燃煤電廠采用濕式電除塵器深度除塵的應(yīng)用研究

王敏，王東歌，2，朱法華，2，惠潤堂，韋飛，王春玲

(1.國電環(huán)境保護研究院，江蘇南京 210031; 2.南京信息工程大學環(huán)境科學與工程學院，江蘇南京 210044)

燃煤電廠采用濕式電除塵器深度除塵的應(yīng)用研究

王敏1，王東歌1，2，朱法華1，2，惠潤堂1，韋飛1，王春玲1

(1.國電環(huán)境保護研究院，江蘇南京 210031; 2.南京信息工程大學環(huán)境科學與工程學院，江蘇南京 210044)

當前行業(yè)標準和環(huán)保政策日益趨嚴，濕式靜電除塵器作為終端凈化設(shè)施，能夠顯著降低粉塵、液滴等的排放濃度，并有效解決濕法脫硫系統(tǒng)漿液夾帶問題，是現(xiàn)役燃煤電廠實現(xiàn)煙塵達標排放的主要改造方向。以某330MW大型機組增設(shè)導(dǎo)電玻璃鋼濕式電除塵器為例，其調(diào)試運行結(jié)果表明該技術(shù)為燃煤電廠實現(xiàn)深度除塵提供了一條可行的技術(shù)改造路線。

燃煤電廠;除塵改造;濕式電除塵器;導(dǎo)電玻璃鋼

0 引言

隨著電力工業(yè)的高速發(fā)展，污染物排放的增加對大氣環(huán)境造成了很大影響。為落實科學發(fā)展觀和節(jié)能減排的要求，新頒布的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223－2011)對大氣污染物排放提出了更加嚴格的限值，其中煙塵排放濃度降至一般地區(qū)30mg/m3、重點地區(qū)20mg/m3［1］。2014年9月國家發(fā)改委、環(huán)保部、國家能源局三部委聯(lián)合印發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014－2020年)》，要求嚴控大氣污染物排放，提出東、中部地區(qū)的新建燃煤發(fā)電機組大氣污染物排放濃度應(yīng)基本達到或接近燃氣輪機組排放限值，基準含氧量6%條件下煙塵排放濃度不高于10mg/m3，同時推進現(xiàn)役燃煤發(fā)電機組大氣污染物達標排放環(huán)保改造［2］。

目前燃煤電廠主要采用的煙氣處理系統(tǒng)有:靜電除塵+濕法脫硫、靜電除塵+半干法脫硫+袋式除塵(或電袋除塵)等。燃煤電廠的除塵方式主要采用靜電除塵器，但是隨著行業(yè)標準與政策的日益趨嚴，為實現(xiàn)更低的煙塵排放，電除塵器就需要更多的電場數(shù)、更大的比集塵面積，增加設(shè)備投資和運行費用［3］。同時常規(guī)的電除塵器還存在除塵效率受粉塵的比電阻影響較大、振打引起的二次揚塵及微細粉塵難以有效去除等技術(shù)瓶頸［4］。

目前國內(nèi)燃煤機組基本完成了脫硫系統(tǒng)安裝，90%以上的脫硫系統(tǒng)采用石灰石－石膏濕法［5］。但大量現(xiàn)役脫硫塔內(nèi)除霧裝置工作狀況不佳，使得煙氣中含有大量的石膏微液滴。在不設(shè)GGH時，外排的飽和濕煙氣在煙囪周圍會產(chǎn)生顯著的煙羽和一定的冷凝水飄落，形成所謂的“石膏雨”現(xiàn)象，嚴重污染電廠及周邊地區(qū)的環(huán)境［6］。SO3氣溶膠是燃煤電廠的另一個主要污染物。在煙氣脫硫的洗滌過程中，煙氣中的SO2脫除率高達95%以上，但SO3的去除率不到50%，剩余的SO3以氣溶膠的形式隨煙氣排出。由于大量SO3的存在，進入煙囪的濕煙氣均處于酸露點以下，其冷凝液加劇了煙囪腐蝕。另外，SO3排放造成的藍羽還將使排煙的黑度增加，在周圍環(huán)境中形成酸雨［7］。美國等發(fā)達國家對煙囪排放SOx嚴格控制，實行同時對煙氣排放的SO2和SO3進行控制，我國還沒有對煙氣中SO3排放提出強制要求，但是隨著SO3排放愈發(fā)受到重視，必將成為下一步污染物控制的主要目標。

