能20％以上。

● 采用三相电源无缺相损耗，对电网影响小。

● 纯直流供电时，输出电流大，可达工频电源的2倍，输出电压高，可达工频电源的13倍。

● 应用于比较好电场，电场出口粉尘浓度可降低30％—40% ，电场效率提高5％一8％。
高频供电提高前级电除尘区的除尘效率，降低布袋除尘的入口烟尘浓度；强化烟尘的荷电效果，提高细微粉尘凝并能力，改善滤袋表面粉尘堆积结构，提高袋表面粉饼透气性和清灰性能，降低滤袋阻力上升率和清灰频率，延长滤袋使用寿命。


5.3对600MW及以上机组大型化，应采取的技术措施
    ● 进出口之间纵向分隔多4个完全独立隔离的通道，利于各通道的气流分布和实现在线检修功能。

● 袋区高度分段台阶布置，提高气流合理分布性能，合理利用壳体高度空间。
● 增加滤袋长度8一10m
，以降低除尘占地面积。

● 清灰系统采用较大规格脉冲阀，提高单阀喷吹袋数，满足良好的清灰效率要求。

5.4 提高滤袋适应恶劣工况的技术措施

电袋复合除尘器中，影响滤袋提前破损衰减的恶劣工况主要为烟气超温和SOx、NOx等有害成分超标，而且两者有着密切的关系。当运行温度超过滤袋许用上限温度时，将直接破坏纤维强度，同时也加速滤袋与有害成分反应而老化；当运行温度超过烟气酸露点温度下限时，一些有害酸性气体与水化合形成浓酸粘附于滤袋体，将氧化和腐蚀纤维导致破袋。

目前PPS(Ryton)是燃煤锅炉袋类除尘应用为广泛的滤料材质，它具有良好的耐温性、抗酸碱性、抗水解性，但它的抗氧化性较差。从工程实践中发现，PPS滤袋在恶劣工况中的适应性有一定局限，即既不适应160摄氏度以上长期连续运行，也不能低于烟气酸露点以下运行。目前材料厂家在研发提高PPS性能的新技术，一种是厚层纤维覆膜技术，提高PPS纤维的抗酸和抗氧化性能；另外一种为PPS材料的改良，提高耐温、抗酸和抗氧化性能。这些技术有待于工程实践的检验。
    氟化物高分子纤维是当前滤材中耐温与化学稳定性优的材料。该滤料已经在高盐酸工况的布袋除尘器中取得成功应用。在燃用高硫煤的电袋工程项目中，常规PPS滤袋仅有半年的寿命，而氟化物高分子滤袋使用半年后的强度可实现零衰减。对于高硫煤种且易出现频繁低温的工况，要保证滤袋达4年以上使用寿命，氟化物高分子滤袋是佳首选。

5.5 锅炉系统异常运行时的滤袋保护措施

锅炉在起炉点火阶段往往需要投油助燃，此时低温烟气进入除尘后，水、油等污物易粘附于滤袋而堵塞微孔，增加滤袋初始阻力。所以电袋复合除尘器在每次点炉前必须经过充分的预涂灰，即在滤袋表面形成粉煤灰保护层。利用灰层吸收水、油污物而达到保护滤袋目的。当除尘入口温度达到正常运行温度时，开启清灰系统清除表面污物。
    条件允许时电袋复合除尘器可以设置旁路烟道，当锅炉系统异常时，旁路烟道可作为烟温超高、超低时的保护。

6 结束语

我国燃煤电力发展迅速，有许多在建设和即将建设的燃煤电厂。他们正处于国家环保排放鉴30mg/Nm3新标准颁布前夕。如果除尘设计出口排放值无法满足新的标准要求，会给电厂生产带来烟尘排放不达标或再改造等困惑。电袋复合除尘器的设计布置灵活便捷，适应新电厂设计阶段的选用，也适合在建设阶段的除尘改型，它的诞生与发展将成为我国燃煤电厂实施“节能减排”环保政策时期广泛采用的主流新技术。