濕式電除塵器在煤電超低排放中的應(yīng)用

朱召平，鄭曉盼

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

1 引言

隨著我國(guó)環(huán)境空氣污染的現(xiàn)象日益加重，尤其是京津冀、長(zhǎng)三角和珠三角等重點(diǎn)區(qū)域灰霾天頻發(fā)，國(guó)家出臺(tái)了包括《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》等一系列嚴(yán)控煤電發(fā)展與限煤、控煤政策，希望通過(guò)提速煤改氣、開(kāi)發(fā)新能源等方式，優(yōu)化能源轉(zhuǎn)型升級(jí)。然而，我國(guó)能源、資源現(xiàn)狀決定了以煤為主的能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和消耗結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)難以得到根本調(diào)整[1]，僅靠“限煤、控煤”來(lái)治理大氣污染將對(duì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。因此，必須進(jìn)行能源技術(shù)革命以探索出資源環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的新道路，實(shí)現(xiàn)在保護(hù)中發(fā)展、發(fā)展中保護(hù)的戰(zhàn)略。而煤炭的清潔燃燒技術(shù)必將成為清潔、高效、安全、可持續(xù)能源發(fā)展的必經(jīng)之路。

目前，電力行業(yè)在環(huán)境保護(hù)、減排目標(biāo)與發(fā)展需求的三重壓力下，面臨著空前嚴(yán)峻的生存危機(jī)，為探索在巨大環(huán)保壓力下的生存之道，企業(yè)積極采取措施以滿足新標(biāo)準(zhǔn)要求，一些電力集團(tuán)公司還部署了燃煤電廠煙氣污染物排放達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組的排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展戰(zhàn)略和科研攻關(guān)，力求通過(guò)超低排放技術(shù)升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)“燒煤也可以像燒天然氣一樣清潔”。隨后，一些地區(qū)如浙江省、廣州市、山西省等也紛紛對(duì)燃煤電廠提出了“滿足燃機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)”的建設(shè)或改造要求。2014年9月，國(guó)家發(fā)展改革委、環(huán)境保護(hù)部和國(guó)家能源局聯(lián)合頒發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》（發(fā)改能源[2014]2093號(hào)），徹底將燃煤電廠的超低排放推上了歷史舞臺(tái)。

燃煤機(jī)組的超低排放對(duì)電廠的環(huán)保設(shè)備提出了更高的要求，在環(huán)保設(shè)備企業(yè)對(duì)煙氣治理技術(shù)的不斷攻關(guān)下，目前已發(fā)展形成了多條超低排放的環(huán)保工藝技術(shù)路線，并在燃煤電廠中得到應(yīng)用和肯定，如浙江嘉華2臺(tái)1000MW機(jī)組、廣東恒運(yùn)2臺(tái)300MW機(jī)組、廣東珠海2臺(tái)700WM機(jī)組等。

對(duì)國(guó)內(nèi)目前的燃煤電廠超低排放煙氣治理技術(shù)進(jìn)行分析可知，在二氧化硫控制技術(shù)方面，主要采用石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)超低排放的脫硫新技術(shù)主要有雙循環(huán)技術(shù)、單塔雙區(qū)技術(shù)，托盤塔技術(shù)、增加噴淋層等，上述技術(shù)都是在常規(guī)石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)上的改進(jìn)和創(chuàng)新。在氮氧化物控制技術(shù)方面，首先是采用先進(jìn)的低氮燃燒技術(shù)，在不影響鍋爐效率與安全的前提下，盡可能低地控制鍋爐出口煙氣中氮氧化物的濃度，然后采用選擇性催化還原SCR煙氣脫硝。在傳統(tǒng)的SCR脫硝技術(shù)基礎(chǔ)上，超低排放機(jī)組脫硝系統(tǒng)的區(qū)別主要在于SCR催化劑的填裝層數(shù)或催化劑的體積，改造工程多將原有的2+1層催化劑直接更改為3層全部填裝，部分電廠采用3+1層SCR催化劑。改造后系統(tǒng)的脫硝效率可以達(dá)到85%～90%。

