濕式電除塵器在工程中的應用

劉鶴忠，陶秋根

(華東電力設計院，上海 200063)

濕式電除塵器在工程中的應用

劉鶴忠，陶秋根

(華東電力設計院，上海 200063)

隨著國家對大氣污染物排放控制要求的提高，新的火電廠大氣污染物排放標準(GB13223-2011)于2012年1月1日正式實施。新排放標準對煙塵、二氧化硫、氮氧化排放控制要求都有了很大的提高。為了滿足新的排放標準以及解決現(xiàn)已投運電廠普遍存在石膏雨問題，迫切需要與之配套的系統(tǒng)和設備來解決出現(xiàn)的新問題。濕式靜電除塵器應用對減少吸收塔后煙塵、石膏雨和SO3等的排放，滿足新標準要求多了一種選擇。

本文通過分析認為對大型燃煤機組吸收塔后面安裝濕式電除塵器在技術上是可行的，濕式靜電除塵器對石膏液滴、酸霧、有毒重金屬以及 PM10，尤其是PM2.5的微細粉塵有良好的脫除效果，但初投資和運行維護費用有所增加。

濕式靜電除塵器；大氣污染物排放；石膏雨；PM2.5微細粉塵。

1 概述

隨著電力工業(yè)的高速發(fā)展，污染物排放的增加對大氣環(huán)境造成了很大影響，為落實國家的科學發(fā)展觀和節(jié)能減排的要求，新頒布的火電廠大氣污染物排放標準(GB13223—2011)于2012年1月1日正式實施。在燃煤電廠中當煤種中灰份多、比電阻高或鍋爐排煙溫度較高時粉塵排放水平往往會達不到新標準的要求，而且現(xiàn)有已投運機組脫硫后由于吸收塔后煙氣中攜帶石膏液滴量較大，若后續(xù)沒有可控制的措施、在不設置GGH時容易出現(xiàn)石膏雨現(xiàn)象。

目前國內燃煤鍋爐主要采用的除塵方式有：靜電除塵器；靜電除塵器+布袋除塵器組合的電袋除塵器；布袋除塵器三種。靜電除塵由于阻力損失小、允許使用溫度高和技術成熟可靠等特點被廣泛應用。但對于靜電除塵為了達到更低的粉塵排放值，電除塵器必然會向更多的電場數(shù)、更大的比集塵面積的方向發(fā)展，使設備占地面積增加、投資和運行費用提高。同時常規(guī)干式靜電除塵器還存在除塵效率受粉塵的比電阻、粉塵的濃度、粒徑分布、粘度和密度等的影響。

新標準的實施，對高效靜電除塵器帶來了巨大的挑戰(zhàn)，項目建設的需要迫切需要工程技術人員對除塵新技術、新工藝(新型的高頻電源電除塵器、移動電極電除塵器、濕式電除塵等、電袋除塵器或布袋除塵器)進行全面論證研究，尤其需要掌握能大幅度減少石膏雨的濕式靜電除塵的除塵新技術研究，為新機組建設的推廣應用，老機組電廠的除塵設備改造做好技術準備和論證工作。

2 濕式靜除塵器設備介紹

2.1 工作原理

濕式靜電除塵器可以理解成：首先是靜電收塵，其次是濕式除塵。所以濕式靜電除塵器在靜電除塵方面與通常說的干式靜電除塵器沒有太多差別。濕式靜電除塵器主要工作原理：直接將水霧噴向放電極和電暈區(qū)，水霧在芒刺電極形成的強大的電暈場內荷電后分裂進一步霧化，在這里，電場力、荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并，共同對粉塵粒子起捕集作用，最終粉塵粒子在電場力的驅動下到達集塵極而被捕集；與干式電除塵器通過振打將極板上的灰振落至灰斗不同的是，濕式電除塵器則是將水噴至集塵極上形成連續(xù)的水膜，流動水將捕獲的粉塵沖刷到灰斗中隨水排出。

