节能减排：低低温电除尘技术“技高一筹”
我国火电厂大气污染物排放要求的提高，必将促进环保治理技术不断创新和进步。低低温电除尘技术是在借鉴国外先进技术的基础上，结合我国燃煤电厂实际情况进行创新开发的一种适合我国国情的环保治理新技术和新工艺。
低低温电除尘技术将电除尘器入口烟气温度降至酸露点温度以下，在大幅提高除尘效率的同时可以高效捕集SO3，保证燃煤电厂满足低排放要求，并有效减少PM2.5排放。低低温电除尘系统采用低温省煤器时，还可以将回收的热量加以利用，具有较好的节能效果。国内多个燃煤电厂低低温电除尘器的成功投运证明，这一技术可以很好地满足最严格的排放标准要求，具有显著的经济效益和广阔的市场前景。这一新型技术的开发应用，不但扩大了电除尘器的适用范围，而且为实现节能减排开辟了一条新路径。
低低温电除尘技术何以值得关注?
电除尘器具有高效率、低能耗、使用简单、维护费用低且无二次污染等优点，对国内大部分煤种具有良好的适应性。在国内外工业烟尘治理领域，特别是电力行业，电除尘一直占据主导地位，是国际公认的高效除尘设备，但煤种会影响其除尘性能。面对日益严格的排放标准，除了准确识别电除尘器对煤种的除尘难易程度、选取合适的比集尘面积外，合理选择烟尘治理工艺路线也尤为重要。
低低温电除尘器是指通过低温省煤器或热媒体气气换热装置(MGGH)将电除尘器入口烟气温度降至酸露点温度以下，最低温度满足湿法脱硫系统工艺温度要求的电除尘器。
1.这一技术能保持电除尘器的独特优点，大幅提高电除尘器的除尘效率，进一步扩大其适用范围。
●将电除尘器入口烟气温度降低至酸露点温度以下，使烟气中大部分SO3冷凝形成硫酸雾，粘附在粉尘表面并被碱性物质中和，粉尘特性得到很大改善，比电阻大大降低，从而大幅提高除尘效率。
烟气温度对飞灰比电阻影响较大，图1为燃煤锅炉飞灰比电阻随温度变化的典型曲线。可见，温度低于100℃时以表面导电为主，温度高于250℃时以体积导电为主，在100℃～250℃温度范围内则表面导电与体积导电共同起作用。一般而言，飞灰比电阻在燃煤烟气温度为150℃左右时达到最大值，如果从150℃下降至100℃左右，比电阻降幅一般可达一个数量级以上。
●电除尘器入口烟气温度的降低，烟气量减小，增大了比集尘面积，增加了粉尘在电场的停留时间，从而提高除尘效率。
●电除尘器入口烟气温度的降低，使电场击穿电压上升，从而提高除尘效率。从以下经验公式可以看出，排烟温度每降低10℃，电场击穿电压将上升3%，从而提高电场强度，增加粉尘荷电量，提高除尘效率。
公式中：U击—实际击穿电压(V)，U0—温度为T0时的击穿电压(V)，Tt=上升温度(℃)+273(K)，T0=273K。
2.可大幅减少SO3和PM2.5排放。电除尘器入口烟气温度降至酸露点温度以下，气态SO3将转化为液态的硫酸雾。因电除尘器入口含尘浓度很高，粉尘总表面积很大，为硫酸雾凝结附着提供了良好条件。SO3去除率通常可达90%以上，具体与烟气的灰硫比(D/S)，即烟尘浓度(mg/m3)与硫酸雾浓度(mg/m3)之比有关。日本研究发现，当灰硫比大于100时，烟气中SO3去除率最高可达到95%以上，SO3质量浓度将低于3.57mg/m3。
3.对于后续配套湿法脱硫系统的机组，烟气温度降低不但可提高脱硫效率，还可减少湿法脱硫的工艺耗水量并有效缓解石膏雨问题。
4.当低低温电除尘系统采用低温省煤器降低烟气温度时，可节省煤耗及厂用电消耗。
5.烟气温度降低使脱汞的化学反应朝有利方向进行，有效提高了脱汞效率。
6.国外大量工程实践及国内案例证明，低低温电除尘技术是实现燃煤电厂节能减排的可靠技术之一。
图2燃煤电厂烟气治理岛(低低温电除尘)典型系统布置图一
图3燃煤电厂烟气治理岛(低低温电除尘)典型系统布置图二
能减少PM2.5排放吗?