2 煙塵超低排放工藝路線

相較于二氧化硫和氮氧化物超低排放控制技術(shù)，煙塵的超低排放控制技術(shù)呈現(xiàn)出多元化的選擇。目前已投運(yùn)的國(guó)內(nèi)部分燃煤電廠的煙塵超低排放的工藝路線見(jiàn)表1[2，3]。

從表1可以看出，通過(guò)干式除塵及新技術(shù)（低低溫、旋轉(zhuǎn)電極等）與濕式除塵的不同組合，以及濕法脫硫系統(tǒng)協(xié)同除塵，可以得到多種煙塵超低排放工藝路線，總結(jié)歸納可得出以下主要的兩種煙塵超低排放工藝路線[4]。

2.1 采用電袋復(fù)合除塵器和濕法脫硫協(xié)同控制技術(shù)路線

這種煙塵超低排放工藝路線的技術(shù)核心是：在各種煙塵工況下，電袋除塵器通過(guò)采用高過(guò)濾性能濾料、降低過(guò)濾風(fēng)速、控制濾袋區(qū)入口煙塵濃度、適應(yīng)工況的極配型式等措施，保證電袋復(fù)合除塵器的出口排放濃度＜5或10mg/Nm3；同時(shí)，濕法脫硫系統(tǒng)采取高效除塵脫硫、除霧技術(shù)、改善流場(chǎng)分布、增加噴淋層等措施來(lái)確保出口煙塵濃度＜5或10mg/Nm3，從而實(shí)現(xiàn)煙塵的超低排放，具體工藝路線圖如圖1。

圖1 煙塵超低排放環(huán)保工藝路線圖

2.2 采用濕式電除塵器終端控制

該工藝技術(shù)的主要設(shè)備有高效干式除塵、濕法脫硫、濕式電除塵器，具體工藝圖如圖2。

圖2 煙塵超低排放環(huán)保工藝路線圖

干式除塵設(shè)備可選用低低溫電除塵器、電袋復(fù)合除塵器、袋除塵器，要求出口煙塵排放濃度≤20mg/Nm3，濕法脫硫?qū)θ肟跓焿m具有一定的除塵效率，同時(shí)要控制出口石膏液滴以及液滴的含固量。

濕式電除塵器與干式電除塵器的除塵原理基本相同，都要經(jīng)歷氣體電離、粉塵荷電、收集和清灰四個(gè)階段。與干式電除塵器振打清灰不同的是，濕式電除塵器采用自沖刷、噴霧沖刷和液膜沖刷等方式來(lái)進(jìn)行清灰。濕式電除塵器布置在濕法脫硫設(shè)備后面，具有不受粉塵比電阻影響，無(wú)二次揚(yáng)塵等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)PM2.5、SO3酸霧等都有較高的脫除效率。濕式電除塵器的主要功能是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)煙氣污染物，包括微細(xì)顆粒物（PM2.5粉塵、SO3酸霧等）的潔凈化處理，為燃煤煙氣多種混合污染物控制的精處理技術(shù)裝備，并確保出口煙塵濃度＜5或10mg/Nm3，從而實(shí)現(xiàn)煙塵的超低排放。

3 濕式電除塵器的類型及推廣應(yīng)用情況

在我國(guó)實(shí)現(xiàn)煙塵的超低排放的燃煤電廠項(xiàng)目中，濕式電除塵器已得到了廣泛應(yīng)用。目前濕式電除塵器發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)濕式電除塵器的合同訂單已超過(guò)國(guó)外投運(yùn)數(shù)量的總和。濕式電除塵器主要作為大氣混合污染物控制系統(tǒng)的最終精處理技術(shù)裝備，用于去除濕法脫硫后的粉塵、石膏漿液霧滴、控制PM2.5的排放及解決煙氣排放濁度等問(wèn)題，可將煙塵排放限值控制在10mg/m3甚至5mg/m3以下。目前，濕式電除塵器根據(jù)極板材質(zhì)和型式的不同，大致可分為金屬板式、柔性電極式、導(dǎo)電玻璃鋼式三種類型[5，6]。

