曾曉芳

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，國家環(huán)境保護(hù)電力工業(yè)煙塵治理工程技術(shù)中心，福建 龍巖 364000）

1 前言

隨著大氣污染問題日益嚴(yán)峻，我國的火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)也日趨嚴(yán)格。煙塵排放限值從1996年的200mg/m3（標(biāo)態(tài)干煙氣，含氧量6%，下同），到2003年的50mg/m3，再到2011年的30mg/m3，經(jīng)歷了“三級跳”。近幾年，霧霾頻發(fā)，國家有關(guān)部門陸續(xù)出臺了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014～2020年）》《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》等政策，我國進(jìn)入了史上最嚴(yán)的超低排放（≤10mg/m3）時代。標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格程度與發(fā)達(dá)國家相當(dāng)，甚至處于領(lǐng)先水平。

同樣，歐洲國家在大氣污染問題爆發(fā)后也在不斷嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì)上半期，歐洲快速發(fā)展的工業(yè)化和城市化進(jìn)程，誘發(fā)了“馬斯河谷煙霧事件”和“倫敦?zé)熿F事件”，造成了嚴(yán)重的環(huán)境、社會問題和經(jīng)濟(jì)損失。20世紀(jì)70年代以來，大氣污染問題成為歐洲的主要政治關(guān)切之一，歐洲國家開始通過跨國的大氣合作和本國的空氣質(zhì)量管理來改善大氣環(huán)境質(zhì)量[1]。歐盟通過實施大型燃燒裝置大氣污染物排放限值指令加強(qiáng)燃煤電廠污染排放控制，出臺多次指令，包括1987年當(dāng)時的歐洲共同體出臺的首部《大型燃燒企業(yè)大氣污染物排放限值指令》（88/609/EEC）以及2002年修訂的《大型燃燒企業(yè)大氣污染物排放限制指令》（2001/80/EC）[2]，要求進(jìn)一步加嚴(yán)污染物排放限值，顆粒物排放由50mg/m3降為30mg/m3，降幅達(dá)40%[3]，同時規(guī)定了各成員國的總量削減目標(biāo)。此標(biāo)準(zhǔn)與美國的排放要求相當(dāng)，一般只有安裝高效除塵裝置才能實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。公認(rèn)的高效除塵設(shè)備主要為電除塵器、袋式除塵器及電袋除塵器[2]。不斷嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)對歐洲國家的大氣環(huán)境質(zhì)量改善起到了重要的作用。經(jīng)過幾十年的努力，歐洲主要大氣污染物排放量顯著下降，其中：1990～2010年間，二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、非甲烷揮發(fā)性有機(jī)物（NMVOC）與氨氣（NH3）的排放量分別削減81%、49%、57%和37%；2000～2010年間，細(xì)微顆粒物（PM2.5）排放量削減25%[1]。

排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷嚴(yán)格，促使電廠必須選擇可實現(xiàn)長期穩(wěn)定保持低排放的除塵技術(shù)。超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)便是近幾年在我國超低排放政策下應(yīng)運而生的，具有長期穩(wěn)定低排放、運行阻力低、濾袋使用壽命長、運行維護(hù)費用低、排放濃度不受煤質(zhì)和工況變化的影響等優(yōu)點，因此在燃煤電廠得到迅速推廣應(yīng)用。

2 超凈電袋技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)是基于最優(yōu)耦合匹配、高均勻多維流場、微粒凝并、高精過濾技術(shù)等多項技術(shù)組合形成的新一代電袋復(fù)合除塵技術(shù)[4]，可實現(xiàn)煙塵排放濃度長期穩(wěn)定小于10mg/m3，甚至可達(dá)到小于5mg/m3。也是一種不上濕電而簡化煙氣系統(tǒng)的超低排放工藝技術(shù)[5]。該工藝具有占地面積小、設(shè)備投資低、運行費用低、操作維護(hù)工作量少等優(yōu)點。

2.2 技術(shù)措施

常規(guī)的電袋復(fù)合除塵器經(jīng)過十幾年的開發(fā)應(yīng)用及工程經(jīng)驗積累，技術(shù)已相當(dāng)成熟，超凈電袋復(fù)合除塵器與其相比需采取如下主要技術(shù)措施[6]：1）保證電區(qū)與袋區(qū)參數(shù)合理匹配。在考慮經(jīng)濟(jì)性的前提下，超凈電袋復(fù)合除塵器應(yīng)根據(jù)具體情況確定濾袋區(qū)最佳的入口粉塵濃度值；2）強(qiáng)化顆粒荷電，提高電區(qū)可靠性。包括采用高放電性能、高場強(qiáng)的電區(qū)極配型式，提高顆粒荷電以及電場區(qū)除塵效率。并采用前后小分區(qū)供電技術(shù)，提高電區(qū)可靠性；3）采用高精過濾濾料。濾料過濾精度越高，超凈電袋復(fù)合除塵器實現(xiàn)超低排放就越可靠，適應(yīng)工況變化能力也越強(qiáng)，而且中長期運行阻力更低更平穩(wěn)；4）保證電袋復(fù)合除塵器內(nèi)氣流分布均勻（即袋區(qū)各室流量均勻性相對偏差小于5%）。此外，還需在設(shè)計、安裝、運行維護(hù)等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，杜絕一切可能出現(xiàn)的泄漏。

3 工程案例

3.1 機(jī)組情況

土耳其澤塔斯三期2×660MW電站工程位于土耳其北部，濱臨黑海，距土耳其首都安卡拉200多公里。本期工程建設(shè)2×660MW超臨界燃煤機(jī)組，并同步建設(shè)濕法脫硫（石灰石-石膏）、脫硝裝置（SCR）。電廠在當(dāng)前歐盟排放限值基礎(chǔ)上，要求保證除塵器出口的煙塵排放濃度≤10mg/m3。電廠最終選定超凈電袋復(fù)合除塵方案。

