燃煤锅炉烟气除尘技术的现状及进展.doc
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1、环境工程Environmental Engineering#燃煤锅炉烟气除尘技术的现状及进展陈冬林吴康曾稀(长沙理工大学能源与动力工程学院,长沙410004)摘要:介绍了现阶段国内燃煤锅炉烟气除尘技术,包括静电除尘、袋式除尘和电袋复合除尘的原理、特点和改进方向, 并对近年来国内外发展的烟气除尘新技术的原理及研究现状进行评述,展望了国内燃煤锅炉烟气除尘技术的发展前 景与技术方向。关键词:燃煤锅炉;除尘技术;新技术;PM2.5 DOI: 10. 13205/j.hjgc.201409016REVIEW ON TECHNOLOGY FOR DUST REMOVAL FROM FLUE GAS OF
2、COALFIRED BOILERSChen Donglin Wu Kang Zeng Xi(School of Energy and Power Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410004, China)Abstract I The present technologies for dust removal from flue gas, such as electrostatic precipitation, bag hose precipitation and electric and
3、 bag composite precipitation were discussed. Principles, characteristics and improvement direction of then were introduced. Then the situation of application and principle of new technologies for dust removal from flue gas developed in recent years were commented. As well as the development of techn
4、ology for dust removal from flue gas of coal-fired boilers in China was presented.Keywords I coalired boilers; dust removal technology; new technology; PM2 5?1994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 收稿日期:2013 -10-24我国是煤炭消费大国,每年消耗原煤约21.5亿t, 约70%被燃煤电厂使用10。我国能源
5、结构决定了以 煤炭为主的火力发电格局。煤炭燃烧会产生大量的 粉尘颗粒,其中细微粉尘PM2.5会引起心肺呼吸道疾 病,同时也会引起灰霾天气,导致大气能见度下降。国家环保部于2011年发布了 GB 13223 2011 火电厂大气污染物排放标准,规定火力发电锅炉 烟尘排放浓度最高限值为30 mg/m3,重点地区最高 限值为20 mg/m3;2012年发布GB 30952012环境 空气质量标准,将PM:5写入国标,并纳入各省市的 强制监测范畴;2013年国务院发布(大气污染防治行 动计划,明确了具体任务,提出了十条具体措施。 随着各文件的出台,燃煤锅炉除尘领域面临着前所未 有的压力和挑战,仅靠对现
6、有除尘器的常规改造,很 难满足新的烟尘排放标准。特别对PM2 5的排放控 制,成为燃煤电厂亟待解决的难题。1我国烟气除尘技术现状目前我国电除尘器的生产规模和使用数量均居 世界首位,电除尘技术接近世界先进水平。布袋除尘 器的技术核心在于滤料,随着材料科技的不断进步, 袋式除尘技术得到广泛应用。电袋复合除尘技术是 基于静电除尘和袋式除尘两种成熟的除尘理论,由我 国自行研发提出的新型除尘技术,近几年已在多家电 厂成功应用。我国火电厂各除尘方式所占比例见图1图1我国火电厂各除尘方式所占比例 Fig. 1 Proportion of different dust removal technologies
7、 for thermal power plants in China73大气污染防治 Air Pollution Control?1994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 1.1静电除尘技术静电除尘器(ESP)的主要工作原理是在电晕极 和收尘极之间通上高压直流电,所产生的强电场使气 体电离、粉尘荷电,带有正、负离子的粉尘颗粒分别 向电晕极和收尘极运动而沉积在极板上,使积灰通过 振打装置落进灰斗。由于静电除尘器基于荷电收尘机理,静电除尘器 对飞灰性质(成分、粒径、密度、比电
