新排放標準下燃煤電廠濕式電除塵器應用分析

胡志光，李　麗，徐　勁

(華北電力大學 a. 環(huán)境科學與工程學院； b. 能源動力與機械工程學院，河北保定071003)

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新排放標準下燃煤電廠濕式電除塵器應用分析

胡志光a，李麗a，徐勁b

(華北電力大學 a. 環(huán)境科學與工程學院； b. 能源動力與機械工程學院，河北保定071003)

針對目前國內大多數燃煤電廠所采用的煙氣治理路線難以滿足排放標準的問題，通過介紹濕式電除塵器的除塵機理及布置方式，對比目前主流的3種濕式電除塵技術及能滿足現行排放標準的除塵技術，分析了濕式電除塵器在燃煤電廠的應用。結果表明，將濕式電除塵器作為煙氣進入煙囪前的最后一道把關設備，能持續(xù)實現超低排放，效果顯著。為燃煤電廠濕式電除塵器的應用提供一定的參考。

濕式電除塵器；除塵；污染物控制

0　引言

近年來，全國霧霾天氣頻發(fā)，對人們身心健康和生產生活造成嚴重影響,霧霾問題已引起國內外學者的廣泛關注。相關資料顯示，超微細顆粒物“PM2.5”比表面積較大、表面活性及吸附性強，容易富集各種重金屬、有機污染物等有毒物質，且在空氣中懸浮時間長，傳輸距離遠，是導致大氣能見度低、霧霾、酸雨等重大環(huán)境問題的“罪魁禍首”[1]。研究表明，燃煤電廠直接排放的PM2.5約占全國PM2.5排放量的10%，加之由燃煤產生的二次顆粒物，燃煤電廠排放的比例還會更高[2]。目前國內大多數燃煤電廠采用的除塵方式對PM2.5的捕集效率為：普通干式除塵器約為50%～60%；低溫電除塵器約為50%～60%；移動極板電除塵器約為60%～70%；袋式除塵器約為70%～80%；電袋除塵器約為70%～80%?？芍?，這些除塵器對PM2.5的最高脫除率為80%左右，但這些除塵設備均布置于脫硫系統(tǒng)上游，對脫硫系統(tǒng)上游產生的污染物起到控制作用，但對濕式脫硫系統(tǒng)運行過程中產生的水霧、石膏雨、硫酸氣溶膠等污染物無能為力。而且目前被大多數燃煤電廠所采用的選擇性催化還原脫硝技術會催生更多的SO3，部分會和逃逸的氨結合生成(NH3)2SO4氣溶膠，多余的氨發(fā)生逃逸也會生成氣溶膠，脫硝催化劑中含有的重金屬，還會增加后續(xù)煙氣中重金屬的含量[3]。這些現象都導致了從脫硫系統(tǒng)出來的煙氣難以達到現行的排放標準。因此，國內大多數燃煤電廠煙氣處理系統(tǒng)缺乏對脫硫后的煙氣中污染物進行終端處理的設備。參考美國、日本、歐洲等發(fā)達國家和地區(qū)濕式電除塵器成熟應用經驗及國內現有的濕式電除塵器運行經驗，將濕式電除塵器布置于濕法脫硫系統(tǒng)下游，對進入煙囪前煙氣中存在的微細顆粒物(包括PM2.5粉塵、SO3酸霧、及氣溶膠等)、重金屬(如Hg、As、Se、Pb、Cr等)、有機復合污染物(如多環(huán)芳烴、二噁英等)等污染物進行脫除，效果顯著。隨著國家環(huán)保標準的日益嚴格及人們對美好生存環(huán)境的渴望，火力發(fā)電廠燃煤鍋爐及其他工業(yè)鍋爐尾部加裝濕式電除塵器已是大勢所趨[4]。

圖1　濕式電除塵器工作原理

1　濕式電除塵器的工作原理

濕式電除塵器脫除污染物的過程如圖1所示，分為空氣電離、粉塵及霧滴粒子荷電、收集和水力清灰4個階段。

2　技術特點分析

2.1技術優(yōu)勢

與普通干式靜電除塵設備相比，濕式電除塵器具有以下技術特點：

(1)起暈電壓低，放電電壓高，能提供幾倍于干式電除塵器的電暈功率。

(2)不受粉塵比電阻及粒徑影響，可有效捕集微細顆粒物(包括PM2.5粉塵、SO3酸霧、及氣溶膠等)、重金屬(如Hg、As、Se、Pb、Cr等)、有機污染物(如多環(huán)芳烴、二噁英等)等復合污染物。

(3)可捕集濕法脫硫設備產生的衍生物，消除石膏雨。

(4)可達到其他煙氣治理設備難以達到的極低的排放指標：顆粒物排放濃度≤3 mg/Nm3，煙囪排放普遍控制在20 mg/Nm3以下，部分場合更可達到10 mg/Nm3(甚至5 mg/Nm3)以下的超低排放。

(5)系統(tǒng)壓力損失小。

(6)改變了清灰方式，可靠的水力清灰系統(tǒng)，避免了粉塵的二次飛揚現象。

(7)無轉動部件等易損件，運行穩(wěn)定，安全可靠，維護費用較低。

(8)結構形式設計多樣化，可與其他設備進行一體化設計，減小占地空間。

2.2濕式電除塵器存在的問題

(1)水力清灰耗水量巨大，需與濕法脫硫系統(tǒng)聯(lián)合設計，建立水循環(huán)系統(tǒng)，實現水的循環(huán)使用，盡量減少污水排放，需要排放的污水必須處理達標后進行排放。

