超低排放濕式電除塵器方案的比較

司徒有功（大唐南京發(fā)電廠，江蘇南京210059）

超低排放濕式電除塵器方案的比較

司徒有功
（大唐南京發(fā)電廠，江蘇南京210059）

為降低污染物排放量，國內(nèi)燃煤發(fā)電機(jī)組開始了新一輪環(huán)保改造。介紹了目前所用濕式電除塵器的3種類型，即柔性電極濕式電除塵、金屬電極濕式電除塵和導(dǎo)電玻璃鋼電極濕式電除塵的工作原理和技術(shù)特點(diǎn)，并進(jìn)一步闡述了立式玻璃鋼結(jié)構(gòu)濕式除塵器的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)，對燃煤發(fā)電機(jī)組超低排放改造增加濕式除塵器的方案選擇具有一定的參考價值。

濕式除塵器；立式玻璃鋼結(jié)構(gòu)濕式除塵器；沉淀極；電暈線；超低粉塵檢測

國家環(huán)保部為降低燃煤發(fā)電機(jī)組污染物排放量，聯(lián)合發(fā)改委、國家能源局下發(fā)了關(guān)于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃（2014—2020年）》的通知，要求到2020年，現(xiàn)役600 MW及以上燃煤機(jī)組、東部地區(qū)300 MW及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組、100 MW以上自備燃煤發(fā)電機(jī)組及其他有條件的燃煤發(fā)電機(jī)組，改造后大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值。排放限值為：SO2≤35 mg/m3，NOx≤50 mg/m3，煙塵≤10mg/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，下同）?；痣姀S目前配置的煙塵處理裝置是為了滿足國家環(huán)境保護(hù)部頒布的《關(guān)于執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告》（公告2013年第14號）［1］的要求，電除塵前加低溫省煤器、在靜電除塵上增加高頻電源、增加旋轉(zhuǎn)電極、增加布袋除塵器等方案很難實(shí)現(xiàn)煙塵≤10 mg/m3的目標(biāo)。、文中介紹了3種濕式電除塵技術(shù)，并從性能、可靠性和除塵效果等方面進(jìn)行了比較，著重介紹了立式玻璃鋼結(jié)構(gòu)濕式除塵器。

1　濕式除塵器的方案比較

在目前國內(nèi)外的濕式電除塵器技術(shù)中，主要的差別在于陽極板材質(zhì)的選取。該設(shè)備處理的對象為含大量游離水的飽和濕煙氣，在工作過程中存在電化學(xué)腐蝕、電位差腐蝕、低溫腐蝕等，因此陽極板的選取和工作狀態(tài)至關(guān)重要。主要的濕式靜電除塵器的類型或技術(shù)流派有3種：柔性電極濕式電除塵、金屬電極濕式電除塵和導(dǎo)電玻璃鋼電極濕式電除塵。

1.1柔性電極濕式電除塵技術(shù)

柔性電極濕式除塵器是利用靜電除塵原理，采用新型耐酸堿腐蝕性優(yōu)良的柔性纖維材料，強(qiáng)化超細(xì)顆粒物高效收集與徹底清灰，實(shí)現(xiàn)燃煤脫硫煙氣清潔達(dá)標(biāo)排放。陽極板采用耐酸堿腐蝕柔性纖維織物，正常運(yùn)行耗水量為零。陰極線采用鉛銻合金芒刺線，耐腐蝕，廣泛適用于飽和濕煙氣環(huán)境。

柔性電極濕式除塵器的指標(biāo)如下：粉塵去除率（含石膏）：≥70%；SO3去除率：≥20%；霧滴含量：低于20 mg/m3；系統(tǒng)阻力：200～400 Pa。

此類型濕式電除塵器已在國電益陽300 MW機(jī)組、國電滎陽600 MW機(jī)組等工程中投運(yùn)，從運(yùn)行情況看除塵效果基本達(dá)到粉塵濃度設(shè)計(jì)值。柔性電極濕式除塵器的電壓穩(wěn)定性、抗腐蝕能力等還需進(jìn)一步提升。

1.2金屬電極濕式電除塵技術(shù)

金屬電極濕式電除塵器運(yùn)行的3個階段與干式電除塵器相同：荷電、收集和清灰。噴淋水在濕式靜電除塵器下部的灰斗收集后，自流至循環(huán)水箱用于噴淋。在灰斗中收集的噴淋水不僅含有灰塵，還溶解了煙氣中的SO3和從煙氣脫硫（FGD）攜帶的水滴，因此pH值將呈酸性，為降低腐蝕性，需加入NaOH以提高pH值。NaOH的加入量將根據(jù)循環(huán)水箱中的pH值調(diào)節(jié)。

金屬電極濕式除塵器的指標(biāo)如下：粉塵去除率（含石膏）：≥70%；SO3去除率：≥20%；霧滴含量：低于100 mg/m3；系統(tǒng)阻力：300 Pa。

