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摘要：介紹了現階段（duàn）國內燃煤鍋（guō）爐煙氣除（chú）塵技（jì）術,包括靜（jìng）電除塵、袋式除塵和（hé）電袋複合除塵的原理、特點和改進方向,並對近年來國（guó）內外發（fā）展的煙氣除塵新技術的原理及研究現狀進行評述,展望（wàng）了國內燃煤鍋爐煙氣除塵技術的發展前景與技術方向。
我國是（shì）煤炭（tàn）消費大國，每年消耗原煤約21.5億t，約70%被燃煤電廠使用。我國能源結構決定了以煤炭為主的火力發電格局。煤炭燃燒會產生大量的（de）粉塵顆粒，其中細微（wēi）粉（fěn）塵（chén）PM2.5會引（yǐn）起心肺呼吸道疾病，同時也會引起灰（huī）霾（mái）天氣，導致大氣能見度（dù）下降。
國家環保部於2011年發布了GB13223—2011《火電廠大（dà）氣汙染物排放標準》，規定火力發電鍋爐煙塵排放濃度高限值為30mg/m3，重點地區高限值為20mg/m3;2012年發布（bù）GB3095—2012《環境空氣質量標準》，將（jiāng）PM2.5寫（xiě）入國標，並納入各省（shěng）市的強製監測範疇;2013年國（guó）務院（yuàn）發布《大氣汙染（rǎn）防治行動計劃》，明確了具（jù）體任務，提出了十條具體措施。隨著各文件的出台，燃煤鍋爐除塵領域麵臨著前所未有的壓力和挑戰，僅靠對現有除塵器的常規改造，很（hěn）難滿足新的煙塵排放標準。特別對PM2.5的排放控製，成為燃煤電廠亟待解決的難題。
1我國煙（yān）氣除塵技術現狀
目（mù）前我國電除塵器的生產（chǎn）規模（mó）和使用數量均居世界首位，電除（chú）塵技術接近世界先進（jìn）水平。布袋除塵器（qì）的技術核心在於濾料，隨著材料科技的不斷（duàn）進步，袋式除塵技術得（dé）到廣泛應用。電袋複合除塵技術是基於靜電除塵和袋式除塵兩種成熟的除塵理論，由我國自行研發提出的新型除塵（chén）技術，近幾年已在多家電廠成功應用。我國火電廠各除塵方式所占比例見圖1。
1.1靜電（diàn）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（chén）極之間通上高壓直（zhí）流電，所產生的強電場使氣體電離、粉塵荷電，帶有正、負離子的粉（fěn）塵顆粒分別（bié）向電暈極和收塵極運動（dòng）而沉積在極（jí）板上，使積灰通過振打（dǎ）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（diàn）除塵器對飛灰性質(成分、粒徑、密度、比電阻、黏附性等)十分敏感，特別對高比電阻粉塵（chén）、細微煙塵捕集困難，運行工況變化對除塵（chén）效率也有較大影響。另外其（qí）不能捕（bǔ）集有害氣（qì）體，對製（zhì）造、安（ān）裝（zhuāng）和操作水平要求較高。
對（duì）現有靜（jìng）電除塵器提效改造技術有三種可行方向:改進靜電（diàn）除塵器(包括（kuò）靜電除塵器擴容、采用電除塵新技術及多種新（xīn）技術（shù）的集成)、電袋複合除塵技術、濕（shī）式電除塵技術。
1.2袋（dài）式除塵技術
袋式除（chú）塵器的主要工作原（yuán）理包（bāo）含過（guò）濾和清灰（huī）兩部分。過濾是指含塵氣體中粉塵的（de）慣性碰撞、重力沉降、擴散、攔截和靜（jìng）電效應等作用結果。布袋過濾（lǜ）捕集粉塵是利用濾料進行表麵過濾和內部深層（céng）過（guò）濾。清灰是指當濾袋表麵的粉塵積聚達到阻力設定值時，清灰機構將清除濾袋表麵煙塵，使除塵器（qì）保持過（guò）濾與清灰（huī）連續工作。
袋式除塵器好缺點（diǎn）是受濾袋材料的（de）限製（zhì），在高溫、高濕度、高腐蝕（shí）性氣體環境中，除塵時適應性較（jiào）差。運（yùn）行阻力（lì）較大，平均運行阻力在1500Pa左右，有（yǒu）的袋式除塵器運行不（bú）久阻力便超過2500Pa。另外，濾袋易破（pò）損、脫落（luò），舊（jiù）袋難以有效回收（shōu）利用。
