火電行業怎樣治理PM2.5？
來源：中國環境報第6版 閱讀：4470 更新時間：2012-05-10 10:26新修訂的《環境空氣質量標準》作為基礎性標準，對火電、水泥等相關行業的污染控制都將產生重要的倒逼作用。對火電企業來說，應圍繞新的《環境空氣質量標準》和新的《火電廠大氣污染物排放標準》要求，將環境保護放到關系行業生死存亡的高度來重視。而對為這些行業提供環境服務的環保企業來說，更應該多一些戰略目標和戰略判斷，針對火電行業可能面臨的各種難題早做技術攻關和研發，及時解決行業面臨的困難。
業內分析，新的《環境空氣質量標準》明確提出PM2.5的控制要求，將從根本上提高大氣污染物的排放要求，從而推動除塵、脫硫、脫硝、脫汞等技術和市場的發展，為相關產業帶來商機。所以，這是企業發展的新藍海，也是企業從行業洗牌中脫穎而出、提升自身價值的必要戰略。
去年以來，PM2.5成為公眾熱議的環保大事。隨著新修訂的《環境空氣質量標準》正式發布，PM2.5首次被納入常規空氣質量評價。治理PM2.5污染從何入手？作為污染物排放大戶的火電行業備受關注。
今年1月1日起，修訂后的《火電廠大氣污染物排放標準》開始實施，二氧化硫、氮氧化物等各項污染物的排放限值被加嚴，其中，新建燃煤發電機組鍋爐煙塵排放濃度要小于30mg/m3，重點地區要小于20mg/m3，相關設施的改造勢在必行。
燃煤電廠煙氣中不僅包括直接排放的一次顆粒物，二氧化硫、氮氧化物等污染物也是生成二次顆粒物的重要前體物。如何提高煙氣中細顆粒物的捕集效率？在多種污染物排放限值都被加嚴的背景下，能否實現多污染物的協同控制？能否在減排污染物的同時，有效降低成本，實現經濟與環保的雙贏？
作為我國大氣污染治理行業的龍頭企業，福建龍凈環保股份有限公司在20多年的低排放煙氣除塵設備開發中，開展了大量的燃煤高效除塵技術試驗研究和工程應用實踐，并前瞻性地加強了細微顆粒粉塵和多污染物協同控制領域的相關研發，開發出了濕式電除塵技術、電袋復合除塵技術、機電多復式雙區技術、余熱利用高效節能電除塵技術、循環流化床干法煙氣多污染物協同控制技術等一系列控制PM2.5顆粒物的新技術。實踐表明，這些技術在節能減排方面效果明顯。
接近零排放的濕式電除塵技術
濕式電除塵器作為控制燃煤煙氣PM2.5非常有效的設備，在發達國家的電力等工程領域得到了廣泛應用，僅日本三菱重工就已有32臺套應用于電廠。美國BruceMansfield 電廠、Mirant’Dickerson 電廠等多家電廠測試報告表明，濕式電除塵器對PM2.5的去除效率均高于95％，粉塵排放濃度低于5mg/Nm3。
基于濕式電除塵在脫除PM2.5方面具有的獨特優勢，龍凈開展了大量燃煤鍋爐濕式電除塵器的技術研發工作，并自主設計制造了國內領先的濕式電除塵器綜合實驗臺、多功能熱態除塵試驗臺、大型氣流物模試驗平臺、理化分析試驗臺、CFD數值模擬仿真研究室等試驗研究平臺。
經過多年的研究和攻關，在吸收國外先進技術的基礎上，龍凈成功研發出LKWESP型濕式電除塵器。
LKWESP 型濕式電除塵器一般用于濕法脫硫之后，可控制SO3酸霧、控制PM2.5、脫除汞等重金屬，具有無二次揚塵、除塵效率高、壓力損失小、無運動部件、防腐性能高、維護費用低、工作于煙氣露點溫度以下、結構緊湊、占地面積小等優點。
