引言2015年12月11日，我国环境保护部、国家发改委、国家能源局三部委联合发布了关于印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的通知，明确到2020年全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放，脱硫、脱硝、除尘设施超低排放改造工作进入快速推进期。根据中国电力企业联合会发布的《中国电力行业年度发展报告2020》，截至2019年底全国实现超低排放机组约8.9亿kW，约占煤电装机容量的86%；煤电烟尘的排放量由1978年的26 g/kWh降至2019年的0.006 g/kWh，排放总量由1978年的约600×104 t降至2019年的约18×104 t，烟尘排放量逐年持续下降，减排效果明显，具有良好的环境效益[1]。目前，超低排放机组进入改造后的稳定运行阶段，在保证污染物达标排放的前提下，提质增效、降低生产成本已成为企业经济性发展的基本要求。电袋复合除尘器充分结合了袋式除尘器的高效除尘能力以及电除尘器的日常维护少、费用低的优点，是实现烟尘超低排放的重要除尘技术之一[2-4]。随着电袋复合除尘器逐步投入运行，除尘效果以及能耗情况成为煤电企业关注的重点[5-6]。引用电袋复合除尘器能效等级评价标准，结合性能测试结果，统计分析17套300 MW级电袋复合除尘装置运行效果，并对其能效等级进行评估，分析不同机组除尘设施的烟尘排放情况、系统阻力、电耗以及比电耗等性能指标，为除尘装置节能优化运行提供参考。1研究对象及方法1.1研究对象除尘器进行超低排放改造工艺选型时，原除尘器布置形式、除尘器性能要求、场地条件以及末端协同除尘设施等条件不同导致改造后的电袋复合除尘器的工艺布置存在差异。以17套300 MW级电袋复合除尘器为研究对象，以性能测试结果作为参考依据，性能测试均在100%负荷率工况下进行。除尘器编号及工艺布置形式如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.014.T001表1除尘器编号及工艺形式型式除尘器编号1#~4#5#~10#11#12#~15#16#~17#配置形式1+21+31+42+24+2除尘器套数/套46142占比/%23.5335.305.8823.5311.76注：配置形式中第1个数字表示电场区电场数，第2个数字表示布袋分区数。选用“1+2”“1+3”和“2+2”布置方式的除尘器共14套（占比82.35%），其他布置形式的除尘器数量相对较少。根据改造设计资料统计结果，电源方面：16#、17#采用工频电源，额定容量为0.7 A/66 kV；1#~15#采用高频电源，额定容量为1.0~1.4 A/66~72 kV，除尘器电源额定容量偏差不大。滤袋方面：均采用PPS（聚苯硫醚）+PTFE（聚四氟乙烯）复合滤料，不同硫分以及烟气条件的滤料配比略有差别[7]。1.2分析方法及评价标准根据《除尘器能效限定值及能效等级》（GB 37484—2019）进行能效等级评价；烟气流量、烟尘浓度、系统阻力、电耗、比电耗等性能指标的检测分析方法参考《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T 16157—1996）、《固定污染源废气 低浓度颗粒物的测定 重量法》（HJ 836—2017）、《电除尘器 性能测试方法》（GB/T 13931—2017）、《电袋复合除尘器性能测试方法》（GB/T 32154—2015）进行。1.3试验分析仪器主要试验仪器如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.014.T002表2主要试验仪器序号设备名称型号产地1自动烟尘测试仪3012H中国青岛2皮托管S型中国天津3空盒气压表DYM3中国宁波4热电偶E型中国杭州5温度显示器51Ⅱ中国台湾6数字微压计HM7750S美国7便携式烟气分析仪NOVA PLUS德国2除尘器运行性能效果2.1除尘器的排放浓度分析除尘器入口烟尘质量浓度的设计值为14.9~62.4 g/m3（标态、干基、6%O2），出口烟尘质量浓度的设计值为10.0~30.0 mg/m3。