新技术进一步巩固电除尘器主流地位
近年来，我国电除尘技术水平有了长足进步，电除尘行业已发展成为我国环保产业中能与国际厂商相抗衡且最具竞争力的一个行业。《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223—2011）和《环境空气质量标准》（GB3095—2012）的出台，对我国电除尘技术来说，既是挑战又是机遇。
但常规电除尘器仍面临一些技术瓶颈，比如，应对一些复杂工况时需要较大的比集尘面积，高比电阻粉尘导致的反电晕和振打引起的二次扬尘在很大程度上影响了电除尘器的除尘效率，对PM2.5脱除效率较低等。
我国电除尘新技术、新工艺近年来已取得突飞猛进的发展。比如，在吸收国内外成功经验的基础上，我国研制开发了移动电极电除尘、粉尘凝聚、SO3烟气调质等新技术，大大提高了除尘效率，扩大了适用范围，进一步巩固了电除尘器在烟尘治理领域的主流地位。本版报道将详细介绍移动电极电除尘、粉尘凝聚、SO3烟气调质等新技术的技术原理、创新点和实际工程案例，希望为相关机构提供借鉴。
移动电极电除尘技术——突破技术瓶颈最有效
是重点开发推广的新技术，改造项目上更显优势
技术提示：移动电极电除尘技术是欧盟委员会推荐的烧结机除尘的最佳可行技术之一，被中国环保产业协会确定为“十二五”期间重点开发和推广的电除尘新技术，已列入“国家鼓励发展的重大环保技术装备目录”（2011年版）。采用布置于非收尘区的清灰刷刷除极板上粉尘的清灰方式，有效解决了高比电阻粉尘引起的反电晕及振打清灰引起二次扬尘等问题，从而大幅提高除尘效率，是目前突破常规电除尘器技术瓶颈最有效的方法之一。特别是对于改造项目，移动电极电除尘器的优势更为突出。
有哪些技术优势？
移动电极电除尘器的收尘原理与常规电除尘器完全相同，由常规电场和末级移动电极电场组成。移动电极电场中阳极部分采用回转的阳极板和旋转的清灰刷，阴极部分采用和常规电除尘器相同的阴极系统。附着于移动极板上的粉尘在尚未达到形成反电晕的厚度时，就随移动极板运行至非电场区内，被布置在非电场区旋转的清灰刷彻底清除，因此不会产生反电晕现象，有效解决高比电阻粉尘收尘难的问题。
移动电极电除尘器改传统的振打清灰为清灰刷清灰。清灰刷布置于非收尘区，可最大限度减少二次扬尘，增加粉尘驱进速度，大幅提高电除尘器除尘效率，降低烟尘排放浓度。同时，移动电极电除尘器还有效降低了对煤种变化的敏感性，增加对不同煤种的适应性，特别是高比电阻粉尘、黏性粉尘，应用范围比常规电除尘器更广。
移动电极电除尘技术特别适合老机组电除尘器改造，因其可使电除尘器小型化，占地少，节省能耗。移动电极电场（同极间距460mm）的驱进速度可达常规末电场（同极间距400mm）的2~2.5倍，最高可达3倍，除尘效率可由常规末电场的50%~70%提高到70%~90%，一个移动电极电场相当于两个常规末电场的效果。在很多时候，只需将末电场改造成移动电极电场，不需另占场地。与布袋除尘器相比，电除尘器阻力损失小，维护费用低，并且有着较高的性价比。在保证相同性能的前提下，与常规电除尘器相比，移动电极电除尘器一次投资略高、运行费用较低、维护成本几乎相当。从整个生命周期看，移动电极电除尘器具有较好的经济性。
从1979年日本日立公司研制出首台移动电极电除尘器至今，已有30多年应用历史，主要用于燃煤锅炉、烧结机、水泥窑、玻璃熔窑、流化床催化裂解等，涵盖150MW~1000MW机组。应用表明，移动电极电除尘器是一种能够长期稳定维持高除尘效率的除尘设备。采用此项技术，新建工程烟尘排放浓度均可达到30mg/m3及以下，最低可达10mg/m3以下。
我国已掌握核心技术