靜電除塵器的除塵過程可分為四個階段：氣體的電離；粉塵獲得離子而荷電；荷電粉塵向電極移動；將電極上的粉塵清除。

濕式靜電除塵脫除的對象由粉塵和霧滴，由于霧滴與粉塵的物理特性存在差別，所以其工作原理也相應的會有差異。從原理上來講，首先由于水滴的存在對電極放電產生了影響，要形成發(fā)射離子，金屬電極中的自由電子必須獲得足夠的能量，才能克服電離能而越過表面勢壘成為發(fā)射電子。讓電極表面帶水是降低表面勢壘的一種有效措施。水覆蓋金屬表面后，將原來的“金屬一空氣”界面分割成“金屬一水”界面和“水一空氣”界面，后兩種界面的勢壘比前一種界面的勢壘低很多。這樣，金屬表面帶水后，將原來的高勢壘分解為兩種低勢壘，大大削弱表面勢壘對自由電子的阻礙作用，使電子易于發(fā)射。另外，水中的多種雜質離子在電場作用下，也易越過表面勢壘而成為發(fā)射離子。這些都改變了電極放電效果，使之能在低電壓下發(fā)生電暈放電。其次由于水滴的存在，水的電阻相對較小，水滴與粉塵結合后，使得高比電的粉塵比電阻下降，因此濕式靜電除塵的工作狀態(tài)會更加穩(wěn)定；另外由于濕式靜電除塵器采用水流沖洗，沒有振打裝置，所以不會產生二次揚塵；最后據(jù)國外相關文獻表明，濕式靜電除塵器對酸霧、有毒重金屬以及 PM10，尤其是PM2.5的微細粉塵有良好的脫除效果。所以可以使用濕式靜電除塵器來控制電廠的SO3酸霧，并且還具有聯(lián)合脫除的前景。

2.2 結構型式

2.2.1 結構特點

濕式靜電除塵器在結構上有兩種基本型式：管式和板式。管式靜電除塵器的集塵極為多根并列的圓形或多邊形金屬管，放電極均布于極板之間，管狀濕式靜電除塵器只能用于處理垂直流動的煙氣。板式靜電除塵器的集塵極呈平板狀，可獲得良好的水膜形成的特性，極板間均布電暈線，板式濕式靜電除塵器可用于處理水平或垂直流動的煙氣。

2.2.2 沖刷方法

水力沖刷方法是影響濕式靜電除塵器運行特性第一重要因素，常用的沖刷方法有：

自沖刷：最普遍的方法是利用捕集的液滴來濕潤集塵極(此方法適用于捕集顆粒為液體顆粒)。

噴霧沖刷：霧化噴嘴采用水或空氣或水和空氣連續(xù)地沖刷集塵極，使霧化液滴和顆粒在集塵極表面形成一層沖刷膜。

液膜沖刷：采用連續(xù)的液膜沖洗集塵極。由于液膜能充當集塵板，管狀式、極式的集塵板只不過是它的支承物。因此，沖刷液是否具有導電性能極為重要。其次，液膜的物理特性和分布情況也很重要。

2.2.3 材料的選擇

材料的選擇是影響濕式靜電除塵器運行特性第二重要因素，這是因為濕式靜電除塵器通常在低于沖刷液的絕熱飽和溫度下運行，易引起腐蝕。因此，需合理地選擇各部位的結構材料。

(1)從結構材料上講．殼體是濕式靜電除塵器中最安全的，通常采用普通鋼，為防止腐蝕，其內表面需涂有防腐材料．安裝時還需嚴格控制殼體內表面破損，防止產生腐蝕，如焊接點、構件連接處及蓋板等；

(2)集塵板表面需具有較強的抗腐蝕能力。同時應將易產生腐蝕的聯(lián)接點減至最小，因為集塵極一旦發(fā)生故障．不僅會擾亂電場，而且會產生火花，引起除塵性能的下降；

(3)放電極的抗腐蝕性能應高于其它部件，因為其表面易造成粉塵液結，局部腐蝕較快，因此，需有特殊的保護措施。

2.3 濕式靜電除塵器的優(yōu)缺點

2.3.1 濕式靜電除塵器的優(yōu)點

(1)日本中部電力碧南電廠五臺機組(3×700MW+2×1000MW)使用濕式靜電除塵器后，其排放濃度長期穩(wěn)定在2～5mg/Nm3，遠低于日本國家標準和新國標的要求，表明濕式靜電除塵器能高效地除去煙氣中的煙塵和石膏雨微液滴。