入口烟尘浓度涵盖范围较广，涉及多种不同煤质，性能测试结果能够综合评价不同入口烟尘浓度下电袋复合除尘器的运行效果。除尘器进出口烟尘浓度性能测试结果如图1所示。17套除尘器的入口烟尘质量浓度实测值为16.5~61.7 g/m3（标态、干基、6%O2），除尘器出口的烟尘排放质量浓度最大值为28.7 mg/m3（标态、干基、6%O2），最小值为6.5 mg/m3（标态、干基、6%O2），均值为13.4 mg/m3（标态、干基、6%O2）；除尘效率最大值为99.99%，最小值为99.89%，均值为99.96%；除了4#除尘器的烟尘排放浓度高于设计值，其余均满足设计要求，除尘装置运行效果较好。64.28%的除尘器的烟尘排放质量浓度约10.0 mg/m3（标态、干基、6%O2），基本达到超低排放要求，主要原因为设计阶段电场区电源采用除尘效果更佳的高频电源以及布袋区采用超细纤维滤袋。综合分析4#除尘器运行效果相对较差的原因，包括除尘器运行时间较长、电场区部分电源故障、出力不足、除尘器漏风率较大（4.0%左右）以及布袋区存在滤袋破损的可能等因素。电袋复合除尘器对煤种变化具有较强的适应性，能够满足在不同入口烟尘浓度条件下的稳定达标排放。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.014.F001图1除尘器进出口烟尘浓度性能测试结果2.2除尘器的系统阻力分析电袋复合除尘器的系统阻力由电场区阻力和袋区阻力组成。电场区阻力一般为100~200 Pa；袋区阻力由滤袋区结构阻力、滤袋过滤阻力以及粉尘层过滤阻力组成，是除尘器系统阻力的主要来源，主要受进入滤袋区烟气的条件（烟气量、含尘量）影响[8-10]。电场区设置1~2个电场时，除尘器的除尘效果可以达70%~80%，大幅度降低了进入袋区烟气的含尘浓度，减少了袋区的除尘压力；电场区除尘效果不佳会引起进入袋区的烟尘量过大，积灰以及滤袋过滤结构变化等条件将造成滤袋区阻力增加值较大。除尘器系统阻力测试结果如图2所示。17套除尘器的入口烟气量为1 716 581~2 244 275 m3/h（实际状态），均值为1 949 114 m3/h，烟气量不同的原因主要包括机组实际燃用煤质、燃烧运行方式不同等；除尘器系统阻力的最大值为1 550 Pa，最小值为610 Pa，均值为880 Pa，除了1#和5#除尘器系统阻力的实测值高于设计值，其他系统阻力均在设计要求范围内，但不同除尘器间的系统阻力偏差相对较大，主要与除尘器的工艺布置方式以及除尘器实际运行能力有关。分析除尘器的配置方式，1#和5#分别采用“1+2”和“1+3”的布置方式，均为单一电场，1#除尘器系统电场区的出力不足极易引起袋区阻力升高，使阻力实测值超出设计值；16#、17#除尘器前端布置4个电场，可以除去大部分的烟尘，滤袋区阻力降低，系统总体阻力减小。此外，除尘器阻力增大还与机组运行时间长以及除尘器室内极线、极板积灰、滤袋积灰、振打及吹灰装置运行效果不佳等因素有关。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.014.F002图2除尘器系统阻力测试结果2.3除尘器的电耗分析除尘器的单位时间电耗包括用电设备单位时间电耗以及除尘器单位时间阻力电耗。除尘器单位时间电耗测试结果如图3所示。电袋复合除尘器的系统电耗最大值为1 208 kWh/h，最小值为459 kWh/h，多数除尘器的电耗为700~900 kWh/h；15套除尘器（16#、17#除外）的阻力电耗总计8 570 kWh/h，占系统电耗的70.5%，阻力电耗明显高于用电设备电耗，在系统电耗中起主导作用[5,11]。用电设备电耗与阻力电耗存在一定的相关性，用电设备电耗较低时，相应的阻力电耗增加。1#、5#除尘器的设备电耗分别为200 kWh/h和128 kWh/h，对应的阻力电耗分别为1 008 kWh/h和527 kWh/h，电场区电源出力不足，引起阻力电耗明显升高，提高了系统电耗。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.014.F003图3除尘器单位时间电耗测试结果3除尘器的能效评价3.1能效等级评价标准电袋复合除尘器的能效等级分为3级，1级能效最高，2级为节能优秀的评价指标，3级为能效限定值。