(2)濕式除塵器布置于脫硫塔后高濕環(huán)境，工作環(huán)境極其惡劣，電場內部件材質及連接方式都需慎重考慮。

(3)濕式電除塵器的布置方式，結構形式，應仔細考慮，在達標排放的前提下實現占地面積最小化。

(4)目前國內經驗不夠成熟，存在單獨設計成本較高現象。

3　濕式電除塵器布置方案

目前，國內燃煤電廠煙氣處理工藝一般是由脫硝、除塵、脫硫組成?，F有除塵工藝存在對脫硝過程產生的有毒重金屬，除塵系統(tǒng)未捕集的細微顆粒物及脫硫系統(tǒng)產生的三氧化硫和石膏夾帶等處理不良的問題。而將濕式電除塵器安裝于濕法脫硫設備之后就成了最佳選擇。以濕式電除塵器為核心的煙氣協(xié)同治理路線如圖2所示。也是目前世界上最為先進的煙氣處理路線。

圖2　以濕式電除塵器為核心的煙氣協(xié)同治理路線

4　濕式電除塵器技術方案比較

將目前較為主流的3種濕式電除塵器做了比較，如表1所示[5]。

就濕式電除塵器的性能而言，金屬極板濕式電除塵器可靠性最好，極間距、電場穩(wěn)定性好，運行電壓高；煙氣流速較低，能有效控制氣流帶出，PM2.5，SO3等脫除效率高；使用壽命達15年以上；耐高溫，當脫硫系統(tǒng)發(fā)生故障時，可以在較高煙氣溫度下運行；電暈線和極板在水循環(huán)系統(tǒng)的沖洗下，能夠保持清潔，系統(tǒng)性能穩(wěn)定。導電玻璃鋼濕式電除塵器極板機械強度介于金屬極板和柔性極板之間，極間距易保證，具有良好的電場穩(wěn)定性和較高的PM2.5，SO3脫除率；使用壽命與產品質量以及制作產品所用的樹脂等原材料性能有關，大多數在10～15年左右；但導電玻璃鋼極板材料在較高煙溫下工作壽命會變短，甚至發(fā)生燒蝕。柔性極板濕式電除塵器可靠性差、陽極材料易變形，極間距和電場穩(wěn)定性差，運行電壓低；較高的煙氣流速易導致極板搖動并帶出氣流，除塵性能難以保證；柔性陽極使用壽命6年左右，據介紹一個大修周期內換布率不超過20%；陽極材料不耐高溫，陽極板在較高煙溫下工作壽命變短，甚至發(fā)生燒蝕；因為沒有連續(xù)噴淋水系統(tǒng)，清灰性能難以保證。

表1　3種主流濕式電除塵器技術基本參數對比

5　與目前其他除塵技術的比較

將新排放標準下幾種電除塵器新技術做了對比，主要技術特點如表2所示[6-9]。

6　結論

(1)國家排放標準日益嚴格，普通干式除塵器已難以達標，出現了許多除塵新工藝，但大多數除塵工藝依然是布置于脫硫系統(tǒng)上游的，對于脫硫系統(tǒng)產生的污染物難以控制，濕式除塵器在這一方面優(yōu)勢明顯。

(2)布置于脫硫系統(tǒng)下游的濕式電除塵器能有效脫除微細顆粒物、有毒重金屬、有機復合污染物，消除石膏雨、藍煙等現象，使煙囪粉塵濃度排放降至10 mg/Nm3以下，甚至降至5 mg/Nm3。具有其他技術無可比擬的優(yōu)勢[10,11]。

(3)濕式除塵器在國內的應用目前存在國內技術不夠成熟，國外引進技術成本過高，甚至部分中小電廠難以負荷。

(4)國內目前對于濕式電除塵技術研究不夠成熟，應用經驗不足，部分已投產的濕式電除塵器存在基建及運行成本高、腐蝕嚴重，產生的廢水處理不良引起的二次污染嚴重、氣流分布不均等問題。

(5)國內相關科研人員應加強對濕式電除塵器極板新材料的開發(fā)，針對如何減輕腐蝕、減小氣流均布系數、降低基建及運行成本等方面進行研究，以促進濕式電除塵器逐漸被更多電廠采用[12]。

(6)國內電廠應結合自身的實際情況，在對地理位置、煤質、煙氣條件等參數進行充分考慮的前提下，選擇適合自身狀況的煙氣處理方式，以促使達到低成本，高效能。

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Analysis of Wet Electrostatic Precipitator Application in Coal-fired Power Plants Under New Emission Standards

HU Zhiguanga， LI Lia， XU Jinb

(a. School of Environmental Science and Engineering; b. School of Energy Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)

In light of the problem that the flue gas treatment line used by most domestic coal-fired power plants is difficult to meet emission standards, this paper introduces the WESP work mechanism and its layout form, and by comparing the current three mainstream WESP technology and other dedust technologies which satisfy current emission standards, the application of WESP in coal-fired power plants is then analyzed. The result shows that as the final check device before flue gas getting into the chimney, WESP can continue achieving ultra-low emissions, and the effect is significant. This paper provides a reference for the application of WESP in coal-fired power plants.

WESP； dedust； pollution control

2016-05-24。

胡志光(1958-)，男，教授，主要研究方向為電除塵器的計算機仿真控制技術和專家故障診斷技術,E-mail:hzg2991@126.com。

X51

A

10.3969/j.issn.1672-0792.2016.08.014