濕式電除塵在鍋爐煙氣超凈治理工程中的應(yīng)用

李明波，徐延忠，王志良

（1.江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院，南京 210036；2.江蘇省環(huán)科院環(huán)境科技有限責(zé)任公司，南京 210036；3.江蘇省環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210036）

濕式電除塵在鍋爐煙氣超凈治理工程中的應(yīng)用

李明波1、2、3，徐延忠1、2、3，王志良1、2、3

（1.江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院，南京 210036；2.江蘇省環(huán)科院環(huán)境科技有限責(zé)任公司，南京 210036；3.江蘇省環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210036）

針對某75t/h鍋爐濕式電除塵工程項(xiàng)目的特點(diǎn)，綜合考慮待處理煙氣量、含塵量、除塵效率等設(shè)計(jì)條件和減排要求，計(jì)算確定了濕式電除塵關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，完成了核心設(shè)備設(shè)計(jì)選型。工程應(yīng)用結(jié)果表明，該濕式電除塵裝置的總除塵效率可達(dá)90%，實(shí)際煙塵排放濃度為3.0mg/m3，低于5mg/m3超凈排放限值要求，工程設(shè)計(jì)合理，達(dá)到預(yù)期效果。

濕式電除塵；細(xì)顆粒物；除塵效率；超凈排放；煙氣治理

當(dāng)前，我國環(huán)境污染防控已取得積極進(jìn)展，但依然不容樂觀，特別是部分地區(qū)大氣霧霾形勢嚴(yán)峻[1、2]，相關(guān)部門陸續(xù)出臺(tái)了多項(xiàng)政策措施，大力治理以PM2.5為代表的細(xì)微顆粒物，改善空氣質(zhì)量[3、4]。煤炭燃燒是產(chǎn)生霧霾的重要根源，但由于我國資源稟賦的特點(diǎn)和能源成本的制約，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)在今后一段時(shí)期內(nèi)難以發(fā)生根本轉(zhuǎn)變[5]。因此，能源清潔高效利用就成為我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

目前，以燃煤鍋爐為代表的鍋爐煙氣治理島一般由脫硫、脫硝和除塵三部分構(gòu)成。對于目前應(yīng)用最廣泛的濕法脫硫工藝，雖然通過脫硫塔漿液的洗滌作用可脫除煙氣中的部分顆粒物，但由于存在脫硫漿液夾帶、脫硫產(chǎn)物結(jié)晶析出，會(huì)同時(shí)生成一定量的細(xì)微顆粒物。脫硫塔頂部設(shè)置的常規(guī)機(jī)械式除霧器對小液滴、細(xì)微顆粒及氣溶膠粒子的脫除能力有限，存在脫硫漿液霧化夾帶現(xiàn)象，從而導(dǎo)致煙囪有時(shí)會(huì)出現(xiàn)“石膏雨”，或是有長煙尾的“藍(lán)煙”現(xiàn)象。

在傳統(tǒng)的煙氣治理工藝下，除塵裝置無法有效控制其下游設(shè)施（如濕法脫硫）產(chǎn)生的細(xì)微顆粒物。因此，無論原有除塵裝置的除塵效率有多高，煙囪排放均受到濕法脫硫之后仍未脫除的前端逃逸煙塵、濕法脫硫自身產(chǎn)生的細(xì)微顆粒物和氣溶膠等的影響。常規(guī)濕法脫硫工藝允許的凈煙氣霧滴攜帶量為75mg/m3，其含固率約20%，意味著僅濕法脫硫排出的粉塵濃度就達(dá)到15mg/m3。若要達(dá)到目前粉塵超低排放限值的要求（5mg/m3），在保證除塵裝置效率的同時(shí)，還須盡量減少脫硫環(huán)節(jié)產(chǎn)生的細(xì)微顆粒物，濕式電除塵是一個(gè)理想選擇[6～8]。環(huán)境保護(hù)部在《環(huán)境空氣細(xì)顆粒物污染防治技術(shù)政策（試行）》（征求意見稿）中明確指出：鼓勵(lì)火電企業(yè)采用濕式電除塵等新技術(shù)，防止脫硫造成的“石膏雨”污染?！睹弘姽?jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014～2020年）》也將濕式電除塵作為嚴(yán)控大氣污染物排放的一種控制技術(shù)。