除尘器比电耗超出3级能效限定值表明节能效果不佳，除尘器运行经济性较差[12]。根据除尘器进出口烟尘浓度，对比GB 37484—2019中表5的燃煤电厂锅炉电袋复合除尘器能效等级，除尘器不同能效等级对应的比电耗值如图4所示。进出口烟尘浓度对1级、2级能效值评价的影响较小，1级能效值的最小值与2级能效值的最大值偏差为0.07×10-3 kWh/m3；进出口烟尘浓度对3级能效限定值的影响较大，1级能效值的最小值与3级能效值的最大值偏差为0.29×10-3 kWh/m3。因此，燃煤企业应重点关注煤质条件的变化，加强燃煤掺配，尽量燃用低灰分煤质，控制入炉煤灰分在设计范围内。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.014.F004图4除尘器不同能耗等级对应的比电耗值3.2除尘器的能效等级分析除尘器能效实测值与3级能效限定值的对比结果如图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.014.F005图5除尘器能效实测值与3级能效限定值的对比结果17套电袋复合除尘器比电耗的实测值为0.333×10-3~0.607×10-3 kWh/m3，均值为0.406×10-3 kWh/m3，除了1#和11#除尘器的比电耗未达到3级能效限定值，其余除尘器均符合3级能耗要求；17套除尘器中，除了5#和10#除尘器的比电耗接近2级能效值外，其余除尘器均未达到2级节能的评价标准。17套电袋复合除尘器以及其他现役除尘器存在实际运行能耗大、经济性较低的问题，节能降耗空间较大。4除尘器能效提升及优化运行的建议（1）加强燃煤监管，做好燃煤掺配以及煤质分析检验工作，及时了解入炉煤的煤质动态变化情况，并实时调整除尘器运行，实现兼顾排放达标和节能的效果。（2）充分考虑末端环保设备协同除尘作用，末端安装湿式电除尘器以及采用高效协同脱硫除尘装置时，前端的除尘器烟尘排放浓度可以按照设计上限值运行，避免控制过低造成前端除尘器的系统电耗升高过大。（3）阻力电耗在系统电耗中占据主要部分，实际运行中建议提高电场区的高频电源的运行效率，提高电场区的除尘效果，降低进入袋区的烟尘浓度，能够有效改善滤袋表面粉尘层的结构，降低滤袋区的阻力，从而降低系统电耗。（4）开展除尘器性能诊断试验，摸清不同负荷工况下，尤其是低负荷工况下的除尘器运行效果和能效情况，制定不同负荷情况下的节能运行方式，对现有的控制逻辑进行调整，负荷变动时能够及时调节。（5）严格控制除尘器烟气量和本体漏风率等运行参数。烟气量增加时，通过电场区和滤袋区的烟气流速增加，系统阻力增大；除尘器本体漏风率增大时，增加外来冷风量，易造成设备内部结露、腐蚀以及糊袋现象，系统温降增大，过滤风速增加，除尘器运行阻力增大，会增加系统电耗[13]。（6）加强清灰系统的运行管理。清灰效果将影响运行阻力值，运行阻力值较高时，及时调整清灰程序，缩短清灰周期；运行阻力值居高不下时，需要增加清灰强度，适当提高喷吹压力、脉冲宽度或更换喷吹效果更好的脉冲阀[14-15]。（7）加强除尘器检修维护管理。停机检修时，加强极板、极线以及清、输灰系统的检查和维护工作，避免因清灰不畅、极板极线变形等问题导致电源故障或出力下降，可以减轻滤袋磨损，增加滤袋的使用寿命，从而提高电袋复合除尘器整体效率。5结语（1）17套电袋复合除尘器的出口烟尘排放浓度在设计范围内，64.28%的除尘器烟尘排放质量浓度约10.0 mg/m3（标态、干基、6%O2），除尘器运行效果较好，适用于煤种多变燃煤机组的稳定排放。（2）电袋复合除尘器电耗为700~900 kWh/h，阻力电耗明显高于用电设备，占系统总电耗的70.5%，在系统电耗中占据主导地位。（3）电袋复合除尘器的比电耗为0.333×10-3~0.607×10-3 kWh/m3，88.24%的除尘器基本能够达到3级能效限定值的要求，但距离2级节能评价标准的差距较大，节能空间较大，需要在保证满足达标排放的前提下制定科学合理的节能措施。电袋复合除尘器作为一种高效的除尘设施，随着电源效率不断提升以及新型超净滤袋被投入使用，在未来将有更广阔的应用空间。通过对现役电袋复合除尘器的运行能效进行评价，了解燃煤企业除尘器的能耗情况，为其他燃煤企业以及相关行业进行除尘器改造提供参考依据。