柔性濕式電除塵器關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化研究

孫尊強(qiáng)，舒 喜，申智勇，馬修元，葉毅科，唐會金

(1．國電環(huán)境保護(hù)研究院，江蘇 南京 210031；2.長安益陽發(fā)電有限公司，湖南 益陽 413000)

柔性濕式電除塵器關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化研究

孫尊強(qiáng)1，舒 喜1，申智勇1，馬修元1，葉毅科1，唐會金2

(1．國電環(huán)境保護(hù)研究院，江蘇 南京 210031；2.長安益陽發(fā)電有限公司，湖南 益陽 413000)

為了滿足新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)中的煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)(一般地區(qū)30mg/m3，重點地區(qū)20mg/m3)，需要進(jìn)行除塵提效改造。濕式靜電除塵器可以降低粉塵、液滴和重金屬的排放濃度，是目前實現(xiàn)煙塵達(dá)標(biāo)排放的選擇方案之一。但是，目前對于濕式電除塵器技術(shù)的一些關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)存缺少相關(guān)研究。通過對比2臺300MW機(jī)組柔性濕式電除塵器的實際運行效果，分析布置形式、極間距、極線形式等多種參數(shù)的影響，為今后濕式電除塵器的設(shè)計和選型提供依據(jù)。

柔性電極；濕式靜電除塵器；設(shè)計

0 引言

自2012年開始實行 《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)，一般地區(qū)火電廠煙塵排放濃度要求低于30mg/m3，重點地區(qū)執(zhí)行20mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)。2014年9月，國家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部、國家能源局印發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》中提出，鼓勵現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組的大氣污染物排放濃度達(dá)到或接近燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值(煙塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于10、35、50mg/m3)。2015年12月，國家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部、國家能源局印發(fā)的《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》中提出，要求對超低排放改造工作進(jìn)行擴(kuò)圍提速，要求東、中、西部地區(qū)現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組分別在2017、2018和2020年前全部完成超低排放改造工作。

為了實現(xiàn)煙塵達(dá)到10mg/m3(部分地區(qū)甚至要求5mg/m3)，目前采用兩種技術(shù)路線：一是增設(shè)濕式電除塵器等終端凈化裝置；二是脫硫除塵協(xié)同治理路線。就技術(shù)原理與實際使用情況來看，濕式電除塵器在技術(shù)更加成熟、可靠，且對SO3、Hg等污染物也可起到協(xié)同脫除作用[1-8]。

目前國內(nèi)的濕除根據(jù)陽極形式有以下幾類：

(1)金屬極板濕式電除塵器。該技術(shù)主要由日本三菱、日立公司在20世紀(jì)80年代研發(fā)并在燃煤電廠得到應(yīng)用，結(jié)構(gòu)形式一般采用臥式布置。

(2)導(dǎo)電玻璃鋼濕式電除塵器。該技術(shù)主要從化工行業(yè)電除霧器改進(jìn)而來，一般采用立式布置形式。目前也有采用類似金屬極板濕式電除塵器結(jié)構(gòu)形式的臥式導(dǎo)電玻璃鋼濕式電除塵器。

(3)柔性濕式電除塵器。國內(nèi)近年來研究并工業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)，它采用一種柔性纖維作為陽極收塵極，一般采用立式布置[9-11]。

(4)徑流式濕式電除塵器。該技術(shù)自2015年開始在國內(nèi)燃煤電廠開始應(yīng)用，極板為多層網(wǎng)結(jié)構(gòu)且垂直氣流布置。

本文主要研究柔性電極濕式電除塵技術(shù)在國內(nèi)火電廠大型燃煤機(jī)組中的工業(yè)化應(yīng)用情況。目前對于柔性電極濕式電除塵器的一些關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)存缺少相關(guān)研究。本次通過對比2臺300MW機(jī)組柔性濕式電除塵器的實際運行效果，分析布置形式、極間距、極線形式等多種參數(shù)的影響，為今后濕式電除塵器的設(shè)計和選型提供依據(jù)，為該項技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化和推廣積累了寶貴的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。

