3、燃煤烟气净化技术3.1 颗粒物脱除技术通常采用静电除尘器、袋式除尘器和旋风除尘器3.1.1 静电除尘器静电除尘器是利用静电力(库仑力)将气体中的粉尘或液滴分离出来的一种净化设备，也叫电除尘器或电收尘器。

静电除尘器在收尘极和放电极之间形成直流高电压，它由变压器和整流器给出。

含尘气体从除尘器下部进入，并向上流动，通过一个足以使气体电离的静电场，产生大量的正负离子和电子，并使粉尘荷电。

荷电粉尘在电场的作用下向收尘极运动，并在收尘极上沉积，从而达到粉尘和气体的分离的效果。

当收尘极上粉尘达到一定的厚度时，通过清灰机构使粉尘落入灰斗并排出除尘器[1]。

静电除尘器的优点：①除尘效率高，可捕集粒径为0.1µm或更小的颗粒，效率可达99%以上；②静电除尘器的阻力小，通常在200-500Pa之间；③烟气处理量大，处理量一般可达到106m3/h；④能耗低，处理1000m3的烟气大约需要0.2-0.6kW·h；⑤耐高温，采用一般钢材可在350℃下运行[1]。

静电除尘器的缺点：①钢材耗量较大，占地面积大；②对制造、安装和运行的要求严格；③对粉尘的特性较为敏感，粉尘的比电阻宜在104-5×1010Ω·cm之间，如超出上述范围，应采取一定措施，才能达到预期的除尘效果[1]。

3.1.2 袋式除尘器袋式除尘器或称为布袋除尘器，是使含尘气体通过滤布，将粉尘从气流中分离出来的一种除尘器，按其清灰方式不同，可分为机械振打式清灰和脉冲喷吹式清灰两种。

含尘气体从滤袋外通过滤布进入滤袋内，粗颗粒主要靠重力和惯性碰撞作用落入灰斗，细颗粒主要靠过滤捕集。

粉尘被阻留在滤袋外表面，在滤袋内，净化后的气体向上流动，在上箱体内汇集后由引风机从出口引出。

随着滤袋外表面粉尘不断增加，滤袋的阻力也不断增加，当达到规定的上限时，即对滤袋清灰；滤袋的阻力达到下限时，即可停止清灰。

粉尘及颗粒通过灰斗放出。

清灰方式，可以采用脉冲喷吹方式，清灰时自动控制系统发出信号，脉冲阀立刻开启，压缩空气迅速释放，经过脉冲气缸送往喷嘴进行喷射，滤袋由于充气，从而迅速向外扩张。

滤袋向外扩张时，由于滤袋的抖动，粉尘从滤袋表面脱落进入灰斗。

清灰方式，也可以采用机械振打方式，通过滤袋的抖动使粉尘脱落[1]。

袋式除尘器的使用原则：①压力损失：压力损失的选择要适当。

采用一级分离时，一般压力损失约为1000-1500Pa；采用二级分离时，压力损失约为500-800Pa。

②含尘浓度：气体含尘浓度较高时，选取低负荷；气体含尘浓度较低时，采用高负荷。

③运行时间：除尘器连续运行时间长的，选取低负荷；连续运行时间短的，选取高负荷。

④清灰周期：清灰周期长的选取低负荷；清灰周期短的选取高负荷[1]。

3.1.3 旋风除尘器旋风除尘器是利用含尘气体旋转所产生的离心力将粉尘从气流中分离出来的一种设备。

含尘气流由进气口沿切线方向进入后，沿外壁由上向下运动，向下旋转运动的烟气流称作外涡旋，同时还有少量气流沿径向运动到中心区域。

外涡旋转到达底锥体底部后，转而沿轴心向上旋转，向上旋转的气流称内涡旋，最后从排出管排出。

向下外涡旋与向上内涡旋的气流方向是相同的。

在外涡旋中，灰尘在离心力的作用下向边壁移动，到达壁的灰尘在下旋气流和重力的共同作用下，从烟气中分离出来落入灰斗。

旋风除尘器的性能特点：①设备结构简单、体积小、造价较低；②除尘器内部无运动部件或传动机构，便于管理、维护费用低；③可用于高温度烟气净化；④适用于干式除灰，有利于灰的综合利用；⑤由于可采用耐磨、耐磨蚀内衬，可以净化高腐蚀烟气。