濕式電除塵器作為最終把關(guān)的環(huán)?？刂圃O(shè)備，不受煤灰性質(zhì)的影響，內(nèi)部沒有運動部件，因此性能穩(wěn)定可靠、效率高，可同時解決上述微細粉塵、石膏雨和SO3氣溶膠的排放問題，滿足國家新標準要求，實現(xiàn)達標排放。采用濕式電除塵器除塵是燃煤電廠下一階段除塵設(shè)備改造的主要方向。

1 濕式電除塵器

1.1 工作原理

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，使粉塵或霧滴粒子表面荷電，荷電粒子在電場力的作用下向收塵極運動，并沉積在收塵極上，水流從集塵板頂端流下，在集塵板上形成一層均勻穩(wěn)定的水膜，將板上的顆粒帶走［8－9］。因此，濕式電除塵器與干式ESP的除塵原理相同，都要經(jīng)歷荷電、收集和清灰三個階段［10］。然而，與ESP清灰不同的是，濕式電除塵器采用液體沖刷集塵極表面來進行清灰。其工作原理見圖1。

圖1 WESP工作原理示意

1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)濕式電除塵器技術(shù)主要分為兩大類:一類以菲達環(huán)保、杭州南源為代表的企業(yè)，主要引進和吸收日本三菱、日立等企業(yè)的濕式電除塵技術(shù);另一類是借鑒國外先進技術(shù)實行自主研發(fā)，此類代表為國電能源、宜興化工等。

對比不同的設(shè)備生產(chǎn)廠家，在結(jié)構(gòu)、布置等方面各有不同，具體對比見表1［11］。

表1 國內(nèi)不同廠家濕式電除塵器型式特點比較

我國濕式電除塵器在燃煤電廠的應(yīng)用起步較晚，從產(chǎn)品研發(fā)、試驗裝置試生產(chǎn)到1000MW燃煤機組上的應(yīng)用僅用了2～3年時間，因此還需要較長時間不斷改進和完善。

2 工程應(yīng)用案例

2.1 項目概況

某燃煤電廠裝機容量為2×330MW，1、2號機組配雙室四電場干式靜電除塵器，出口粉塵排放濃度(標干態(tài)，6%O2)＜100mg/m3，煙囪煙塵排放濃度＜50mg/m3。為了滿足最新環(huán)保要求，電廠通過增設(shè)濕式電除塵器的除塵改造方案，實現(xiàn)當FGD出口煙塵濃度＜50mg/m3時，濕式電除塵器出口煙塵排放＜10mg/m3;當FGD出口煙塵＜30mg/m3時，濕式電除塵器出口煙塵排放濃度＜5mg/m3。

該機組選用的濕式電除塵器陽極采用內(nèi)切圓直徑Φ360蜂窩導(dǎo)電玻璃鋼，懸掛式安裝。此型式可以達到簡化陽極系統(tǒng)構(gòu)造、降低安裝難度、縮短安裝周期的目的。同時，導(dǎo)電玻璃鋼陽極保證了極距的精度與穩(wěn)定性，使得濕除運行的電流、電壓更加平穩(wěn)、可靠。

陰極線采用2205不銹鋼管式針刺線，每層3根針刺，每兩層交錯布置，針尖分別對齊蜂窩形的六角，有較好的放電性能。

2.2 設(shè)計參數(shù)

該機組燃用煤質(zhì)分析如表2所示。

表2煤質(zhì)分析

根據(jù)上述煤種和鍋爐、電除塵器等裝置的實際運行參數(shù)，最終確定濕式電除塵器的主要設(shè)計參數(shù)。具體參數(shù)見表3。

表3 單臺爐濕式電除塵器設(shè)計參數(shù)

2.3 工藝設(shè)計

2.3.1 濕式電除塵器本體

濕式電除塵器本體裝置主體段過流斷面為長方形。裝置內(nèi)部構(gòu)件采用模塊化設(shè)計，殼體和支撐梁等采用碳鋼襯玻璃鱗片防腐。當控制系統(tǒng)監(jiān)測煙氣超溫時，可以立即聯(lián)鎖報警，并開啟噴淋系統(tǒng)，保護玻璃鋼防腐層。