一方面，LKWESP型濕式電除塵器可將煙塵排放濃度控制在10mg/m3以下，由于取消了振打，避免了粉塵的二次飛揚，在很多應用場合可將粉塵排放控制在5mg/m3以內，基本接近零排放。
另一方面，LKWESP 型濕式電除塵器還可以對SO3酸霧、汞等重金屬進行有效控制。在電除塵器內部通過噴霧增濕，荷電后的SO3酸霧在靜電凝聚作用下粒徑增大，被捕集于極板并與水膜形成稀酸，去除效率可達95％以上。同時，基于電除塵器內部過飽和環境和靜電脫除效應，對煙氣中顆粒汞、氧化汞的脫除效率高達60％以上。
據介紹，LKWESP 型濕式電除塵器有三大工藝特點。首先，采用高強度、高抗腐蝕性合金材料制成的合金極板，板面平整光滑，能有效保證濕式電除塵器極板表面水膜平整光滑，避免了“死區”和粉塵堆積。
其次，超細霧化噴嘴在較低壓力下能優質霧化，迅速傳遞液滴與熱量，不但能有效對濕式電除塵器的細微顆粒物進行浸潤，對微細顆粒起到凝結作用，而且能保證極板表面水膜分布均勻。
第三，龍凈與澳大利亞科學技術與工程學院合作建設了CFD數值模擬仿真研究室，根據現場工程的布置需要，采用CFD計算軟件對其進行流場優化模擬，保證濕式電除塵器內部流場均勻，無旁路與泄漏。
此外，LKWESP型濕式電除塵器可與濕法煙氣脫硫設備組合，解決脫硫后的煙氣排放問題，并可應用于氨法脫硫后脫除酸霧氣溶膠、麻石水膜除塵器提效改造、鋼鐵行業微細顆粒物捕集，還可應用在陶瓷、玻璃、冶金等窯爐的消煙除塵上。
目前，LKWESP 型濕式電除塵器中試工程已經在福建上杭瑞翔紙業20t/h循環流化床鍋爐中應用。針對業主所選煤種和鍋爐爐型，龍凈在設計過程中解決了極板極線形式和連接方式定型、霧化和噴淋噴嘴定型、設備防腐材料和施工單位選擇、設備供水和水處理方式定型、設備流場和阻力優化等諸多技術問題。
2012年2月12日，這一項目一次性成功投運，運行期間，進口含塵濃度513mg/Nm3，出口排放達到9.3mg/Nm3，除塵效率高達98.14％(一個電場)。
中美技術合作，電袋復合除塵技術再登新臺階
煤質多變是我國燃煤電廠普遍面臨的一個棘手問題，這也成為很多人擔心普通電除塵技術減排效果的關鍵問題之一。
FE型電袋復合除塵器可有效解決這一問題。這一技術能適應各煤種的高比電阻煙塵條件，出口排放濃度能夠長期高效穩定地滿足30mg/Nm3以下排放要求，可廣泛應用于電力、水泥、冶金等各種工業窯爐煙塵治理。據悉，這是龍凈自主開發和技術創新的新型高效節能環保除塵產品，具有完全自主知識產權。
這一技術通過前級電場的預除塵作用收集大部分粗顆粒粉塵，并使未收集的細微顆粒粉塵荷電凝并為較粗的顆粒粉塵，再被后級的袋區收集。它對細微顆粒的捕集效率可達99％以上，同時對重金屬砷、鎘、汞等也有很好的去除效果，可實現多污染物協同控制，對控制PM2.5的排放作用明顯，可為《環境空氣質量標準》的實施提供技術保障。
一直以來，龍凈環保對電袋技術的研究及創新就沒有停止過。近年來，龍凈重點開發研究了長濾袋技術、新結構濾料、大氣量脈沖閥、高頻電源應用、煙氣氣路和氣流均布等新技術。同時，公司對電袋除塵器在大型化應用中有害氣體對濾袋影響、提高電袋對PM2.5顆粒的捕集能力、電區和袋區合理分級效率等課題進行了研究，先后獲得了近20項專利。