(2)濕式靜電除塵器沖洗水對煙氣有洗滌作用，可除去煙氣中部分SO3微液滴，雖然三菱和日立公司均無法提供具體除去率。但是國內外研究表明濕式靜電除塵器對SO3有較高的去除率，初步估計在20%～25%左右。

(3)濕式靜電除塵器布置在濕法脫硫后，脫硫后的飽和煙氣中攜帶部分水滴，在通過高壓電場時也可捕獲并被水沖洗走，這樣可降低煙氣中總的攜帶水量，減小石膏雨形成的幾率。

(4)從日本電廠運行情況，濕式靜電除塵器可以將進口煙塵濃度從17.5mg/Nm3降到5mg/Nm3，這些煙塵主要是PM2.5范圍內的微塵。表明濕式靜電除塵器可有效地除去PM2.5微塵。

2.3.2 濕式靜電除塵器的缺點

(1)濕式靜電除塵器沖洗水采用閉式循環(huán)，但是因水中含塵量增加，需不斷補入原水，排出廢水，廢水量與煙氣中含塵量呈線性關系，增大了脫硫系統(tǒng)水平衡的難度。

(2)濕式靜電除塵器布置在脫硫系統(tǒng)后，循環(huán)水箱和水泵等均可布置在電除塵器下部，需專門占用爐后設備位置，特別是對于老機組改造，由于可供改造有場地有限，場地布置將成為一個主要難題。

(3)濕式靜電除塵器目前在國內的大型燃煤機組上應用業(yè)績較少，對于國內脫硫系統(tǒng)后粉塵濃度較高的實際情況(粉塵主要是石膏，可能是脫硫塔內的除霧器不能達到設計要求)，其適應性還有待于實際應用的檢驗。

(4)濕式靜電除塵器雖然原理和結構并不復雜，但是因陽極板和芒刺線、噴嘴等接觸煙氣的部件大量采用耐蝕不銹鋼材料；而且其技術未大規(guī)模投入生產，所以單個產品的技術成本較高，設備投資費用要高于普通靜電除塵器。同時運行過程中除了除塵器本體消耗的電量外，輔助的循環(huán)水泵等還將消耗部分電量，沖洗水中添加的NaOH溶液也將提高一部分運行成本，噴嘴更換和泵的維護也增加了額外費用，因此濕式靜電除塵器的總運行成本也將略高于干式除塵器。

2.4 制造商及應用情況

濕式靜電除塵器最早在1907年開始應用于硫酸和冶金工業(yè)生產中，在1982年后國外大容量燃煤電廠也開始采用濕式靜電除塵器以除去脫硫后煙氣中粉塵等污染物，取得了良好的效果。濕式靜電除塵器在日本已有30年以上的應用歷史。

據(jù)了解目前專業(yè)設計制造濕式靜電除塵器的生產廠商世界上還為所不多，在美國有美國巴布科克&威爾科克斯公司；日本有三菱重工和日立公司；國內暫時還沒有這項技術。日立的濕式電除塵技術與三菱重工基本一致，只是在噴嘴型式和布置方式、放電極的形式、集塵極板的形式上有所不同外，其最大的差異就是極間距較小只有300mm(三菱為400mm)，在對放電極進行水沖洗時必須要斷電(三菱為連續(xù)的在線沖洗)。

三菱濕式靜電除塵器從1975年開始應用，最早是用于處理化工廠的重油鍋爐產生的煙氣，目前用于處理鍋爐后煙氣共有25臺套投入運行，其中燃煤鍋爐為日本碧南電廠1～3號機組(3×700MW)，分別于1991年10月、1992年6月和1993年4月交貨使用。日立的濕式靜電除塵器應用于碧南電廠的4、5號機組(2×1000MW)，分別于2000年和2001年交貨使用。三菱、日立二家公司在碧南電廠的實際應用都達到了預期的效果。在國內，三菱濕式靜電除塵器還成功于2006年建成的鞍鋼第二發(fā)電廠燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組(總裝機容量300MW)中，用于除塵凈化進入煤氣壓縮機前高爐、焦爐煤氣。

