濕式電除塵技術(shù)及其在電廠的應(yīng)用前景探討

趙琴霞，陳招妹，周超炯，尹得仕

(浙江菲達(dá)環(huán)保科技股份有限公司，浙江諸暨 311800)

濕式電除塵技術(shù)及其在電廠的應(yīng)用前景探討

趙琴霞，陳招妹，周超炯，尹得仕

(浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆憬T暨 311800)

作為大氣復(fù)合污染物控制系統(tǒng)的終瑞精處理技術(shù)裝備，濕式電除塵器可用于控制PM2.5、酸霧、氣溶膠、亞微米顆粒物、汞、重金屬及二惡英等污染物的排放。論述了濕式電除塵器的工作原理、技術(shù)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及設(shè)計形式，探討了濕式電除塵器在我國燃煤電廠的應(yīng)用前景。

濕式電除塵器(WESP);燃煤電廠;復(fù)合污染物;濕法煙氣脫硫系統(tǒng)

0 引言

現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展給人類帶來便利的同時也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染，環(huán)境問題已成為全球性問題之一，由燃煤電廠及工業(yè)鍋爐產(chǎn)生的污染物是大氣環(huán)境污染的主要來源。

《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)規(guī)定燃煤電廠粉塵排放限值30mg/m3，而對于國土開發(fā)密度較高、環(huán)境承載能力開始減弱或大氣環(huán)境容量較小、生態(tài)環(huán)境脆弱、容易發(fā)生嚴(yán)重大氣環(huán)境污染問題而需要嚴(yán)格控制大氣污染物排放的重點(diǎn)地區(qū)，其燃煤電廠粉塵排放限制降至20mg/m3，單純的干式電除塵器已經(jīng)較難滿足該要求。

此外，隨著人們對火力燃煤電廠及工業(yè)鍋爐微細(xì)顆粒物(包括PM2.5粉塵、SO3酸霧及氣溶膠等)、重金屬(如Hg、As、Se、Pb、Cr等)、有機(jī)污染物(如多環(huán)芳烴、二惡英等)等復(fù)合污染物排放的日益重視，這些復(fù)合污染物也成為國際社會廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)對PM2.5微細(xì)顆粒物、汞的排放進(jìn)行了限制。以PM2.5為例，研究發(fā)現(xiàn)其可長時間懸浮于空氣中，表面活性和吸附性強(qiáng)，容易吸附煙塵中的多環(huán)芳烴、二惡英(PCDD/Fs)等有機(jī)污染物和各種重金屬元素等致癌物質(zhì)和基因毒性誘變物質(zhì)，從而對人類健康危害極大?；诖?，美國環(huán)保署(EPA)早在1997就在原有PM10的標(biāo)準(zhǔn)上增加了PM2.5的排放標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定PM2.5的三年平均年濃度低于15μg/m3，三年中平均99%的24h濃度低于15μg/m3;歐盟環(huán)境委員會在歐盟空氣質(zhì)量新指令方面達(dá)成了政治協(xié)定，新大氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)首次規(guī)定微細(xì)顆粒物PM2.5年均限值為20μg/m3。

因此，尋找適合于中國國情的高效除塵設(shè)備已經(jīng)迫在眉睫，根據(jù)國外的實際應(yīng)用情況，濕式電除塵器(以下簡稱WESP)可作為高效除塵的終端精處理設(shè)備，它具有控制復(fù)合污染物的強(qiáng)大功能，對微細(xì)的、黏性的或高比電阻粉塵及煙氣中酸霧、氣溶膠、汞、重金屬、二惡英等的收集都是理想的。目前大部份燃煤電廠使用濕式煙氣脫硫系統(tǒng)，也為WESP在電廠的應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件，所以有必要研究濕式電除塵技術(shù)，為燃煤電廠提供一個既能滿足極低排放又能控制復(fù)合污染物的前瞻性可靠技術(shù)。