国内相关单位自2006年开始研发移动电极电除尘技术，在国家工程实验室内建立了可处理烟气量为2.5万m3/h的热态旋转电极式电除尘器中试装置和电场有效高度15m、电场有效长度4m的旋转电极电场1︰1结构可靠性实体试验验证装置。在此基础上进行了大量试验和验证，成功攻克了设备的可靠性、零部件的使用寿命、选型设计的准确性等多项技术难点，并对阳极板同步传动方式、转刷组件结构等进行了创新设计，提高了设备的可靠性。目前，我国已全面掌握核心技术，并获多项国家发明专利和实用新型专利，具有自主知识产权，研制出了具有自己特色的产品。
应用效果如何，有哪些典型案例？
几年来的应用实践表明，移动电极电除尘器的提效效果明显。目前，我国已有数套300MW及以上机组的移动电极电除尘器投入运行。截至今年6月底，已签订的300MW及以上机组移动电极电除尘器的合同装机总容量超2.5万MW，其中1000MW机组两套，600MW机9套。这项技术得到了专家和业主的认可，具有广阔的应用前景。典型案例有：
1）北方联合电力包头第一热电厂#1炉300MW机组电除尘器改造，将原双室四电场电除尘器第四电场改造成移动电极电场，改造前比集尘面积为85.04m2（m3/s），改造后常规电场比集尘面积为63.78m2（m3/s），移动电极电场比集尘面积为14.2m2（m3/s）。经测试，电除尘器出口烟尘浓度由改造前大于150mg/m3降至38.0mg/m3，设计值为50mg/m3。
2）北方联合电力达拉特发电厂#5炉330MW机组电除尘器改造，原电除尘器比集尘面积偏小，仅为69.25m2（m3/s），在原双室四电场除尘器第一电场前新增一个与原电除尘器电场长、宽、高一致的电场（称零电场），并将原第四电场改造成移动电极电场，新增电场采用高频电源，改造后常规电场比集尘面积为65.74m2（m3/s），移动电极电场比集尘面积为11.4m2（m3/s）。经测试，出口烟尘浓度由改造前的150mg/m3降至29.2mg/m3，设计值为40mg/m3。
3）河北衡丰发电厂二期300MW机组电除尘器改造，在原双室四电场除尘器基础上将电场增高，并将原第四电场改造成移动电极电场，改造前比集尘面积为62.31m2（m3/s），改造后常规电场比集尘面积为60.21m2（m3/s），移动电极电场比集尘面积为11.56m2（m3/s）。经测试，出口烟尘浓度由改造前的150mg/m3降至32mg/m3，设计值为40mg/m3。
4）华能北京热电#3炉200MW机组电除尘器改造，入口烟气温度从150℃降至95℃（设计、校核煤种的酸露点分别为90.5℃、85.6℃），将原双室四电场电除尘器电场有效高度由12m增加至15m，第一电场有效长度由3m改为3.5m，第二、三电场有效长度由3m改为4m，第四电场采用移动电极技术，电场有效长度为3m，4个电场均采用三相电源。改造前比集尘面积为52.19m2（m3/s），改造后常规电场比集尘面积为67.56m2（m3/s），移动电极电场比集尘面积为13.5m2（m3/s）。经测试，出口烟尘浓度由改造前55.5mg/m3降为12mg/m3，设计值为17mg/m3。
5）靖远第二发电有限公司#6炉300MW机组电除尘器提效改造。采用3个常规电场加1个末级移动电极电场结构形式。具体方案为：在现有电除尘器基础上，将原有三电场除尘器壳体加高，新增一个移动电极电场，将各电场高度由14m加高到16m，第四电场采用移动电极技术；高压电源全部采用高频电源。改造完成后，经测试，电除尘器出口烟尘浓度为31.2mg/m3，除尘效率为99.91%，实现了合同要求的烟尘排放浓度低于50mg/m3的设计目标。
6）江阴苏龙热电有限公司#1、#2炉135MW机组电除尘器提效改造。本次改造采用4个常规电场加1个末级移动电极电场的结构形式。具体方案为：将原电除尘器一、二、三电场全部拆除，进行加宽、加高扩容改造，并在原电除尘器后增加一个常规第四电场和一个移动电极第五电场，全部采用高频电源供电。经测试，#1、#2炉电除尘器出口烟尘浓度分别为13.4mg/m3和11mg/m3，效率达到99.935%和99.933%，实现了合同要求的烟尘排放浓度小于25mg/m3的设计目标。