2012年3月15日，由龍凈環保設計制造的河南新密電廠1000MW機組電袋除塵設備順利通過168小時試運行。運行期間，除塵器各室出口排放小于30mg/Nm3，進出口壓差小于800Pa，噴吹清灰周期達4.6小時，其他各項指標均達到優良水平，獲得了業主的一致好評。這一項目是目前世界上最大的電袋復合除塵器，也是國內第一個1000MW機組配套電袋除塵項目，代表了除塵領域電袋除塵技術的世界最高水平，其成功投運標志著龍凈電袋技術再上新臺階。
為進一步鞏固龍凈環保在電袋除塵技術領域的優勢和地位，經過多次技術交流與洽談，2010年11月，龍凈與美國能源與環境研究中心(EERC)正式簽訂嵌入式電袋(AHPC)專利許可協議。
嵌入式電袋(AHPC)技術就是在除塵器內同時安裝電場通道和濾袋排，而且電場通道與濾袋排有序交錯排列。
進入除塵器的氣流和粉塵首先被導向電場通道，粉塵在這些通道中出去，而攜帶少量粉塵的氣體將通過多孔極板上的小孔流向濾袋，經濾袋過濾，將剩余的粉塵除去。在濾袋脈沖清灰時，脫離濾袋的塵塊經多孔極板回流，在電除塵區域被捕集，減少了粉塵重返濾袋的機會。同樣，收塵極板振打清灰時，未落入灰斗的粉塵也會被濾袋捕集。多孔極板除了捕集荷電的塵粒外，還能保護濾袋免受放電的破壞。
據介紹，這一技術在實驗室里測試對0.01~50μm粒徑范圍內顆粒物的捕集效率高達99.99％，濾袋的氣布比可達一般脈沖袋式除塵器的3倍，大大減少了濾袋數量，而且電除塵部分的部件也比普通電除塵器少。因此，AHPC不僅可以有效減少投資，因為濾袋的清灰頻率比普通袋式除塵器更低，還可以延長濾袋壽命，運行維護費用也隨之降低。通過吸收消化AHPC技術，將AHPC技術和自身的電袋技術進行優勢互補，龍凈環保的電袋技術可謂如虎添翼。
電袋復合除塵器有機結合了電除塵的荷電除塵及袋除塵的過濾攔截機理，粉塵在電場區荷電且大部分被捕集，而未被捕集的細顆粒粉塵經過荷電后，更易被袋區捕集。為了研究荷電對粉塵捕集的影響，龍凈環保與清華大學進行合作。
研究發現，荷電粉塵具有一定的聚并效果，有利于細微顆粒的捕集。電袋復合除塵器袋區的荷電粉塵除塵機理主要表現為兩個方面:一是荷電粉塵由于同極電荷相互排斥，排列規則有序，提高了粉塵層孔隙率，有助于提高清灰效率，降低阻力；二是荷電粉塵由于異極電荷相吸發生顆粒凝并，提高了細微顆粒的捕集率并降低阻力。
同時，清華大學的宋薔博士研究發現，經布袋除塵器排放的粉塵中PM2.5顆粒約占13％，而經電袋復合除塵器排放的粉塵中PM2.5顆粒僅占4％。
2012年3月中旬，龍凈對某電廠電袋復合除塵器PM2.5排放進行監測。結果表明，這一除塵器對PM2.5脫除效率達99％以上，這說明電袋復合除塵器對PM2.5具有高效的脫除性能。隨著濾袋選型技術的不斷突破，采用電袋復合除塵器將可成為未來燃煤鍋爐控制PM2.5細微顆粒粉塵的主要措施。
抑制細顆粒物逃逸的雙區電除塵技術
常規電除塵器是一種單區電除塵器，荷電和收塵在同一區域完成，很難兼顧荷電和收塵都達到最佳狀態，因此對微細粉塵的捕集效率較低。對此，早在20世紀末，龍凈就圍繞如何提高微細粉塵捕集效率，開展了大量雙區電除塵技術理論的研究和實踐，開發了新型的機電多復式雙區電除塵技術，并于2005年獲得了國家專利。
