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基于电除尘器与煤质数据库的电厂煤质分析与除尘技术路线选择李晓宇，龙辉中国电力工程顾问集团有限公司，北京 100120摘 要随着环保要求和排放标准的日益严苛，对燃煤电厂超低排放的研究受到更多关注。建立了电除尘器与煤质数据库，包含了数百家燃煤电厂的煤质参数、电除尘器设计及运行参数。基于该数据库，对燃煤电厂动力煤的灰含量、硫含量分布情况进行分析。研究发现，从灰含量看，西南地区多燃用高灰煤，东北、华中、华北地区多燃用中灰、中高灰煤，沿海地区燃煤电厂多燃用特低灰、低灰煤；从硫含量看，西南地区燃煤电厂多燃用高硫煤，山东、山西、河南、河北等地区的燃煤电厂多燃用中硫煤，其他大部分地区多燃用特低硫、低硫煤。通过分析3座分别燃用低灰低硫、中灰中硫和高灰高硫煤电厂的颗粒物超低排放技术案例，针对不同煤质提出了颗粒物超低排放技术路线建议。关键词电除尘器与煤质数据库；灰分；硫分；颗粒物超低排放；技术路线中图分类号 TK0 文献标志码 A DOI 10.11930/j.issn.1004-9649.2019054180 引言考虑到中国富煤少气贫油的化石能源结构，煤炭仍为中国第一大能源支柱。国家统计局发布的2018年国民经济和社会发展统计公报中，煤炭在2018年全年能源消费总量的占比为59[1]。燃煤发电是煤炭消费的主要方式之一，伴随着大量煤炭的消耗，同时产生了氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）、颗粒物（含PM2.5）等大气污染物[2-4]，这些污染物排放到大气中，对人民的生活和身体健康造成不容忽视的伤害。为此，环保要求和排放标准日益严苛，环保部、发改委、国家能源局联合发布的全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案（环发〔2015〕164号）中，要求全国所有具备改造条件和新建的燃煤发电机组达到超低排放水平，即在基准氧含量6条件下，烟尘、SO2、NOx排放质量浓度分别不高于10、35和50 mg/m3。中国煤炭资源从褐煤、烟煤到无烟煤各种煤类齐全，但其数量和分布极其不均衡。全国煤炭保有储量的平均硫分为1.1，硫分小于1的低硫、特低硫煤占63.5，硫分大于2的占16.4，其中大于3的高硫煤约8.5；灰分普遍较高，一般在1525，灰分小于10的特低灰煤约1520[5]。在超低排放要求下，超低排放技术路线及关键技术[6-9]的研究受到人们的广泛关注。针对中国成分多变的煤种，电除尘器的选型至关重要[10-18]。本研究旨在建立针对国内煤质的电除尘器与煤质数据库，为除尘效率、电除尘器选型等研究打下基础。本文建立了针对国内煤质的电除尘器与煤质数据库，分析了国内236座燃煤电厂的燃用煤硫含量、灰含量的分布特点，进而为不同煤质下的颗粒物超低排放技术路线的选择提供指导建议。1 电除尘器与煤质数据库本研究涉及中国236座电厂，机组容量覆盖501 035 MW，煤质共538种，包含褐煤、烟煤、无烟煤等，硫含量在0.115.13，灰含量在6.5958.7。数据库中的电厂分布在国内七大地区[19]，其地区分布情况如图1a）所示，其中，华东地区经济较发达，收集的机组数量较多，达收稿日期2019−05−30； 修回日期2019−08−19。基金项目国家重点研发计划资助项目2017YFB0603202。第 52 卷 第 10 期中国电力Vol. 52, No. 102019 年 10 月ELECTRIC POWER Oct. 201917197台，占数据库总机组数的41，涵盖了1 000、600 和300 MW机组的代表性电厂。其他六个地区的机组数量在1637台之间，其中包含了西南地区燃用高硫高灰煤的典型电厂。数据库中的电厂机组容量范围广泛，机组容量最小50 MW，最大达1 035 MW，如图1b）所示，其中，容量大于等于1 000 MW的机组44台，500800 MW的机组71台，300400 MW的机组104台，小于300 MW的机组17台。华东地区的百万千瓦机组共32台，占数据库中百万千瓦机组总数的73。本研究建立的数据库包含了数百家燃煤电厂的17种煤质参数、6种烟气参数和10种电除尘器设计及运行参数，参数如表1所示。2 中国燃煤电厂燃煤分布特点煤、飞灰成分对电除尘器的除尘性能具有重要影响。