濕式靜電除塵器技術(shù)在超超臨界機組的應用

林歡

（永清環(huán)保股份有限公司，長沙 410330）

引言

為提高空氣質(zhì)量，改善大氣環(huán)境，2014年9月，國家發(fā)展和改革委員會、環(huán)境保護部、國家能源局聯(lián)合制定了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014～2020年）》。計劃指出：“東部地區(qū)在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50毫克/立方米，中西部地區(qū)鼓勵接近或達到燃氣輪機組排放限值。因廠制宜采用成熟適用的環(huán)保改造技術(shù)，鼓勵加裝濕式靜電除塵裝置”[1]。因而濕式靜電除塵器在大型燃煤機組得以應用。

鍋爐主蒸氣溫度達到或超過600℃稱為超超臨界機組。與超臨界機組相比，超超臨界機組的熱效率高1.2%～4%。一年可節(jié)約優(yōu)質(zhì)煤6000噸。超超臨界機組是一種高效、先進的發(fā)電技術(shù)，不但節(jié)約能源，而且能在一定程度上控制環(huán)境污染。

濕式除塵器與干式除塵器的工作原理相同，都是電暈放電、粉塵荷電、粉塵收集、清灰四步。水霧噴向集塵極生成液滴、液膜或氣泡。放電極放電產(chǎn)生電暈場，水霧荷電后，粉塵粒子被電場力、荷電的水霧碰撞、吸附、攔截、凝聚，最后被連續(xù)水膜沖刷到灰斗中排出。濕式靜電除塵器技術(shù)工作原理如圖1。濕式除塵器設備簡單、制造容易、收塵效率較高，對處理高溫高濕粉塵、PM2.5微細粉塵、酸霧、有毒重金屬等都非常有效[2～4]，近年來被廣泛用于燃煤電廠和鋼鐵工業(yè)超低排放中微細顆粒物的去除。

圖1 濕式靜電除塵器技術(shù)工作原理圖

1 工程概況

某電廠項目作為省內(nèi)第一個超低排放的示范項目，采用脫硫、脫硝、除塵一體化技術(shù)。為實現(xiàn)超低排放，采用低低溫電除塵器，并加裝了濕式靜電除塵器裝置。項目設兩臺660MW超超臨界參數(shù)燃煤汽輪發(fā)電機組。鍋爐為單爐膛、固態(tài)排渣、變壓運行直流燃煤鍋爐。最大連續(xù)蒸發(fā)量為2035t/h。鍋爐工況下燃煤量為265.2t/h。工程同步建設脫硫脫硝除塵裝置。煙氣從鍋爐尾部經(jīng)過SCR反應器、回轉(zhuǎn)式空氣預熱器進入到低低溫電除塵器，再經(jīng)過吸風機、煙氣脫硫裝置，進入濕式靜電除塵器，最后通過煙囪進入大氣。其技術(shù)路線如圖2。

圖2 某電廠2×660MW超超臨界機組技術(shù)路線圖

濕式靜電除塵器包含本體及附屬設備的設計、安裝、試驗及驗收。每臺鍋爐配兩臺除塵器，每臺除塵器結(jié)構(gòu)上有獨立的殼體。

2 設計參數(shù)

該項目采用濕式靜電除塵器，工況下（100%BMCR）單臺機組濕式靜電除塵器的入口煙氣參數(shù)見表1。

表1 濕式靜電除塵器入口煙氣參數(shù)

濕式靜電除塵器的出口參數(shù)：出口煙塵濃度（含石膏）≤4.6mg/Nm3；粉塵去除率（含石膏及PM2.5等）≥ 77%；霧滴去除率≥90%；SO3去除率≥26%；本體阻力（含進出口變徑段）≤150Pa。

3 技術(shù)特點

該工程濕式靜電除塵器安裝在煙氣脫硫裝置和煙囪之間，除塵器采用臥式結(jié)構(gòu)，每臺爐配置2臺除塵器。每臺除塵器結(jié)構(gòu)上有獨立的殼體，原煙氣水平進入除塵器，經(jīng)進口喇叭、陰陽極板、出口喇叭后進入煙囪。每臺除塵器的截面面積為132m2，煙氣流速為＜3m/s，保證電場中煙氣的停留的時間足夠長，保障除塵效率。除塵器內(nèi)部布置沖洗裝置，沖洗水沖洗極板后，經(jīng)灰斗管道流入排水箱。排水箱的水溢流到循環(huán)水箱，作為噴淋用水循環(huán)利用。濕式靜電除塵器的技術(shù)參數(shù)見表2。除塵器結(jié)構(gòu)布置圖如圖3。