3.1 金屬板式濕式電除塵器

3.1.1 技術(shù)原理

金屬板式濕式電除塵器是采用導(dǎo)電性能良好、耐腐蝕性好的金屬材料做收塵極板，主要工作原理是直接將水霧噴向電極和電暈區(qū)，水霧在芒刺電極形成的強(qiáng)大的電場(chǎng)內(nèi)荷電后進(jìn)一步霧化，在這里，電場(chǎng)力、荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并，共同對(duì)粉塵粒子起捕集作用，最終粉塵粒子在電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)下到達(dá)集塵極而被捕集；與干式電除塵器通過(guò)振打?qū)O板上的灰振落至灰斗，不同的是：濕式電除塵器是將水噴至集塵極上形成連續(xù)的水膜，采用水清灰，無(wú)振打裝置，流動(dòng)水膜將捕獲的粉塵沖刷到灰斗中隨水排出[7]。

3.1.2 結(jié)構(gòu)、布置形式

1）陽(yáng)極板采用平行懸掛的金屬極板，極板材質(zhì)為SUS316L、SUS317等不銹鋼；2）金屬極板表面采用連續(xù)噴淋的水膜覆蓋和清灰；3）配置噴淋水循環(huán)系統(tǒng)，噴淋水經(jīng)過(guò)收集、加堿中和、過(guò)濾后，一小部分進(jìn)入脫硫補(bǔ)水，大部分回到噴淋系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán)。

3.1.3 技術(shù)特點(diǎn)

1）金屬極板，采用板式結(jié)構(gòu)，安裝方便，機(jī)械強(qiáng)度高，剛性好，不易變形，極間距有保證，電場(chǎng)穩(wěn)定性好，運(yùn)行電壓比較高（55kV），除塵效率高；2）采用水膜沖洗清灰，水膜分布均勻，清灰效果好，可靠，除塵效率高；3）噴水清灰同時(shí)具有脫除SO3、SO2、NH3、汞等重金屬污染物的能力，解決了“大白煙”和“石膏雨現(xiàn)象”；4）收集的酸液稀釋加堿中和，中和后的水一部分進(jìn)入脫硫補(bǔ)水，系統(tǒng)對(duì)其它設(shè)備影響較少；5）本體阻力小于300Pa；6）陽(yáng)極板具有一定的耐腐蝕性，并且有中性噴淋水膜保護(hù)，抗腐蝕性較好；7）耐高溫，脫硫系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可以在較高的煙氣溫度下運(yùn)行；8）抗電腐蝕；9）有噴淋水循環(huán)系統(tǒng)，能夠長(zhǎng)期保證極板干凈，確保設(shè)備高效安全運(yùn)行。

3.1.4 推廣應(yīng)用情況

在國(guó)內(nèi)，金屬極板濕式電除塵器也已得到推廣應(yīng)用，目前已有十幾臺(tái)應(yīng)用業(yè)績(jī)，并取得了良好效果。在燃煤電廠濕法脫硫后配置金屬極板濕式電除塵器，煙塵排放均實(shí)現(xiàn)＜10mg/m3，有的達(dá)到燃機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了超低排放。如山東淄博電廠#6爐 1×330MW機(jī)組、山東黃島發(fā)電有限責(zé)任公司670MW機(jī)組6#爐、浙江舟山電廠二期350MW機(jī)組、浙能臺(tái)州第二發(fā)電廠2×1000MW機(jī)組、廣州恒運(yùn)熱電（D）廠2×330MW機(jī)組、廣州華潤(rùn)熱電有限公司二期2×300MW機(jī)組等。

3.2 柔性電極式濕式電除塵器

3.2.1 技術(shù)原理

柔性電極式濕式電除塵器的陽(yáng)極采用非金屬材料，電除塵器啟動(dòng)前需要對(duì)陽(yáng)極系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)噴淋，將柔性陽(yáng)極板整體潤(rùn)濕以形成導(dǎo)電陽(yáng)極；電場(chǎng)內(nèi)部帶電水霧及粉塵在電場(chǎng)力作用下吸附到陽(yáng)極潤(rùn)濕后的柔性陽(yáng)極上，吸附在陽(yáng)極的均勻的水膜可以保證其導(dǎo)電能力；最后吸附在柔性陽(yáng)極上的漿液在重力及煙氣沖刷使柔性電極震動(dòng)的共同作用下實(shí)現(xiàn)自清灰。

