火力发电机组燃用煤种与电除尘器选用的技术探讨

摘要：随着国家将出台新的《火电厂大气污染物排放标准》，新建火力发电机组的烟尘排放浓度将执行Co≤30mg/Nm3 的标准。目前，我国现役火电机组装机容量已超过6 亿千瓦，2010 年可能达到8 亿千瓦。今后，控制火电厂烟尘、二氧化硫、氮氧化物等大气污染物排放的任务仍十分艰巨。针对火力发电机组燃用煤种的多变性，如何合理选择电除尘器规格，进行一些探讨。

1 前言

我国燃煤锅炉粉尘污染治理任重道远，也是我国大气污染防治工作的重点。1991 年，我国出台了《燃煤电厂大气污染物排放标准》，规定了燃煤电厂的烟尘允许排放浓度。1996 年及2003 年对该标准进行了第一次修订、第二次修订，进一步降低了烟尘排放浓度限值。目前，我国90%火电机组采用静电除尘器，但电除尘器往往又受到很多外来因素的影响，如燃烧煤种，设计选型，安装调试或维护运行方面。种种因素导致有的电除尘器使用状况差，有的使用状况好，或前期使用状况良好后续除尘效率下降排放而达不到标准。

为什么有的电除尘器除尘效率能持续保持高效， 而有些电除尘器却不行呢? 常规电除尘器选型方法：传统认为粉尘比电阻在104<ρ<1011(Ω-cm)范围内才适合于电除尘器。常以煤中Sar、Aar、Mt和灰的化学成分为依据，计算(或确定)电除尘器最关键的设计参数—驱进速度ω ( 或表观驱进速度ωk)(cm/S)， 再根据要求的排尘浓度或除尘效率，按多伊奇公式η=1-eω AQ， 计算出所需的比集尘面积SCA(m2/m3/S)。

国内动力煤种很多， 煤中Sar、Aar、Mt和灰的化学成分作为电除尘器选型参考依据又变化多端，本文就火力发电机组燃用的动力煤种煤质参数和飞灰成分、火力发电机组燃用的动力煤种与电除尘器使用状况做了一些统计分析，并就一些煤种与电除尘器(主要是收尘面积或比集尘面积)选型关系进行探讨。

2 火力发电机组燃用煤种影响电除尘器的几项因素

电除尘器作为一种高效的除尘设备自20 世纪80 年代起在我国得到快速发展和广泛应用， 到目前已有上万台各种规格型号的电除尘器在各行业中投入工业运行。但电除尘器使用状况常常受到以下几方面的影响：

2.1 煤、灰性质和烟气特性对电除尘器的影响

2.1.1 技术参数的影响

对电除尘器影响较大的有Car、Sar、Mt、Har、Aar以及煤工业分析中的挥发分Vdaf和低位发热值Qnet ，var等：

Car：煤含碳量越高，飞灰中含碳量也较高，将导致粉尘低比电阻而造成除尘效率的下降。

Sar：烟气中可以增强飞灰的表面电导，使飞灰比电阻下降。

Mt：水分高，则击穿电压高，粉尘比电阻下降，除尘效率提高。

Aar：对火电厂而言，一般含尘浓度>30g/m3，或者粉尘比较细时(如液态排渣炉粉尘)，要考虑防止电晕封闭的发生。 2.1.2 灰技术参数的影响

灰熔点：灰的熔点高，粉尘的比电阻亦高。反之亦然。

灰粒径：电除尘器的驱进速度与粉尘粒径成正比。

灰的真密度与堆积密度：真密度与堆积密度比值大于10 时，电除尘器二次飞扬会增大。

灰的化学成分：

Na2O：Na2O 为1.5~2%时， 飞灰增加体积电导，使比电阻下降，有利于除尘。

K2O： 它和Na2O 作用一样， 但要通过Fe2O3起作用。

SiO2：是飞灰高比电阻的主要因素。它的含量越高，飞灰比电阻越高，不利于除尘。

Al2O3：同SiO2一样，它熔点高、导电性差，其含量越高，飞灰比电阻越高。

Fe2O3： 它可使灰熔点降低， 这是有利的一面。但它本身粒径很细，大都在5μ 以下，所以当除尘效率要求为99.5%以上， 或排放浓度小于100mg/m3时，应视为不利因素。

CaO 和MgO：易削弱SO3的作用，并导致飞灰变细，不利因素。

2.1.3 烟气性质的影响

烟气的温度、压力、湿度、流速及含尘浓度对电除尘器影响较大，应给以足够注意。

2.2 针对高比电阻粉尘的影响， 设法降低粉尘的比电阻的技术措施

(1)常用加SO3、NH3、水及其它调质剂来降低粉尘的比电阻。现有技术还是使用SO3的烟气调质技术成熟可靠，提高除尘效率比较明显，工艺也简单。

(2)设法降低电晕电流密度，如采用双区电除尘器，把荷电和收尘分开进行，荷电区电压低、电流大，粉尘荷电充分。收尘区电压高、电流小，粉尘驱进速度高，防止反电晕的发生。

(3)改变除尘器的入口温度，使电除尘器运行躲开高比电阻区域。

(4)用高频电源技术，运行平均电压可达工频电源的1.3 倍，运行电流可达工频电源的2 倍。输入功率高，收尘效率高。

(5)对高比电阻粉尘清灰难问题，除选择合理的振打制度(断电振打、减功率振打、包括振打力)外，部分电厂运用声波清灰及运用交变极性电源也可解决清灰难问题，来减少反电晕的影响。

3 火力发电机组燃用煤种与电除尘器的选择

火力发电燃煤机组有些电除尘器不能满足达标排放的要求。目前从实际情况看，很多是因为燃烧煤种的变化导致粉尘比电阻的变化，使得电除尘器容量不足的问题所致。 煤种的选择与电除尘器的使用效果是密切关联的。表4 为国内部分燃煤电厂用电除尘器设计参数选型及其应用效果情况。在新的《燃煤电厂大气污染物排放标准》之下，电除尘究竟要选多大合适?笔者认为，详细分析煤种特性，灰的化学成分，准确判别比电阻的高低，合理选择各种技术叠加的有机融合，针对新的排放标准，在很多场合电除尘器是完全可以满足新的排放要求的。

5 结语

5.1 从表4 实际应用情况基本可以得出一些电除尘器选用的规律，其选型大小规格与燃用煤种是息息相关的。神华煤、神府东胜煤等适应性较好的煤种可以获得较好的收尘效果;晋北煤、兖州煤、淮南煤适应性一般的煤种在除尘器适当做大时收尘效果比较有保障;淮北煤、地国混煤、准格尔煤采用电除尘器难于达到很好的收尘效果。

大部分中国动力煤对电除尘器的适应性较好，但电除尘器的选型一定要科学且充分地考虑煤种的煤质参数及灰分的影响。

5.2 电除尘器的使用效果必须依靠选型、设计、制造、安装、调试、运行、维护各环节的共同配合和把关。笔者认为燃煤电厂选用电除尘器要满足国家新的排放标准要求，煤种适应性等级与电除尘器所需比集成面积选择范围，遵循表5 较为妥当。

5.3 部分对电除尘器适应性差和较差的煤种，可以考虑采用电除尘器+烟气调质， 以及各种新技术等辅助措施，扩大电除尘器适应范围，也可以考虑选择电袋和布袋的除尘方案。

5.4 当然， 为了满足使用客户环保和经济性的综合需求，电除尘器有很多需要改进的地方。但电除尘器有不断发展的各种技术做保障，所以笔者对电除尘器在中国电力行业的应用前景充满信心、乐观。