表2 濕式靜電除塵器主要技術(shù)參數(shù)

圖3 濕式靜電除塵器結(jié)構(gòu)布置圖

3.1 陽極板和陰極線

濕式靜電除塵器的陽極板采用板式冷軋鋼板，板厚1.2mm。陽極板為多輪冷彎一次成型的CZ60波浪曲面結(jié)構(gòu)，端面設有槽型結(jié)構(gòu)。整體強度大，適合高流速煙氣，不易變形。集塵面積大，對粉塵捕捉效果好，容易形成水膜。陽極板表面水膜均勻，不存在死角。陰極線采用專利SDD針刺型陰極線，放電針環(huán)形分布，電場分布均勻，除塵器起暈電壓低、電場強度高、放電穩(wěn)定，可實現(xiàn)高效、穩(wěn)定地放電，除塵效率高。陽極板為懸掛安裝，極間距為300mm。陽極板和陰極線框架均采用鉛垂安裝。陽極板懸掛在殼體的主梁上，上下部設置定距梁，由定距梁保持極間距。采用懸掛方式，可以節(jié)約內(nèi)部空間，布置更多的陽極板。上方定距梁采用固定連接，下方定距梁采用柔性連接。定距梁能防止陽極板隨意擺動，也能消除由熱脹冷縮產(chǎn)生的應力。陰極線采用卡槽，陰極框架采用吊桿方式懸掛。陰極線和陰極框架形成一個整體，防止陰極線擺動。陽極板和陰極線結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 濕式靜電除塵器的陽極板和陰極線結(jié)構(gòu)

3.2 煙氣均流裝置

該工程一臺爐配置兩臺除塵器，煙氣進入煙道后需要分流進入兩臺除塵器。煙氣不均、泄漏都會影響除塵效果。為了防止煙氣泄漏，在殼體側(cè)面設置了擋風板，在陽極板底端和灰斗之間設置了阻流板，避免煙氣短路。在進口喇叭設置導流板和氣流分布板。并采用CFD計算機數(shù)值模擬對煙道及除塵器的流場進行模擬實驗。根據(jù)1∶1的比例建立從煙道、進口喇叭、除塵器殼體、出口喇叭、連接煙囪的煙道的數(shù)值模擬幾何模型，模型如圖5。

通過分析煙氣通過的各個界面的速度，確定導流板的位置、氣流分布板的位置和開孔率等。氣流分布板采用單層柵條式結(jié)構(gòu)，不易積灰，可以有效防止粉塵堆積。通過不斷優(yōu)化流場，確定最終方案滿足含進出口變徑段的本體阻力≤150Pa，本體含進出口煙道阻力≤300Pa，氣流均布系數(shù)≤0.13。

圖5 濕式靜電除塵器的流場模擬模型圖

3.3 噴淋系統(tǒng)

除塵器內(nèi)部每個通道設置噴嘴，噴嘴采用大流量噴嘴。兩塊陽極板共用一只噴嘴，每只噴嘴的流量為2.8L/min。噴嘴采用SUS316L材質(zhì)，按照設定的角度呈扇形連續(xù)噴霧的沖洗方式噴射到陽極板上，并在陽極板表面形成均勻的水膜。噴嘴噴淋如圖6、圖7。噴嘴霧化效果好，水膜厚度為72～80μm，單臺爐連續(xù)使用的水膜水量為105t/h。在重力作用下液滴和顆粒物順流到下部的灰斗，經(jīng)管道至水箱里。在不斷電的情況下，進行連續(xù)沖洗。合理的設計布置，保證陽極板表面清潔、不積灰、不結(jié)垢。噴淋水不噴到陰極線上，不影響顆粒物的荷電，避免產(chǎn)生火花和電暈現(xiàn)象。能充分去除濕煙氣中PM2.5、SO3、霧滴等。

圖6 噴淋系統(tǒng)原理

圖7 噴淋現(xiàn)場

圖8 水循環(huán)系統(tǒng)

煙氣進入進口喇叭的氣流分布板，由于氣流通道大小變化，部分煙氣中的粉塵會附著在氣流分布板上。在氣流分布板的上方設置沖洗噴嘴，根據(jù)運行情況定期清洗氣流分布板上的粉塵，防止氣流分布板結(jié)垢、堵塞現(xiàn)象。

3.4 水循環(huán)系統(tǒng)