目前，火电厂烟囱出口经常出现冒“蓝烟”现象，对于燃烧高硫煤和安装选择性催化还原脱硝装置的锅炉，这种现象尤为明显。蓝烟主要是由烟气中SO3产生的酸性气溶胶造成的。酸性气溶胶的粒径很小，可长时间飘浮在大气中，当与其他污染物(如氨、有机蒸气等)碰撞或被吸附在固体颗粒物表面时，与颗粒物中的碱性物质发生化学变化，会生成硫酸盐气溶胶。其粒径一般在0.01μm～1μm之间，属于二次生成的PM2.5，影响大气能见度，是造成雾霾天气的“元凶”之一。
湿法脱硫系统虽然对SO3有一定的脱除效果，但由于SO3在吸收塔内冷凝成粒径很小的硫酸气溶胶，且脱硫浆液对SO2的吸收速率远大于SO3的吸收速率，导致吸收塔对硫酸气溶胶的脱除效果不佳。有研究表明，国内湿法脱
硫设备对SO3的脱除效率一般为30%左右，采用低低温电除尘技术对SO3的脱除效率最高可达95%以上，可以大幅度降低SO3排放。相关研究表明，经电除尘器和湿法脱硫系统后，PM2.5在总尘中的比例约为50%，低低温电除尘技术可大幅提高除尘效率，实现低排放，在大量减少总尘排放的同时也减少了PM2.5排放量。总之，低低温电除尘技术通过大幅提高除尘效率，减少了PM2.5排放，并通过脱除大部分SO3，有效减少了大气中硫酸盐气溶胶(二次生成的PM2.5)的生成。
低低温电除尘技术的节能体现在哪里?
低低温电除尘系统采用低温省煤器降低烟气温度时，还具有很好的节能效果，回收的热量可用于加热锅炉补给水或汽机冷凝水，提高了锅炉系统的热效率，节约煤炭消耗。
国内大部分燃煤火电机组都可采用低低温电除尘器来大幅提高节能效果，对实际排烟温度比设计排烟温度高很多的机组效果尤为显著。以一台600MW机组配套低低温电除尘器为例，以烟气降温幅度45℃、年发电利用5800小时(100%THA、75%THA、50%THA三种工况的运行比率分别为20%、60%、20%)计算，则全年节省的运行成本主要包括：在运营期内，按节约煤耗1.9g/kWh，标煤价按900元/吨进行计算，每年可减少电煤费用655万元;由于电除尘效率提高，在保效节能运行模式下可节省约30%的电除尘电场运行功耗，每年可节省约40万元;脱硫吸收塔入口烟温降至95℃，可节约脱硫系统的用水量，按每小时节约36吨水(每降10度节约8吨水/小时)、水价0.8元/吨计，全年可节省水费17万元。以上合计，每年平均可节省运行成本约712万元。另外，脱硫辅机耗电也会相应下降。尽管在电除尘前端增加了低温省煤器的阻力，但由于烟气温度下降，引风机处理风量下降，实践表明还可节省一定的风机电耗。
效果如何?