1 項目概況

長安益陽發(fā)電有限公司1、2號(2×300MW)燃煤機(jī)組原配備2臺雙室三電場電除塵器，出口煙塵排放濃度較高。電除塵器尾部配置石灰石-石膏濕法全煙氣脫硫系統(tǒng)，不設(shè)GGH。改造前煙塵排放濃度超標(biāo)，不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)(30mg/m3)要求，并且存在“石膏雨”現(xiàn)象。1、2號機(jī)組分別于2013年、2014年進(jìn)行增加濕式電除塵器改造。

益陽電廠1、2號(2×300MW)機(jī)組均采用的柔性濕式電除塵裝置，布置在濕法脫硫設(shè)施尾部。煙氣先經(jīng)過干式電除塵器去除絕大部分粉塵，之后再經(jīng)過濕法石灰石-石膏脫硫法去除掉SO2的同時進(jìn)一步脫除煙塵。柔性濕式電除塵裝置對脫硫后煙氣中的煙塵、SO3、Hg等污染物進(jìn)行處理。

柔性濕式電除塵技術(shù)的原理與常規(guī)濕式電除塵器的相似：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，在集塵板上形成一層均勻穩(wěn)定的水膜，將板上捕獲的粉塵沖刷到灰斗中隨水排出。

2 設(shè)計參數(shù)

益陽電廠1、2號機(jī)組設(shè)計煤種和校核煤種的煤質(zhì)分析如表1所示。這是確定濕式電除塵器設(shè)計參數(shù)的重要依據(jù)，也是濕式電除塵器性能測試的燃煤依據(jù)[12]。

根據(jù)上述煤質(zhì)分析以及摸底測試中鍋爐、電除塵器等裝置的實際運行參數(shù)，確定了柔性電極煙氣深度凈化裝置的主要設(shè)計參數(shù)，詳見表2。

表1 燃煤煤質(zhì)分析

項 目設(shè)計煤種校核煤種Mt/%9.638.39Aar/%23.8520.60Var/%21.5532.36St,ar/%0.720.83Qnet,ar/MJ·kg-121.3022.00

表2 濕式靜電除塵器的主要設(shè)計參數(shù)

項 目1號機(jī)組2號機(jī)組處理煙氣量/m3·h-115500001500000煙氣溫度/℃50～6050～60入口煙塵濃度/mg·m-3≤150≤150入口液滴含量/mg·m-3≤75≤75出口煙塵濃度/mg·m-3≤20≤18出口液滴含量/mg·m-3≤20≤18

3 系統(tǒng)構(gòu)成

1、2號機(jī)組的柔性電極煙氣深度凈化系統(tǒng)都是由殼體、導(dǎo)流整流裝置、陽極裝置、陰極裝置、沖洗裝置和供電電源等部分組成。具體布置如圖1所示，1號機(jī)組柔性濕式電除塵器采用上進(jìn)下出的結(jié)構(gòu)形式(見圖1a)，2號機(jī)組柔性濕式電除塵器采用下進(jìn)上出的結(jié)構(gòu)形式(見圖1b)。

圖1 柔性濕式電除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置示意

1、2號機(jī)組柔性濕式電除塵器的差異性主要有以下幾點：

(1)布置方式。1號機(jī)組柔性濕式電除塵系統(tǒng)采用順流式布置，即煙氣從上部流經(jīng)濕除，從濕除底部側(cè)出進(jìn)入煙囪入口煙道；2號機(jī)組柔性濕式電除塵系統(tǒng)采用逆流式布置，該方式阻力略高，但是可有效防止收集的液滴發(fā)生二次夾帶。由于場地原因，入口采用三通連箱側(cè)進(jìn)方式，該方式降低了煙氣進(jìn)入濕除截面的流速，提高了流場均勻性。

