濕式除塵器及其控制系統(tǒng)在國華惠州電廠的應(yīng)用

陳曉雷

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司 福建龍巖 364000）

濕式除塵器及其控制系統(tǒng)在國華惠州電廠的應(yīng)用

陳曉雷

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司 福建龍巖 364000）

本文在說明濕式電除塵器基本工作原理的基礎(chǔ)上，討論了濕式電除塵器控制系統(tǒng)的組成，并重點(diǎn)介紹了水處理系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)，同時介紹了濕式電除塵器控制系統(tǒng)在國華惠州電廠的應(yīng)用和效果。

濕式電除塵器；控制系統(tǒng)；水處理系統(tǒng)；應(yīng)用

1 前言

當(dāng)前，我國環(huán)境狀況總體惡化的趨勢尚未得到根本遏制，尤其是近年來嚴(yán)重的霧霾導(dǎo)致環(huán)境矛盾日益凸顯，環(huán)保壓力持續(xù)加大。環(huán)保企業(yè)紛紛推出各種超低排放的新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品，為治理霧霾亮出各式武器。濕式電除塵器作為其中的一種新的治霾利器，在滿足超低排放、治理PM2.5方面得到業(yè)內(nèi)專家、治污企業(yè)的一致認(rèn)可。作為一種先進(jìn)的煙氣治理技術(shù)，濕式電除塵技術(shù)在歐洲、美國、日本等國家已得到廣泛應(yīng)用且效果良好。

2 濕式電除塵工作原理

濕式電除塵器是一種用來除去含濕氣體中的塵、酸霧、水滴、氣溶膠、臭味、PM2.5等有害物質(zhì)的有效設(shè)備。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，濕式靜電除塵器的主要工作原理是：在集塵極和放電極之間施加數(shù)萬伏直流高壓電形成強(qiáng)電場，同時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(qiáng)大的電暈場內(nèi)荷電后分裂進(jìn)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(qū)動下到達(dá)集塵極而被捕集；與干式電除塵器通過振打?qū)O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，同時對酸霧、有毒重金屬以及PM10，尤其是PM2.5的微細(xì)粉塵有良好的脫除效果。由于沒有振打極板產(chǎn)生的煙塵二次飛揚(yáng)，濕式靜電除塵器可以達(dá)到很低的煙塵排放濃度。

盡管濕式電除塵的類型和結(jié)構(gòu)很多，但基本原理相同，主要包括以下四個復(fù)雜而又相互有關(guān)的物理過程：（1）氣體的電離；（2）氣溶膠、懸浮塵粒的凝并與荷電；（3）荷電塵粒與氣溶膠向電極運(yùn)動；（4）將電極上的粉塵清除。

由于金屬極板濕式電除塵器的極板穩(wěn)定，且有水膜覆蓋沖洗系統(tǒng)，因此在電場穩(wěn)定性、清灰性能上具有優(yōu)勢，噴水清灰同時具有脫除SO3、汞等重金屬污染物的能力。在防腐性能上，金屬極板在有中性水膜覆蓋的條件下防腐性能較好。因此，采用金屬極板的濕式電除塵器更具優(yōu)勢，應(yīng)用也更加廣泛。圖1為濕式電除塵原理示意圖。

圖1 濕式電除塵原理示意圖

3 濕式電除塵器控制系統(tǒng)

濕式電除塵器是由除塵器機(jī)械本體部分和電控部分組成，其中電控部分與常規(guī)電除塵器電控相比，既有相同的部分也有不同的部分，相同的是都需要配備高壓整流設(shè)備、配備加熱控制系統(tǒng)、配備上位機(jī)實(shí)現(xiàn)管理控制功能，不同的是濕式電除塵器無需振打卸灰之類的控制，而是灰水處理控制系統(tǒng)，它們共同組成濕式電除塵器的電控系統(tǒng)。其組成示意圖如圖2所示。

圖2 濕電電控系統(tǒng)組成示意圖

3.1 高壓系統(tǒng)

濕式電除塵器與干式電除塵器的收塵原理相同，都是靠高壓電暈放電使得粉塵荷電，荷電后的粉塵在電場力的作用下到達(dá)收塵板，然后采用定期沖洗的方式，使粉塵隨著沖刷液的流動而清除。因此整個濕式除塵器高壓控制系統(tǒng)至關(guān)重要，一般采用高效電源，如高頻電源、三相電源和新型的常規(guī)電源。采用新型高壓供電控制系統(tǒng)，有效配合噴淋系統(tǒng)，運(yùn)行平穩(wěn)，輸入功率高，避免過度閃絡(luò)、間斷供電、頻繁啟停所造成的能耗和除塵效率下降，確保濕式電除塵器高效、節(jié)能。

3.2 灰水處理控制系統(tǒng)