结构设计和安装质量很重要
值得注意的是，移动电极电除尘器阳极系统及清灰装置均为转动部件，要确保设备高效安全运行，合理可靠的结构设计、精益求精的制造、优质的安装质量显得十分重要。移动极板和刷灰装置处于运动状态，属动平衡，相对静负载的常规电除尘器安装工艺要求更高。安装质量直接影响到设备的长期可靠运行，对保证移动电极电除尘器性能具有至关重要的作用。对于移动极板与内部传动链条安装、上部和下部传动轴安装、刷灰装置安装、整体复核与调整、试运转等必须按安装说明书及有关技术文件执行。
粉尘凝聚技术——PM2.5治理利器
将细颗粒凝聚成较大颗粒，让电除尘能有效脱除PM2.5
技术提示：近年来，我国大中城市雾霾天气越来越多，严重影响了公众健康和生活，PM2.5含量过高是导致雾霾天气的主要原因，而燃煤电厂又是PM2.5的主要污染源之一。粉尘凝聚技术可将细颗粒凝聚成较大颗粒，从而使电除尘器有效脱除PM2.5，这是目前减少烟尘总质量浓度和高效去除PM2.5的最有效途径之一，也是最具应用前景的实用技术之一。
如何减少烟尘总质量排放，显著减少PM2.5排放？
研究表明，燃煤电厂排放的PM2.5占全国排放总量的10%~20%，电除尘器和袋式除尘器对10μm以上的粒子虽然能够达到99.90%以上的除尘效率，但是对PM2.5的收尘效果并不理想。
电除尘器对PM2.5的脱除效率为何较低？粉尘荷电量的大小与粉尘粒径、电场强度、离子浓度及在电场中停留时间等有关。粉尘荷电有两种方式：电场荷电和扩散荷电。对于粒径大于1μm的粉尘，主要以电场荷电为主；对于粒径小于0.1μm的粉尘，主要以扩散荷电为主。介于两者之间的粉尘，电场荷电和扩散荷电均较弱，如图1所示。
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图1粉尘粒径与驱进速度关系
粉尘凝聚技术的工作原理如图2所示：含尘气体进入除尘器前，先对其进行分列荷电处理，使相邻两列的烟气粉尘带上正、负不同极性的电荷，并通过扰流装置的扰流作用，使带异性电荷的不同粒径粉尘产生速度或方向差异而有效凝聚，形成大颗粒后被电除尘器有效收集。
1－负放电极框架；2－正放电极框架；3－接地极框架
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图2粉尘凝聚器工作原理示意图
粉尘凝聚器根据具体情况可布置在电除尘器前端的进气烟道内或进气烟箱内。
粉尘凝聚技术可减少烟尘总质量排放，提高电除尘器除尘效率；显著减少PM2.5的排放，改善后置电除尘器的电气运行状况，提高大气能见度，改善空气质量；减少汞、砷等有毒元素的排放；压力损失小于250Pa；提效受除尘设备出口烟尘浓度和粉尘粒径等影响，且其提效具有一定的范围。
国外公司从1999年就开始研究粉尘凝聚技术，2002开始工业应用，据不完全统计，至今已有10余套应用业绩。设备运行良好，效果显著。
应用效果如何，有哪些成功案例？
国内相关企业关注这项技术的发展与应用已经多年，相关单位自2008年开始研发粉尘凝聚技术，与科研院所合作，在国家工程实验室内进行试验研究，在模拟工况下，利用ELPI（静电低压撞击仪）测试了使用粉尘凝聚装置前后电除尘器出口不同粒径粉尘数量浓度、质量浓度的变化。研究表明，实验室粉尘凝聚装置对微细粉尘具有一定的凝聚效果，可以提高电除尘器除尘效率。我国现已掌握了核心技术，并获得多项国家发明专利和实用新型专利，具有自主知识产权，分别在300MW、135MW机组上得到了应用。截至今年3月底，已签订粉尘凝聚装置的机组合同共8套，分别为660MW机组1套、300MW机组3套、135MW机组4套。典型案例有：