煤的灰分高低直接影响烟气中的含尘浓度，灰分越高，含尘浓度越大，当电除尘器出口烟气含尘浓度要求相同时，对电除尘器设计效率的要求越高。飞灰成分对除尘效率也有重要影响，研究表明，Sar、Na2O、AL2O3、SiO2对电除尘器性能影响较大[20]。电厂个数东北华北华东华南华中西北西南a 地区分布20292116973716100806040200b 机组容量/MW50299 300400171042 16844500 600700 800≥1 000电厂个数100120806040200图 1 数据库中电厂地区分布、单机容量统计Fig. 1 Regional distribution and unit capacity of powerplants in the database表 1 数据库中的参数Table 1 Parameters in the database序号类别参数名称单位1煤质参数低位发热量MJ/kg2收到基灰分3收到基水分4 wC 5 wH 6 wO 7 wN 8 wS 9 wSiO2 10 wAl2O3 11 wFe2O3 12 wCaO 13 wMgO 14 wK2O 15 wNa2O 16 wTiO2 17 wSO3 18烟气参数烟气量m3/h实际19电除尘器入口烟温℃20电除尘器出口烟温℃21电除尘器入口烟尘浓度mg/m3，以O26计22电除尘器出口烟尘浓度mg/m3，以O26计23实际除尘效率24电除尘器设计运行参数设计除尘效率25设计驱进速度cm/s，k126设计烟气量m3/h实际27总集尘面积m228比集尘面积m2/m3·s–129室数个30电场数个31气流速度m/s32有效流通面积m233电源配置方案中国电力第 52 卷1722.1 灰含量分布本文统计了177座电厂的306种煤的灰含量，表2为不同灰含量范围对应的煤质数量及所占百分比，可以看出，较优质的特低灰煤较少，仅占总煤质的6.86，低灰煤占18.95，数量较多的是中灰煤和中高灰煤，分别占总煤质的31.37和33.00，高灰煤占9.80。为了较详细地研究不同灰含量的燃煤燃用分布情况，本文按照燃煤电厂位置画出其灰含量分布情况，如图2所示。图中一个实心点表示一种煤质，其位置表示燃用该煤质的电厂所在位置，其颜色表示灰含量高低，图中颜色条从下到上（从蓝到红）代表灰含量从低到高，灰含量最低为6.59，最高为58.70。从图2可以看出，沿海地区呈现蓝色、浅蓝色，说明该地区多燃用特低灰、低灰煤；东北、华中、华北地区，如黑龙江、吉林、辽宁、山东、山西、河南、河北等，呈黄色至橙色，说明该地区多燃用中灰、中高灰煤；西南地区，如云南、贵州、四川、重庆，呈深橙色至红色，说明该地区多燃用高灰煤。同时，本文从图2中的306种煤中筛选出73个矿区的143种煤，按照矿区位置画出其分布情况，如图3所示。图中一个实心三角形表示一种煤质，其位置表示该煤质生产矿区所在位置，其颜色表示灰含量高低。从图3可以看出，内蒙古的大部分煤矿呈蓝色、浅蓝色，说明该地区产煤多为特低灰、低灰煤；华北地区大部分呈黄色至橙色，部分呈红色，说明该地区产煤多为中灰、中高灰煤；西南地区大部分呈红色，说明该地区产煤多为高灰煤。由于燃煤电厂的燃煤一般来源于附近的矿区，可以发现图2所示按电厂位置画出的燃煤灰含量分布和图3所示按矿区位置画出的燃煤灰含量分布特点相同。2.2 硫含量分布本文统计了177座电厂的304种煤的硫含量，表3所示为不同硫含量范围对应的煤质数量及所占百分比，可以看出，数据库中燃煤电厂燃煤硫含量不高，特低硫煤和低硫煤占比较多，共占总煤质的67.43，中硫煤占24.34，中高硫煤和高硫煤较少，分别占4.93和3.29。 6050403020100灰含量/图 2 燃煤灰含量按电厂地址的分布Fig. 2 Ash content distribution by the location of plants4035302520101550灰含量/图 3 燃煤灰含量按产煤矿区的分布Fig. 