1 WESP的原理及特點(diǎn)

1.1 WESP的原理

濕式電除塵器的工作原理是:金屬放電線在直流高電壓的作用下，將其周圍氣體電離，粉塵在電場中荷電并在電場力的作用下向集塵極運(yùn)動，當(dāng)運(yùn)動到集塵極表面時，隨液體膜流下而被除去。由此可知，WESP運(yùn)行的三個階段與干式ESP相同:荷電、收集和清灰。然而，與振打清灰不同的是，WESP采用的是液體沖洗集塵極表面來進(jìn)行清灰，同時粉塵形成泥漿而排出去。由于上述差別，WESP具有一定的優(yōu)點(diǎn)，同時也存在一些問題［1－3］。

1.2 WESP的優(yōu)點(diǎn)

濕式電除塵器的優(yōu)點(diǎn):收塵性能與粉塵特性無關(guān)，對黏性大或高比電阻粉塵能有效收集，同時也適用于處理高溫、高濕的煙氣;沒有二次揚(yáng)塵，出口粉塵濃度可以達(dá)到很低;由于沒有如錘擊設(shè)備的運(yùn)動部件，可靠性較高;由于在電除塵器內(nèi)的電場氣流速度較高及灰斗的傾斜角減小，設(shè)備布置可以更緊湊;對于亞微米大小的顆粒，包括SO3酸霧和微細(xì)粉塵、濕煙氣中的氣溶膠都能有效收集。

1.3 問題及措施

濕式電除塵器的主要問題及處理措施:進(jìn)入WESP電場的煙氣溫度需降至飽和溫度以下。因為即使運(yùn)行溫度僅高于沖刷液絕熱飽和溫度10℃，也會使粉塵顆粒干燥，產(chǎn)生污染物，因此在結(jié)構(gòu)上必須采取良好的抗結(jié)露措施［4］;在高粉塵濃度或高SOX濃度下的煙氣條件下，不宜采用WESP;需要設(shè)置廢水處理設(shè)備;需采取防腐措施，WESP各主要部件選用的結(jié)構(gòu)材料，均需有一定的抗腐蝕特性，尤其是陰、陽電極。但是若WESP布置在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的下游，上述前三個問題均可得到解決。

2 WESP的結(jié)構(gòu)型式

WESP從結(jié)構(gòu)上可分為管式和板式兩種。管式WESP只有垂直方向煙氣流，而板式WESP設(shè)計既可以采用水平煙氣流也可采用垂直煙氣流?？偟膩碚f，管式WESP比板式WESP效率更高且由于外形簡單而占用更少的空間。這兩種WESP的其他不同點(diǎn)在于［5］:對于給定的除塵效率，電極長度相同的前提下，管式 WESP所允許的煙氣流速是板式WESP的兩倍;對于給定的除塵效率，管式WESP的局部干燥區(qū)比板式WESP要小。

管式WESP既可設(shè)計為垂直向上煙氣流也可設(shè)計為垂直向下煙氣流。在垂直向上煙氣流、管式WESP中，煙氣從底部進(jìn)入電除塵器并向上流動，沖洗噴嘴即可置于裝置底部并向上噴淋，也可在電場上方設(shè)置向下噴淋的噴嘴。在垂直向下煙氣流設(shè)計中，煙氣從頂部進(jìn)入WESP中并向下流動，噴嘴置于頂部并向下噴淋，方向與煙氣流同向。

在某些場合，向下煙氣流設(shè)計會使連接煙道的使用最少化，但它需要在煙氣進(jìn)入煙囪之前設(shè)置一臺機(jī)械式除霧器來捕獲隨煙氣攜帶出來的水霧。相反地，1臺向上煙氣流、管式WESP具有捕獲亞微米液滴的能力，因而可作為1臺性能優(yōu)良的除霧器而不再需要增設(shè)任何機(jī)械式除霧器。

3 WESP設(shè)計情況

3.1 主要形式

目前在國外電廠有幾種設(shè)計形式的WESP的實際工程應(yīng)用，絕大多數(shù)采用垂直的煙氣流向，在工業(yè)和電廠應(yīng)用較多的WESP有以下三種設(shè)計形式:

(1)垂直煙氣流獨(dú)立設(shè)計。這種設(shè)計便于安裝和維修，很多時候這種形式的系統(tǒng)采取模塊形式供貨然后在工地以多種方式連接起來。該形式廣泛應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域中，但其需要提供專門的布置空間。

(2)水平煙氣流獨(dú)立設(shè)計。有時這種形式也被提供給電廠或類似的工業(yè)領(lǐng)域。這種布置方法做成模塊式的設(shè)計會有困難，像垂直煙氣流獨(dú)立布置方式一樣，該布置方式需要專門的空間。

(3)垂直煙氣流與WFGD整體式設(shè)計。這種方式采用經(jīng)典的垂直布置方式，這也是近些年來WESP常用的布置方式，同時成本和運(yùn)行費(fèi)用也是最低的，占地面積也很小(見圖1)。

圖1 垂直煙氣流與WFGD整體式WESP

3.2 設(shè)計形式的考慮因素

如果設(shè)計合理，上述三種形式的WESP都可以在電廠運(yùn)行。在實際選擇時要考慮下列因素［6］:

(1)垂直氣流的WESP作為酸霧脫除裝置已經(jīng)優(yōu)先成功地應(yīng)用幾十年，而水平煙氣流的WESP僅有為數(shù)不多的工程實例。

(2)整體布置的WESP的可靠性高已經(jīng)在多個電廠得到證明。這種設(shè)計在結(jié)構(gòu)上沒有活動內(nèi)件，可靠的剛性電極，正確選擇的結(jié)構(gòu)材料，所以在線維護(hù)工作量很小。

(3)整體布置的WESP主要優(yōu)勢:沒有內(nèi)部連接管道，也沒有相應(yīng)的壓降;沒有與獨(dú)立布置式WESP相關(guān)的內(nèi)部連接管道，支撐結(jié)構(gòu)，檢修門孔，土建等;簡化酸液收集/存儲/工藝系統(tǒng);由于接入煙囪的位置較高，減少了煙囪內(nèi)襯費(fèi)用;優(yōu)化了的清洗水噴霧沖洗能適用于順流(向上噴水)和逆流(向下噴水)，并能保證完全沖洗、且沖洗水能直接作為補(bǔ)給水被下面的WFGD所利用;省掉了獨(dú)立式WESP系統(tǒng)的沖洗和酸處理系統(tǒng)相關(guān)的管道、閥門、箱罐、控制、儀表等設(shè)備，簡化了運(yùn)行、減少了維護(hù)工作量。整體式WESP系統(tǒng)中，酸液直接流到下部的FGD的石灰石漿液中并在其中中和。

(4)在檢修維護(hù)方面，獨(dú)立式WESP比整體式WESP方便，因整體式WESP在脫硫塔上部，設(shè)備布置的位置相對較高。

(5)對于現(xiàn)場的改造項目，WESP系統(tǒng)的選擇需要有針對性的考慮。除了設(shè)備和安裝費(fèi)用外，場地的約束和相關(guān)的停機(jī)次數(shù)也要考慮在運(yùn)行成本中。

3.3 結(jié)構(gòu)材料

WESP殼體采用普通鋼制作，為防止腐蝕，其表面涂有薄層防腐材料。除塵部分可由任意可導(dǎo)性材料制作而成。但選擇的材料必須是防腐的。根據(jù)應(yīng)用場合不同，WESP選用的結(jié)構(gòu)材料有可導(dǎo)性玻璃纖維、碳鋼、各種不銹鋼及各種高端合金鋼。在去除復(fù)合污染物時，一般在WESP之前采用洗滌器以去除具有腐蝕性的酸性氣體。作為替代做法，可對噴淋水進(jìn)行處理以中和WESP中收集到的酸物質(zhì)。適當(dāng)?shù)膒H控制對保持設(shè)備正常運(yùn)行很重要。