国外如欧美日等国均有低低温电除尘技术的应用先例，其中，在日本较为成熟。日本自1997年开始推广应用低低温电除尘技术，据不完全统计，配套机组容量累计已超过1.5万MW。典型案例包括2003年投运的常陆那珂#1炉1000MW机组低低温电除尘器，其入口烟气温度为92℃，电除尘器出口烟尘浓度小于30mg/m3，脱硫系统出口烟尘浓度小于8mg/m3;2001年、2002年投运的日本中部电力碧南电厂#4、#5炉1000MW机组均采用配套移动电极的低低温电除尘器，入口烟气温度为80℃～90℃，出口烟尘浓度小于30mg/m3，脱硫系统后设置湿式电除尘器，脱硫系统出口烟尘浓度3mg/m3～5mg/m3;2000年12月投运的橘湾电厂#2炉1050MW机组配套低低温电除尘器，实际运行温度为96℃，出口烟尘浓度为3.7mg/m3。
国内电除尘厂家从2010年开始逐步加大对低低温电除尘技术的研发力度，正进行有益的探索和尝试，已有600MW机组投运业绩。典型案例包括：
1.国内首台大机组低低温电除尘器在福建宁德电厂#4炉600MW机组燃煤锅炉电除尘器的提效改造工程上取得突破。项目电除尘器原设计除尘效率99.6%，于2006年投运。由于电厂实际燃烧煤种与设计煤种偏差较大，造成排烟温度比原设计温度偏高较多，实际除尘效率较设计效率也有所偏差。总体改造采用“低温省煤器降低烟气温度”及“电除尘机电升级改造”相结合的技术方案。经测试，电除尘器出口烟尘浓度从原来的60mg/m3下降到20.2mg/m3;SO3脱除率达73.78%以上;在600MW、450MW负荷时，汽机热耗下分别为52kJ/kWh以上和69kJ/kWh以上;本体实测阻力小于等于350Pa(含第2级换热器)。
a.低温省煤器将烟气温度降至酸露点温度以下。针对电厂燃煤煤种情况和烟气温度，通过对比电阻测试，在148℃烟温下比电阻较高(为1011～1012Ω˙cm范围)，在90～100℃烟温时对应的比电阻值(为108～1010Ω˙cm)比较适宜电除尘高效工作。结合除尘效率、比电阻与低温烟气的性能试验验证及实际烟气酸露点温度，采用低温省煤器将烟气温度降至酸露点温度以下。根据实际场地条件，在电除尘器进口封头和前置垂直烟道内分别设置一套低温省煤器，使电除尘器运行温度由150℃下降到95℃左右。
b.电除尘机电升级改造。对原电除尘器电场气流分布进行CFD分析与改进设计，改善电除尘器各室流量分配及气流分布;电除尘器全面检查壳体气密性，加强灰斗保温措施;考虑到烟温降低后，进入除尘器的粉尘浓度提高，尤其在第一电场内粉尘的停留时间延长及烟尘密度增大，对原电除尘器第一、二电场换用高频电源;对电除尘器高低压电控设备进行数控技术改造，并结合电除尘器控制经验，配套先进的烟温调节与电除尘器减排节能自适应控制系统。
2.上海漕泾发电有限公司#1炉1000MW机组配套三室四电场电除尘器，于2009年投运，电除尘器实际出口烟尘浓度约为20mg/m3。2012年4月，为进一步提高节能效果，采用降低排烟温度的方式实现烟气余热综合利用。通过两级布置烟气换热器的方案，即第一级烟气换器布置在电除尘器进口烟道内，第二级烟气换热器布置在脱硫塔进口烟道内，利用烟气余热加热凝结水系统。通过第一级烟气换热器使电除尘器的运行温度由120℃左右降至96℃左右。2012年6月，经测试，低低温电除尘器出口烟尘浓度为14.05mg/m3。