1）上海吴泾热电厂#9炉300MW机组，配套除尘设备为双室四电场电除尘器，原出口浓度约50mg/m3，仅在电除尘器前置进口烟道处安装粉尘凝聚装置，于2012年4月14日投运。经南京电力设备质量性能检验中心测试，装置投运后，电除尘器出口PM2.5的质量浓度由15.7mg/m3下降为10.9mg/m3，下降率为30.1%，经计算，PM2.5年减排量约64吨。总烟尘质量浓度的由45.9mg/m3降为36.7mg/m3，下降率为20.3%，经湿法脱硫后，烟尘排放浓度稳定在20mg/m3以下，满足重点地区特别排放限值要求。设备投运至今，运行稳定、可靠。
2）江阴苏龙热电有限公司#1、#2、#3炉135MW机组电除尘器提效改造。采用4个常规电场加1个末级移动电极电场的结构形式，并在每台电除尘器前端进气烟箱内增设粉尘凝聚装置。这一改造将几个技术组合应用，粉尘凝聚器的使用改善了后置电除尘器的电气运行状况，提高除尘效率，同时减少PM2.5排放。在机组满负荷状态下，#1、#2炉电除尘器出口烟尘排放浓度分别为13.4mg/m3和11mg/m3，除尘效率分别达到99.935%和99.933%；#1炉投运凝聚器装置后，电除尘器出口总烟尘质量浓度下降率为20%；#3炉投运凝聚器装置除尘器出口总烟尘质量浓度下降率为30%，PM2.5质量浓度下降37%。
此外，国网能源哈密煤电660MW机组也确定配套使用粉尘凝聚技术。
值得一提的是，烟尘总质量浓度与PM2.5的质量浓度下降率为装置开、关状态下的数值。事实上，只要安装这一装置，在电源关闭的状态下对粉尘也有一定的凝聚作用，对电除尘器具有一定的提效作用。因此，实际下降率应该比上述数值更高。
烟气调质技术——战胜高比电阻
特别适合老电除尘器提效改造和燃用多煤种工况机组
技术提示：如何有效克服高比电阻的问题？国际电除尘行业进行了大量研究，其中烟气调质是有效的新技术之一。目前，主要有水调质、SO3调质、NH3调质、SO3+NH3双重调质等。在欧美发达国家广泛应用的SO3烟气调质是一项成熟有效的电除尘器提效技术，目前世界上投运的SO3烟气调质系统已逾500套，最大应用机组达到1000MW。
SO3烟气调质如何起作用？
解决高比电阻粉尘对电除尘器除尘效率的影响，一直是电除尘技术的主要研究课题。其中一个方法就是对烟气进行调质，国外曾经采用各种各样的方法对烟气进行调质处理以降低粉尘比电阻，主要有加硫、加氨、加水等方法，但受使用条件限制，工程中使用最多的是用SO3调质。
SO3烟气调质系统中SO3的生成是基于硫磺制酸工艺。硫磺制酸工艺非常成熟，已经有100多年历史。SO3烟气调质系统在原工艺基础上采用先进的PLC控制技术，通过智能化计算机集控系统对系统中各工艺参数进行连续监测、反馈和调整处理。实践证明，采用SO3烟气调质系统降低粉尘的电阻率，使灰尘比电阻降到电除尘器的高效处理范围内，是一种先进、可行的科学技术手段。
影响电除尘器性能最为突出的因素是粉尘比电阻，通常比电阻在104Ω·cm～5×1010Ω·cm之间的飞灰最适合电除尘器收集。粉尘比电阻与除尘效率关系如图3。
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图3粉尘比电阻与电除尘效率关系
烟气中粉尘表面导电主要通过粉尘颗粒表面吸附的水膜或化学物质（化学膜）来进行。通常燃煤电厂烟气中含有3%～10%的水分，当烟气温度较低时，这些水汽可以吸附在粉尘表面形成具有低比电阻的导电通道，但由于水露点往往较低，当烟气温度较高时，水分吸附作用将大大降低。当烟气中出现足够的SO3时，一方面具有SO3极强的活性，与烟气中水分结合形成的烟酸气溶胶极易吸附在粉尘表面，形成低电阻导电通道；另一方面，烟气中SO3含量增加，烟气酸露点提高，即使烟气温度高于露点很多，被吸附的酸膜也会沉积在粉尘表面形成表面导电通道。其机理如下图。
