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我國是煤炭消費大國，每年消耗原煤約21.5億噸，約70%被燃煤（méi）電廠使用。我國能源結（jié）構決定（dìng）了以煤炭（tàn）為（wéi）主的火力發電格局。煤炭燃燒會產生大量的粉塵顆粒,其中細微粉（fěn）塵PM2.5會引（yǐn）起心肺呼吸道疾病（bìng）, 同時也會引起灰霾天氣,導致大氣能見度下降。環保麵前，沒有旁觀者
國家環保部於（yú）2011 年發布了《火電廠大氣汙染物（wù）排放標準》，規（guī）定火力發電鍋爐煙塵排放濃度高限值為30mg/Nm3,重點地區高限值為20mg/Nm3；2012 年發布《環境空（kōng）氣質量標準》，將PM2.5寫入國標，並納入各省市的強製監測範疇；2013年國務院發布《大氣汙染防治（zhì）行動計劃》，明確（què）了具體任務（wù），提出了十條具體（tǐ）措施。隨著各文件的出台，燃（rán）煤鍋爐除（chú）塵領域麵臨著前所未有的壓力（lì）和挑戰，僅（jǐn）靠對現有除塵器的常規改造，很難滿（mǎn）足新的煙塵排放標準。特別對PM2.5的排放控製（zhì），成為燃（rán）煤電廠亟待解決的難題（tí）。
1 我國煙氣除塵技術現狀
目前我國電除塵器的生產規模和使（shǐ）用數量（liàng）均居世界首位，電除塵技（jì）術接近世（shì）界先進水（shuǐ）平。布袋除塵器的技術核心（xīn）在（zài）於濾料（liào），隨著材料（liào）科技的不（bú）斷進步,袋式除塵技術（shù）得到廣泛（fàn）應用。電袋複合除塵技術是基於靜電除（chú）塵和袋式除塵兩種成熟的（de）除塵理論，由我國自行研發提出的新型除塵技術，近幾年已在（zài）多家（jiā）電廠成功應用。
1.1靜電除塵技術
靜電除塵器（ESP）的主要工作原理是在電暈極和收塵極之間通上高壓直流電，所產生的強電（diàn）場使氣體電離、粉塵荷電, 帶有正、負離子的粉塵顆粒分別向（xiàng）電暈（yūn）極和收塵極運動而沉積在極板上，使（shǐ）積灰通過振打裝置落進灰（huī）鬥。
由於靜電除塵器基於荷電收塵機理，靜（jìng）電除塵（chén）器對飛灰性質（成分、粒徑、密度、比電阻、黏（nián）附性等）十分敏感，特別對高比電阻粉塵、細微煙塵捕集困難（nán），運行工況變化對除塵效率也有較大影響。另外其不能捕集有害（hài）氣（qì）體，對製造、安裝和操作水平要求較高。
對現有靜電除（chú）塵器提效改造技術有三種可行方向：改進靜電除塵器（包括靜（jìng）電除塵器擴容、采用電除（chú）塵新技術及多種新技術的集成）、電袋複合除塵技術、濕（shī）式電除（chú）塵技術。
1.2袋式除塵技術
袋式除塵器的主要工作原理包含過濾和（hé）清灰兩部分。過濾是指含塵氣體中粉塵的慣性碰撞、重力沉（chén）降、擴散、攔截和靜電效應等作用結果。布袋過濾捕集（jí）粉塵是（shì）利用濾料進行表麵過濾和內部深層過濾。清灰是指當濾（lǜ）袋表麵的粉塵積聚達到阻力設定值時，清（qīng）灰機構將清除濾袋表麵煙塵，使除塵器保持過濾與清灰連續工作。
袋式除塵器好缺點是受濾袋材料的限製，在高溫、高濕度、高腐蝕性氣體環境（jìng）中,除塵（chén）時適應性較（jiào）差（chà）。運行阻力較大，平均（jun1）運行阻力在1500Pa左右，有的袋式除塵器運（yùn）行不久阻（zǔ）力便超過2500Pa。另外，濾（lǜ）袋易破損、脫落,舊袋難以有效回收利用。
美國環保署的環境技術認證(Environmental Technology Verification，ETV)項目（mù）對ePTFE覆膜濾（lǜ）料做過的性能檢測發現濾料覆膜可一定程的地控製PM2.5和消除有（yǒu）害氣體，此項（xiàng）目對袋式除塵技術的發展有較好的引導（dǎo）作用（yòng）。改進袋式除塵器可從三個方麵進一步研（yán）究：濾料覆膜，濾料的改進創新，舊袋的有效回收利用。