3.江西新昌电厂#1炉660MW机组电除尘器提效改造，对原双室四电场电除尘器采用“低温省煤器降低烟气温度”及“电除尘器机电升级改造”相结合的改造方案，主要在电除尘器前置水平烟道处设置低温省煤器，将电除尘器入口烟气平均温度降低至95℃;结合低温省煤器和电除尘器气流均布装置对电除尘器的气流分布装置进行改造;将原电除尘器第一、二电场换用高频电源，电除尘器电控全面升级改造;电除尘器阴阳极全面检查与适应性调整。初步测试表明，电除尘器出口烟尘浓度10mg/m3。
4.广东潮州电厂一期600MW机组电除尘器提效改造，对原双室五电场电除尘器采用“低温省煤器降低烟气温度”及“电除尘器机电升级改造”相结合的改造方案，主要在电除尘器前置水平烟道处设置低温省煤器，将电除尘器入口烟气平均温度降低至95℃;结合低温省煤器和电除尘器气流均布装置对电除尘器的气流分布装置进行改造;将原电除尘器第一、二电场换用高频电源，电除尘器电控全面升级改造;电除尘器阴阳极全面检查与适应性调整;电除尘器出口烟尘浓度在线监测值为15mg/m3～21mg/m3。
5.华能长兴电厂“上大压小”工程2×660MW机组新建项目已确定采用低低温电除尘技术，其设计煤种、校核煤种
1、校核煤种2的电除尘器入口烟气酸露点温度分别为103℃、101℃、117℃，要求电除尘器入口烟气温度为90℃，除尘器出口烟尘浓度小于等于20mg/m3。浙能台州第二电厂1000MW新建项目也已确定采用低低温电除尘技术，其设计煤种、校核煤种电除尘器入口烟气酸露点温度分别为97℃、98℃，要求电除尘器入口烟气温度为85℃，除尘器出口烟尘浓度小于等于15mg/m3。这两个项目均在实施中。
低低温电除尘技术为何既是新技术，也是新工艺?
我国低低温电除尘技术是借鉴和吸收国外低低温电除尘技术，并结合国内燃煤电厂实际情况以及工艺，创新开发的新一代低低温电除尘技术，集烟气余热利用和电除尘于一体。目前，国内使用的低低温电除尘器主要通过低温省煤器将烟气温度降至酸露点温度以下，是电除尘技术和余热利用技术的有机结合，集高效除尘、节能、节水于一体。
在工程应用中，将低温省煤器与电除尘器集成优化，可保证余热利用及电除尘的高效运行。通过CFD等技术手段对低低温电除尘器的余热利用与气流均布装置进行组合设计和集成优化分析，可将低低温电除尘器的整机压力降控制在500Pa以内。当燃煤煤质、烟温、负荷等发生变化时，可充分发挥低温省煤器与电除尘器的各自特点并相互配合，实现优化运行。通过低温省煤器，可以动态调节换热量，与电除尘器相适应，实现系统高效节能、稳定可靠、安全运行，并实现烟尘低排放，满足国家烟尘排放标准要求。所以说，低低温电除尘技术是一项新技术。
烟气温度是影响烟气性质的工况条件之一，从国内现役燃煤电厂锅炉系统工艺流程来看，锅炉排烟温度大部分在120℃～170℃，在此温度范围内粉尘的比电阻较高，影响了电除尘器的除尘性能。而低低温电除尘技术从整个锅炉尾部工艺系统考虑，在电除尘器前端设置低温省煤器，采用汽机冷凝水与锅炉尾部的热烟气进行热交换，使进入电除尘器的烟温降至酸露点温度以下，从而改善烟气工况条件，扩大了电除尘器对煤种的适应范围。这种通过改变原有锅炉工艺系统的布置，使电除尘器处于最佳工作温度范围的状态，又称之为电除尘新工艺。
低低温电除尘器存在低温腐蚀吗?