灰水處理主要目的就是將陰極、陽極上的積灰清除干凈，使?jié)袷诫姵龎m器長期保持較高的除塵效率、超低的排放水平。由于清洗后的污水直接排放會產(chǎn)生二次污染，并造成大量耗水導(dǎo)致運(yùn)行成本高企，應(yīng)進(jìn)行污水的循環(huán)利用。所以濕式除塵器的灰水處理控制系統(tǒng)一般分為噴淋和沖洗兩大系統(tǒng)，具體包括補(bǔ)水系統(tǒng)、沖洗系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、加堿系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)等五個部分。其處理流程圖如圖3所示。

圖3 灰水處理控制流程圖

3.2.1補(bǔ)給水自動控制系統(tǒng)

（1）根據(jù)補(bǔ)給水箱的液位，自動開啟或關(guān)閉來水電動蝶閥，控制補(bǔ)給水箱的液位在一定的范圍之內(nèi)；（2）通過補(bǔ)給水箱外的兩臺變頻泵，將水箱的水送至除塵器的頂部進(jìn)行噴淋沖洗，因?yàn)橐獫M足噴淋水的霧化要求，所以對水的壓力要有精確的控制，采用以水壓為控制點(diǎn)，對變頻泵采用正反饋的PID控制，保證了補(bǔ)給水的輸送及噴淋水的霧化效果。

圖4 補(bǔ)給水PID控制邏輯圖

3.2.2 沖洗水自動控制系統(tǒng)

沖洗噴淋自動控制系統(tǒng)由若干個電動蝶閥組成，根據(jù)噴淋的工藝要求，按照一定的順序進(jìn)行沖洗噴淋，整套沖洗噴淋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動順序控制，安全可靠。

3.2.3 過濾水自動控制系統(tǒng)

過濾水控制系統(tǒng)采用的是上下兩層的灰水分離器，每層各有9個電磁閥，整套系統(tǒng)采用PLC邏輯控制，準(zhǔn)確地控制每一個電磁閥的開關(guān)時間和開關(guān)順序，運(yùn)用自控聯(lián)鎖的技術(shù)，確保了灰水分離器的正常運(yùn)行。

3.2.4 加堿自動控制系統(tǒng)

為了防止循環(huán)進(jìn)入除塵器的循環(huán)水對本地的腐蝕，增加了加堿系統(tǒng)，調(diào)整循環(huán)水的酸堿性以達(dá)到防腐蝕標(biāo)準(zhǔn)。加堿系統(tǒng)的自動控制是根據(jù)循環(huán)水的pH值作為參考值來實(shí)現(xiàn)的，加堿泵以pH值作為PID的調(diào)節(jié)變量，不斷給循環(huán)水注入堿液，保持循環(huán)水呈現(xiàn)一定的弱堿性，保護(hù)除塵器本體。

圖5 加堿系統(tǒng)PID控制邏輯圖

3.2.5 循環(huán)水自動控制系統(tǒng)

循環(huán)水系統(tǒng)將過濾后的清水通過循環(huán)泵的增壓，送至除塵器的頂部進(jìn)行沖洗。循環(huán)水的循環(huán)利用，降低了沖洗水的水耗，進(jìn)一步達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的要求。循環(huán)水系統(tǒng)的自動控制由循環(huán)泵和除塵器頂部的電動蝶閥組成。循環(huán)泵根據(jù)設(shè)定水壓作為PID調(diào)節(jié)的依據(jù)，將循環(huán)水以一定的壓力送至除塵器頂部，然后由出口的若干個電動蝶閥，按照自動順序控制的方式，對陰陽極板進(jìn)行沖洗噴淋。

圖6 循環(huán)水PID控制邏輯圖

3.3 加熱系統(tǒng)

加熱系統(tǒng)包括絕絕緣子保溫箱加熱和熱風(fēng)吹掃加熱，由PLC自動控制，根據(jù)需要保溫箱進(jìn)行加熱或停止加熱、進(jìn)行或停止熱風(fēng)吹掃加熱。其中熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)，蝶閥和加熱器組成，自動開啟時，按照風(fēng)機(jī)-蝶閥-加熱器的順序啟動；自動關(guān)閉時，按照加熱器-蝶閥-風(fēng)機(jī)的順序關(guān)閉。

3.4 安全保護(hù)系統(tǒng)

整套濕式除塵器系統(tǒng)都采用自動控制的方式，無須人工干預(yù)和操作，因此對整套系統(tǒng)的安全保護(hù)措施要求非常嚴(yán)格。濕式除塵器的安全保護(hù)系統(tǒng)以水系統(tǒng)作為主要的控制依據(jù)，當(dāng)各個水箱的液位低于報警值時，控制系統(tǒng)會報警并在畫面上不斷閃爍提醒；當(dāng)各個水箱的液位低于保護(hù)值時，停止水箱外部變頻泵的運(yùn)行；當(dāng)各個水箱的液位低于保護(hù)值超過某個時限，停止水系統(tǒng)的運(yùn)行，并聯(lián)鎖停止高壓系統(tǒng)。