3.2.2 結(jié)構(gòu)、布置形式

1）陽(yáng)極布置成由方形孔道組成的蜂窩形式，煙氣沿孔道流過(guò)。陽(yáng)極采用防腐蝕纖維織物材料，通過(guò)潤(rùn)濕使其導(dǎo)電，柔性陽(yáng)極四周配有金屬框架和張緊裝置，框架材料采用2205、2507不銹鋼。陰極采用陰極線，位于每個(gè)方形孔道四個(gè)陽(yáng)極面的中間，陰極線材料采用鉛銻合金；2）電極無(wú)噴淋清灰系統(tǒng)，有酸液導(dǎo)流裝置，酸液（每小時(shí)1～2噸）帶出細(xì)灰顆粒，收集沉淀后進(jìn)入脫硫漿液系統(tǒng)；3）無(wú)水循環(huán)系統(tǒng)。

3.2.3 技術(shù)特點(diǎn)

1）柔性極板，重量輕，設(shè)備本體投資費(fèi)用比較低；2）柔性集塵極耐腐蝕，長(zhǎng)時(shí)間耐溫80℃，短時(shí)耐溫120℃（20min），滿足正常運(yùn)行的需要，陰極線采用鈦合金芒刺線，耐腐蝕，廣泛適用于飽和濕煙氣環(huán)境；3）能高效去除微細(xì)顆粒物，同時(shí)具有脫除NH3、汞等氣相污染物的能力，可解決“大白煙”和“石膏雨現(xiàn)象”；4）設(shè)備總體布置比較緊湊；5）本體阻力小于300Pa；6）無(wú)水膜沖洗清灰，自形成均勻水膜，利用從煙氣中收集的酸液帶出灰，無(wú)需連續(xù)沖洗，廢水量少，可直接排入脫硫地坑；7）無(wú)堿液等水系統(tǒng)，水耗和能耗都比較低[8]。

3.2.4 推廣應(yīng)用情況

國(guó)內(nèi)有幾家供應(yīng)商采用柔性陽(yáng)極濕式電除塵器，在燃煤電廠上應(yīng)用也有多個(gè)工程或合同訂單，如甘肅玉門油田水電廠六期2×220t/h鍋爐、湖南益陽(yáng)電廠300MW#1機(jī)組、江西九江電廠350MW#5機(jī)組、天津北塘熱電廠2×330MW機(jī)組、山東辛店發(fā)電有限公司2×300MW機(jī)組、河南滎陽(yáng)電廠600MW#2機(jī)組、河南民權(quán)發(fā)電有限公司2×600MW機(jī)組2#爐等。

3.3 導(dǎo)電玻璃鋼濕式電除塵器

3.3.1 技術(shù)原理

導(dǎo)電玻璃鋼濕式電除塵器通常采用特殊導(dǎo)電玻璃鋼作陽(yáng)極板，收塵板結(jié)構(gòu)形式為管式，有圓形、方形、正多邊形等，以多邊形居多，間斷噴水清灰，這種除塵器因?yàn)闃O板為管式結(jié)構(gòu)，故多為立式布置，煙氣上下進(jìn)出。導(dǎo)電玻璃鋼具有良好的導(dǎo)電性、強(qiáng)度高、密度小、耐腐蝕性強(qiáng)、阻燃效果好，徹底解決了收塵極采用不銹鋼金屬材料，需在運(yùn)行中連續(xù)噴入大量堿性水以避免材料腐蝕的技術(shù)問(wèn)題，從而使該濕式電除塵器系統(tǒng)簡(jiǎn)單，耗水量大幅度減少，運(yùn)行費(fèi)用降低；同時(shí)解決了收塵極采用柔性滌綸布易造成使用壽命短的技術(shù)問(wèn)題，收塵極使用壽命大于15年。借助煙氣攜帶的霧滴形成極板清洗水膜，運(yùn)行中采用間斷沖洗方式，不需要連續(xù)噴淋，采取定期分區(qū)沖洗方法保證收塵極板的清潔，耗水量少[9，10]。