(2)流場均布。通過優(yōu)化入口煙道接口方式和導(dǎo)流裝置設(shè)計，提高濕式電除塵器入口的流場均布性能。2號機(jī)組柔性濕式電除塵系統(tǒng)的流場均勻性比1號機(jī)組的明顯提高，氣流均布系數(shù)從0.157提高到0.114。

(3)陽極布置形式。1號機(jī)組由于煙氣出口位置較高，為了實現(xiàn)煙氣導(dǎo)流和液滴的有效收集，采用了長短陽極布的布置方式，即煙氣出口方向平行的陽極布均統(tǒng)一長度布置，與煙氣出口方向垂直的陽極布分4種長度分梯度布置。如圖1a所示，越靠近煙氣出口煙道的布越短，距離煙氣出口煙道最遠(yuǎn)的陽極布最長。2號機(jī)組柔性濕式電除塵系統(tǒng)由于布置方式不同，則均采用長度為6.5m的柔性極布。

(4)極間距。1號機(jī)組柔性濕式電除塵系統(tǒng)采用400mm的同級間距，雖然可以提高集塵面積，但是電壓相對較低，要求很高的安裝精度保證極間距；2號機(jī)組柔性濕式電除塵系統(tǒng)采用420mm的同級間距，有效極間距更高，運行電壓更高(從37kV提高到46kV)，可以有效提高驅(qū)進(jìn)速度。

(5)極線形式。1號機(jī)組柔性濕式電除塵系統(tǒng)采用鉛銻合金芒刺線，該極線具有耐腐蝕的特點，被廣泛應(yīng)用于飽和濕煙氣環(huán)境。但是該極線對加工工藝和安裝工藝要求高，否則極間距難以控制，易發(fā)生斷線。2號機(jī)組柔性濕式電除塵系統(tǒng)則采用2205鋼剛性二齒芒刺極線，這種形式的極線易于安裝、保證有效極間距，并可有效提高電流、提高粉塵和液滴的荷電性。

(6)陰、陽極固定方式。1號機(jī)組柔性濕式電除塵系統(tǒng)陽極采用下部支撐，陰極采用上部懸掛和下部支撐組合固定方式；2號機(jī)組柔性濕式電除塵 系統(tǒng)陽極采用采用懸掛方式，陰極采用上部懸掛的同時，摒棄原下層陰極框架后，采用下部側(cè)拉的方式進(jìn)行限位，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單可靠。

(7)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。通過陽極固定方式等結(jié)構(gòu)優(yōu)化，相比1號機(jī)組，2號機(jī)組柔性濕式電除塵裝置的截面有效利用率從78.7%提高到85.5%。因此，在相對較小的截面下，煙氣流速依然從3.18m/s降低到2.95m/s。1、2號機(jī)組柔性濕式電除塵器的主要參數(shù)差異如表3所示。

表3 1、2號機(jī)組柔性濕式電除塵器設(shè)計參數(shù)對比

項 目1號機(jī)組2號機(jī)組煙氣量15500001500000外形尺寸/m13.1×13.1×2011×15×20截面有效利用率/%78.785.5煙氣流速/m·s-13.182.95氣流均布系數(shù)0.1570.114煙氣停留時間/s2.672.03進(jìn)氣方式上進(jìn)下出下進(jìn)上出進(jìn)口煙道側(cè)進(jìn)三通連箱側(cè)進(jìn)陽極布置形式方形方形同極間距/mm400420陽極固定型式下部支撐懸掛陽極布長度/m6.5～8.56.5陰極線材質(zhì)鉛銻柔性極線2205鋼剛性極線陰極線型式芒刺二齒芒刺陰極線固定形式纏繞螺栓陰極系統(tǒng)懸掛形式上掛下托上掛側(cè)拉設(shè)備重量/t260220

4 實際效果

在測試期間，鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定在100%左右，最大波動幅度控制在±5%以內(nèi)。

