新建超超臨界空冷燃煤機組濕式電除塵器選型分析

洪如松

(中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院，北京　102206)

新建超超臨界空冷燃煤機組濕式電除塵器選型分析

洪如松

(中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院，北京102206)

摘要：濕式電除塵器(WESP)是一種對多污染物深度控制的環(huán)保設(shè)備，通過對金屬極板、柔性極板和玻璃鋼極板這3種WESP的綜合對比分析，認(rèn)為金屬極板濕式電除塵器在技術(shù)風(fēng)險和可靠性上占有優(yōu)勢，可以長期保證低排放，并實現(xiàn)多污染物的協(xié)同控制，特別是對SO3的高效脫除，能夠有效緩解防腐，降低煙囪防腐費用。

關(guān)鍵詞：WESP；綜合對比分析；多污染物；協(xié)同控制

隨著國家環(huán)保要求逐步向發(fā)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)接近或超越，特別是在重點地區(qū)，對燃煤發(fā)電廠煙氣排放控制更加嚴(yán)格，常常有電廠剛建成就需要進(jìn)行環(huán)保改造。2014年9月12日，國家發(fā)改委、環(huán)保部和國家能源局三部委聯(lián)合發(fā)布的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》中指出：加強新建機組準(zhǔn)入控制。東部地區(qū)(遼寧、北京、天津、河北、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、海南等11省市)新建燃煤發(fā)電機組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃機標(biāo)準(zhǔn)限值，即要求在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，粉塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于10、35、50mg/m3，中部地區(qū)(黑龍江、吉林、山西、安徽、湖北、湖南、河南、江西等8省)新建機組原則上接近或達(dá)到燃機標(biāo)準(zhǔn)限值，鼓勵西部地區(qū)新建機組接近或達(dá)到燃機標(biāo)準(zhǔn)限值。同時，支持同步開展大氣污染物聯(lián)合協(xié)同脫除，減少SO3、汞、砷等污染物排放[1]。

為使燃煤電廠大氣污染物煙塵排放濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，在濕法煙氣脫硫裝置的下游安裝濕式電除塵器(WESP)，可作為高效除塵的終端精處理設(shè)備。它具有控制復(fù)合污染物的強大功能，對PM2.5微細(xì)粉塵、黏性的或高比電阻粉塵及煙氣中酸霧、氣溶膠、汞、重金屬、二惡英等的收集都是理想的[2]，WESP已成為燃煤電廠煙氣綜合治理體系最后一道防線。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2015年4月，我國投運、在建和簽訂合同的燃煤電廠WESP已超過200臺，總裝機容量約120 000MW，超過美、日等國家燃煤電廠應(yīng)用WESP的總和[3]。一般來講，配置WFGD+WESP系統(tǒng)的燃煤電廠顆粒物排放可降低80%以上，WESP還可降低85%以上的SO3排放。這些方法結(jié)合起來可將新建電廠的濕煙囪排放的可見煙氣混濁度降到10%以下[4]。

1WESP工作原理

WESP是一種新的除塵設(shè)備，其主要工作原理為，在放電極在直流高電壓的作用下，將其周圍氣體分子電離為電子和正離子，電子與粉塵或霧滴粒子發(fā)生碰撞使其表面荷電，荷電粒子在電場力的作用下向集塵極運動，水流從集塵板頂端流下形成一層均勻穩(wěn)定的水膜，將其帶走。同時噴到極板通道中的水霧既能捕獲微細(xì)煙塵又能降其電阻率，利于微塵向極板移動。因此，WESP與干式電除塵器的除塵原理基本相同，都要經(jīng)歷電離、荷電、收集和清灰4個階段[5]。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[6]。WESP最早于1907年開始應(yīng)用于制酸、冶金等工業(yè)生產(chǎn)中，在1982年后國外大容量燃煤電廠也開始采用WESP以除去脫硫后煙氣中粉塵等污染物[6]。近年來，濕式靜電除塵器在冶金工業(yè)等行業(yè)中，可有效控制煙氣中酸霧、顆粒污染物排放，得到廣泛應(yīng)用。