本裝置殼體部分自上而下為進口封頭、直筒段、集液槽和出口連接段。煙氣自脫硫吸收塔出口，經(jīng)濕式電除塵器進口封頭內(nèi)導(dǎo)流板導(dǎo)流后，再經(jīng)整流格柵均布，向下流經(jīng)直筒段，有效去除煙塵及水霧后，煙氣從側(cè)面的出口連接段進入煙道，陽極收集液則進入集液槽。

增設(shè)濕式電除塵器后，從脫硫吸收塔出口膨脹節(jié)后至本裝置出口與原煙道凈煙氣入口連接處的阻力約為500～600Pa，其中濕式除塵器本體阻力不超過250Pa。在煙道以及裝置殼體上設(shè)置有壓差測點、溫度測點以及性能檢測孔，同時考慮檢修的方便，設(shè)置有人孔、爬梯及檢修平臺等輔助設(shè)施。本裝置的內(nèi)部構(gòu)件主要由陽極系統(tǒng)、陰極系統(tǒng)、陰陽極沖洗系統(tǒng)以及整流格柵組成。

2.3.2 陽極系統(tǒng)

陽極裝置包括正六邊形導(dǎo)電玻璃鋼蜂窩狀集塵極和支撐梁。集塵極采用復(fù)合導(dǎo)電玻璃鋼材料，開機前應(yīng)先進行沖洗潤濕。正常運行時，集塵極表面形成一層連續(xù)水膜，收集下來的煙塵隨水膜重力自流至下部集液槽，實現(xiàn)在線清灰。陽極支撐結(jié)構(gòu)包括上部支撐梁，上下陽極梁均與殼體相接。

2.3.3 陰極裝置及整流格柵

陰極裝置包括陰極線、上下部吊掛裝置、絕緣箱。陰極線采用2205材料制作，固定于上下框架上，框架通過設(shè)置于殼體外部的絕緣箱支撐。陰極箱型大梁上部設(shè)置有整流格柵，分區(qū)分塊設(shè)計，便于檢修更換。

2.3.4 沖洗系統(tǒng)

濕除本體內(nèi)設(shè)一層陰陽極沖洗管網(wǎng)用于陰陽極的沖洗。陰陽極沖洗管網(wǎng)主要進行開機前沖洗、關(guān)機后沖洗以及正常運行定時沖洗。保證每班每區(qū)沖洗一次，每次每區(qū)沖洗2～3min，日水耗約為36 t。單獨設(shè)置沖洗水箱，水箱沖洗水來自廠區(qū)循環(huán)工業(yè)水或其他水質(zhì)近于脫硫工藝水的水源引接。并設(shè)置一運一備，2臺沖洗水泵，壓力流量滿足要求。

2.3.5 供電電源

本濕式電除塵器分4個區(qū)進行供電。高頻電源針對濕式電除塵電暈電壓高、電流大的特點，專門設(shè)計。高頻電源具有高效節(jié)能、穩(wěn)定可靠的優(yōu)點，能保證最高電場效率所需的電壓電流。同時，數(shù)字化控制方式可以保證即起即停，并在任意擊穿電壓下穩(wěn)定運行。

2.4 測試結(jié)果

調(diào)試運行后對濕式電除塵系統(tǒng)進行了性能測試。在測試期間，鍋爐負荷穩(wěn)定在100%左右，最大波動幅度控制在±5%以內(nèi)，控制燃煤煤質(zhì)，保證煙氣量和煙塵量的均勻穩(wěn)定;電除塵器各電場均正常投運。采用3012H型微電腦煙塵平行采樣儀測定煙氣含濕量、含氧量，測定濕式電除塵器進出口的靜壓、動壓、煙氣溫度，利用網(wǎng)格法采集濕式電除塵器進、出口灰樣。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，計算出煙氣量、電除塵器的漏風率、壓力降和除塵效率等。測試結(jié)果與設(shè)計值比對見表4。

表4 濕式電除塵器主要測試參數(shù)和設(shè)計參數(shù)

