火电厂烟气除尘的重要性及发展趋势

1.1 火电厂概念

火电厂（thermal power plant）一般指火力发电厂、热电厂等。

火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气作为燃料生产电能的工厂，它的基本生产过程是：燃料在锅炉中燃烧，将其热量释放出来，传给锅炉中的水，从而产生高温高压蒸汽；蒸汽通过汽轮机又将热能转化为旋转动力，以驱动发电机输出电能。到80年代为止，世界上最好的火电厂的效率达到40%，即把燃料中40%的热能转化为电能。

按燃料的类别可分为：燃煤火电厂、燃油火电厂、燃气火电厂、余热发电厂等。按原动机分为：凝气式汽轮机发电厂，燃气轮机发电厂，内燃机发电厂，蒸汽—燃气轮机发电厂等。按输出能源分为：　凝汽式发电厂（只发电），热电厂（发电兼供热）。按蒸汽压力和温度分为：中低压发电厂（3.92MPa，450℃），高压发电厂（9.9MPa，540℃），超高压发电厂（13.83MPa，540℃），亚临界压力发电厂（16.77MPa，540℃），超临界压力发电厂（22.11MPa，550℃），超超临界压力发电厂，(26.25MPa，600℃)。按发电厂装机容量分为：小容量发电厂（100MW以下），中容量发电厂（100—250MW），大中容量发电厂（250—1000MW），大容量发电厂（1000MW以上）；火电厂是电能生产的重要组成部分。在全世界范围，火电厂的装机容量占总装机容量的70％，发电量占总发电量的80％。根据中国1989年的统计资料，中国火电厂的装机容量占总装机容量的74.27％，发电量占总发电量的79.7％，预计到2000年，仍会保持相似的比例。由此可见，火电厂无论是对国民经济的发展，还是人民生活水平的提高，都起着重大作用。

1.2组成与流程

现代化的火电厂是一个庞大而又复杂的生产电能与热能的工厂。它由下列5个系统组成：

①燃料系统：完成燃料输送、储存、制备的系统。燃煤电厂具有卸煤设施、煤场、上煤设施、煤仓、给煤机、磨煤机等设备；燃油电厂备有油罐、加热器、油泵、输油管道等设备。

②燃烧系统:完成燃料燃烧过程，使燃料化学能转化为蒸汽热能的系统。主要有燃烧器、炉膛、送风机、引风机、除尘器、除灰设备等。

③汽水系统：完成蒸汽热能转化为机械能的系统。主要有锅炉的汽水部分、汽轮机及其辅助设备，如凝汽器、除氧器、回水加热器、给水泵、循环水泵、冷却设备等。

④电气系统：完成机械能转化为电能的系统。主要有发电机、主变压器、断路器、隔离开关、母线等。

⑤控制系统：完成生产过程中的参数测量及自动化监控操作的系统。在上述系统的所有设备中，最主要的设备是锅炉、汽轮机和发电机，它们安装在发电厂的主厂房内。主变压器和配电设备一般是安装在独立的建筑物内和户外；其他辅助设备如给水系统、供水设备、水处理设备、除尘设备、燃料储运设备等，有的安装在主厂房内，有的则是安装在辅助建筑中或在露天场地。

大中型燃煤的火电厂，一般采用煤粉炉，其生产过程是:将进厂的原煤经碎煤机破碎、磨煤机磨成煤粉,用热风吹送，喷入锅炉炉膛，通过煤粉燃烧生成的高温烟气,首先加热炉膛内的水冷壁管与过热器管,然后经过烟道内的再热器、省煤器和空气预热器而进入除尘器，在清除烟气中的飞灰之后，通过烟囱排入大气。

水在锅炉炉膛内生成饱和蒸汽，通过过热器时，继续被烟气加热而变为过热蒸汽，经主蒸汽管送入汽轮机，并在汽轮机内膨胀作功后，进入凝汽器凝结成水。该凝结水经低压回热加热器进入除氧器，再经给水泵、高压加热器送入锅炉。从汽轮机某个中间级抽出一部分蒸汽，分别送入回热加热器和除氧器，供回热给水和加热除氧。为了补偿蒸汽和水的损失，还须将经过化学处理的补充水加入除氧器，除氧器出来的水才能供给锅炉使用。为使蒸汽在凝汽器内凝结成水，还必须不断用循环水泵将冷却水送入凝汽器中的冷凝管内进行热交换，这就又形成一个冷却水系统。冷却水或直接来自江、河、湖泊并排放入江、河、湖泊，或在冷却塔式喷水池中与大气进行热交换以重复使用。

过热蒸汽进入汽轮机以后，推动转子转动，带动发电机旋转发电，再通过一系列电气设备及输电线路送至用户。这就是一般的大中型凝汽式燃煤火电厂的生产过程。

3.1 火电厂除尘设备的分类

除尘器是把粉尘从烟气中分离出来的设备叫除尘器或除尘设备。除尘设施的种类繁多，可以有各种各样的分类。通常按照捕集分离粉尘粒子的机理来分类，如重力、惯性力、离心力、库仑力、热力、扩散力等，可将各种除尘设施归为四大类。

