摘要：通过对燃煤火电机组燃用煤种多变性、变工况现象及稳定实现超低排放的政策要求和《电力发展“十三五”规划》的研究，对我国多煤种、变工况运行对实现颗粒物超低排放的影响进行了分析，并对除尘技术对多煤种、变工况的适应性进行分析。研究显示，在多煤种、变工况的新常态下，低低温电除尘技术更好地提升了电除尘技术的适应性，而湿式电除尘能够适应新常态下的工况变化，起到终端把关作用，湿法烟气脱硫+湿式电除尘器对于硫酸气溶胶和细颗粒物有很高的脱除效率，满足颗粒物超低排放及控制PM2.5、硫酸雾和脱汞的要求。同时，对相关技术的发展进行了展望。
关键词：多煤种；变工况；颗粒物；超低排放
2016年，全国6000kW及以上的火电厂发电设备利用小时数为4165h，比上一年降低164h。随着全社会用电需求增速放缓，以及核电机组、新能源机组的大规模发展，火电利用小时数预计将有所减少。
非化石能源装机占比从2010年的27%提高到2015年的35%；非化石能源在一次能源消费中的比重从2010年的9.4%提高到2015年的12%。随着新能源利用小时数的提高，降低了部分燃煤火电机组的利用小时数。根据《电力发展“十三五”规划》，风电、太阳能、核电、燃煤火电、火电灵活性改造市场增量情况如表1所示。
表1电力发展“十三五”规划
《电力发展“十三五”规划》要求全面推动煤电机组灵活性运行，热电机组约1.33亿kW，纯凝机组改造约8200万kW；燃煤火电机组参与调峰的频度和幅度不断增加，部分供热机组将改为调峰运行。
1稳定实现超低排放的政策要求
为了达到竞价上网、降低成本的要求，燃煤电厂可能购买成本相对较低的煤，例如为了系统效益、地域效益，改燃系统内供应煤或当地煤，特别是在煤资源紧张时，买到什么煤就烧什么煤，导致机组燃用的煤种多变。煤种的变化，直接导致机组运行工况的多变性。随着燃煤火电机组灵活性改造工作的全面推动，燃煤机组快速启停的频繁，参与调峰的频度和幅度不断增加，造成机组变负荷运行的情况越来越多。
《关于实行燃煤电厂超低排放电价支持政策有关问题的通知》(发改价格[2015]2835号)规定：超低排放电价支持政策实行事后兑付、季度结算，对符合超低排放限值的时间比率达到或高于99%的机组，该季度加价电量按其上网电量的100%执行(1分/kWh)。
2016年《最高人民法院、最高人民检察院关于办理环境污染刑事案件适用法律若干问题的解释》(法释[2016]29号)突出了对自动监测数据造假行为的惩治，规定：重点排污单位篡改、伪造自动监测数据或者干扰自动监测设施，排放化学需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物等污染物的，应当认定为“严重污染环境”，需实施《刑法》第三百三十八条的规定。
2多煤种、变工况运行对颗粒物排放的影响分析
2.1煤种变化对颗粒物排放的影响
煤种多变对常规电除尘器有较大影响。煤质中的灰分对颗粒物排放影响最大：灰分增大，粉尘浓度增大。对所有的除尘设备都是不利的。
当煤质变化时，直接影响到粉尘颗粒物的比电阻，对常规电除尘技术影响较大，如表2所示。
2.2变工况对颗粒物排放的影响
机组正常运行条件下，当机组负荷降低时，排烟温度也会降低，烟气量减少，灰浓度减少，对除尘设备是有利的，能实现颗粒物的达标排放]。但有以下低负荷运行情况时，对除尘是不利的：
表2煤质变化对常规电除尘技术的影响
(1)机组经常启停的影响。当机组经常启停，需要低负荷投油稳燃时，未燃尽的油和碳易粘附于除尘设备内的核心收尘部件上，影响除尘效率，甚至损坏核心收尘部件。