此類型濕式電除塵器已經(jīng)在國內(nèi)的華電淄博300 MW、嘉興電廠1000 MW等工程中應(yīng)用。金屬電極濕式除塵器陽極板的腐蝕是一個致命弱點(diǎn)，一旦堿性水膜消失（如噴嘴堵塞），腐蝕將無法避免。同時，不間斷的噴水增加了煙氣的濕度，在濕式電除塵后增加煙氣升溫裝置也必不可少。

1.3導(dǎo)電玻璃鋼電極濕式電除塵技術(shù)

導(dǎo)電玻璃鋼電極濕式電除塵收塵（霧）是使含塵（霧）氣體通過高壓直流4個過程：（1）氣體電離；（2）顆粒荷電；（3）荷電煙塵（霧）運(yùn)動；（4）荷電顆粒放電。

導(dǎo)電玻璃鋼電除霧器主要由以下部分組成：上殼體、集塵極室、中下殼體、絕緣子室、陰極系統(tǒng)及內(nèi)部沖洗裝置。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。導(dǎo)電玻璃鋼陽極板，蜂窩結(jié)構(gòu)，具有收塵面積大、荷電均勻、長壽命等特點(diǎn)。

玻璃鋼電除霧器本體、陽極管組等的材料為碳纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料，陰極線材料為鈦合金。

CF是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的密度不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3500MPa以上，是鋼的7～9倍，抗拉彈性模量為23000～43000 MPa亦高于鋼。因此CF的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到2000 MPa/（g/cm3）以上，而A3鋼的比強(qiáng)度僅為59 MPa/（g/cm3）左右，其比模量也比鋼高。

導(dǎo)電玻璃鋼電極濕式除塵器的指標(biāo)如下：粉塵去除率（含石膏）：≥80%；SO3去除率：≥20%；霧滴含量：不高于20 mg/m3；系統(tǒng)阻力：300～400 Pa。

目前，導(dǎo)電玻璃鋼電極濕式除塵器已在國電都勻福泉電廠的600 MW機(jī)組中、國電蘇龍電廠、宿遷電廠投運(yùn)，國電泰州電廠、大唐南京電廠等正在施工中。

圖1　導(dǎo)電玻璃鋼電除霧器結(jié)構(gòu)

1.4濕式電除塵技術(shù)方案的比較

導(dǎo)電玻璃鋼電極濕式電除塵技術(shù)采用專利的CF材質(zhì)，陽極板具有良好的導(dǎo)電性、耐腐蝕性，表面光滑，系統(tǒng)運(yùn)行電耗低，不額外增加藥品，收集水可直接回用。物耗、能耗低。由于基本不噴水，且陽極吸附極性水液滴和SO3氣溶膠，可有效控制PM2.5的排放和避免煙囪雨的發(fā)生。

柔性電極濕式電除塵技術(shù)采用非金屬織物柔性電極作為陽極板，在水浸潤后可具備導(dǎo)電性，材質(zhì)本身也耐腐蝕，不額外增加藥品，收集水也可回用。物耗、能耗低。由于基本不噴水，且陽極吸附極性水液滴和SO3氣溶膠，可有效控制PM2.5排放和避免煙囪雨的發(fā)生。

金屬電極式濕式電除塵技術(shù)的電極需采用高耐腐的哈氏合金（如C276）或不銹鋼316L材料制作，設(shè)備內(nèi)需布置大量噴嘴，陽極板有腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，還需對收集水進(jìn)行廢水處理，物耗、能耗高。

上述3種濕式電除塵技術(shù)主要對比參數(shù)如表1。通過比較，導(dǎo)電玻璃鋼電極濕式電除塵技術(shù)相對于柔性電極和金屬電極具有一定的優(yōu)勢。

表1　濕式電除塵技術(shù)主要參數(shù)對比表

2　立式玻璃鋼結(jié)構(gòu)濕式靜電除塵器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

立式玻璃鋼結(jié)構(gòu)濕式靜電除塵器主要由陽極系統(tǒng)（沉淀極）、陰極系統(tǒng)（電暈線）、高壓直流供電電源、間斷沖洗系統(tǒng)等組成。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1陽極系統(tǒng)（沉淀極）

陽極系統(tǒng)中的沉淀極采用立式蜂窩狀結(jié)構(gòu)，受力狀態(tài)好、結(jié)構(gòu)緊湊、六邊型結(jié)構(gòu)放電死區(qū)小。沉淀極采用CF高導(dǎo)復(fù)合材料整體加工而成。該材料是以高分子材料為粘合劑、纖維及其制品作增強(qiáng)材料、高碳纖維為導(dǎo)電功能材料合成的高導(dǎo)復(fù)合材料，它具有重量輕、導(dǎo)電性能優(yōu)良、耐腐蝕性能優(yōu)異、阻燃性能好、疏水性強(qiáng)等特點(diǎn)，能確保濕式靜電除塵器在電廠脫硫之后的煙氣中高效穩(wěn)定運(yùn)行，有效地除去塵、霧、液滴及氣溶膠、PM2.5等雜質(zhì)，徹底消除石膏雨現(xiàn)象。