使用旋风除尘器的注意事项：①旋风除尘器适用于处理净化密度较大、粒度较粗的粉尘，对于较细或含纤维性粉尘净化效率较低，也不宜净化粘结性粉尘；②不适于处理气体量波动较大的工况；③设计、使用时应采用措施，防止底部和个体间的漏风和串风。

并联使用旋风除尘器时，力求每台除尘器处理烟气量相等。

3.1.4 国际颗粒物脱除研究现状美国电力研究所开发出紧凑型混合颗粒收集器(COHPAC)，如图2（a）所示，其基本思想是在原有静电除尘器后面加一个脉冲式布袋除尘器。

在该系统中，布袋除尘器过滤阻力较小，表面清灰容易,脉冲清灰时间增加,能耗降低，过滤速度可以提高到传统速度的4～8倍，并可压缩滤袋的间距,在占地空间和投资方面都将大幅减小。

由于静电除尘器(ESP)除去了大部分的颗粒，这样在ESP后喷入吸收剂脱除SO2和Hg等污染物时，吸收剂可进行多次循环利用，提高了协同脱除效率和吸收剂使用率[2]。

由于一些电厂没有足够的空间在ESP后再加一级COHPAC ，研究者对以上系统进行进一步改进，开发出合成式COHPAC系统，如图2(b)所示，在ESP中用脉冲布袋代替电极板，静电除尘和布袋除尘之间用挡板隔开，防止静电场对布袋的破坏。

这种方式继承了COHPAC的技术,具有同样的优点。

从美国Alabama电厂进行的中型实验看，其在相对略低的过滤速度下，可以获得与COHPAC系统相近的效果，但是在协同脱除开发方面的优势不大。

美国能源环境研究中心ZHUANG等又开发了一种更为紧凑的先进混合除尘器(AHPC)，如图2 (c)所示，把静电除尘和布袋除尘集于一个腔内，滤袋置于静电极板和极线之间，实现了真正的混合。

这种系统除了具有前述COHPAC系统的优点外，其体积更小，甚至能减少到单个静电除尘器的2 /3，降低了投资成本。

此外，这种系统中静电清灰产生的二次扬尘可被滤袋所捕集，从而大大提高了除尘效率，特别是PM 2.5的脱除效率。

此外，在AHPC中可以采用性能较好的覆膜滤料，进一步增加对PM 2.5的脱除效率。

该技术较为先进，具有较大的发展应用潜力[2]。

电凝并技术对微细粉尘有很好的收集作用，受到各国政府和学者的重视。

日本京都大学( TMU)考虑到常规电除尘器在亚微米级颗粒区的较低收集效率，首次提出了一种新型的电除尘器,将电凝并技术与常规电除尘技术相结合，专门用于高效收集烟气中的亚微米颗粒,其装置结构示意图如图3所示。

该除尘装置分3个区：前区为预荷电区,中区为凝并区，末区为收尘区，前区和末区与常规板式电除尘器相同，中区用厚而长的高压电极代替原来的放电电极，这些电极被施加叠加了直流电压的交流电压以促进电凝并过程。

实验结果表明，采用电凝并时，1μm以下的尘粒质量百分比减少20%，平均粒径增加4倍。

在处理粒径为0. 06～12μm的飞灰时，不采用电凝并的除尘效率为95.1 %，采用电凝并后的效率为98. 1 %。

应当指出的是，该实验中采用同极性荷电粉尘在交变电场中的凝并方法，根据静电凝并机理，如果在交变电场中采用异极性荷电粉尘，可以加快荷电粉尘在交变电场中的相对运动，有利于粉尘的相互吸引、碰撞、凝并，进一步提高凝并效果[2]。

3.1.5 国内颗粒物研究现状清华大学[3-4]为了实现纤维滤料低压降、高效率的过滤效果，深入研究静电对纤维滤料捕集燃煤可吸入颗粒物过程的影响，并在3 种条件下(自然条件、极化条件和荷电条件)研究了飞灰在单纤维上形成颗粒链的生长和形貌，且进行了比较。