美國環保（bǎo）署的環境技術認證(EnvironmentalTechnologyVerification，ETV)項（xiàng）目對ePTFE覆膜濾料做過的性能檢測發現濾料覆膜可一定程的地控（kòng）製PM2.5和消除有害氣體，此項目對袋式除塵技術的發展有較（jiào）好的（de）引導作用。改（gǎi）進袋式除塵器可從三個（gè）方麵進一步研究:濾料覆膜，濾料（liào）的改進創新，舊袋的有效回收利用。
1.3電袋複合除塵技術
電袋複合式除塵器的工作過程是，含塵煙（yān）氣進入（rù）除塵器後，70%～80%的煙塵在電（diàn）場內荷電被收集下來，剩餘20%～30%的細煙（yān）塵被濾袋過濾收集。電袋複合式除塵器兼（jiān）容了靜電除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（lǐ）科（kē）學合理。
電袋複合式除塵（chén）器主要有臭氧腐蝕、運行阻力較高、投資大、占地麵積大等缺（quē）點，濾袋壽命短及換袋成本（běn）高仍是其重要問題。
電袋複合式除塵器的改進有三個（gè）方麵:優化靜電除塵單元和袋式除塵單元的長時間協同作用以（yǐ）及相對結構布置，消除靜電除（chú）塵單元產（chǎn）生的臭氧，濾料的（de）技術創新。
2煙氣除（chú）塵新技術
由於種種實際因素（sù），上述三種除塵器很難滿足煙氣出口排塵量低於30mg/m3的新標準，尤其對PM2.5的排放（fàng）控製不佳。近年來，國內外（wài）學者對除塵新（xīn）技術進行了大量的理論研究和實驗論（lùn）證，如聚並技術、濕式電除塵技術、旋轉電極技術、高頻電源技術、煙氣調質技術，許多技術已獲得突破性（xìng）進展並初步開始應用，但仍需完善和改進。
2.1聚並（bìng）技術
聚並是指微細粉塵通過物理或化學的（de）途徑互相接觸、碰撞而結合成較大顆（kē）粒的過程。微細煙塵聚並成較大顆（kē）粒後，更容易被除塵（chén）器捕集（jí），提高了微細煙塵的脫除效率。當前國內外研究的聚並技術主要有:電聚並、湍（tuān）流凝並、聲（shēng）聚並、蒸汽相變聚並（bìng）、化學聚（jù）並和光聚並等（děng）。
電聚並是各聚並技術中（zhōng）好實（shí）用有效的方法。電（diàn）聚並是通過細（xì）顆粒荷電，促使細顆粒相互（hù）吸引、碰撞、聚並，使細顆粒團聚成大顆粒。電聚並的效果取決於粒子的濃度、粒徑、電荷的分（fèn）布以及外電場的強（qiáng）弱(圖2)。
澳大利亞Indigo(英迪格)技術有限公司（sī）於（yú）2002年推出了Indigo凝聚器工業產品，至（zhì）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（jiā）電（diàn）廠中使用，測試結果表明，PM2.5、PM1.0排放可分別減少80%、90%以上。自（zì）2007年（nián）始，華北電力大學和北京大學共同參與國家“863”課題“超細顆粒物聚並新技術開發”，從實驗和理論計（jì）算兩方麵對超細顆粒物湍流（liú）聚並技術進行了大量研究，自行研發出一套雙極荷電-湍流聚並裝置。此外，自2011年（nián）始，北京大學（xué）與長沙理工大學合作，設計了2台超細顆（kē）粒聚並器，並在大（dà）唐湖南耒（lěi）陽電廠300MW鍋爐機組上開展了（le）實驗研（yán）究，目前仍在考核實驗，測試結果中超細顆粒聚並效果顯著。
該（gāi）技術不僅能較大幅度（dù）提高（gāo）除塵效率，還（hái）能對（duì）PM2.5有效控製，工藝簡單可（kě）靠，有廣闊的應用前景。由於電聚並器一般安裝在電除塵器（qì）的煙道前，其安裝空間受到了一定限製。另一方麵因煙道內氣流速（sù）度大，不（bú）適用於收集磨琢性強的煙塵。此外，如何減少在電聚並器段的壓力損失也是目前測試階段需要解決的問題。
2.2濕（shī）式（shì）電除塵技術