(2)SCR烟气脱硝工艺的运行影响。当机组长期在50%以下负荷运行，此时会使机组烟气脱硝的氨逃逸过量，产生的NH4HSO4的量会有所增加，NH4HSO4是黏性很强的物质，易造成除尘设备粘灰，影响除尘效率。
(3)引风机或增压风机运行的影响。机组引风机或增压风机在低负荷时处于失速区，易发生抢风，此时易造成除尘设备两侧流量不均，影响除尘效率，若发生一侧堵塞，甚至造成停机。
3除尘技术对多煤种、变工况运行的适应性分析
3.1一次除尘技术
在燃煤火电机组颗粒物超低排放技术路线中，一次除尘技术主要为电除尘、电袋和袋式除尘技术。
3.1.1电袋和袋式除尘技术
电袋除尘器和袋式除尘器对煤种适应性较好，但需要注意劣质煤对滤袋寿命的影响。
在变工况运行条件下，使用电袋除尘器和袋式除尘器除尘，需要注意在氨逃逸过量、机组经常启停稳燃时，燃油对滤袋的腐蚀和糊袋问题。
3.1.2低低温电除尘技术
目前，在一次除尘技术中，低低温电除尘技术已经成为使用较为广泛的电除尘技术。低低温电除尘技术将烟气温度降低至酸露点以下，由于烟气温度低于酸露点，SO3与H2O反应生成H2SO4，在粉尘的表面形成酸膜，增加粉尘的表面电导，使粉尘的比电阻降到108~1010Ω˙cm，从而提高了除尘效率，增强了电除尘器的适应性。因此，该技术已经成为部分火电集团燃煤火电机组颗粒物达标排放的主要技术路线。
针对一些特定煤种，低低温电除尘器的除尘效率高于常规干式电除尘器，当烟气经低低温电除尘器处理后，粉尘浓度可以控制在较低水平。因此，该技术在与其他技术组合时，能够比常规干式电除尘器与其他技术的组合更好地适应颗粒物超低排放的要求]。
在变工况运行工况下，在机组经常启停需投油稳燃或SCR烟气脱硝工艺氨逃逸过量时，可能会造成电除尘器前电场阴极结灰、绝缘子粘灰滑闪或爆裂。可采取以下措施解决上述问题：(1)通过对阴极粘灰电场实施断电振打，在较高负荷时轮停阴极并对粘灰电场实施大颗粒灰冲刷；(2)设置绝缘子热风吹扫或绝缘子热气封等。
截至2015年12月，投运及在建的低低温电除尘器超过150台(套)，已有单机1000MW机组的低低温电除尘器投运，总装机容量约95000MW，其中投运约70台(套)，总装机容量超过40000MW。
3.2二次除尘技术
颗粒物超低排放技术路线中，二次除尘技术的重点是脱除细微颗粒物，主要为湿法脱硫协同高效除尘、湿式电除尘技术。
3.2.1湿法脱硫协同高效除尘
湿法脱硫协同高效除尘的机理分为浆液洗涤、机械除尘和旋风除尘三种协同除尘方式，其除尘效果均与烟气流速有关。要达到较好的洗涤效果，尘粒需和水滴有足够的相对速度，机械除尘、旋风除尘也均需较高的烟气流速才能达到最好的除尘效果。当机组低负荷运行时，需要注意烟气量减少、流速降低，对湿法脱硫协同高效除尘的影响。
提高脱硫吸收塔的协同除尘作用主要有两条途径：
(1)增加喷淋浆液的洗尘作用，即提高浆液对烟气中粉尘颗粒的吸收效率；
(2)降低脱硫塔出口处的液滴含量，从而降低液滴携带含固量。
3.2.2湿式电除尘
粉尘在电除尘器内荷电的类型分两种：电场荷电和扩散荷电。对于粒径大于1μm的颗粒来说，电场荷电是主要作用，电压的强弱是影响其效果的主要因素；对于粒径小于0.5μm的颗粒来说，扩散荷电是主要作用，电流密度是影响其效果的主要因素；湿式电除尘器采用喷淋清灰，不存在二次扬尘问题，放电极被水浸润后，电子较易溢出，同时电场中充满雾滴，大大增加了亚微米级粒子碰撞带电的概率，提高了对PM2.5的脱除效果。表3为部分案例达标率汇总情况。
