最全的燃煤锅炉烟气除尘技术汇总分析

 煤炭燃烧会产生大量的粉尘颗粒，其中细微粉尘PM2.5会引起呼吸道疾病，同时也会引起灰霾天气。政府和地方出台了一系列污染排放标准，燃煤锅炉除尘改造成为亟待解决的难题。除尘技术就是利用两相流动的气固或液固分离原理（包括重力分离、惯性力分离、离心力分离、库仑力分离、水膜除尘和过滤）捕集气体中的固态或液态颗粒物。常用的除尘装置有机械式除尘器、湿式除尘器、静电除尘器和袋式除尘器。

一、机械式除尘

1、 重力沉降室

 工作原理

重力沉降室是利用粉尘与气体的密度不同，使含尘气体中的尘粒依靠自身的重力从气流中沉降下来，从而达到净化目的的一种装置。当含尘气流从管道进入沉降室后，由于截面扩大，气体的流速减慢。沉降速度大于气流速度的尘粒就沉降下来。

应用特点

结构简，投资少，压力损失小，维修管理较容易，而且可以处理高温气体。但是体积大，效率相对低，一般只作为高效除尘装置的预除尘装置，来除去较大和较重的粒子。

2、 惯性分离器

工作原理

利用粉尘与气体在运动中惯性力的不同，将粉尘从气体中分离出来。一般都是在含尘气流的前方设置某种形式的障碍物，使气流的方向急剧改变。此时粉尘由于惯性力比气体大得多，尘粒便脱离气流而被分离出来，得到净化的气体在急剧改变方向后排出。

应用特点

结构简单，阻力较小，适用于大颗粒（20μm以上）的干性颗粒，但除尘效率不高。

3、 旋风除尘器

工作原理

含尘气体从入口导入除尘器的外壳和排气管之间，形成旋转向下的外旋流。悬浮于外旋流的粉尘在离心力的作用下移向器壁，并随外旋流转到除尘器下部，由排尘孔排出。净化后的气体形成上升的内旋流并经过排气管排出。

应用特点

旋风除尘器适用于净化大于5~10μm的非粘性、非纤维的干燥粉尘。氟美斯滤袋它是一种结构简单、操作方便、耐高温、设备费用和阻力较低（80~160毫米水柱）的净化设备，旋风除尘器在净化设备中应用得最为广泛。

    二、湿式除尘器

1、 水膜除尘器

工作原理

利用含尘气体冲击除尘器内壁或其他特殊构件上用某种方法造成的水膜，使粉尘被水膜捕获，气体得到净化，这类净化设备叫做水膜除尘器。含尘气体由筒体下部顺切向引入，旋转上升，尘粒受离心力作用而被分离，抛向筒体筒体内壁，被筒体内壁流动的水膜层所吸附，随水流到底部锥体，经排尘口卸出。水膜层的形成是由布置在筒体的上部几个喷嘴、将水顺切向喷至器璧。这样，在筒体内壁始终覆盖一层旋转向下流动的水膜，达到提高除尘效果的目的。

应用特点

水膜除尘器结构简单，金属耗量小，耗水量小。其缺点是高度较大，布置困难，并且在实际运行中发现有带水现象。

2、 喷淋塔除尘器

工作原理

喷淋塔除尘器中水与含尘气流的接触大致有水滴、水膜和气泡3种方式。在喷淋塔内，气流中的粉尘主要靠液滴来捕集，捕集机理主要有重力、惯性碰撞、截留、布朗扩散、静电沉降、凝聚和沉降等。

应用特点

喷淋塔除尘器具有结构简单、压力损失小、操作稳定等特点，经常与高效洗涤器联用捕集粒径较大的颗粒。

    三、静电除尘器

工作原理

含有粉尘颗粒的气体，在接有高压直流电源的阴极线（又称电晕极）和接地的阳极板之间所形成的高压电场通过时，由于阴极发生电晕放电、气体被电离，此时，带负电的气体离子，在电场力的作用下，向阳板运动，在运动中与粉尘颗粒相碰，则使尘粒荷以负电，荷电后的尘粒在电场力的作用下，亦向阳极运动，到达阳极后，放出所带的电子，尘粒则沉积于阳极板上，而得到净化的气体排出防尘器外。

    按除尘器的形式分为管式电除尘器和板式电除尘器：

按除尘板和电晕极的不同配置分为单区电除尘器和双区电除尘器：

按电极清灰方式不同分为干式电除尘、湿式电除尘、雾状粒子捕集器和半湿式电除尘器等：

应用特点

    1） 除尘效率高，初期除尘效率能达到99%，能捕集1μm以下的细微粉尘。

    2） 处理烟气量大，可用于高温（可高达500℃）、高压和高湿（相对湿度可达100%）以及高含硫（硫3%以上）的场合，能连续运转，并能实现自动化。

    3） 具有低阻的特点，压力损失仅100~200Pa。

    4） 造价适中，运行费用低，使用寿命长，至少使用8~10年以上。

    5） 运行稳定，不结露，不爬电，故障率极低。

四、袋式除尘器

工作原理：

含尘气体由进风烟道各入口阀进入各单元箱体，在箱体导流系统的引导下，大颗粒粉尘分离后直接落入灰斗、其余粉尘随气流进入中箱体过滤区，过滤后的洁净气体透过滤袋，经上箱体、提升阀、出风烟道排除除尘器，经过经济和烟囱直接排放到大气中。