由于烟气温度在低温省煤器或MGGH中被降低至酸露点温度以下，大部分SO3在低温省煤器或MGGH中冷凝。关于烟气温度低于酸露点温度是否引起腐蚀问题，有日本学者的研究结果显示，合适的电除尘器入口烟尘浓度可以保证SO3凝聚在粉尘表面，不会发生设备腐蚀。三菱重工的研究结果显示,当灰硫比大于10时，腐蚀率几乎为零(如图4所示)，而实际使用的低低温电除尘器灰硫比远大于100，已交付的火电厂低低温电除尘器均没有腐蚀问题。美国南方电力公司也通过灰硫比来评价腐蚀程度，如图5所示，当低低温电除尘器采用含硫量为2.5%的燃煤时，灰硫比在50～100可避免腐蚀，当采用含硫量更高的燃煤时，为避免腐蚀，灰硫比应大于200。
福建宁德电厂#4炉600MW机组低低温电除尘器投运半年后，利用电厂停炉机会，对设备进行了全面检查，结果表明，电除尘及下游设备未见任何腐蚀及磨损异常情况。
国内有关机构对低低温电除尘器相关材料的低温腐蚀测试表明：在运行温度下，Q235和SPCC两种材料的耐低温腐蚀性能都较强，低温腐蚀级别都达到5级以下;SPCC平均年腐蚀率为0.0412mm/aQ235平均年腐蚀率为0.0537mm/a。
国内外低低温电除尘技术的应用案例表明，只要保证合适的灰硫比，完全可以避免低温腐蚀问题。
图4灰硫比(D/S)与腐蚀率的关系(三菱重工)
图5美国某项目评价腐蚀方法(南方电力)
低低温电除尘技术应注意哪些问题?
由于低低温电除尘器运行温度处于酸露点温度以下，粉尘性质也发生了很大改变，由此产生了一些与常规电除尘器不同的问题，需要引起特别注意。
1.应注意煤种变化和高硫煤带来的不良影响。
燃煤含硫量越高，相对来说烟气中的SO3浓度越高，其对应的酸露点温度就越高，发生腐蚀的风险增加。特别要注意当锅炉燃煤的收到基硫的重量百分比高于2%时对低低温电除尘器的影响。
2.二次扬尘问题需引起高度重视。
由于烟尘性质的改变，粉尘附着力降低，振打二次扬尘加剧。因此，低低温电除尘器末电场宜采用移动电极电除尘技术或离线振打技术。前者采用转刷清灰来避免二次扬尘，后者在末电场振打清灰时，阻断清灰通道的气流通过，达到控制二次扬尘的目的。
3.电控方式需相应调整。
由于粉尘性质发生了变化，特别是粉尘比电阻发生了较大变化，因此，电除尘器电控设备的控制方式和运行参数均需调整。电控设备应具有先进的控制策略，运行方式和运行参数应能随着工况的改变而自动变化，达到既高效除尘又节能的目的。
4.应防止灰斗堵灰。
由于SO3粘附在粉尘上并被碱性物质吸收中和，收集下来的灰的流动性变差，因此灰斗卸灰角度需大于常规设计。为防止因结露引起堵塞，不仅需要较好的保温，还需有大面积的蒸汽加热或电加热。
低低温电除尘技术适合在我国推广
低低温电除尘技术通过将烟气温度降至酸露点温度以下，在大幅提高除尘效率的同时去除烟气中大部分SO3，当采用低温省煤器时，还可实现热量回收利用，同时达到节能减排的效果，进一步提高了电除尘器的除尘效率，扩大了电除尘器的适用范围。目前，低低温电除尘技术已得到业内专家和用户的广泛关注，除是否存在低温腐蚀问题之外，对烟尘排放起重要作用的二次扬尘也是一大关注点。目前，国内厂家已掌握的移动电极电除尘技术和离线振打技术均可克服二次扬尘。国内厂家已掌握了低低温电除尘的核心技术。
随着我国大气环境污染日益严峻，在国务院部署大气污染防治十条措施、新排放标准要求重点控制地区要达到特别排放限值和高度重视PM2.5治理的背景下，低低温电除尘技术具有突出的优势，可作为环保型燃煤电厂的首选除尘工艺，也可与其他成熟技术优化组合，适合在我国燃煤电厂中推广应用。
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