3 Ash content distribution by the location of mines表 2 数据库中不同灰含量范围对应的煤质数量Table 2 The proportion of coal corresponding to differ-ent ash content ranges in the database煤质灰含量/煤质数量占数据库中总煤质数的百分比/特低灰煤≤10.00 21 6.86低灰煤10.0118.00 58 18.95中灰煤18.0125.00 96 31.37中高灰煤25.0135.00 101 33.00高灰煤＞35 30 9.80表 3 数据库中不同硫含量范围对应的煤质数量Table 3 The proportion of coal corresponding to differ-ent sulfur content ranges in the database煤质硫含量/煤质数量占数据库中总煤质数的百分比/特低硫煤≤0.50 81 26.64低硫煤0.511.00 124 40.79中硫煤1.012.00 74 24.34中高硫煤2.013.00 15 4.93高硫煤＞3 10 3.29第 10 期 李晓宇等基于电除尘器与煤质数据库的电厂煤质分析与除尘技术路线选择173同样地，为了分析电厂燃煤各等级硫含量分布情况，本文对304种煤按照电厂位置画出其硫含量分布，如图4所示，图中一个实心圆表示一种煤，其位置表示燃用该煤质的电厂位置，其颜色表示硫含量高低；筛选出73个矿区的143种煤，按照矿区位置画出其硫含量分布，如图5所示，图中一个实心三角形表示一种煤，其位置表示产煤矿区位置，其颜色表示硫含量高低，硫含量最低为0.11，最高为5.13。从图4中可以看出，沿海地区、东北、华北的内蒙古、华中、华南、西北的新疆等中国大部分地区呈蓝色、浅蓝色，说明该地区燃煤电厂多燃用特低硫、低硫煤；山东、山西、河南、河北等地区的燃煤电厂多燃用中硫煤；西南地区，如云南、贵州、重庆、四川，燃煤电厂多燃用该地区开采的高硫煤。3 颗粒物超低排放技术路线目前，中国应用较多的颗粒物排放路线有“低低温电除尘技术石灰石石膏湿法脱硫技术或高效除雾器”“高效干式电除尘技术石灰石石膏湿法脱硫技术湿式电除尘技术”“低低温电除尘技术石灰石石膏湿法脱硫技术湿式电除尘技术”，部分电厂采用“电袋复合除尘技术石灰石石膏湿法脱硫技术高效除雾器”[11]。低低温电除尘技术可以将烟温降至酸露点以下，降低飞灰比电阻，提高除尘效率，一般其效率高于常规干式电除尘器；同时，烟气流量随烟温降低而降低，可减小引风机、增压风机负担，故其经济性较好；但烟温过低可能导致低温腐蚀，另有二次扬尘等问题。湿式电除尘技术使极板形成水膜，可提高放电电流，提高除尘效率，PM2.5脱除效率可达95，且不存在二次扬尘现象；但其设备系统复杂、投资和运行费用均较高，增加上网电价约0.2分/kW·h。电除尘器高频电源技术是对常规电除尘器进行高频电源改造，提高荷电量与场强，进而提高除尘效率，且可以降低电耗。基于该数据库，本文针对3种典型煤质，分析其颗粒物超低排放的技术案例。（1）低灰低硫煤。低灰低硫煤是优质煤的典型代表。浙江某电厂，单机容量为660 MW，燃煤灰含量为6.6、硫含量为0.57，烟尘排放质量浓度≤5 mg/m3，颗粒物超低排放技术路线为低低温电除尘技术石灰石石膏湿法脱硫技术高效除雾技术。该厂烟尘排放稳定控制在标准值以下，且经济性较好。因此，针对优质的低灰低硫煤、烟尘排放质量浓度≤10 mg/m3的情况，为了节约投资和运行成本，推荐采用低低温电除尘技术与湿法脱硫技术或高效除雾技术结合，不增设湿式电除尘器。（2）中灰中硫煤。山东某电厂，单机容量为350 MW，燃煤灰含量为21.31，硫含量为1.8，烟尘排放质量浓度≤10 mg/m3，颗粒物超低排放技术路线为干式电除尘技术石灰石石膏湿法脱硫技术湿式电除尘技术。该厂烟尘排放稳定控制在标准值以下。因此，针对煤质略差的中灰中硫煤，若低低温电除尘技术或高效电除尘技术等一次除尘不能满足排放标准，可增设湿式电除尘器。（3）高灰高硫煤。贵州某电厂，单机容量为300 MW，燃煤灰含量为30.32，硫含量为5.04.54.03.53.01.50.52.52.01.00S 含量/图 4 燃煤硫含量按电厂地址的分布Fig. 4 Sulfur content distribution by the location of plants5.04.54.03.53.01.50.52.52.01.00S 含量/图 5 燃煤硫含量按产煤矿区的分布Fig. 5 Sulfur content distribution by the location of mines中国电力第 52 卷1743.82，烟尘排放质量浓度≤10 mg/m3，颗粒物超低排放技术路线为高效电源干式电除尘技术石灰石石膏湿法脱硫技术湿式电除尘技术。