燃煤電廠濕式電除塵(霧)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用

聶孝峰，李強(qiáng)，李東陽，劉源，張超

(西安熱工研究院有限公司，陜西西安710032)

燃煤電廠濕式電除塵(霧)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用

聶孝峰，李強(qiáng)，李東陽，劉源，張超

(西安熱工研究院有限公司，陜西西安710032)

燃煤電廠彩濕式電除塵(霧)器技術(shù)可以控制細(xì)顆粒物PM2.5對(duì)周圍環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)煙塵超低排放。一種新型濕式電除塵(霧)器在華能秦嶺電廠6號(hào)爐200MW機(jī)組濕法脫硫后設(shè)置了工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)裝置，進(jìn)行了不同結(jié)構(gòu)形式對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，立式非金屬收塵極的效果優(yōu)于臥式金屬收塵極。濕式電除塵(霧)器技術(shù)能使燃煤電廠煙塵排放濃度降至10mg/m3以下。與國外同類技術(shù)相比，該技術(shù)具有布置方式靈活、性能指標(biāo)先進(jìn)、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，目前已完成多臺(tái)300MW、680MW機(jī)組濕式電除塵(霧)器工程應(yīng)用。

濕式電除塵(霧)器;細(xì)顆粒物PM2.5;技術(shù)研發(fā);性能試驗(yàn);工程應(yīng)用

燃煤電廠排放的細(xì)顆粒物PM2.5會(huì)污染環(huán)境，同時(shí)引發(fā)霧霾天氣。因此，控制燃煤電廠煙塵排放量，特別是細(xì)顆粒物PM2.5排放量具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。大量機(jī)組已經(jīng)對(duì)脫硫前除塵設(shè)備進(jìn)行了提效改造，煙塵減排效果明顯，石灰石－石膏濕法脫硫系統(tǒng)會(huì)對(duì)煙塵排放造成一定影響。對(duì)我國大多數(shù)燃煤電廠而言，控制脫硫后煙塵及細(xì)顆粒物排放是關(guān)鍵［1］，濕式電除塵技術(shù)可以解決這一問題［2－3］。在國內(nèi)條件適宜的機(jī)組上應(yīng)用濕式電除塵技術(shù)，可避免對(duì)原除塵器大范圍改造，降低設(shè)備改造投資和實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，減少運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，并滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求，甚至實(shí)現(xiàn)超低排放［4－5］。

1 國內(nèi)外濕式電除塵(霧)技術(shù)現(xiàn)狀

濕式電除塵(霧)器在20世紀(jì)九十年代國外燃煤電廠中開始應(yīng)用，主要包括水平臥式和豎直立式兩種。其技術(shù)特點(diǎn)是收塵極采用316L不銹鋼材質(zhì)，運(yùn)行時(shí)連續(xù)噴入堿性水，調(diào)整煙氣的pH值，延長不銹鋼收塵極使用壽命。除塵器水系統(tǒng)復(fù)雜，運(yùn)行水耗量較大，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用較高。

國內(nèi)濕式電除塵器主要技術(shù)路線為金屬收塵極和非金屬收塵極。金屬收塵極為臥式布置，收塵極多采用不銹鋼316L材質(zhì)，與國外技術(shù)類似;非金屬收塵極又分為柔性和剛性，均為立式布置。

2 濕式電除塵(霧)器工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)研究

2012年，西安熱工研究院在華能秦嶺電廠6號(hào)爐200MW機(jī)組濕法脫硫系統(tǒng)后建立了濕式電除塵(霧)器工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)裝置，完成了不同結(jié)構(gòu)型式對(duì)比工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)研究。

2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)

秦嶺電廠6號(hào)爐煙囪前設(shè)置濕式電除塵器，將部分脫硫凈煙氣引入到濕式電除塵(霧)器試驗(yàn)系統(tǒng)中，煙氣經(jīng)濕式電除塵(霧)器凈化后由引風(fēng)機(jī)、排氣煙囪直接排放到大氣環(huán)境中。試驗(yàn)系統(tǒng)第一電場(chǎng)為水平臥式布置，收塵極板、放電極均采用金屬材料;第二電場(chǎng)為豎直立式布置結(jié)構(gòu)型式，收塵極采用自主研發(fā)的非金屬耐腐蝕樹脂基導(dǎo)電復(fù)合材質(zhì)，陰極系統(tǒng)采用金屬材質(zhì)。濕式電除塵(霧)器試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 濕式電除塵(霧)器試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