雙區電除塵技術對微細粉塵具有良好的捕集效果，常用于煙霧捕集，但極少用于燃煤煙氣除塵。針對常規單區電除塵器難以捕集0.5μm～2μm細微粉塵的實際情況，龍凈早在2001年初就開始研究解決細微粉塵的荷電與收塵問題。機電多復式雙區電除塵器不僅能有效抑制電除塵器末電場細微粉塵逃逸，高效捕集荷正、負離子的細微粉塵，還可以大幅減少二次揚塵。
為什么新型雙區電除塵技術對微細粉塵具有很高的捕集率？因為這種新型雙區電除塵，在電場結構設計方面，不僅將粉塵荷電區與收塵區分開，而且采用連續多個小雙區進行復式配置。同時，在配電上，采用獨立電源分別對荷電區與收塵區供電，使荷電與收塵各區段的電氣運行條件最佳化。
由于收塵區采用了高場強的圓管—板式極配，實現了高電壓低電流的運行特性，有效提高了對電除塵器后級電場細微粉塵的捕集，并可有效抑制高比電阻粉塵條件下的反電暈發生和低比電阻粉塵條件下的粉塵二次反彈，管式電極還可以收集荷正電粉塵，從而有效提高除塵效率。
2004年，龍凈設計投運了國內第一臺雙區電除塵器。截至目前，雙區電除塵器已累計成功投運近百臺，最大配套火電裝機容量為100萬千瓦機組。
應用實踐表明，雙區電除塵器收塵區內不會發生反電暈，能夠較好地抑制電除塵器末電場細微粉塵逃逸，捕集荷正、負離子的細微粉塵，并可以有效捕集PM2.5等細微粉塵。
實現環保與節能雙贏的煙氣余熱利用技術
受煤質波動及其他因素影響，當前國內燃煤電站鍋爐排煙溫度普遍偏高，通常高于設計值20~50℃。一方面，由于排煙溫度高，將造成粉塵比電阻值增大，煙氣量變大，影響電除塵效率進一步發揮，往往造成煙塵排放濃度較高；另一方面是熱損失嚴重，造成較大資源浪費，不符合進一步加大節能減排的國家政策。
有沒有一種方式或裝置能把煙氣溫度降下來，進而降低粉塵比電阻，減小煙氣量，提高除塵效率、實現低排放的同時還能把這部分熱量利用起來呢？答案是肯定的。
2008年，龍凈環保就已著手研究如何通過余熱利用實現環保、節能的雙贏，還成立了“煙氣余熱利用高效節能電除塵器技術開發”專題組，專門研發既減排又節能的電除塵技術。
2010年，龍凈環保在廣東粵嘉電力6#機組上成功實施了余熱利用高效節能電除塵器提效改造，實現煙氣降溫30℃，電除塵器出口煙塵排放由改造前的100mg/Nm3下降到20~30mg/Nm3，相當于每發一度電平均節省電煤消耗約2.6g、引風機每小時節省電耗約25度電。
繼首臺樣機開發成功后，龍凈環保又先后在粵嘉電力5#機組、龍巖坑口電廠3#爐上取得煙氣余熱利用技術的工程應用，均獲得非常顯著的經濟、環境效益。
協同脫除PM2.5的循環流化床干法脫硫技術
燃煤電廠是細顆粒物的主要排放源之一，由燃煤電廠排放的PM2.5分為可過濾顆粒(即一次PM2.5)和可凝結顆粒(即二次PM2.5)？蛇^濾顆粒是燃煤電廠直接排放的機械性顆粒，粒徑一般為1~2.5微米；可凝結顆粒是由燃煤電廠排放的污染物(如SO3)在環境中經過復雜反應生成的二次PM2.5。因此，對PM2.5排放進行控制時，不僅要考慮一次PM2.5的控制，還要考慮二次PM2.5的控制。
循環流化床干法煙氣多污染物協同控制技術除了具有CFB干法脫硫工藝的優點外，還具有一個最大的特點——在不增加額外設備(即采用單一反應器)的情況下，可協同脫除煙氣中的一次PM2.5及SO3、Hg等一系列污染物，并可有效避免二次PM2.5的生成。