4 結(jié)語

目前我國WESP主要用在中小型轉(zhuǎn)爐或燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的煤氣凈化、板坯火焰清理機(jī)的煙氣治理、水泥立窯的精除塵等，以鋼廠應(yīng)用居多，在燃煤電廠鍋爐煙氣治理方面的應(yīng)用仍然是空白。而國外WESP在電廠已經(jīng)具有近30年的應(yīng)用歷史，且有近50套WESP應(yīng)用于美國、歐洲及日本的電廠［7］。不過可以預(yù)見，未來隨著我國的粉塵及復(fù)合污染物排放控制法規(guī)的出臺，其將在燃煤電廠得到越來越多的應(yīng)用。

(1)目前顆粒物是大氣環(huán)境的重要污染物之一，WESP能高效收集對人體危害特別大的微細(xì)顆粒物PM2.5，而干式電除塵器對微細(xì)顆粒物除塵效率低。隨著國家環(huán)保要求的提高，在燃煤電廠應(yīng)用濕式電除塵器來進(jìn)行煙氣處理是順勢而行的。

(2)隨著電廠SCR脫硝及濕法脫硫的不斷應(yīng)用，使WESP這一能高效控制微細(xì)顆粒和酸霧等復(fù)合污染物排放的技術(shù)將得到更多應(yīng)用。一般來講，配置WFGD+WESP系統(tǒng)的燃煤電廠顆粒物排放可降低80%以上，WESP還可降低85%以上的SO3排放。這些方法結(jié)合起來可將新建電廠的濕煙囪排放的可見煙氣混濁度降到10%以下。

(3)在燃煤電廠推廣使用濕式電除塵器，能解決環(huán)保設(shè)備更新改造難題，采用垂直煙氣流與WFGD系統(tǒng)整體式設(shè)計的WESP，通過取消傳統(tǒng)WFGD中的除霧器裝置，在相應(yīng)位置安裝WESP，經(jīng)過該裝置處理后的煙氣無需安裝GGH來提高煙氣溫度防止煙囪腐蝕，同時也能避免產(chǎn)生石膏雨的問題。

［1］Altman R，Buckley W，Ray I.Wet electrostatic precipitation:demonstration promise for fine particulate control:Part II［J］.Journal of Power Engineering，2001，105(1):42－44.

［2］黃三明.電除塵技術(shù)的發(fā)展與展望［J］.環(huán)境保護(hù)，2005，(7):59－63.

［3］Huang Sheng Hsiu，Chen Chih Chieh.Loading characteristics of a miniature wire plate electrostatic precipitator［J］.Aerosol science and technology，2003，(37):109－121.

［4］薛建明，縱寧生.濕法電除塵器的特性及其發(fā)展方向［J］.電力環(huán)境保護(hù)，1997，13(3):40－44.

［5］閆克平.Electrostatic Precipitator:11th International Conference on Electrostatic Precipitator［M］.杭州:浙江大學(xué)出版社，2001.

［6］Richard C Staehle，Ronald J Triscori.使用濕式電除塵器(WESP)收集濕法煙氣脫硫(WFGD)后的酸霧和細(xì)小顆粒［C］.中國國際脫硫脫硝技術(shù)與設(shè)備展覽會暨技術(shù)研討會.北京:2004.

［7］Staehle R C，Triscori R J，Kumar K S，et al.Wet Electrostatic Precipitators for High Efficiency Control of Fine Particulates and Sulfuric Acid Mist［C］.Institute of Clean Air Companies Forum.Nashville，Tennessee:2003.

Discussion on wet ESP technology and its application prospect in coal－fired power plants

Wet electrostatic precipitation can be used to control PM2.5，acid mists，aerosol，sub－micron particulate，mercury，heavy metals and dioxins/furans as the final polishing device within an multi－pollutant air pollution.The working mechanism，technology characteristics，configurations and some design manner of wet ESPs were described.The application prospect of wet ESPs in coal－fired power plants was proposed.

wet electrostatic precipitator(WESP);coal－fired power plant;multi－pollutant;WFGD

X701.2

B

1674－8069(2012)04－024－03

2012-04-24;

2012-06-05

趙琴霞(1966-)，女，浙江諸暨人，高級工程師，主要從事煙氣凈化工程科研及管理工作。E－mail:pennyzhqx@163.com