表3测试评估案例中，不同机组的灰分变化时，湿式电除尘器均能稳定实现5mg/m3排放。
表3部分案例达标率汇总
图1为浙江某电厂8#机组燃煤灰分与湿式电除尘器烟尘排放浓度的关系。图1表明，浙江某电厂8#机组(容量1000MW)燃煤灰分为8.76%~14.59%，湿式电除尘器出口颗粒物排放浓度随灰分的变化趋势不明显，湿式电除尘器对灰分变化具有很强的适应性。
图1浙江某电厂8#机组燃煤灰分与湿式电除尘器烟尘排放浓度的关系
图2为广东某电厂1#机组湿电进出口烟尘浓度的变化情况。图2表明，广东某电厂1#机组湿式电除尘器的入口浓度在0.19~17.69mg/m3范围波动时，出口颗粒物浓度稳定在1.05mg/m3左右，说明湿式电除尘器对颗粒物的脱除有很好的适应性。
图2广东某电厂1#机组湿电进出口烟尘浓度变化情况
图3为广东某电厂1#机组湿式电除尘器出口烟尘浓度随机组负荷变化。图3表明，广东某电厂1#机组湿式电除尘在30%~100%负荷波动时，湿式电除尘器的颗粒物排放浓度在0.91~1.7mg/m3，波动性不大，较为稳定，湿式电除尘对负荷变化有良好的适应性。
图3广东某电厂1#机组湿式电除尘器出口烟尘浓度随机组负荷变化情况
现场测试统计表明，湿式电除尘器对煤质灰分、入口浓度、负荷变化的工况均具有很好的适应性，在燃煤火电机组多煤种、低负荷运行条件下，湿式电除尘器能稳定实现颗粒物5mg/m3排放的需求，起到终端把关的作用。
截至2015年12月，投运及在建的湿式电除尘器超过400台(套)，且有多套1000MW机组投入运行，其中投运的湿式电除尘器超过180台(套)，总装机容量超过90000MW。
4结语与展望
4.1结语
低低温电除尘技术可将烟温降至酸露点以下，因而在燃煤火电机组燃用多煤种、变工况运行条件下，更好地解决了电除尘技术的适应性问题。湿式电除尘技术能够适应多煤种(尤其是劣质煤)、变工况下的工况变化，起到终端把关作用。湿法烟气脱硫+湿式电除尘器对于硫酸气溶胶和细颗粒有很高的脱除效率，满足颗粒物超低排放要求的同时，实现PM2.5和硫酸雾的排放控制，并具有部分脱汞功能。
目前，国内超低排放的各项除尘技术不是万能的，需要整个系统的运行配合，例如对于灰分的变化，若超出除尘设备的选型范围，就容易造成排放超标，所以运行中应尽量选用设计煤种或校核煤种，最起码选用与设计煤种、校核煤种相近的煤种。另外，锅炉辅助系统设备的运行也会产生较大影响，如引风机在低负荷运行时处于失速区，若发生抢风，造成除尘设备两侧流量不均，就需要注意设置引风机连通烟箱挡板门，并在此时关闭挡板门。
4.2展望
(1)低低温电除尘及湿式电除尘协同脱除SO3、脱汞技术。在目前条件下，在实现燃煤火电机组颗粒物超低排放之外，还可关注多污染物(SO3、汞)协同脱除技术的应用，进一步对低低温电除尘技术对燃中、低硫煤火电机组SO3及汞的高效脱除，湿式电除尘技术对采用或未采用低低温电除尘技术后的SO3及汞的脱除效率开展深入的工程应用研究。
(2)燃劣质煤火电机组超低排放技术。我国不同地区煤种差异较大，需要考虑燃劣质煤火电机组的超低排放技术路线问题。除应考虑SO2、NOx、颗粒物的超低排放改造外，还需统筹考虑PM2.5、SO3及汞的脱除要求，可能需要采取低NOx燃烧器+SCR+脱SO3+活性炭烟气脱汞(可选项)+高效除尘器+湿法烟气脱硫+湿式电除尘器的技术路线，同时研究低低温电除尘器在燃劣质煤火电机组中的工程应用。
原标题：多煤种、变工况条件下颗粒物超低排放技术分析