2WESP國內(nèi)制造商及國內(nèi)外應(yīng)用情況

2.1WESP國內(nèi)制造商

目前濕式電除塵器極板主要有3種型式：金屬極板、柔性極板和玻璃鋼極板。濕式電除塵技術(shù)在國內(nèi)處于起步階段，但代表了一個重要的技術(shù)方向。目前國內(nèi)濕式電除塵出現(xiàn)了幾個不同的技術(shù)流派，主要有以福建龍凈為代表的沖洗式金屬極板的濕式電除塵技術(shù)，以山東山大能源環(huán)境有限公司為代表的柔性陽極濕式電除塵技術(shù)，以及以雙盾環(huán)境科技有限公司為代表的玻璃鋼濕式電除塵技術(shù)。此外還有浙江菲達(dá)環(huán)保引進(jìn)的日本三菱濕式電除塵技術(shù)、浙江南源引進(jìn)的日本日立濕式電除塵技術(shù)和南京通用引進(jìn)的日本科特雷爾濕式電除塵技術(shù)，也是采用沖洗式金屬極板，技術(shù)路線與龍凈環(huán)保大致相同。

2.2WESP國外應(yīng)用情況

日本三菱公司于1991至1993年對碧南電廠的1、2、3號機組(3×700MW，技術(shù)路線：低NOx燃燒器+SCR煙氣脫硫工藝+電除塵器+濕法煙氣脫硫工藝+WESP)建成WESP，碧南電廠4、5號2臺1 000MW機組WESP(采用低NOx燃燒器+SCR煙氣脫硫工藝+低低溫電除塵器(含移動極板)+濕法煙氣脫硫工藝+WESP+水媒體凈煙氣加熱器技術(shù)路線)分別于2009年、2010年投運，機組設(shè)計WESP進(jìn)口煙塵質(zhì)量濃度≤5mg/m3，出口煙塵質(zhì)量濃度≤2mg/m3，除塵效率60%。

燃用硫分為4.2 %的美國spurlock電廠1、2號機組WESP(采用低NOx燃燒器+SCR煙氣脫硫工藝+電除塵器+濕法煙氣脫硫工藝+WESP技術(shù)路線)分別于2008年和2009年投運。燃用硫分為2.6 %ElmRoad電廠1、2號機組WESP(采用低NOx燃燒器+SCR煙氣脫硫工藝+電除塵器+濕法煙氣脫硫工藝+WESP技術(shù)路線)分別于2009年和2010年投運。美國燃煤電廠WESP的應(yīng)用主要針對燃中、高硫煤電廠。

2.3WESP國內(nèi)投運情況

不同型式WESP國內(nèi)投運情況如表1所示。

表1　不同型式WESP國內(nèi)投運情況[6]

3綜合對比分析

3.1工程概括

本工程位于京津翼地區(qū)，規(guī)劃建設(shè)4×660MW燃煤機組，本期建設(shè)2×660MW超超臨界直接空冷凝汽抽汽機組，配2臺超超臨界一次再熱煤粉爐。鍋爐采用超超臨界參數(shù)變壓直流爐、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐，推薦28MPa/600℃/620℃的主機參數(shù)。

本工程設(shè)計煤種為崔家寨煤礦煙煤(含硫量0.8%)，校核煤種為水西煤礦煙煤(含硫量0.75%)。脫硫系統(tǒng)采用石灰石—石膏濕法脫硫工藝。本工程雖燃用低硫煤，但屬于新建電廠，將粉塵、SO2、NOx、PM2.5、SO3及汞等控制共同考慮，提出先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)路線，按煙氣流程，鍋爐尾部設(shè)備配置如下：一級省煤器—選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝裝置—二級省煤器—空氣預(yù)熱器—低溫省煤器—雙室五電場靜電除塵器—引風(fēng)機—脫硫塔(濕法脫硫)—WESP—煙囪。

3.2技術(shù)對比

不同極板型式的WESP技術(shù)綜合對比如表2所示。

表2　不同極板型式的WESP技術(shù)綜合對比[6]