1.3電袋複合除塵技術（shù）
電袋複合式除塵器的工作（zuò）過（guò）程是，含塵煙氣進入除塵器後（hòu），大約（yuē）70～80%的煙塵在電場內荷電被收集下來，剩餘20%～30%的細煙塵被濾袋過濾收集。電袋複（fù）合式除塵器兼容了靜電（diàn）除（chú）塵器和袋式除塵器的優點，較好的彌補了兩（liǎng）者的不足，除塵機理科學合理。
電袋複合式除塵器主要有臭氧腐蝕、運行阻力較高（gāo）、投資大、占地麵積大等缺（quē）點，濾袋壽命短及換袋成本高仍是其重要（yào）問題。
電袋複（fù）合式（shì）除塵器（qì）的（de）改（gǎi）進有三個方麵:優化靜電除（chú）塵單元和袋式除塵單元的長時間協同作用以及相對結構（gòu）布置,消除靜（jìng）電除塵單元產生（shēng）的臭氧，濾料的技術創新。
2 煙氣除塵（chén）新技術
由於種種實際因素（sù）,上述三種除塵（chén）器很難（nán）滿足煙氣（qì）出口（kǒu）排塵量低於30mg/Nm3的（de）新（xīn）標準（zhǔn）,尤其對PM2.5的排放控製不佳。近年（nián）來，國內外學者對除塵新技術進行了大量的理論研究和實驗論證，如聚並技術、濕（shī）式（shì）電除塵技術、旋轉電極技（jì）術、高頻電源技術、煙氣調質（zhì）技術，許多技術已獲得（dé）突破性進（jìn）展並初步開始應用，但仍需完善和改進。
2.1 聚並技（jì）術
聚並是指（zhǐ）微細粉塵通過物理或化學的（de）途徑互相（xiàng）接觸、碰撞而結合成較大顆粒的過程。微（wēi）細煙塵聚並成（chéng）較大顆粒後，更容易被除塵器捕集，提高了微（wēi）細煙塵的脫除效率。當前國內（nèi）外研究的聚並技術主要有：電（diàn）聚並、湍（tuān）流凝並（bìng）、聲聚並、蒸汽相變聚並、化學聚（jù）並和光聚並等。
電聚並是各聚並技術中好實（shí）用（yòng）有效的（de）方法。電聚並是通（tōng）過細顆粒荷電，促使細顆粒相互吸引、碰撞、聚並，使細顆粒團聚成（chéng）大顆粒。電（diàn）聚並的效果取決於粒子的濃度、粒徑、電荷的分布以及外電場的強弱。
澳大利亞Indigo（因迪格（gé））技（jì）術有（yǒu）限公司於2002年推（tuī）出了Indigo凝聚器工業產品，至2008年10月，Indigo凝聚器已經在澳大利亞、美國、中國等國家的8家電廠中使用，測試結果表明，PM2.5、PM1.0排放可分別減少80%、90%以（yǐ）上。自2007年始，華北電力（lì）大學和北（běi）京大學共同參與國家“863”課題“超細顆粒（lì）物聚（jù）並新技術開（kāi）發”，從實驗和理（lǐ）論計算兩方麵對超細顆粒物湍流聚並技術進行了大量研究，自行研發出一套雙（shuāng）極（jí）荷電-湍流聚並裝置。
該技術不僅能較大幅度（dù）提高除塵效率，還能對PM2.5有（yǒu）效控製，工藝簡單（dān）可靠（kào），有廣闊（kuò）的應用前景。由於電聚並（bìng）器一般安裝在電除塵器的煙道前，其安（ān）裝空間受到了一定限製。另一方麵因煙道內氣流速度大，不適用於收集磨琢性強的煙塵。此外，如何減少在（zài）電聚並器段的壓力損失也是目前（qián）測試階段需要（yào）解決的問題。
2.2 濕式電除塵技術
濕式電（diàn）除（chú）塵（chén）技（jì）術與幹法靜電除塵技術（shù）對粉塵（chén）捕集的（de）原理基本相同，兩（liǎng）者結構也（yě）類似（sì）。所不（bú）同的是（shì）清灰方式，濕式除塵器取消了傳（chuán）統的機械振打（dǎ）清灰方（fāng）式，通過（guò）煙氣與水接觸使飛灰沉降（jiàng）。根據濕式除塵器原理和結構的不同（tóng），有自激式除塵、麻石（shí）水膜除塵、噴淋式除塵三種主（zhǔ）要形式。