濕式靜電除塵器運(yùn)行時收集下來的液滴在沉淀極表面形成液膜，由于該材料（CF）具有很強(qiáng)的疏水性，能有效阻隔塵和石膏對沉淀極壁的粘接，靠重力自流至下部集液槽，實(shí)現(xiàn)自動清灰，收集液可返回脫硫塔內(nèi)循環(huán)使用。

圖2　立式玻璃鋼結(jié)構(gòu)濕式除塵器的結(jié)構(gòu)

2.2陰極系統(tǒng)（電暈線）

陰極系統(tǒng)包括電暈線、絕緣箱等。電暈線采用剛性高效芒刺型結(jié)構(gòu)，材料選用耐氯離子及電化學(xué)腐蝕的鈦合金。可最大限度地提高煙氣流速（安全運(yùn)行氣速可達(dá)到3.5 m/s），有效解決了陰極系統(tǒng)的腐蝕。同時，陰極性的固定采用剛性連接，使得放電距離均勻，提高了電壓的穩(wěn)定性，確保立式玻璃鋼結(jié)構(gòu)濕式靜電除塵器在高煙氣流速條件下具有較高的除塵、除霧效率。

2.3供電電源

立式玻璃鋼結(jié)構(gòu)濕式靜電除塵器多采用高頻電源供電，相對工頻電源，其具有轉(zhuǎn)換效率高、高壓特性好、供電平衡、電場閃絡(luò)控制優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。

2.4間斷沖洗系統(tǒng)

為防止少量煙塵的沉積，在沉淀極管上部設(shè)置有一層間斷噴淋裝置，此噴淋裝置由沖洗水泵供水，采用高壓力及專用的無堵塞沖洗噴嘴，每隔24～48 h沖洗一次，每次3～5 min。立式玻璃鋼結(jié)構(gòu)濕式靜電除塵器正常運(yùn)行過程中無需沖洗，每臺濕式靜電除塵器分為多個電場，當(dāng)需要進(jìn)行間斷沖洗時，控制系統(tǒng)會自動停掉其中一個電場或該電場降壓運(yùn)行，并按程序打開相應(yīng)的沖洗水閥門，沖洗完成后即可開啟該電場。在整個沖洗過程中仍能滿足煙氣污染物的達(dá)標(biāo)排放。

2.5電場設(shè)計(jì)

要想獲得性價比最優(yōu)的濕式靜電除塵器，電場設(shè)計(jì)至關(guān)重要（沉淀極管長度的設(shè)置以及配套陰極系統(tǒng)的設(shè)計(jì)）。根據(jù)多依奇公式：

除塵效率取決于沉淀極面積、粒子直徑、電流密度、電場強(qiáng)度和電場驅(qū)動力等；沉淀極面積與沉淀極管徑、管長有關(guān)。

經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，沉淀極管徑300～330 mm、管長3.5～4.5 m性價比為最佳。沉淀極管過長容易引起電暈線共振、擺動，做功下降；沉淀極管過長會使收集下的石膏、塵等板結(jié)在沉淀極管下部不易清除，導(dǎo)致除塵效率下降。

3　結(jié)束語

燃煤機(jī)組增加濕式除塵器是新一輪環(huán)保排放改造的必選方案。立式玻璃鋼結(jié)構(gòu)濕式靜電除塵器應(yīng)用在燃煤機(jī)組脫硫之后，除塵效率可達(dá)到80%以上，可有效消除石膏雨現(xiàn)象，同時有效捕集液滴、塵、酸霧等亞微粒子，且在運(yùn)行過程中不需要噴淋水及堿液，不產(chǎn)生新的二次污染物；收集液可返回脫硫塔循環(huán)使用。在燃煤電廠應(yīng)用該產(chǎn)品可使尾氣排放煙塵≤5 mg/m3，達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組的排放標(biāo)準(zhǔn)，具有極高的推廣應(yīng)用價值。

Comparison of Various Schemes For Ultra-low Emission Wet Electrostatic Precipitators

SITU Yougong
（Datang Nanjing Power Generation Co.Ltd.，Nanjing 210059，China）

To further decrease the amount of pollutant emission，a new wave of retrofit efforts for environmental protection are being performed.Operating principles and technical features of the three different kinds of wet electrostatic precipitators（WEPs），including the flexible electrode WEP，the metal electrode WEP，and the glass-reinforced plywood WEP，were introduced.As for the glass-reinforced plywood WEP，the structural forms and characteristics were introduced in detail.The research efforts of the present work can provide valuable reference efforts for the coal-fired power units to select reasonable electrostatic precipitators.

wet electrostatic precipitator；vertical glass-reinforced plywood WEP；receiving electrode；corona wire；ultra-low dust examining

TM621.73

B

1009-0665（2015）05-0075-03

司徒有功（1967），男，江蘇溧水人，高級工程師，從事火電廠電氣技術(shù)及環(huán)保技術(shù)的研究和應(yīng)用。

2015-04-02；

2015-05-25

［1］國家環(huán)境保護(hù)部.關(guān)于執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告（公告2013年第14號）［R］.