本文基于濕式電除塵的技術(shù)特點(diǎn)，針對某75t/h鍋爐濕式電除塵工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，綜合考慮處理煙氣量、含塵量、除塵效率等設(shè)計(jì)條件和減排要求，通過相關(guān)計(jì)算，完成了相應(yīng)的濕式電除塵器的設(shè)計(jì)選型工作。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，該工程設(shè)計(jì)合理，效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可為類似工程項(xiàng)目濕式電除塵的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供借鑒。

1 濕式電除塵工作原理

濕式電除塵的原理為空氣電暈放電導(dǎo)致顆粒荷電和氣液兩相流的流體流動(dòng)，其原理與電除塵相似，但二者對集塵極上捕集到的顆粒的清除方式有較大區(qū)別，電除塵器一般采用機(jī)械振打或聲波清灰等方式清除電極上的積灰，而濕式電除塵則采用沖刷液沖洗電極，水流從集塵極頂端流下，在集塵板上形成連續(xù)的液膜，將捕獲的顆粒物沖刷到灰斗中隨水排出。

濕式電除塵工作原理如圖1所示。

圖1 濕式電除塵工作原理

交流電經(jīng)變壓器升壓，負(fù)極接電除霧器的電暈極，正極接沉淀極，形成高壓電場；煙氣進(jìn)入電場后，分散于其中的霧滴、塵粒與負(fù)離子相遇而荷電；荷電后的顆粒向沉淀極移動(dòng)，最終沉積在沉淀極上與氣體分離，從而達(dá)到凈化煙氣的目的；沉淀極上的霧、塵粒積聚到一定的厚度后，靠自重流至濕式電除塵器底部。

濕式電除塵器的除塵效率可由以下公式計(jì)算：

η= （1 - e- WA/ Q） ×100 %

式中：e —自然對數(shù)底數(shù)；

W— 粒子在電場中的移動(dòng)速度，即荷電粒子向沉淀極的運(yùn)動(dòng)速度，亦稱驅(qū)進(jìn)速度，m/s ；

A — 電除霧器沉淀極總面積，m2；

Q — 通過電除霧器的氣體流量（操作狀態(tài)） ，m3/ s。

對于管式電除霧器，A可由以下公式計(jì)算：

A = nSL

n — 沉淀極管數(shù)目；

S — 沉淀極管周長，m；

L — 沉淀極管長度，m。

由上述計(jì)算公式可以看出，影響電除霧效率的參數(shù)有氣體流量Q、驅(qū)進(jìn)速度W和沉淀極總面積A。驅(qū)進(jìn)速度與氣體組成、所含霧塵的粒徑、電場數(shù)目、電壓與電流、極板間距、沉淀極面積、霧塵的比電阻及運(yùn)行狀況等因素有關(guān)，因此單純從理論上計(jì)算是很困難的，也是不夠的，可通過經(jīng)驗(yàn)公式或類比法獲得。從結(jié)構(gòu)上考慮，極板尺寸、沉淀極總面積直接影響除霧效率，也是設(shè)計(jì)過程需考慮的重要因素。