通過工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)裝置研究濕式電除塵(霧)器對(duì)總煙塵、細(xì)顆粒物PM2.5、石膏雨、SO3、重金屬汞等多種污染物的去除效果;對(duì)比研究臥式、立式濕式電除塵(霧)器的性能指標(biāo);優(yōu)化選型設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行控制參數(shù)。主要研究內(nèi)容:(1)臥式電場(chǎng)與立式電場(chǎng)分別單獨(dú)投運(yùn)，對(duì)比不同工況下(煙氣量、收塵面積、電場(chǎng)風(fēng)速、入口煙塵濃度)的熱態(tài)性能指標(biāo);(2)對(duì)比不同工況下PM10、PM2.5去除效果;(3)測(cè)試進(jìn)、出口煙氣量、溫度、濕度、總煙塵濃度、PM10、PM2.5濃度，以及本體阻力、漏風(fēng)率、冷熱態(tài)電場(chǎng)伏安特性、清洗特性等。

3 試驗(yàn)研究結(jié)果

濕式電除塵(霧)器投運(yùn)能顯著降低煙塵排放，同時(shí)對(duì)煙氣中的石膏、水霧等具有明顯的去除效果，對(duì)不同影響因素進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究。

試驗(yàn)入口煙塵濃度80mg/m3，一個(gè)電場(chǎng)投運(yùn)，立式與臥式布置均能實(shí)現(xiàn)煙塵排放≤20mg/m3，滿足運(yùn)行要求。根據(jù)入口煙塵濃度選取適當(dāng)?shù)碾妶?chǎng)風(fēng)速。風(fēng)速過高，運(yùn)行電壓會(huì)降低，并且電場(chǎng)閃絡(luò)頻繁，影響除塵效率與煙塵排放濃度。通過優(yōu)化濕式電除塵(霧)器設(shè)計(jì)參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)出口煙塵排放濃度≤10mg/m3。工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)設(shè)備連續(xù)運(yùn)行半年穩(wěn)定可靠，已具備工業(yè)應(yīng)用條件。

3.1 煙氣流速與煙塵排放濃度關(guān)系

通過調(diào)整入口煙氣擋板和引風(fēng)機(jī)擋板調(diào)節(jié)系統(tǒng)煙氣量，得到濕式電除塵(霧)器在不同電場(chǎng)風(fēng)速下的煙塵排放濃度(見圖1)。從圖1可以看出，在不同煙氣流速下立式布置的除塵效果要優(yōu)于臥式布置的。水平臥式布置入口煙塵濃度76.61mg/m3，豎直立式布置入口煙塵濃度78.65mg/m3。

圖1 立式與臥式布置在不同煙氣流速下煙塵排放對(duì)比

3.2 收塵面積與煙塵排放濃度關(guān)系

收塵面積與煙塵排放濃度關(guān)系如圖2所示。通過試驗(yàn)研究得到濕式電除塵(霧)器的比集塵面積有一個(gè)臨界值，比集塵面積超過20m2/(m3/s)后增加收塵面積對(duì)降低出口煙塵濃度的影響并不顯著。相同收塵面積時(shí)，立式布置的除塵效果效果要優(yōu)于臥式布置的。

圖2 立式布置與臥式布置在不同收塵面積下的排放對(duì)比

3.3 入口濃度與煙塵排放

電廠煤質(zhì)較差時(shí)，脫硫前除塵器效果不佳，脫硫出口煙塵排放濃度大于100mg/m3;煤質(zhì)較好時(shí)，脫硫系統(tǒng)出口煙塵排放50mg/m3左右。選取不同入口煙塵濃度的工況進(jìn)行試驗(yàn)研究，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示。圖中所示曲線1～4為水平臥式布置，入口煙塵濃度分別為65.42、76.61、90.15和118.0mg/m3;曲線5、6為豎直立式布置，入口煙塵濃度分別為55.05、78.65mg/m3。從圖中可以看出，立式布置的除塵效果效果要優(yōu)于臥式布置的。

圖3 不同入口煙塵濃度下立式與臥式排放對(duì)比

3.4 立式布置對(duì)PM10、PM2.5去除效果

應(yīng)用荷電低壓沖擊器(ELPI)稀釋采樣系統(tǒng)測(cè)試濕式電除塵(霧)器對(duì)PM10和PM2.5的去除效果，結(jié)果如表2所示。測(cè)試工況為一個(gè)電場(chǎng)立式布置，電場(chǎng)最大功率投運(yùn)，入口PM10濃度為44.71 mg/m3，入口PM2.5濃度為4.15 mg/m3。