该厂烟尘排放稳定控制在标准值以下。由于增加了高频电源和湿式电除尘器，该厂的除尘改造导致厂用电率较改造前增加了0.19。因此，针对煤质较差的高灰高硫煤，为了达到排放要求，需在低低温电除尘技术或高效电除尘技术等一次除尘后，增设湿式电除尘器以保证除尘效果。另外，燃煤中的硫含量对电除尘器的性能有重要影响，燃用含硫量较高的煤，烟气中SO3含量高且容易吸附在尘粒表面，可改善粉尘表面导电性，使其比电阻降低，易于收尘。（4）其他煤质。通过分析本数据库中电厂燃用煤质及除尘技术路线发现，中国燃用低灰中硫煤、低灰高硫煤的电厂占比很小，其除尘技术路线与低灰低硫煤大致相同，主要区别在于石灰石石膏湿法脱硫技术上低硫煤采用常规湿法脱硫技术、增加喷淋层等，中硫煤采用单塔单循环脱硫技术，高硫煤采用双塔双循环脱硫技术、双托盘脱硫技术等。燃煤硫含量越高，采用的湿法脱硫系统越复杂，同时若与高效除雾器结合，可提高对烟尘的协同脱除作用。中灰低硫煤、中灰高硫煤的除尘技术路线与中灰中硫煤大致相同，其硫分的影响与上述相同。高灰低硫煤、高灰中硫煤的除尘技术路线与高灰高硫煤大致相同，其硫分的影响与上述相同。这些煤质可根据煤种，适当调整超低排放技术路线。4 结论本研究建立了针对中国煤种的电除尘器与煤质数据库，包括了236家燃煤电厂数据，机组容量涵盖501 035 MW，燃用煤共538种，包含褐煤、烟煤、无烟煤等，硫含量在0.115.13，灰含量在6.5958.7，数据库包含了煤质参数、电除尘器设计及运行参数。基于该数据库，本文分析了燃煤电厂燃煤灰分、硫分的分布情况，分析了不同煤质条件下的颗粒物超低排放技术路线，得到如下结论。（1）特低灰煤较少，仅占总煤质的6.86；低灰煤占18.95；中灰煤和中高灰煤质类较多，分别占31.37和33.00；高灰煤占9.80。从动力煤燃用情况看，西南地区多燃用高灰煤；东北、华中、华北地区多燃用中灰、中高灰煤；沿海地区燃煤电厂多燃用特低灰、低灰煤。（2）特低硫煤和低硫煤占比较大，分别占总煤质的26.64和40.79，共67.43；中硫煤占24.34；中高硫煤和高硫煤较少，分别占4.93和3.29。从动力煤燃用情况看，西南地区燃煤电厂多燃用高硫煤；山东、山西、河南、河北等地区的燃煤电厂多燃用中硫煤；其他大部分地区燃煤电厂多燃用特低硫、低硫煤。（3）低低温电除尘技术或高效电除尘技术与湿法脱硫技术或高效除雾技术结合，一般适用于低灰低硫煤、部分中灰中硫煤，且烟尘排放质量浓度≤10 mg/m3的情况。同时应考虑飞灰中Na2O、AL2O3和SiO2等组分对燃煤飞灰脱除难易程度的影响。对于高灰高硫煤或烟尘排放质量浓度≤5 mg/m3的情况，需在低低温电除尘技术或高效电除尘技术等一次除尘后，增设湿式电除尘器以保证除尘效果。参考文献国家统计局. 2018年国民经济和社会发展统计公报[R/OL].2019-02-28[2019-05-19]. http// 马斯鸣, 杨建平, 等. 燃煤电厂污染物超净排放的发展及现状[J]. 煤炭学报, 2015, 4011 2629–2640.ZHAO Yongchun, MA Siming, YANG Jianping, et al. 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Based on the database, the distribution of ash and sulfur contents is analyzed using the coalsamples collected from hundreds of power plants. The results show that the high-ash coals are quite common in Southwest China,while in Northeast, Central and North China the coals with medium or medium-high ash content are mostly burned, and in coastalregions the coals with low or ultra-low ash content are prent. In terms of sulfur content, the high-sulfur coals are mostly burned inSouthwest China, while