龍凈自2001年引進德國魯奇公司循環流化床干法煙氣脫硫技術以來，相繼建立了多組分煙氣協同凈化實驗裝置等實驗研究平臺，開展了大量的引進消化、實驗研究和二次創新開發工作，先后實現了新型循環流化床干法煙氣多污染物協同控制技術在300MW、660MW大型火電機組應用的重大突破，接連創造世界紀錄。
龍凈的循環流化床干法煙氣多污染物協同控制技術可廣泛應用于我國缺水地區和低硫煤地區的燃煤鍋爐上，具有節水、節能、煙氣無需防腐、脫硫除塵一體化等優點。同時，這一技術還可應用于燒結機、焦化爐、垃圾焚燒爐、玻璃窯等其他工業窯爐的煙氣多組分污染物治理，呈現出很好的普適性，市場前景廣闊，社會經濟效應顯著。
在這一協同控制技術中，原煙氣通過吸收塔底部文丘里管的加速，進入循環流化床體，物料在循環流化床里，氣固兩相由于氣流的作用，產生激烈的湍動與混合，充分接觸，在上升的過程中，不斷形成絮狀物向下返回，形成類似循環流化床鍋爐所特有的內循環顆粒流。這一內循環顆粒流有著巨大的比表面積，為細顆粒凝并成粗顆粒提供了很好的載體。
此外，用于調節反應溫度及凝并顆粒物的水，由高壓霧化噴水裝置單獨噴入文丘里加速區的擴管段，可保證水快速蒸發，在此區域完成較粗顆粒物與PM2.5的凝并，同時完成脫硫反應，脫硫效率可高達95％以上。
脫硫后的煙塵經吸收塔的出口煙道進入布袋除塵器，凝并后的顆粒物被布袋除塵器捕集。因為濾料經過特殊處理后形成的過濾孔徑很小，凝并后的細顆粒物基本無法穿透。
某電廠實施循環流化床干法脫硫后，布袋除塵器采用普通PPS濾料。經過測試，布袋除塵器下游約有97％以上的PM10被脫除，96％以上的PM2.5被脫除。
因煙囪排出的SO3主要以硫酸氣溶膠狀態存在，這些硫酸氣溶膠最終會和環境空氣中的正離子生成二次PM2.5，循環流化床干法煙氣多污染物協同控制技術因其獨特的Ca(OH)2吸附機理和物理化學反應條件，在高效脫除SO2的同時可以脫除99％的SO3，從而有效避免了二次PM2.5的生成。
綜上所述，循環流化床干法煙氣多污染物協同控制技術既能在高效脫硫的同時，協同脫除一次PM2.5及SO3、Hg等一系列污染物，還可有效避免二次PM2.5的生成。這一新型技術的開發應用，無疑為PM2.5排放控制提供了一種新選擇。
隨著政府和公眾對PM2.5等細顆粒物的關注，PM2.5的監測和控制迫在眉睫，研發相關控制技術裝備也勢在必行。
龍凈環保的濕式電除塵技術、電袋復合除塵技術、機電多復式雙區技術、余熱利用提效節能技術、循環流化床干法煙氣多污染物協同控制技術等不但可以單機利用，還能結合現場情況進行有機組合，有效控制和減少PM2.5的排放。
龍凈環保相關負責人表示，濕式電除塵以其接近零排放的終端把關技術，將在我國燃煤鍋爐PM2.5脫除中發揮重要作用，也會成為實現我國燃煤鍋爐PM2.5控制的有效手段。
.jpg) |
①國內首臺燃煤鍋爐濕式電除塵中試項目——福建上杭瑞翔紙業循環流化床鍋爐濕式電除塵器
 |
②余熱利用高效節能電除塵器成功應用，為電力用戶實現了環保與節能雙贏的愿望
 |
③國家863項目“邯峰600MW干法脫硫”成功投運，為脫硫除塵PM2.5控制脫汞一體化創造了條件
 |
④河南新密電廠1000MW電袋復合除塵器——迄今為止成功投運的世界最大的電袋復合除塵器，運行效果良好