3.2 煤質(zhì)分析及飛灰特性

該項目的煤質(zhì)分析及飛灰特性分析如表1。從表1中可以看出，Na2O含量為0.76%，（Al2O3+SiO2）含量為80.2%，Sar含量為1.2%，根據(jù)電袋復(fù)合除塵器選型設(shè)計規(guī)范，得出所需的比集塵面積，最終確定在方案設(shè)計上采用一電三袋的結(jié)構(gòu)，在保證出口排放要求的同時，充分提高設(shè)備經(jīng)濟(jì)性。

表1 主要技術(shù)參數(shù)表

3.3 超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)方案

該項目采用前置1個電場除塵室，后置3個濾袋除塵室，雙通道，濾袋除塵區(qū)可實現(xiàn)在線檢修、換袋。項目處于“一帶一路”倡議的中歐經(jīng)濟(jì)走廊關(guān)鍵位置，所供設(shè)備進(jìn)入土耳其要求符合歐盟CE認(rèn)證，具有“項目起點高、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高、環(huán)保要求高”的“三高”特點。鋼結(jié)構(gòu)和鋁結(jié)構(gòu)的施工滿足標(biāo)準(zhǔn)EN1090的要求。所有的就地柜結(jié)構(gòu)，低壓動力柜結(jié)構(gòu)滿足標(biāo)準(zhǔn)《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》（IEC60439-1）要求。具體的主要技術(shù)參數(shù)如表2。

3.4 關(guān)鍵技術(shù)

3.4.1 高精過濾濾料

濾袋是超凈電袋復(fù)合除塵器的終端控制環(huán)節(jié)，是決定其出口排放濃度的關(guān)鍵部件，濾袋的過濾精度直接關(guān)系到煙塵的排放值。該項目采用（PPS+PTFE）混紡+PTFE覆膜的高精過濾濾料，兩種材質(zhì)混紡提高了濾袋的綜合性能及使用壽命，微孔覆膜技術(shù)大大提高了濾袋的過濾精度。

表2 電袋復(fù)合除塵器主要技術(shù)參數(shù)表

3.4.2 氣流均布技術(shù)

氣流分布均勻性是影響除塵效率的重要因素之一，不良的氣流分布可造成除塵效率顯著降低。研究超凈電袋復(fù)合除塵器氣流分布均勻性主要有物理模型試驗和數(shù)值模擬計算兩種。數(shù)值模擬計算方法（CFD）可獲得全流場的數(shù)值解，為優(yōu)化電袋除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。該項目采用CFD數(shù)值模擬技術(shù)，采用FLUENT軟件，湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，整個模擬過程為等溫過程。由于袋室內(nèi)濾袋數(shù)量多、排列緊密，必須生成十分細(xì)密的網(wǎng)格才能實現(xiàn)有效的空間離散。在劃分袋室網(wǎng)格時，首先劃分袋室頂部面網(wǎng)格，然后采用Cooper方法劃分袋室的網(wǎng)格，大大減少了網(wǎng)格數(shù)量，同時又滿足了計算要求。

從圖1的速度云圖可以看出，除塵器內(nèi)部氣流組織分布良好，從圖2的袋區(qū)上升速度云圖可以看出袋區(qū)底部的上升氣流較均勻。除塵器中后袋室的相對流量偏差絕對值≤5%，氣流分布較均勻，滿足了設(shè)計要求。

4 工程運行情況

2016年7月，土耳其澤塔斯電廠4#爐660MW機(jī)組超凈電袋復(fù)合除塵器項目順利投運（如圖3），標(biāo)志著按照歐盟標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計制造的首臺超凈電袋復(fù)合除塵器正式投產(chǎn)，在機(jī)組滿負(fù)荷工況下，除塵器出口煙塵排放濃度約7mg/m3，進(jìn)出口壓差低于500Pa，各項參數(shù)均優(yōu)于合同要求（如圖4）。

圖1 +Z方向速度云圖

圖2 袋區(qū)上升速度云圖

圖3 現(xiàn)場運行圖

圖4 上位機(jī)運行數(shù)據(jù)顯示

2017年9月18日，設(shè)備制造廠家收到土耳其澤塔斯電廠三期電廠的使用報告（圖5），對超凈電袋復(fù)合除塵器的運行狀況、阻力、排放等優(yōu)異性能表示充分肯定。該項目于2016年6月投運至今已運行一年多，在長期滿負(fù)荷運行工況下，除塵器出口煙塵排放濃度穩(wěn)定低于10mg/m3，平均阻力低于800Pa，完全達(dá)到歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 土耳其電廠使用報告

5 結(jié)語

土耳其超凈電袋項目是國內(nèi)除塵行業(yè)出口的首臺最大型超凈電袋復(fù)合除塵器項目，自成功投運以來，以其煙塵濃度排放低、設(shè)備能耗低、運行穩(wěn)定、可靠性高的特性贏得了土耳其澤塔斯電廠及周邊其他電廠用戶的一致好評，將為超凈電袋進(jìn)一步開拓歐洲及中亞燃煤電廠煙氣治理項目奠定堅實的基礎(chǔ)。

目前，全球煤電行業(yè)超凈電袋的應(yīng)用已達(dá)100臺，其中大型機(jī)組包括土耳其2×660MW機(jī)組和河南平頂山2×1000MW機(jī)組等大型電站項目。超凈電袋作為具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代除塵技術(shù)，在國家火電“綠色一帶一路”倡議中成為一張亮麗名片，未來必將在歐洲及其他國外市場得到進(jìn)一步推廣。

參考文獻(xiàn)：

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