4 工程應(yīng)用

該濕式電除塵(霧)器技術(shù)已在十多臺(tái)300MW機(jī)組和680MW機(jī)組示范工程中應(yīng)用。收塵極采用非金屬耐腐蝕樹脂基導(dǎo)電復(fù)合材料立式布置。結(jié)合機(jī)組脫硫改造、場(chǎng)地條件、停爐工期、煙塵排放控制水平等情況完成具體布置方案設(shè)計(jì)。高壓電源應(yīng)用恒流源，有效解決電場(chǎng)閃絡(luò)和電火花腐蝕收塵極問題，提高運(yùn)行穩(wěn)定性，保證收塵極使用壽命。

300MW機(jī)組濕式電除塵器已運(yùn)行近一年，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。多次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試出口煙塵排放均達(dá)到設(shè)計(jì)值，小于10mg/m3甚至小于5mg/m3，設(shè)備運(yùn)行阻力≤350Pa，每天清洗耗水量10m3，運(yùn)行電耗260kW，占廠用電率為0.07%。

680MW機(jī)組濕式電除塵器投運(yùn)兩個(gè)月并通過環(huán)保部門評(píng)審驗(yàn)收，出口煙塵排放小于4.2mg/m3，每天清洗耗水量16m3，設(shè)備運(yùn)行阻力≤250Pa，運(yùn)行電耗440kW，占廠用電率0.06%。

5 結(jié)語

(1)濕式電除塵(霧)器工業(yè)試驗(yàn)裝置說明，收塵極采用非金屬耐腐蝕復(fù)合材料性，可使燃煤電廠煙塵排放達(dá)到燃?xì)鈾C(jī)組的排放標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行穩(wěn)定可靠，無水循環(huán)系統(tǒng)，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。

(2)濕式電除塵(霧)器技術(shù)選型設(shè)計(jì)參數(shù)與干式電除塵器有較大區(qū)別。比集塵面積有一個(gè)合理值，超過20m2/(m3/s)后，增加收塵面積對(duì)降低出口煙塵排放的效果并不顯著;要實(shí)現(xiàn)出口煙塵排放小于5mg/m3，入口煙塵濃度不宜大于40mg/m3;對(duì)應(yīng)不同的入口煙塵濃度和出口煙塵排放值，電場(chǎng)流速的選擇差異較大。

(3)立式濕式電除塵(霧)器除塵效果優(yōu)于臥式濕式電除塵(霧)器，系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用更低。濕式電除塵器處理濕煙氣，電場(chǎng)易擊穿放電，應(yīng)用恒流源能夠有效控制電場(chǎng)放電閃絡(luò)，解決電場(chǎng)擊穿腐蝕收塵極問題，保證使用壽命，實(shí)現(xiàn)較好的除塵效果。

［1］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.

［2］Altman R，Offen G.Wet electrostatic precipitation demonstrating promise for fineParticulate control(PartⅠ)［J］.Power Engineering，2001(1):37－39.

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Wet Electrostatic Precipitator research and application in coal－fired power plant

Wet Electrostatic Precipitator(WESP)is widely used in coal－fired power plant in PM2.5pollution control.A new type WESP device was installed on No.6 boiler in Huaneng Qinling power plant to measure theParticle－removal efficiency.The results showed that the vertical non－metallic anode module has a better performance than the horizontal metallic anode module.Once the new WESP was installed，the particle emission would be 10mg/m3or lower.The WESP has flexibility and cost advantages compared with similar foreign technologies.Several WESP projects for 680MW and 300MW coal－fired power unit have been finished.

WESP;fine particulate matter;technology research;performance test;engineering application

X701.2

B

1674－8069(2015)04－028－03

2015-02-17;

2015-05-28

聶孝峰(1960-)，男，陜西咸陽人，研究員，從事燃煤電廠煙塵污染控制技術(shù)研究與工程應(yīng)用。E－mail:niexiaofeng@ tpri.com.cn

西安熱工研究院有限公司科研項(xiàng)目(TD－12－TYK01);中國華能集團(tuán)公司科技項(xiàng)目(HNKJ13－H01－05)