3.3.2 結(jié)構(gòu)、布置形式

1）陽(yáng)極板布置成蜂窩結(jié)構(gòu)，煙氣由上往下通過(guò)除塵器。陽(yáng)極板材料為導(dǎo)電玻璃鋼，其是以合成樹(shù)脂為黏合劑、玻璃纖維及其制品作增強(qiáng)材料、碳纖維制品為導(dǎo)電功能材料而制成的高分子含碳復(fù)合材料。陰極采用陰極線，位于蜂窩結(jié)構(gòu)孔道中間，陰極線材料采用鈦合金；2）陽(yáng)極系統(tǒng)采用間歇式噴淋系統(tǒng)，每24小時(shí)沖洗一次，沖洗5min，沖洗時(shí)需要斷電，每個(gè)供電分區(qū)輪流沖洗，沖洗水直接進(jìn)入脫硫系統(tǒng)。

3.3.3 技術(shù)特點(diǎn)

1）玻璃鋼，機(jī)械強(qiáng)度高，剛性好，不易變形，有利于極間距的保持，電場(chǎng)穩(wěn)定性較好，運(yùn)行電壓較高，除塵效率高；2）陽(yáng)極板材料為高分子含碳復(fù)合材料，重量較輕，自身具有導(dǎo)電性，無(wú)需利用水膜導(dǎo)電，抗腐蝕性較好，使用壽命在15年以上；3）能高效去除微細(xì)顆粒物，同時(shí)具有脫除NH3、汞等氣相污染物的能力，可解決“大白煙”和“石膏雨現(xiàn)象”；4）設(shè)備總體布置比較緊湊；5）本體阻力小于300Pa；6）無(wú)水膜沖洗清灰，自形成均勻水膜，無(wú)需連續(xù)沖洗，廢水量少，可直接排入脫硫地坑；7）無(wú)堿液等水系統(tǒng)，水耗和能耗都比較低；8）采用模塊化布置方式，易于安裝。

3.3.4 推廣應(yīng)用情況

在國(guó)內(nèi)燃煤電廠上也有多個(gè)工程應(yīng)用或已有合同訂單，并取得了良好效果。在燃煤電廠濕法脫硫后配置金屬極板濕式電除塵器，煙塵排放均實(shí)現(xiàn)＜10mg/m3，實(shí)現(xiàn)了超低排放。如山東黃臺(tái)電廠8號(hào)300MW機(jī)組、上海石洞口一電廠3號(hào)300MW機(jī)組及內(nèi)蒙古蒙西電廠1號(hào)300MW機(jī)組進(jìn)行濕式電除塵器改造，還有江蘇泰州電廠二期工程2×1000MW機(jī)組等。

4 三種濕式電除塵器的比較分析

對(duì)于大型燃煤機(jī)組，目前上述三種類型的濕式電除塵器均得到了較好的推廣應(yīng)用。三種類型的濕式電除塵器的性能比較分析[3]見(jiàn)表2。

表2 三種類型的濕式電除塵器的比較分析

從表2可以看出，金屬板式、柔性電極式、導(dǎo)電玻璃鋼式三種類型的濕式電除塵器具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，且具有互補(bǔ)性，可以滿足我國(guó)燃煤電廠超低排放改造的工況條件。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）濕式電除塵器在國(guó)內(nèi)燃煤電廠領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于起步階段，但我國(guó)濕式電除塵技術(shù)發(fā)展迅速，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了包括上述介紹的三種類型在內(nèi)的多種類型的濕式電除塵器，并在燃煤電廠得到了推廣應(yīng)用。

（2）已投運(yùn)濕式電除塵器的成功經(jīng)驗(yàn)表明，燃煤電廠在濕法脫硫系統(tǒng)后建設(shè)濕式電除塵器，完全可以作為排至煙囪前的最后一道技術(shù)把關(guān)措施，實(shí)現(xiàn)煙塵的超低排放，全面解決煙塵、PM2.5、石膏雨、SO3、汞、多種重金屬等多種污染物問(wèn)題。

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