濕式電除塵技術與幹（gàn）法靜電除塵技術對粉塵捕集的原理基本（běn）相同，兩者結構也類似。所不同的是清（qīng）灰方式（shì），濕式除塵器取消（xiāo）了傳統的機械振打清灰（huī）方式，通過煙氣與水接觸使飛灰沉降。根（gēn）據濕式除塵器原理和結（jié）構的（de）不同，有自激式除塵、麻石水（shuǐ）膜除塵、噴淋式除塵三（sān）種主要形式。
日本（běn）中部電力碧南電廠五台機組(3×700MW+2×1000MW)使用濕式靜電除塵器後，其排放濃度長期穩定（dìng）在2～5mg/m3，遠低於日（rì）本國家標（biāo）準和新國標的要（yào）求，表明（míng）濕式靜電除塵器（qì）能高效地除去煙氣中的煙塵[6]。2010年，由中國重（chóng）型機械研究院有限公司設計的濕式（shì）電（diàn）除塵器應用於浙江某工業窯爐生產線，實測煙塵排放遠低於設（shè）計（jì）值(30mg/m3)達（dá）到20mg/m3以下，低可達到12mg/m3，且（qiě）設備運行穩定[7]。濕式靜電除（chú）塵器（qì）衝洗水對煙氣有（yǒu）洗滌作用（yòng），對煙（yān）氣的脫（tuō）硫及去除重金屬離子有一定作用，尤其對控製PM2.5效果明顯(圖3)。
濕式靜電除塵器也有一些缺（quē）陷:濕式靜電除塵器布置在脫硫係統後，場地空間受限製;雖然（rán）濕式靜電除塵係統的（de）衝洗水采用閉式循環，但由於（yú）水中含塵量（liàng）增加，仍需不斷補充原水;其大量部件長期處於潮濕環（huán）境，對材料的耐腐（fǔ）蝕性（xìng）要求較高。
2.3旋轉電極技術
旋轉電極（jí）式（shì）電除塵器與常規電除塵器的除塵原理（lǐ）完全相同，在清（qīng）灰方式上有很大改變。旋轉電極是由若幹個小塊極板固定（dìng）在板鏈上低速旋轉，極板（bǎn）由（yóu）原來的整體壓（yā）型板改為小塊極板，通過板鏈帶動旋（xuán）轉。其（qí）清灰方式采用旋轉鋼刷清灰，從根本上改變（biàn）了常規電除塵器的振打裝置清（qīng）灰，徹底避免了振（zhèn）打清灰造成的二次揚塵，同（tóng）時也解決了高比（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做了大量研究。其中日本日立公（gōng）司首次（cì）研發出移動電極式電除（chú）塵技術(MEEP)。在我國，自2010年以來，浙江菲達環保科（kē）技股（gǔ）份有限（xiàn）公司研發生產的大型（xíng）燃煤電站配套旋轉電極式電除塵器，先後應用於（yú）內蒙古包頭第yi熱電廠（chǎng）300MW機組、內（nèi）蒙古達拉特電廠330MW機組，經過測試，該除塵（chén）器（qì）各項技術指標達（dá）到或優（yōu）於（yú）設計（jì）要求，粉（fěn）塵出口排放濃度（dù）達（dá）到30mg/m3以下]。
旋（xuán）轉電極式電除塵器能較大限度地減少二次揚塵，避免反電（diàn）暈效應（yīng），從而大幅提高除塵效率，顯著降低煙氣出口PM2.5濃度。由於不（bú）需另占空間，隻需將固定電場改成旋轉電極式電場，特別（bié）適合（hé）於老機組電（diàn）除塵器改造。同時也具有常規電除塵器的阻（zǔ）力損失小，運行維護費用低等（děng）優點(圖4)。
旋轉電極式電（diàn）除塵器也有部分缺陷，其（qí）結構相對複雜，對製造和安裝工藝要求較高，具有一定（dìng）的局限性。另外，其長時（shí）間穩定（dìng）運行的可靠性仍需考證。
2.4高頻電源技術
高頻電源采（cǎi）用現代電（diàn）力電子技術（shù），是將工頻交流（liú）經三相整流橋整流成（chéng）約530V的直流，再（zài）經逆變電路變成20kHz以上的高頻交流電流，好後通過高頻變壓器升壓和頻整流器整流濾波，形成40kHz以上的高頻脈動（dòng）直流，供給電除塵器電場（chǎng）。其功率控製方法有脈衝高度調製（zhì）、脈衝寬（kuān）度調製和脈衝頻率調製3種方法。目前，多數高頻電源采用的是脈衝頻率調製方法。