3.5 上位機(jī)系統(tǒng)

為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行和高性能，上位機(jī)系統(tǒng)選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，同時選配相應(yīng)的具有最新功能的智能通訊卡、網(wǎng)絡(luò)前端機(jī)等采集設(shè)備，使系統(tǒng)具有不凡的數(shù)據(jù)采樣能力和處理能力，從而實(shí)現(xiàn)對濕式電除塵集中管理、分散控制、節(jié)能減排運(yùn)行的要求。

上位機(jī)系統(tǒng)通過智能通訊卡、網(wǎng)絡(luò)前端機(jī)等采集各高壓、水處理、加熱等各個子系統(tǒng)的運(yùn)行工況數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的模擬量值和開關(guān)量信號，以各種動畫、圖形、表格、曲線、文本等形式在畫面上顯示；在需要時將人工設(shè)定的有關(guān)參數(shù)送往下位機(jī)或根據(jù)反饋信號實(shí)施自動控制，從而獲得更好的控制效果。

4 濕電應(yīng)用

2014年11月，惠州熱電公司一期（2×330MW）1號機(jī)組綠色發(fā)電計(jì)劃項(xiàng)目濕式除塵器改造工程順利通過168h試運(yùn)行。該項(xiàng)目工程是在濕法脫硫設(shè)備后增設(shè)一個兩電場的WBE205/2-2型臥式金屬極板濕式電除塵器，設(shè)計(jì)除塵效率≥80%，電除塵阻力≤200Pa，電場風(fēng)速≤2.5m/s，兩個電場共采用4臺高壓設(shè)備供電。

本工程的水系統(tǒng)采用了噴淋和沖洗兩大分立系統(tǒng)，總體用水量小于40t/h，廢水排出量小于10t/h，排出水完全回用于濕法脫硫工藝水，對電廠整體不產(chǎn)生額外水耗量。下圖是濕式電除塵器投運(yùn)后CEMS系統(tǒng)在線監(jiān)測畫面，機(jī)組負(fù)荷在227.8MW時，濕式電除塵器出口煙塵濃度低于1mg/Nm3，可見濕式電除塵器展現(xiàn)了其極高的除塵能力。

圖7 國華惠州電廠#1機(jī)組CEMS監(jiān)控值

項(xiàng)目正式投運(yùn)后，惠州熱電公司委托廣東省環(huán)境監(jiān)測中心對該項(xiàng)目進(jìn)行了性能測試，在負(fù)荷率大于75%情況下，分別進(jìn)行了2天共6次性能測試，6次檢測結(jié)果顯示濕式電除塵器出口煙塵濃度最低值為0.8mg/Nm3，最高值為1.8mg/Nm3，平均煙塵排放濃度為1.4mg/Nm3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于5mg/Nm3的設(shè)計(jì)指標(biāo)。目前該項(xiàng)目投運(yùn)超過半年時間，濕式電除塵器在其控制系統(tǒng)的管控下，煙塵排放濃度一直非常穩(wěn)定在＜2mg/Nm3的超低排放水平，成為廣東地區(qū)的綠色發(fā)電計(jì)劃的示范工程。

5 結(jié)語

濕式電除塵器的性能不受粉塵比電阻和煤灰性質(zhì)的影響，內(nèi)部沒有運(yùn)動部件，沒有振打清灰引起的二次揚(yáng)塵，因此，性能穩(wěn)定，高效，運(yùn)行可靠，對PM2.5和SO3有很高的脫除效率，是濕法脫硫后最終環(huán)保把關(guān)的最佳設(shè)備。隨著環(huán)保要求的越來越嚴(yán)，濕式電除塵器將得到越來越多的推廣應(yīng)用。濕式電除塵器的工藝、控制將進(jìn)一步優(yōu)化完善，尤其是提高水處理系統(tǒng)中PID控制的精度和準(zhǔn)度，以達(dá)到濕式電除塵器高效節(jié)能節(jié)水的更好控制效果。

[1]林國鑫,等.濕式電除塵器—應(yīng)對PM2.5超低排放新武器,第14屆中國電除塵學(xué)術(shù)會議論文集.

[2]劉鶴忠.濕式電除塵器在工程中的應(yīng)用.電力勘測設(shè)計(jì),2012.3.

[3]趙鵬,等.濕式靜電除塵器在火電廠中的應(yīng)用探討.能源與環(huán)境, 2013.6.

陳曉雷(1977－)，男，福建省龍巖市，本科，電氣工程師，長期從事電除塵技術(shù)應(yīng)用與推廣。