日本（běn）中部電力碧南電廠五台（tái）機組(3×700MW+2×1000MW)使用濕式靜電除塵器後，其排放濃度長期穩定在2～5mg/Nm3，遠低於日本國家標準和新國標的要求，表明濕式靜電除塵器能高效地除去（qù）煙（yān）氣中的煙塵。2010年，由中國重型機械研究院有限公司設計的（de）濕式電除塵器應用於（yú）浙江某工業窯爐生產線，實測煙塵排放（fàng）遠低於設計值(30 mg/m3)達到20 mg/m3以下,低可達到12 mg/m3,且設備運行穩定。濕式靜電除塵器衝洗水（shuǐ）對煙氣有洗滌作用，對煙氣的脫硫及去除重（chóng）金屬離子（zǐ）有一定作用，尤其（qí）對控製PM2.5效果明顯。
濕式靜電除塵器也有一些缺陷：濕式靜電（diàn）除塵器布置在脫硫（liú）係統後，場地空間（jiān）受限製（zhì）；雖然濕式靜電除塵係統的衝（chōng）洗水采用閉（bì）式循（xún）環，但由於水（shuǐ）中含塵量增加，仍需不斷補充原水；其大（dà）量部件長期處於潮濕環境，對材（cái）料的耐腐蝕性要求較高（gāo）。
2.3 旋轉（zhuǎn）電極技術
旋轉電極式電除塵器與常規電除（chú）塵器的除塵原理完（wán）全相同,在清灰方式上有（yǒu）很大改變。旋轉電極是由若（ruò）幹個（gè）小塊極板固定在（zài）板鏈上低速旋轉,極（jí）板由原來的整體壓（yā）型板改為小塊極板（bǎn），通過板鏈帶動旋轉。其清灰方式采用旋轉鋼刷清灰，從根本（běn）上改變了（le）常規電除（chú）塵（chén）器的振打裝置清灰，徹底避免了振打清灰造成（chéng）的二次揚（yáng）塵， 同時也解決（jué）了高比（bǐ）電阻粉塵的“反電暈”問題。
早在20世紀70年代，國外就旋轉電極技術（shù）做（zuò）了大量研究（jiū）。其中日本日立公司首次研發出移動電極式電（diàn）除塵技（jì）術(MEEP)。在我國，自2010年以（yǐ）來，浙（zhè）江菲達（dá）環保科（kē）技股份有限公司研（yán）發（fā）生產的大型燃煤電站配（pèi）套旋（xuán）轉電極式電除塵器，先後應用於內蒙古包頭第yi熱電廠300 MW機組、內（nèi）蒙古達拉特電廠（chǎng）330 MW 機組，經（jīng）過測試，該除塵器各項技術指標達到或優（yōu）於設計要（yào）求，粉塵出口排放濃度達（dá）到30mg/Nm3以下。
旋（xuán）轉電（diàn）極式電除塵器能較大限（xiàn）度地減少二次揚塵, 避免反電暈效應,從而大幅提高除塵效率，顯（xiǎn）著降低煙氣（qì）出口（kǒu）PM2.5濃度。由於不需另占空間，隻需將固定電場改成旋轉電極式電場,特別適合於老機組電除塵（chén）器改造。同時也具有常規電除塵器的阻力損失小，運行維護費用低等優點（diǎn）。
圖4 旋轉電極結構示意圖
旋轉電極式電除塵器也有（yǒu）部分缺陷,其結構相對複（fù）雜，對製造和安裝工藝要求較高，具有一定的局（jú）限性。另外,其長時間穩定運行的可靠性仍需考證。
2.4 高頻（pín）電源技術
高頻電源采用現代電力電子技術,是將工頻交流經三相整流橋整流成（chéng）約530V的直流，再經逆變電路變成20kHz以上的高頻（pín）交流電流，好後通過高頻變壓器升壓和頻整流器整（zhěng）流濾波，形成 40 kHz 以上的高頻脈動直流，供給電除塵器電場。其功率控製方法有脈衝（chōng）高度調製、脈衝寬度調製和脈衝頻率調製3種方法。目前，多數高（gāo）頻電（diàn）源采用的是脈衝頻（pín）率調製方法。
Nakhorn Thonglek等人通過對常規（guī）靜電除塵器和高頻脈衝（chōng）電源式除塵器做對比試驗發（fā）現，高頻脈衝（chōng）式除塵器不僅能（néng）量消耗低並且除塵效率更高,可在9000V條件（jiàn）下長時間運行而（ér）無火花或閃絡現象 [10]。我國於21世紀初開始自主研製（zhì）該項技術,上海外高橋第三發（fā）電有（yǒu）限公司8號機組（zǔ）(1000MW)節能改造,采用國電環境保護研究院研製的HF-01型高頻電源，在日常運行工況條件下監測（cè），煙塵排放濃度（dù）由42mg/m3下降至17mg/m3,減排（pái）59.5%，電除塵器能耗降低71.7%。其結果（guǒ）同樣（yàng）說（shuō）明高頻電源（yuán）式（shì）除（chú）塵器除塵效率高，並且可以大幅度減少電能損耗。另外，其控製方式靈活（huó）多樣,可根據電除塵器運行工況選擇好合適的電壓波形。