NakhornThonglek等人通過對常規靜電除（chú）塵器和高頻脈衝電源式除塵器做對比試驗發現，高頻脈衝式除塵器（qì）不僅能量消耗低並且除塵效率更高，可在9000V條（tiáo）件下長時間運行而無（wú）火花或閃絡現象。我國於21世紀初開始自主研製該項技術，上海外高橋第三發電有限公司8號機組(1000MW)節能改造，采用國電環境保護研究院研（yán）製的HF-01型高頻電源，在（zài）日常運行工況條件下（xià）監測，煙塵排放濃度由42mg/m3下降（jiàng）至17mg/m3，減排59.5%，電除塵（chén）器能降低71.7%。其結果同樣說明高頻電源式除塵（chén）器除塵效率高（gāo），並且可以大幅度減少電能損耗。另外，其控（kòng）製方式靈活多樣，可根據電除塵器運行工況選擇好（hǎo）合適的電壓波形。
高（gāo）頻（pín）電源的成功實踐令（lìng）電源技術水平有質的飛躍，使電除（chú）塵器有更廣闊（kuò）的（de）適用範圍。越（yuè）來越嚴格（gé）的排（pái）放標準也激勵著高頻（pín）電源技術向更成熟、更完善、更現（xiàn）代化的方向發展，相（xiàng）信高頻電源技術將會為除塵（chén）領域做出更大貢獻。
2.5煙氣調質技術
煙氣調質技術是指（zhǐ）在除塵器（qì）前對煙（yān）氣進行調質處（chù）理，向煙氣中注入調質劑，改變煙塵（chén）的一些物理化學特性，如飛灰比電阻，化學成分，黏附（fù）性，顆粒的（de）形態等。調質後的煙（yān）塵更容易被除塵器捕捉，從而提高除塵效率。用於實驗研究的調質劑（jì）有（yǒu）無水氨、氨（ān）溶液、硫酸、三氧化硫（liú）、磷（lín）酸、氯化鈉等，目前應用較多的調質劑是SO3。
在國外，SO3調質技術己經是一項成熟的技術，被不少公司采用。例如在過（guò）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質技術進行了大量的實驗（yàn）研究，並且（qiě）在多（duō）家電廠測試應用，例如華潤電力登封有限公（gōng）司一期2×320MW機組電除塵器原先的除塵效率隻有98.5%左右，引入煙氣調質係統後，除塵效率大（dà）於（yú）99.8%。
煙氣調質技術可保留電除塵器阻力低、可靠性高（gāo）的特點。調質係統具有集（jí）成度高、全自（zì）動控製、維護費用低、操作靈活、占用空間小等優點，特別適（shì）合老機組的提效改造。針對高比電阻工況下提高除（chú）塵效率也是一項實用的補丁技術。需要注意的是，煙氣調質技術並不適用於所有（yǒu）工況，需要對煤種、煙氣條件和煙塵性質分析後使用。
3各新式除塵技術綜合比（bǐ）較
各新式除塵技術比較見表1。
4建議（yì）與展望
燃煤鍋爐排放的大量粉塵已經給大氣環境和人類健康帶來了嚴重（chóng）威（wēi）脅，國家對工業粉塵的治理已經提高到一個前所未有的高度。節能環保行業被列（liè）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（háng）業將麵臨（lín）更大的機遇和挑戰。目前國（guó）內大多除塵設備相（xiàng）對老舊，煙塵排放量遠不能達到低於30mg/m3的（de）新要求。結合我國目前除（chú）塵現狀，提出以下建（jiàn）議:
1)逐步淘汰老（lǎo）舊除塵設備，找（zhǎo）到相對適合改造的新（xīn）除塵（chén）技術（shù）。對（duì）新（xīn）建燃（rán）煤電廠的（de）常（cháng）規（guī）除（chú）塵器進行升級改造，使其達到新的煙塵排放標準。
2)加快除塵新技術的研發和應用，積極引進國外已成功（gōng）工業化的新式除塵技術（shù），開發和示範適合我國國情的煙氣除（chú）塵技術。
3)針（zhēn）對（duì）PM2.5排放控製，結合新除塵技術對我國煤種適應性的研（yán）究（jiū），進一步對新技術優化集成，實現綠色環保（bǎo）與清（qīng）潔電力生產的目標。