2 工程設(shè)計(jì)情況

某項(xiàng)目75t/h鍋爐為實(shí)現(xiàn)煙塵超凈排放，擬在石灰石-石膏濕法脫硫塔基礎(chǔ)上配套建設(shè)濕式電除塵器。

濕電除塵器入口設(shè)計(jì)條件：

（1） 煙氣量182,492m3/h（工況）；

（2） 煙氣溫度50℃～55℃；

（3） 含塵量30mg/m3。

粉塵設(shè)計(jì)排放濃度≤5mg/Nm3（干基，6%O2）。濕式電除塵凈化效率設(shè)計(jì)曲線見圖2。

圖2 濕式電除塵凈化效率設(shè)計(jì)曲線

從圖2可以看出，隨著收塵極長度的增加，凈化效率逐漸提高，當(dāng)收塵極長度低于5m時(shí)，凈化效率隨收塵極長度的增加提高較快；當(dāng)收塵極長度超過5m時(shí)，凈化效率提高趨勢逐漸趨緩?？紤]到煙塵排放控制要求和投資性價(jià)比，該項(xiàng)目的收塵極設(shè)計(jì)長度取6m。

該濕電除塵裝置外形輪廓為6.0m×10m（直徑×高），陽極管采用六邊形形式，總數(shù)量為172根，如圖3所示。濕式電除塵器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見下表。

圖3 濕式電除塵器結(jié)構(gòu)圖

濕式電除塵器設(shè)計(jì)參數(shù)表

3 工程應(yīng)用情況

該項(xiàng)目于2016年4月正式投運(yùn)，煙囪白煙現(xiàn)象得到明顯改善，視覺污染基本得到解決。檢測結(jié)果顯示，該濕式電除塵裝置出口煙氣中粉塵含量為3.0mg/Nm3，低于5.0mg/Nm3的設(shè)計(jì)值，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。該濕式電除塵裝置投運(yùn)前后排煙情況如圖4所示。

圖4 濕式電除塵投運(yùn)前后排煙情況對比

4 結(jié)論

通過對濕式電除塵主要影響因素的分析，結(jié)合該濕式電除塵項(xiàng)目的煙塵治理要求，設(shè)計(jì)了濕式電除塵關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，完成了核心設(shè)備的設(shè)計(jì)選型。實(shí)際工程應(yīng)用結(jié)果表明，該濕式電除塵裝置的總除塵效率可達(dá)90%，凈煙氣實(shí)際煙塵排放濃度3.0mg/m3，低于5mg/m3超凈排放要求，達(dá)到了預(yù)期效果。

濕式電除塵是一種控制細(xì)顆粒物排放的有效技術(shù)，但目前電除塵投資尚較大，用戶壓力大，有待于進(jìn)一步通過技術(shù)創(chuàng)新和規(guī)?；I(yè)化生產(chǎn)來降低造價(jià)，擴(kuò)大推廣應(yīng)用，創(chuàng)造更大的環(huán)境效益。

[1] 中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.2015中國環(huán)境狀況公報(bào)[R].

[2] 謝元博，陳娟，李巍.霧霾重污染期間北京居民對高濃度PM2.5持續(xù)暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)及其損害價(jià)值評估[J].環(huán)境科學(xué)，2014，35（1）：1-8.

[3] 中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.《環(huán)境空氣細(xì)顆粒物污染防治技術(shù)政策（試行）》（2013）[S].

[4] 中華人民共和國環(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（2013年第14號(hào)）[Z].

[5] 國務(wù)院辦公廳.能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014～2020年）（國辦發(fā)〔2014〕31號(hào)）[Z].

[6] 周益輝，曾毅夫，劉彰，等.濕式電除塵器對PM2.5的治理效果及應(yīng)用前景[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2014（9）：27-30.

[7] 冷杰，天乙，張家維.300MW聯(lián)合發(fā)電機(jī)組濕式電除塵器特點(diǎn)及運(yùn)行[J].東北電力技術(shù)，2007（2）： 9-11，32.

[8] Richard C.Staehle，Ronald J.Triscori，K.Sampath （Sam）Kumar，etc. The Past，Present and Future of Wet Electrostatic Precipitators in Power Plant Applications[C].Combined Power Plant Air Pollutant Control Mega Symposium.（2003）.

Application of Wet Electrostatic Precipitators in Boiler Flue Gas Ultra Low Emission Treatment Project

LI Ming-bo, XU Yan-zhong, WANG Zhi-liang

X701

A

1006-5377（2016）12-0035-03

江蘇省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（No.BE2014726）。