用3012H型微電腦煙塵平行采樣儀測定煙氣含濕量、含氧量，再用該儀器用網(wǎng)格法同時采集電除塵器進(jìn)、出口灰樣。在實驗室恒重后稱量，并同時測定電除塵器進(jìn)出口的靜壓、動壓、煙氣溫度。根據(jù)以上試驗數(shù)據(jù)，計算出進(jìn)口煙氣量、電除塵器的漏風(fēng)率、壓力降和除塵效率。

對煙氣系統(tǒng)漿液液滴進(jìn)行采樣，采樣管中Mg2+濃度用原子吸收分光光度計測定，再采集吸收塔漿液分析其Mg2+濃度和漿液密度，計算出煙氣中漿液液滴濃度。主要測試數(shù)據(jù)如表4所示。表中1號機(jī)組除塵效率(含干除)為99.41%，2號機(jī)組煙囪入口含塵濃度(含液滴和粉塵)為10.6mg/m3。

表4 柔性濕式電除塵器主要測試參數(shù)

項 目1號機(jī)組2號機(jī)組實測值保證值實測值保證值煙囪入口含塵濃度/mg·m-318.5≤2010.6≤18煙囪入口液滴濃度/mg·m-313.46≤20≤18阻力/Pa145.65≤251238≤300除塵效率/%99.41≮99.37579.8≮75高頻電源總功耗/kVA196.18<220--煙囪冷凝酸性液體量/%降低大于70-降低大于70-冷凝液中H+離子濃度/%降低約60-降低約60-運行電壓/kV37-46-

5 結(jié)語

在1號機(jī)組柔性濕式電除塵器基礎(chǔ)上，2號機(jī)組柔性濕式電除塵器改造時在布置、結(jié)構(gòu)、極配形式等多方面作了改進(jìn)和優(yōu)化，主要對比分析如下：

(1)布置形式。2號機(jī)組柔性濕式電除塵裝置采用順流式布置方式具有阻力低、煙道廢用低等優(yōu)點，但需要在設(shè)計上采取措施防止液滴和煙塵二次夾帶；采用逆流式布置方式具有流場好、液滴二次夾帶風(fēng)險低等優(yōu)點，但是場地布置難度較大、阻力較大等缺點。

(2)結(jié)構(gòu)形式。2號機(jī)組柔性濕式電除塵裝置通過將裝置本體的截面設(shè)計為扁平化，減少了裝置內(nèi)部的梁、柱等結(jié)構(gòu)件，有效的提升了流通面積，減少了內(nèi)部防腐的面積和施工難度，縮短了施工周期，同時減少了陽極模塊的支撐梁、柱，提高了裝置截面的利用率。

(3)極配形式。2號機(jī)組采用雙相不銹鋼2205鋼性管式二齒芒刺線，提高了陰極線的放電性能，大大降低了陰極線的抖動及斷線的概率，提高了陰極線的可靠性，同時減少了現(xiàn)場安裝的工作量；采用420mm的極間距，使放電電壓等級進(jìn)一步提高。

(4)陰、陽極固定裝置。2號機(jī)組柔性濕式電除塵裝置陰、陽極固定均采用上層框架承載方式，陰極系統(tǒng)摒棄原下層陰極框架后，改用下部側(cè)拉的方式進(jìn)行限位，使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單可靠，取消了較大的下部絕緣箱，減少了下部陰極框架材料。

(4)除塵效率高。柔性濕式電除塵裝置的顆粒物脫除效率可以達(dá)到80%以上，通過布置方式、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、極配形式等多方面優(yōu)化，2號機(jī)組濕式電除塵器出口煙塵濃度較1號機(jī)組有較大幅的降低。