濕式除塵器內(nèi)部采用水循環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)無沖洗廢水排放。

水循環(huán)系統(tǒng)主要包括循環(huán)水箱、循環(huán)水泵、排水箱、排水泵、堿液箱、加堿泵、自清洗過濾器、工藝水供應管道等。濕式靜電除塵器的沖洗水包括循環(huán)水和工藝水補水。噴嘴將沖洗水均勻地噴淋到陽極板，在陽極板上形成均勻的水膜，將吸附在陽極板上的粉塵沖洗帶到灰斗中，經(jīng)管道流入下部水箱中。沖洗后的廢水呈酸性，且含有大顆粒物。直接外排會造成污染。同時還需補充大量工業(yè)用水用來噴淋。本系統(tǒng)采用水循環(huán)系統(tǒng)，在水箱中加堿中和酸性水，為防止大顆粒物堵塞噴嘴，在循環(huán)沖洗泵的后面安裝了過濾器。將噴淋廢水達到噴淋水質(zhì)的要求后循環(huán)利用。少量懸浮物高的廢水外排到脫硫系統(tǒng)作為脫硫工藝補水，除塵器同時補充等量的工業(yè)用水。其余的廢水作為除塵器系統(tǒng)內(nèi)部用水循環(huán)利用，實現(xiàn)系統(tǒng)的水平衡?；宜h(huán)利用，不但節(jié)約用水，也減少外排灰水產(chǎn)生的二次污染。水循環(huán)系統(tǒng)平衡如圖8。

3.5 設備防腐

針對濕法脫硫后煙氣溫度高、濕度大等特點，除塵器內(nèi)部材料和進出口喇叭充分考慮防腐要求，保障除塵器性能。陽極板、陰極線、定位梁、陰極線固定框架、氣流分布板、內(nèi)部水系統(tǒng)管道、噴嘴、人孔門均采用SUS316L不銹鋼材料。進口喇叭、出口喇叭、灰斗、殼體采用Q235鋼，內(nèi)壁防腐采用玻璃鱗片襯?？煽康姆栏胧?，確保設備運行穩(wěn)定、使用壽命長、后期維護費用低。

3.6 電氣設備

濕式靜電除塵器內(nèi)部電場環(huán)境濕度高，高壓設備運行需要適應少火花或無火花的狀態(tài)。該項目采用高效節(jié)能荷電系統(tǒng)，采用新型大功率高頻電源設備供電，電能轉(zhuǎn)換效率高達93%以上。與工頻電源相比，高頻電源控制關斷更迅速，且恢復時間更短。高頻電源適應復雜多變的工況需求，可在恒流或恒壓下穩(wěn)定工作。不但除塵效率高，運行電耗比工頻電源低70%以上。安裝在電除塵器頂部，節(jié)約配電室空間，也能節(jié)省信號電纜和控制電纜的使用，從而減少安裝費用。濕式靜電除塵器的智能化電氣控制系統(tǒng)，可以根據(jù)鍋爐負荷、燃燒煤種、FGD性能等工況進行智能調(diào)節(jié)，靜電除塵器系統(tǒng)保持最佳運行狀況。

4 運行情況

2015年12月，2×660MW超超臨界機組順利通過168小時滿負荷試運行。機組各項性能指標良好，運行穩(wěn)定。出口煙塵排放濃度分別為2.5mg/Nm3、2.4mg/Nm3，出口煙塵濃度滿足≤4.6mg/Nm3的設計保證值。SO3排放濃度分別為17mg/Nm3、12mg/Nm3，氮氧化物排放濃度為26.9mg/Nm3、23.1mg/Nm3。機組排放指標達到超低排放要求。驗收組深入項目現(xiàn)場，對系統(tǒng)CEMS煙氣在線監(jiān)測設備數(shù)據(jù)進行標定，同時檢查兩臺機組CEMS設備運行情況。作為湖南省內(nèi)第一個超低排放示范性在建項目，工程達到設計要求，2016年2月成功通過湖南省環(huán)保廳超低排放示范性工程竣工驗收。

5 結(jié)論

濕式靜電除塵器可以與煙氣脫硫系統(tǒng)一體化設計，結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小。對吸收塔后煙氣中攜帶的石膏液滴、SO3、重金屬等可以協(xié)同脫除。布置在濕法脫硫之后，有效解決了“石膏雨”、藍顏/黃煙、塔后Hg等多種污染排放新問題，實現(xiàn)超低排放。濕式除塵器投運以來，運行穩(wěn)定，為火電廠燃煤機組超低排放提供了成熟可靠且先進的技術(shù)，值得推廣及應用。