8、阻、黏附性等)十 分敏感,特别对高比电阻粉尘、细微烟尘捕集困难,运 行工况变化对除尘效率也有较大影响。另外其不能 捕集有害气体,对制造、安装和操作水平要求较高。对现有静电除尘器提效改造技术有三种可行方 向:改进静电除尘器(包括静电除尘器扩容、采用电 除尘新技术及多种新技术的集成)、电袋复合除尘技 术、湿式电除尘技术。1.2 袋式除尘技术袋式除尘器的主要工作原理包含过滤和清灰两 部分。过滤是指含尘气体中粉尘的惯性碰撞、重力沉 降、扩散、拦截和静电效应等作用结果。布袋过滤捕 集粉尘是利用滤料进行表面过滤和内部深层过滤。 清灰是指当滤袋表面的粉尘积聚达到阻力设定值时, 清灰机构将清除滤袋表面烟尘,使
9、除尘器保持过滤与 清灰连续工作。袋式除尘器最大缺点是受滤袋材料的限制,在高 温、高湿度、高腐蚀性气体环境中,除尘时适应性较 差。运行阻力较大,平均运行阻力在1 500 Pa左右, 有的袋式除尘器运行不久阻力便超过2 500 Pa2。 另外,滤袋易破损、脱落,旧袋难以有效回收利用。美国环保署的环境技术认证(Environmental Technology Verification, ETV)项目对 ePTFE 覆膜滤料 做过的性能检测发现滤料覆膜可一定程的地控制 PM2 5和消除有害气体3 ,此项目对袋式除尘技术的 发展有较好的引导作用。改进袋式除尘器可从三个 方面进一步研究:滤料覆膜,滤料的改
10、进创新,旧袋的 有效回收利用。1.3电袋复合除尘技术电袋复合式除尘器的工作过程是,含尘烟气进入 除尘器后,70% 80%的烟尘在电场内荷电被收集下 来,剩余20% 30%的细烟尘被滤袋过滤收集。电 袋复合式除尘器兼容了静电除尘器和袋式除尘器的 优点,较好的弥补了两者的不足,除尘机理科学合理。电袋复合式除尘器主要有臭氧腐蚀、运行阻力较 高、投资大、占地面积大等缺点,滤袋寿命短及换袋成 本高仍是其重要问题。电袋复合式除尘器的改进有三个方面:优化静电 除尘单元和袋式除尘单元的长时间协同作用以及相 对结构布置,消除静电除尘单元产生的臭氧,滤料的 技术创新。2烟气除尘新技术由于种种实际因素,上述三种除尘
11、器很难满足烟 气出口排尘量低于30 mg/m3的新标准,尤其对PMi5 的排放控制不佳。近年来,国内外学者对除尘新技术 进行了大量的理论研究和实验论证,如聚并技术、湿 式电除尘技术、旋转电极技术、高频电源技术、烟气调 质技术,许多技术已获得突破性进展并初步开始应 用,但仍需完善和改进。2.1聚并技术聚并是指微细粉尘通过物理或化学的途径互相 接触、碰撞而结合成较大颗粒的过程。微细烟尘聚并 成较大颗粒后,更容易被除尘器捕集,提高了微细烟 尘的脱除效率。当前国内外研究的聚并技术主要有: 电聚并、湍流凝并、声聚并、蒸汽相变聚并、化学聚并 和光聚并等。电聚并是各聚并技术中最实用有效的方法。电 聚并是通过
12、细颗粒荷电,促使细颗粒相互吸引、碰撞、 聚并,使细颗粒团聚成大颗粒。电聚并的效果取决于 粒子的浓度、粒径、电荷的分布以及外电场的强弱(图 2)。图2电聚并原理示意Fig. 2 Principle of particle agglomeration in electric field澳大利亚Indigo (英迪格)技术有限公司于2002 年推出了 Indigo凝聚器工业产品,至2008年10月, Indigo凝聚器已经在澳大利亚、美国、中国等国家的 8家电厂中使用,测试结果表明,PM: 5、PMi 0排放可 分别减少80%、90%以上4。自2007年始,华北电 力大学和北京大学共同参与国家“86
13、3”课题“超细颗 粒物聚并新技术开发”,从实验和理论计算两方面对 超细颗粒物湍流聚并技术进行了大量研究,自行研发 出一套双极荷电-湍流聚并装置0。此外,自2011 年始,北京大学与长沙理工大学合作,设计了 2台超 细颗粒聚并器,并在大唐湖南耒阳电厂300 MW锅炉 机组上开展了实验研究,目前仍在考核实验,测试结 果中超细颗粒聚并效果显著。该技术不仅能较大幅度提高除尘效率,还能对 PM2.5有效控制,工艺简单可靠,有广阔的应用前景。 由于电聚并器般安装在电除尘器的烟道前,其安装 空间受到了一定限制。另一方面因烟道内气流速度 大,不适用于收集磨琢性强的烟尘。此外,如何减少 在电聚并器段的压力损失也
14、是目前测试阶段需要解 决的问题。2.2 湿式电除尘技术湿式电除尘技术与干法静电除尘技术对粉尘捕 集的原理基本相同,两者结构也类似。所不同的是清 灰方式,湿式除尘器取消了传统的机械振打清灰方 式,通过烟气与水接触使飞灰沉降。根据湿式除尘器 原理和结构的不同,有自激式除尘、麻石水膜除尘、喷 淋式除尘三种主要形式。日本中部电力碧南电厂五台机组(3 x700 MW + 2 x1 000 MW)使用湿式静电除尘器后,其排放浓度 长期稳定在2 5 mg/m3,远低于日本国家标准和新 国标的要求,表明湿式静电除尘器能高效地除去烟气 中的烟尘6。2010年,由中国重型机械研究院有限 公司设计的湿式电除尘器应用
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