從上述1、2號機(jī)組柔性濕式電除塵裝置的參數(shù)比較及分析可得出，本次2號機(jī)組柔性濕式電除塵裝置的技術(shù)優(yōu)化是正確的，裝置的性能、可靠性均有大幅提高，幾項關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)化具有顯著的效應(yīng)。本次工程證明對濕式靜電除塵器關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)化是正確且具有重大意義的，對于進(jìn)一步提高濕式靜電除塵器可靠性，推廣濕式靜電除塵器推廣應(yīng)用具有至關(guān)重要的實際意義。

[1]Saiyasitpanich P,Tim C Kneener,Soon-Jai Khang, et al. Removal of diesel particulate matter (DPM) in a tubular wet electrostatic precipitator[J]. Journal of electrostatics,2007,65(10): 618-624.

[2]呂 馨,W Chabek.濕式靜電除塵器IWS技術(shù)及在工業(yè)廢氣治理中的運用[J]. 環(huán)境工程, 2013(1): 66-68,140.

[3]陳招妹,王劍波,姚宇平, 等. 濕式電除塵器在燃煤電廠WFGD后的應(yīng)用分析[C].第十五屆中國科協(xié)年會第9分會場：火電廠煙氣凈化與節(jié)能技術(shù)研討會論文集. 貴陽:2013.

[4]Dey L,Venkataraman C.A wet electrostatic precipitator (WESP) for soft nanoparticle collection[J]. Aerosol Science and Technology, 2012,46(7): 750-759.

[5]Tsai C J, Lin G Y. Wet electrostatic precipitator with pulse jet for cleaning discharge wires[P]. 2012, Google Patents.

[6]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.

[7]陳 俊,林祖涵,顏 迅.新型濕式電除霧(塵)器在脫硫脫硝尾氣深度凈化處理工程的實踐應(yīng)用[J].電力科技與環(huán)保,2014,30(3):46-48.

[8]金定強(qiáng),馬修元,周 凱,等.濕式靜電除塵器流場的數(shù)值模擬與優(yōu)化設(shè)計[J].電力科技與環(huán)保,2015,31(1):32-35.

[9]Chang,Jingcai,Dong Yong,Wang Zhiqiang, et al. Removal of sulfuric acid aerosol in a wet electrostatic precipitator with single terylene or polypropylene collection electrodes[J]. Journal of Aerosol Science, 2011, 42(8): 544-554.

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

[11]Ramamoorthy T. Mechanical Behavior of Membranes in Electrostatic Precipitators[D]. Ohio University,2005.

[12]金定強(qiáng),舒 喜,申智勇,等.濕式靜電除塵器在火電廠大型機(jī)組中的應(yīng)用[J].環(huán)境工程, 2015(3): 65-68,72.

Research on key design parameters of flexible wet electrostatic precipitator

With the implementation of the emission standard of Air Pollutants for thermal power plants( GB13223-2011), the key regional executes the most strict emissions standards that the dust emission concentration is required to be lower 20mg/m3. In order to meet the standards, the dust removal efficiency of the existing environmentally protective facility need to be reformed. The wet electrostatic precipitator (WESP) that can further reduce the particle, droplet and heavy metal concentrations is one of the best option to achieve the emission standard. However, there is a lack of relevant research on some key design parameters of wet electrostatic precipitator technology. Some factors such as the arrangement form, inter-electrode distance and discharge electrode form are analyzed by the effect of the actual operation of the flexible wet electrostatic precipitator for two 300MW units. This results provides the basis for the design and selection of wet electrostatic precipitator.

flexible collection electrode; wet electrostatic precipitator; design

國家863計劃項目“燃煤電站多污染物綜合控制技術(shù)研究與示范”(2013AA065401)

X701.2

B

1674-8069(2017)02-026-04

2016-12-22；

2017-01-06

孫尊強(qiáng)(1982-)，男，工程師，長期從事燃煤電廠的鍋爐煙氣脫硫、脫硝和濕式靜電除塵技術(shù)的開發(fā)、設(shè)計和研究工作。E-mail：sunzunqiang@126.com