    随着过滤工况的进行，当滤袋表面积尘达到一定量时，由清灰控制装置（差压或定时、手动控制）按设定程序，控制当前单元离线，并打开电磁脉冲阀喷吹，抖落滤袋上的粉尘。落入灰斗中的粉尘经由仓泵进入气力输灰系统。

应用特点

    1） 采用淹没式脉冲阀，启闭迅速，自身阻力小，对于6米~8米长的滤袋，喷吹压力仅0.15~0.3MPa，就能获得良好的清灰效果。

    2） 清灰能力强。清灰时滤袋表面获得的加速度远远大于其它类型的袋式除尘器，清灰均匀，效果好。

    3） 过滤负荷高。因有强力清灰的障碍，即使除尘器在较高的过滤风速下运行，其阻力也不会过高，一般为1200~1500Pa，与反吹风除尘器相比，同等过滤面积，脉冲袋式除尘器有更大的处理风量。

    4） 检查和更换滤袋方便。滤袋的安装和换袋方便，无需绑扎。操作人员无需进入箱体内部，操作环境好。

    5） 设备造价低。由于过滤负荷高，处理相同烟气量所需过滤面积小于反吹风袋式除尘器，因而设备紧凑，占地面积小。

    6） 先进的控制技术，以PLC可编程控制器为主机的控制系统对除尘器清灰、进口烟气温度、清灰压力等运行参数进行实时控制，功能齐全，稳定可靠。

    烟气除尘新技术

1.1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。

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，PM2.5、PM1.0排放可分别减少80%、90%以上。自2007年始，华北电力大学和北京大学共同参与国家“863”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。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300MW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。由于电聚并器一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是目前测试阶段需要解决的问题。

12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(3×700MW+2×1000MW)使用湿式静电除尘器后，其排放浓度长期稳定在2～5mg/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于浙江某工业窑炉生产线，实测烟尘排放远低于设计值(30mg/m3)达到20mg/m3以下，最低可达到12mg/m3，且设备运行稳定[7]。湿式静电除尘器冲洗水对烟气有洗涤作用，对烟气的脱硫及去除重金属离子有一定作用，尤其对控制PM2.5效果明显湿式静电除尘器也有一些缺陷:湿式静电除尘器布置在脱硫系统后，场地空间受限制;虽然湿式静电除尘系统的冲洗水采用闭式循环，但由于水中含尘量增加，仍需不断补充原水;其大量部件长期处于潮湿环境，对材料的耐腐蚀性要求较高。

1.3旋转电极技术

旋转电极式电除尘器与常规电除尘器的除尘原理完全相同，在清灰方式上有很大改变。旋转电极是由若干个小块极板固定在板链上低速旋转，极板由原来的整体压型板改为小块极板，通过板链带动旋转。其清灰方式采用旋转钢刷清灰，从根本上改变了常规电除尘器的振打装置清灰，彻底避免了振打清灰造成的二次扬尘，同时也解决了高比电阻粉尘的“反电晕”问题]。

    早在20世纪70年代，国外就旋转电极技术做了大量研究。其中日本日立公司首次研发出移动电极式电除尘技术(MEEP)。在我国，自2010年以来，浙江菲达环保科技股份有限公司研发生产的大型燃煤电站配套旋转电极式电除尘器，先后应用于内蒙古包头第一热电厂300MW机组、内蒙古达拉特电厂330MW机组，经过测试，该除尘器各项技术指标达到或优于设计要求，粉尘出口排放浓度达到30mg/m3以下]。旋转电极式电除尘器能较大限度地减少二次扬尘，避免反电晕效应，从而大幅提高除尘效率，显著降低烟气出口PM2.5浓度。由于不需另占空间，只需将固定电场改成旋转电极式电场，特别适合于老机组电除尘器改造。同时也具有常规电除尘器的阻力损失小，运行维护费用低等优点

建议与展望

燃煤锅炉排放的大量粉尘已经给大气环境和人类健康带来了严重威胁，国家对工业粉尘的治理已经提高到一个前所未有的高度。节能环保行业被列为国家七大战略新兴产业之首，在“十二五”期间，工业烟气除尘行业将面临更大的机遇和挑战。目前国内大多除尘设备相对老旧，烟尘排放量远不能达到低于30mg/m3的新要求。结合我国目前除尘现状，提出以下建议:

1)逐步淘汰老旧除尘设备，找到相对适合改造的新除尘技术。对新建燃煤电厂的常规除尘器进行升级改造，使其达到新的烟尘排放标准。

2)加快除尘新技术的研发和应用，积极引进国外已成功工业化的新式除尘技术，开发和示范适合我国国情的烟气除尘技术。

3)针对PM2.5排放控制，结合新除尘技术对我国煤种适应性的研究，进一步对新技术优化集成，实现绿色环保与清洁电力生产的目标。