通过对单纤维以及形成的颗粒链进行研究，可以深入了解纤维滤料的过滤机理以及滤料对荷电颗粒的捕捉过程。

在过滤初始阶段，纤维滤料对颗粒的捕捉过程是由单纤维捕捉组成的。

被捕捉的颗粒形成颗粒链后，颗粒链参与颗粒的捕捉。

王珲等[5]还进行了电厂湿法脱硫系统对烟气中细颗粒物脱除实验研究，湿法脱硫系统对可吸入颗粒物的脱除效率为74.5 %，分级脱除效率随粒径减小而明显下降。

上述研究表明湿法脱硫装置有助于净化烟气中的细颗粒物，但净化效果、作用机制等方面还有待更广泛和深入的研究。

在燃煤可吸入颗粒物控制方面，声波团聚是一种有效的预处理措施，其主要机理是利用高强度声场促使不同大小微粒产生相对振动并进而导致相互碰撞团聚长大。

东南大学主要从声波团聚清除可吸入颗粒物的影响因素、颗粒物在声场中的动力学特性及其运动轨迹的变化、声波与雾化水滴联合作用以及与种子颗粒联合作用脱除可吸入颗粒物等方面进行了研究[6-10]。

研究结果表明,低频高强声场对亚微米颗粒及亚微米以下颗粒有较好的团聚清除效果，而且随着声场强度的增大，超细颗粒的清除效率也增加。

当团聚室内声强达到160dB时，PM 2.5质量浓度减少了68.4 %，PM10质量浓度减少了77.7 %。

在声波单独作用及与外加雾化水滴联合作用下的清除效率高于声波单独作用，是一种有潜在应用前景的脱除方法。

目前声波团聚技术存在的主要问题是能耗过高，缺少适宜在高温环境下长期使用的声源。

现有的研究主要侧重于声频、声强、微粒粒径及浓度等参数对团聚效果的影响，同时，不少研究所采用的微粒体系与实际含尘烟气存在较大差异。

因此，今后的研究重点应放在如何有效降低声波团聚技术的能耗，使微粒在较低声强下即可发生有效团聚，研制适合在高温环境下长期使用且能量转换效率高的声源。

颜金培等[11]还提出利用蒸汽相变作为预处理技术高效脱除燃煤可吸入颗粒物的方法，以燃煤细颗粒在过饱和蒸汽环境下凝结长大为基础，用湿式洗涤高效脱除凝结长大后的液滴。

脱除效率与蒸汽添加量、洗涤塔的液气比等因素有关，蒸汽添加量的增加可以大幅提高燃煤可吸入颗粒的凝结脱除效果，洗涤塔液气比的提高也有利于提高收集效率。

蒸汽相变是脱除燃煤可吸入颗粒物的重要预调节措施之一。

3.2 烟气脱硫技术根据有无液相介入烟气脱硫有可分为：湿法、半干法和干法脱硫。

另外，电子束法也是一种新型有效的脱硫方法。

3.2.1 湿法脱硫湿法即进入湿吸收剂排出湿物质，它是利用碱性溶液作为脱硫剂，在液、固、气三相中进行反应脱硫的方法。

湿法脱硫的温度在44-55 ℃。

湿法脱硫又包括：石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫、氨水吸收法和海水吸收法等[12]。

3.2.1.1石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫是目前国内和国外应用都最广泛的一种烟气脱硫技术。

该工艺采用石灰石或石灰作为脱硫吸收剂，石灰石破碎磨细成粉末状与水混合，制成吸收浆液（当采用石灰作为吸收浆液时，石灰粉经消化处理后加水搅拌制成吸收浆）。

在吸收塔内，烟气中的SO2与浆液中的CaCO3，以及送入的氧化空气进行化学反应生成CaSO3·2H2O，从而被脱除。

吸收塔排出的石膏浆液经脱水装置缩水后回收。

脱硫后的烟气经除雾器去水、换热器加热升温后进入烟囱排向大气。

该工艺主要反应：（1）在脱硫吸收塔内，烟气中的SO2首先被浆液中的水吸收，形成亚硫酸，并部分电离，即：SO2+H2O →H2SO3 →H++HSO3→2H++SO3（2）与吸收塔浆液中的CaCO3细颗粒反应生成CaSO3·1/2H2O细颗粒，即：CaCO3+2H+→Ca2++H2O+CO2↑Ca2++SO32-+1/2H2O →CaSO3·1/2H2O↓（3）CaSO3·1/2H2O被鼓入的空气中的氧气氧化，最终生成CaSO4·2H2O：HSO3-+1/2O2→H++SO42-Ca2++SO42-+2H2O→CaSO4·2H2O↓上述反应的关键是第一步，即SO2被浆液中的水吸收。