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SO3烟气调质就是将少量（5ppm～25ppm）可控制的SO3喷射到烟气中，SO3与烟气中的水分结合生成硫酸气溶胶吸附在粉尘颗粒表面，形成一个低比电阻导电通道，使粉尘更易收集，从而提高电除尘器的除尘效率。
SO3烟气调质技术改变了烟气性质，降低了粉尘比电阻，使工况条件得到改善，扩大了电除尘器对煤种的适应性范围。同时，这一技术不增加系统阻力、可靠性高，特别适合老电除尘器提效改造，而且改造工期短，不受场地限制。这一技术同样适合于燃用多煤种工况的新建机组，电除尘器规格按易收尘煤种设计，大大降低了除尘设备的投资和运行费用，SO3烟气调质系统作为备用设备在燃用难收尘煤种时投入使用。
烟气调质技术在欧洲一些发达国家得到比较多的应用，国际上已有500多台三氧化硫烟气调质系统成功应用。我国SO3烟气调质技术和设备在电除尘提效工程中已经得到应用，包括两台200MW机组、4台300MW机组、12台600MW机组和4台1000MW机组等，均取得了良好效果。典型案例有：
1）内蒙古托克托电厂2×600MW机组在中国火电厂中率先使用SO3烟气调质装置，燃用准格尔煤，飞灰高铝、低铁、低碱、高比电阻，采用威尔普（Wellco）公司SO3烟气调质系统，于2004年7月7日成功投运。SO3喷入量为15ppn/90kg/h（2×600MW机组），调质前烟尘排放为160~300mg/m3，调质后效果十分明显。2005年1月，内蒙古自治区环境监测中心站对托克托电厂一期1、2号机组大气污染物排放监测报告显示，烟尘浓度小于50mg/m3。
2）黑龙江双鸭山电厂2×200MW机组，于2010年进行电除尘器提效改造，改造工程只对电除尘器进行了检修，同时增设了烟气调质系统。2010年11月，改造完成后黑龙江省电力监督检测中心对#1机组电除尘器进行了性能测试，测试结果表明，烟气调质系统大幅度提高了除尘效率，电除尘器除尘效率为99.94%，出口烟尘浓度达到了21.4mg/m3，经过脱硫装置后的出口浓度为12.2mg/m3，远远小于改造工程技术协议书规定的烟囱出口烟尘排放浓度小于30mg/m3的要求。
国内外大量应用实例表明，SO3烟气调质对燃用低硫煤，或者锅炉飞灰含铝、硅成份高，比电阻较高的电除尘器提效具有很大作用，可作为进一步提高电除尘效率、满足低排放要求的一种有效技术手段。如果与低低温电除尘技术、移动电极、高频技术等组合应用，降低烟气温度和烟尘比电阻，提高电除尘效率，可有效减少电除尘器出口的烟尘排放，是除尘提效改造最为便捷的技术措施。
篇尾语
移动电极电除尘、粉尘凝聚、SO3烟气调质等新技术使用或几种新技术集成使用，克服了常规电除尘器存在高比电阻粉尘引起的反电晕、振打引起的二次扬尘及微细粉尘荷电不充分的技术瓶颈，大幅提高了电除尘器除尘效率，扩大了煤种使用范围并减少了PM2.5排放，可使电除尘器在具备较好技术经济性的前提下满足新烟尘排放标准要求。
移动电极电除尘技术和粉尘凝聚技术已得到科技部的高度重视和大力支持，被列入国家高技术研究发展计划（863计划）“燃煤电站PM2.5捕集增效优化技术与装备研制”课题，计划对两项技术进行更加深入的研究。
《国务院关于加快发展节能环保产业的意见》最近刚刚出台，明确提出要使节能环保产业“成为国民经济新的支柱产业”。而电除尘新技术为火电厂除尘设备新建或提效改造工程应用起到了很好的借鉴和示范作用，电除尘器的主流地位进一步巩固。
在国家将环保产业作为新经济支撑点的大背景下，电除尘行业以净化蓝天、保护环境为己任，以技术进步为帆，以管理创新为桨，助推环保事业健康发展，为中国梦添上浓墨重彩的一笔。
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