4結(jié)語

金屬極板WESP、柔性陽極WESP和玻璃鋼陽極WESP在國內(nèi)都屬于前沿技術(shù)，產(chǎn)品分屬幾家廠商，產(chǎn)品投運時間都很短。通過技術(shù)對比可以看出3種技術(shù)路線各有優(yōu)劣。

金屬極板WESP由于極板穩(wěn)定，并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、SO2、NH3、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；柔性陽極的陽極框架和張緊裝置雖然采用了2205或2507等防腐蝕鋼材，但是由于長期暴露在混合強酸的環(huán)境中，存在一定的腐蝕風(fēng)險；玻璃鋼極板WESP主要用于化工及冶金行業(yè)(比電阻較低)，火電廠煙氣的比電阻要高很多，除塵效率能達(dá)到多少有待驗證。綜合比較，初步認(rèn)為金屬極板性能略優(yōu)于柔性陽極及玻璃鋼極板。從技術(shù)潮流來看，金屬極板WESP為國際主流技術(shù)，已在多個國家得到應(yīng)用，國內(nèi)主流采用金屬極板WESP，而柔性陽極WESP經(jīng)過多年的發(fā)展，仍然只有極少數(shù)應(yīng)用案例，因此認(rèn)為技術(shù)方向的風(fēng)險大于金屬極板，國內(nèi)投運項目已出現(xiàn)極板燒毀現(xiàn)象。

柔性陽極WESP和玻璃鋼陽極WESP的優(yōu)勢在于其沒有循環(huán)水系統(tǒng)的電耗和加藥中和環(huán)節(jié)，因此年運行費用稍低，但對脫硫系統(tǒng)將產(chǎn)生影響，打破了脫硫系統(tǒng)酸堿平衡，需要增加脫硫CaO用量，也要增加費用，總體運行費用相差不大。同時不具備脫除SO3、SO2、NH3、汞等重金屬污染物的能力。

綜合分析對比，認(rèn)為金屬極板WESP在技術(shù)風(fēng)險和可靠性上占有優(yōu)勢，可以長期保證低排放，并實現(xiàn)多種污染物的協(xié)同治理，特別是對SO3高效脫除，能夠有效緩解防腐，降低煙囪防腐費用。因此可以作為較佳的技術(shù)推薦方案。結(jié)合本工程現(xiàn)有設(shè)備情況，如果煙塵排放要求達(dá)到5mg/Nm3，除塵效率需在80%以上，建議選擇金屬極板WESP。 如果煙塵排放要求達(dá)到10mg/Nm3，除塵效率需在60%以上，建議首選金屬極板WESP，也可考慮選用柔性陽極或玻璃鋼陽極WESP。但從設(shè)備的性能、安全可靠性、維護(hù)管理等因素綜合考慮，應(yīng)選擇金屬極板濕式電除塵器。

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(本文編輯：趙艷粉)

WESP Selection for Air-Cooled Ultra-Supercritical Thermal Power Unit

HONG Ru-song

(ScienceandTechnologicalResearchInstitute，ChinaDatangCorporation,Beijing102206)

Abstract:Wet electrostatic precipitator (WESP) is a kind of environmental protection equipment for in-depth control of multi pollutant. This paper makes a comprehensive comparative analysis of three kinds of WESP: metal plate, flexible plate and fiber glass plate. It is shown that Metal plate WESP, with advantages in the technical risk and reliability，can ensure the low emission, multi-pollutant co-benefit control，especially efficient SO2 removal，and effectively relieve the corrosion and reduce the anti-corrosion cost of the chimney.

Key words:WESP；comprehensive comparative analysis；multi-pollutant；co-benefit control

DOI：10.11973/dlyny201601020

作者簡介：洪如松(1982)，男，碩士，工程師，從事電力勘測設(shè)計和技術(shù)經(jīng)濟(jì)工作。

中圖分類號：X773

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-1256(2016)01-0089-04

收稿日期：2015-10-13