3 濕式靜除塵器應用分析

為了滿足新頒布的火電廠污染物排放標準(GB13223—2011)中提出的要求，對于一般燃用煙煤常規(guī)的燃煤電廠配置干式靜電除塵器時一般要求配置5電場干式除塵器；而當煙氣系統(tǒng)中設置濕式靜電除塵器時除塵的配置可采用：4電場干式除塵器+1電場濕式靜電除塵器。單從靜電除塵器除去粉塵的角度來說盡管二者的電場數(shù)相同，但除塵效率確有不同，后者要高于前者，原因是后者有除去微細粉塵的能力。采用后者容易滿足粉塵排放濃度低于≤30mg/Nm3(非重點地區(qū))或≤20mg/Nm3(重點地區(qū))的要求。

3.1 系統(tǒng)分析

增加濕式靜電除塵器后對系統(tǒng)的影響：第一影響的是水處理系統(tǒng)。濕式靜電除塵的沖洗水系統(tǒng)主要包括：循環(huán)水箱、循環(huán)水泵、廢水箱、廢水泵、堿液箱、加堿泵，濾網和原水供應管道等。對百萬機組每臺機組需要增加補水量約為42t/h；第二影響的煙道的長度和煙氣系統(tǒng)的阻力，對百萬機組每臺機組需要增加煙氣系統(tǒng)的阻力約400Pa。

3.2 布置分析

根據(jù)濕式靜電除塵器和前后煙道布置的需要，一般濕式靜電除塵器布置在吸收塔后煙囪之間(日本的碧南電廠5臺機組均采用了如此布置)。故爐后需要增加布置場地，對百萬機組每臺機組需要增加場地約2500m2。水處理系統(tǒng)一般布置濕式靜電除塵器下方，基本不增加場地。

3.3 環(huán)保分析

煙氣系統(tǒng)設置濕式靜電除塵器效果還是相當明顯，可進一步有效除去吸收塔后細小的粉塵、部分吸收塔中排出的水份和石膏，可有效減少石膏雨，尤其適用于電廠周邊有敏感設施的電廠。

3.4 技術技經比較

煙氣系統(tǒng)增加濕式靜電除塵器更多的是帶來社會效益，是對大氣環(huán)境保護作貢獻；對建設項目投入會有所增加。

對于百萬機組初步經濟比較如下(單臺機組)：

4 結論

濕式靜電除塵器應用能有效的減少煙氣中污染物排放，尤其對石膏液滴、酸霧、有毒重金屬以及 PM10，尤其是PM2.5的微細粉塵有良好的脫除效果，對目前已經投運的電廠普遍存在脫硫吸收塔除霧器效果不佳，石膏雨污染等具有明顯的改善效果，適用于電廠周邊有環(huán)境敏感區(qū)域的電廠(如：電廠周圍距離城鎮(zhèn)、居民區(qū)、其它企業(yè)較近)。通過采用干式的靜電除塵器和濕式靜電除塵器方案，完全能滿足新的火電廠污染物排放標準提出的要求。

根據(jù)日本的經驗，在大型燃煤機組吸收塔后面安裝濕式電除塵器技術上是完全可行的，已有多年多臺大型燃煤電廠成功運行業(yè)績，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、高效，是一種新的選擇方案之一。

Exploration Application of Wet Electric Dust Catcher to Engineering

LIU He-zhong, TAO Tiu-gen
(Inner Mongolia Power Exploration and Design Institute, Hohhot 010020, China)

With the stricter air pollutants emission limits in china, the new emission standard of air pollutants for thermal power plants (GB13223-2011) was issued. The new standard was implemented formally on January 1, 2012,and the emission limits for dust, sulfur dioxide, nitrogen oxide was more stringent. In order to meet the new emission standard and to resolve the problem of gypsum rain widely existing in thermal power plant, an appropriate system and equipment will be necessary and urgent. The wet electrostatic precipitator will be an option to meet the new emission standard, and which use will reduce the emissions of dust, gypsum rain and SO3 signi fi cantly.Based on the study and analysis in this paper, it is considered feasible to install wet electrostatic precipitator behind the absorption tower for the large-scale coal- fi red power plants. Wet electrostatic precipitator can ef fi ciently remove the gypsum droplets, mist, toxic heavy metals as well as PM10 dust, especially for PM2.5 dust, but with larger fi rst cost and overall cost of operation and maintenance.

wet electrostatic precipitator; emission; gypsum rain; PM2.5 dust.

TM621

B

1671-9913(2012)02-0043-05

2012-03-01

劉鶴忠(1962- )，男，副總工。