in the power plants of Shandong, Shanxi, Henan and Hebei provinces of China the medium-sulfur coals aregenerally burned, and the coals burned in other regions of China are mostly low or ultra-low in sulfur. Moreover, through the casestudies on the application of ultra-low particulate emission techniques in three power plants fueled with low-ash ash content; sulfur content; ultra-low particulate emission;technical route上接第44页Noise Characteristics of ±800 kV HVDC Convert Station Basedon Spectrum AnalysisHAN Yu, FAN Chao, WANG Guangke, HE QiangGlobal Energy Interconnection Research Institute Co., Ltd., Beijing 102209, ChinaAbstract By collecting the sound pressure signals of the aerodynamic noise of the converter transer fans, the electric field noiseof the smoothing reactors and the electric field noise of the DC/ AC filter field in the 800 kV converter station, the spectrumcharacteristics of the sound pressure signals of different locations are analyzed under the load condition, and the low-frequency andA-weighted sound level noise values of each noise signal are given. It is concluded that the noise of HVDC convert stations coversthe low-, mid- and high-frequency bands, and various types of noise signals have similar spectrum characteristics; the low-frequencyenergy makes up larger portion of the total noise energy, and the low-frequency noise value of the fans is much higher than that ofother converter station outdoor equipment under the same test condition.This work is supported by Science and Technology Project of SGCC Research on Acoustic and Vibration Characteristics of FilterCapacitors for Ultra-high Voltage Transmission and Transfer Engineering and Development and Application of Material Devices forNoise Reduction by Ontology, No.5455DW170028.Keywords HVDC; convert station; noise; spectrum analysis第 10 期 李晓宇等基于电除尘器与煤质数据库的电厂煤质分析与除尘技术路线选择177