濕式電除塵器投運后鍋爐滿負荷運行，在除塵器入口煙塵濃度＜50mg/m3(標干態(tài)、6%O2)的條件下，可達到如下效果:煙囪入口煙塵濃度平均值為7.32mg/m3(標干態(tài)、6%O2)，滿足三部委的最新要求＜10mg/m3;煙囪入口液滴排放質(zhì)量濃度平均值為6.83mg/m3，滿足設(shè)計指標液滴含量≤20mg/m3的要求;可以去除大部分的SO3，解決由于酸霧小顆粒引發(fā)的“大白煙”現(xiàn)象。

3 結(jié)語

(1)濕式電除塵器顆粒物脫除效率高，在除塵器入口煙塵濃度＜50mg/m3的條件下出口煙氣中煙塵含量可低于10mg/m3。

(2)濕式電除塵器出口煙氣中液滴含量可低于10mg/m3，可解決“石膏雨”、“大白煙”等污染問題。

(3)濕式電除塵器可解決SO3酸霧、漿液滴氣溶膠等顆粒物排放導(dǎo)致的污染問題，從而增強系統(tǒng)運行可靠性，降低煙囪防腐等級。

實踐表明，燃煤電廠采用濕式電除塵器除塵具有較高的可行性，不僅能夠滿足最新的行業(yè)標準和環(huán)保政策要求，而且可滿足未來更嚴格的環(huán)保標準或地方環(huán)保標準。同時需要注意的是，濕式電除塵器雖能處理多種類型的污染物，但屬于深度處理裝置，不能簡化前面的煙氣除塵與脫硫系統(tǒng)。采用濕式電除塵器技術(shù)，需要額外增加一套凈化裝置，會提高電廠的能耗和運行費用。因此電廠應(yīng)根據(jù)實際情況采用合適的除塵改造技術(shù)。

［1］GB13223－2011，火電廠大氣污染物排放標準［S］.

［2］國務(wù)院.煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014－2020年)［S］.2014.

［3］張衡.200MW機組電除塵效率降低的原因和改進方法［J］.熱力發(fā)電，2007(7):32－33.

［4］李彩亭，曾光明，楊 霞，等.燃煤煙氣濕式除塵脫硫技術(shù)研究［J］.環(huán)境工程，2000，18(4):32－34.

［5］王志軒，張建宇，潘荔，等.中國電力減排研究2013［M］.北京:中國市場出版社，2013.

［6］韋飛.濕法脫硫GGH設(shè)置與否技術(shù)經(jīng)濟分析［J］.廣東化工，2014，41(18):135－136.

［7］莫華，朱法華，王圣.火電行業(yè)大氣污染物排放對PM2.5的貢獻及減排對策［J］.中國電力，2013，46(8):1－5.

［8］劉鶴忠，陶秋根.濕式電除塵器在工程中的應(yīng)用［J］.電力勘察設(shè)計，2012(2):21－23.

［9］Pasic H，Caine J，Shah H.MWESP:Membrane tubularwet electrostatic precipitators［J］.Filtration＆separation，2006，43(9):16－18.

［10］趙琴霞，陳招妹，周超炯，等.濕式電除塵技術(shù)及其在電廠的應(yīng)用前景探討［J］.電力科技與環(huán)保，2012，28(4):24－26.

［11］華建平.燃煤電廠濕式電除塵器應(yīng)用情況介紹及建議［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2014(9):27－30.

Application of wet electrostatic precipitator in coal－fired power plant for depth treatment of dust

W ith the current industry standards and environm ental policies being stricter increasingly，the Wet E-lectrostatic Precipitator(WESP)as a term inal purification device，can not only reduce dust and droplet em ission concentration，but also so lve the prob lem of slurry restrained of the Flue Gas Desulfurization(FGD)，is the direction of transformation for coal－fired power plant to achieve dust discharge standard.It took a large unit of 330MW w ith a conductive glass steelWESP as an example，the debugging and running results showed that WESP provided a feasible technology way for coal－fired plants to achieve depth of dust.

coal－fired power plant;transformation of dust removal facilities;wet electrostatic precipitator;conductive glass steel

X701.2

:B

:1674－8069(2016)01－026－04

2015-09-25;

:2015-11-19

王敏(1981-)，男，江蘇南京人，工程師，主要從事電力環(huán)境保護研究工作。E－mail:wangmin10141@sina.com