机械式除尘器：一般作用于除尘器内，含尘气体的作用力是重力、惯性力及离心力，这类除尘器又可分为：重力除尘设施-重力沉降室；惯性力除尘设施-惯性除尘器（又称惯性分离器）；离心力除尘设施-旋风除尘器（又称离心分离器）；

湿式除尘器（又称湿式洗涤器）：湿式除尘器是以水或其它液体为捕集粉尘粒子介质的除尘设施。按耗能的高低分为：低能湿式除尘器-喷雾塔、水膜除尘等；高能湿式除尘器-文丘里除尘器。湿式除尘器也还有其它分类方法，这里不再赘述。

过滤式除尘器：过滤式除尘器是含尘气体与过滤介质之间依靠惯性碰撞、扩散、截留、筛分等作用，实现气固分离的除尘设施。根据所采用过滤介质和结构形式的不同，可以分为：袋式除尘器（又称为布袋除尘器）；颗粒层除尘器等；

电除尘器：利用高压电场产生的静电力，使粉尘从气流中分离出来的除尘设施称为静电除尘器，简称电除尘器。按照电除尘器的结构特点，可以有多种分类，这里只列举按集尘的型式分类：管式静电除尘器；板式静电除尘器。

此外，在除尘过程中是否用水或其他液体，还可将除尘器分为干式和湿式两大类。用水或液体使含尘气体中的粉尘（固体粒子）或捕集到的粉尘湿润的设施，称为湿式除尘器；把不湿润气体中的粉尘的设施，称为干式除尘器。

3.2 我国火电厂除尘设备的应用现状

在目前建设的火力发电厂中，除尘装置的选择以静电除尘器和布袋除尘器为主，早期的水膜除尘器现已被淘汰。静电除尘器在国内的应用较早，20世纪70年代就已经应用于火力发电厂。

从20世纪80年代开始，我国就在部分电厂就布袋除尘器处理锅炉尾部烟气进行了尝试，由于受当时工艺水平的限制，滤料质量不过关，滤袋破损，导致除尘效率低，换袋频繁，加之工作条件差，致使布袋除尘器没有得到推广应用。国外在火电厂采用布袋除尘器较早，据了解，美国、加拿大、澳大利亚及欧洲等地的一些火电厂采用了布袋除尘器，其效率高达99.9 。当时，由于国内环保要求不高，国外火电厂采用布袋除尘器也不是很多，在引进火电厂设备时大多数引进了静电除尘器，而没有引进布袋除尘器。

电除尘器作为高效除尘设备自上世纪80 年代初引入我国电力行业后,在短短的二十几年时间里得到了广泛的应用。在新建、改扩建燃煤电厂中,除200MW机组采用滤袋式除尘器外,其余全部采用电除尘器。

燃煤锅炉烟气除尘技术经历了水膜除尘、布袋除尘到电除尘的过程。随着国家环保要求的提高和布袋除尘器的运用实践，现在又出现了使用“静电—布袋”联合除尘的电袋复合式除尘技术，电袋混合除尘技术是将电除尘器与袋式除尘器进行有机地组合布置，采用袋式除尘器改善电除尘器性能的组合式装置。这种新组合式装置综合了传统的电除尘和袋式除尘技术的优点。电袋混合除尘技术实现了用比较小的经济投入得到满足高标准排放要求的环境社会效益。这项新型的除尘技术将是我国未来除尘技术的主要发展方向。

3.3 未来火电厂烟气除尘设备的发展趋势

目前国家对新建、扩建电厂的烟气排放要求更为严格，粉尘排放质量浓度要求低于50 mg/m³，这是单一静电除尘器所不能实现的。而“静电布袋”联合除尘将目前2种最为高效的除尘装置有机结合，既可以发挥静电除尘器捕集粗颗粒粉尘效率高的特点，又降低了袋式除尘器单元的粉尘负荷和对滤料性能的要求，降低了设备的运行维护费用，同时提高了设备运行的稳定性、可靠性，是一种较好的除尘方式。电袋除尘器：不受煤种、烟气工况、飞灰特性影响，出口排放低且稳定，压损较大于电除尘器，滤袋等需要一定的更换费用，能耗低，总体运行维护费用低于电除尘器，相对电除尘器每年运行维护费用可节省332万元。

布袋除尘器：不受煤种、烟气工况、飞灰特性影响，出口排放低且稳定，压损较大，滤袋等需要一定的更换费用，能耗居中，总体运行维护费用低于电除尘器，相对电除尘器每年运行维护费用可节省93万元。

电除尘器：受煤种、烟气工况、飞灰特性影响，出口排放浓度不稳定，压力损失小，维护费用低，但电耗高，总体运行维护费用高。以上对比表明， FE型电袋复合式除尘器总体投资费用最低。同时由于FE型电袋复合式除尘器稳定的排放，证明FE型电袋复合式除尘器，符合国家“十二五”期间和国务院“节能减排综合性工作方案”中要求国内生产总值能耗要下降的要求。