高頻電源的成功實踐（jiàn）令電源技術（shù）水平有質的飛躍, 使電除塵器有更廣闊（kuò）的適用範圍。越來越嚴格的排放標準也（yě）激勵著高（gāo）頻電源技術向更成熟、更完善、更現代化（huà）的方向發展,相信高（gāo）頻電源技術（shù）將會為除塵（chén）領域做出更大貢獻。
2.5 煙氣調質技術
煙氣（qì）調質技術是指在除塵（chén）器前對煙氣進行調質處理，向煙氣中注入調質（zhì）劑,改變煙塵的一些物理化學特性，如飛灰比電（diàn）阻,化學成分,黏（nián）附性,粒度分布,顆粒的形態等（děng）。調（diào）質後的煙塵更容易被除塵（chén）器捕捉，從而（ér）提高除塵效率。用於實（shí）驗研究的調質劑有無水（shuǐ）氨、氨溶液、硫（liú）酸、三氧（yǎng）化硫、磷酸、二乙胺（àn）、氨基磺酸、氯化鈉等，目前應用較多（duō）的調質劑是SO3。
在國外（wài），SO3調質技術己經是一項成熟的技術,被（bèi）不少公司采用。例如在過去20年中，世界各地大電廠安裝應用了500多台由美國Wellco公司研（yán）發的SO3煙氣調質裝置,並且運行效果良好。我國在新世紀初就對煙氣調（diào）質技術進行了大量的（de）實驗研究，並且在多家電廠測試應用，例如華（huá）潤電力登封有限公司一期（qī）2x320MW機組電除塵器原（yuán）先的除塵效率（lǜ）隻有（yǒu）98.5%左右,引入煙氣調質係統後，除塵效率大於99.8%。
煙氣調質技術（shù）可（kě）保留電除塵器阻力低、可靠（kào）性高的特點。調質係統具有集成度高、全自動控製、維護費用低、操作靈活、占用空間小等優點，特別適合老機組的提（tí）效改造。針對高比電阻工況下提高除塵效率也是（shì）一項實（shí）用的補丁技術。需要注意的是，煙氣調質（zhì）技術並不適用於所有工況，需要對煤種、煙氣條件和煙塵性質分析後使（shǐ）用。
3 各新（xīn）式除塵技術綜合比較
表1 各新式除塵（chén）技術（shù）比較
技術種類 | PM2.5去除率 | 投資 | 可靠性 |
聚（jù）並技術 | 高 | 小 | 較高 |
濕式電除塵技術 | 高 | 大 | 較低 |
旋轉電極（jí）技術 | 較高 | 較大 | 較（jiào）低 |
高頻電源技術（shù） | 較高 | 小（有節能效果） | 高 |
煙氣調質技術 | 較低 | 小 | 高（gāo） |
4 建議與展望
燃煤鍋爐排放（fàng）的大量粉塵已經給（gěi）大氣環境和人類健康帶來了嚴重威脅，國家對工業粉塵的治理已經提高到一個前所未（wèi）有的（de）高度。節能環保行業被列為國家七大戰略新興產業之首，在“十二（èr）五”期間，工業煙氣除塵行業將麵臨更大的機遇和挑戰。目前國內大多（duō）除塵設備相對老（lǎo）舊，煙塵排放量遠不能達到低於30mg/Nm3的新要求。結合我國目前除塵現狀，提出以下建（jiàn）議：
(1)逐步淘汰（tài）老舊除塵設備，找到相對適合改造的新除塵技（jì）術（shù）。對新建燃煤電廠的常規除塵器進行升級改造（zào），使其達到新的煙塵排放標準。(2)加快除塵新技（jì）術的研發和應用，積（jī）極（jí）引進國外已成功工業化的新式除塵技術，開發和示（shì）範適（shì）合我國國情（qíng）的煙氣（qì）除塵技術。
(3)針對PM2.5排放控製，結合新除塵技術對我（wǒ）國煤（méi）種適應性的研究,進一步對新技術優化集成，實現綠色環保與清潔電力生產的目標。
