燃煤電廠濕式電除塵技術(shù)及應(yīng)用

林國鑫

（福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司，福建 龍巖 364000）

燃煤電廠濕式電除塵技術(shù)及應(yīng)用

林國鑫

（福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司，福建 龍巖 364000）

濕式電除塵器在我國燃煤電廠應(yīng)用起步時間不長，但推廣迅速，應(yīng)用數(shù)量多。文章介紹了燃煤電廠濕式電除塵器技術(shù)及應(yīng)用的研究成果和實踐經(jīng)驗，涵蓋選型設(shè)計、典型工藝及工程應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)。

濕式電除塵器；復(fù)式結(jié)構(gòu)；灰水分離裝置

1 引言

燃煤電廠濕式電除塵器布置在濕法脫硫之后，濕式電除塵器對細微顆粒物有很強的脫除能力，對SO3、汞及多種重金屬污染物也有一定的脫除能力，布置在濕法脫硫之后，可以有效控制“石膏雨”、PM2.5氣溶膠、藍煙酸霧的產(chǎn)生，起到綜合治理的效果，在要求燃煤電廠達到燃氣輪機超潔凈排放的場合，顯得更加重要。

濕式電除塵器在我國燃煤電廠的應(yīng)用始于2012年，燃煤電廠濕式電除塵技術(shù)的研究可追溯到2010年，至今有近五年的歷史，與世界發(fā)達國家相比，起步晚，時間短，但推廣之迅速，應(yīng)用數(shù)量之多，可謂世界之最，到目前為止已有約200多臺、9000多萬千瓦機組的應(yīng)用。

2011年8月，國內(nèi)建成首臺1:1全尺寸濕式電除塵器試驗裝置，通過1:1全尺寸試驗，總結(jié)出濕式電除塵器的噴淋規(guī)律，掌握了確保極板上獲得均勻水膜的最佳配置和運行參數(shù)，確定了可以獲得最佳電氣運行參數(shù)的極配形式及噴淋與高壓供電的匹配關(guān)系，解決了濕態(tài)下高壓供電配置的問題。

2012年2月，中間試驗裝置在國內(nèi)15t/h循環(huán)流化床鍋爐的麻石脫硫除塵器后安裝使用，驗證了試驗所得研究成果的正確和適用。

2012年7月，完成了灰水分離裝置和水循環(huán)利用的試驗研究；完成了燃煤電廠石灰石-石膏法濕法脫硫之后濕式電除塵器工業(yè)應(yīng)用樣機的設(shè)計、制造、安裝調(diào)試；2013年1月國內(nèi)首臺濕法脫硫后金屬板式濕式電除塵器在上海長興島第二發(fā)電廠67t/h爐12MW機組上成功投運，實測粉塵排放濃度為：1號機3.9mg/Nm3，2號機4mg/Nm3，實現(xiàn)了超低排放。

該項研究以《燃煤電廠PM2.5新型濕式電除塵技術(shù)及裝備》為課題納入2013年度中國國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（“863”計劃）。

2 濕式電除塵器的選型設(shè)計

濕式電除塵器與干式電除塵器機理相同，但介質(zhì)條件有差異，導(dǎo)致選型設(shè)計、參數(shù)選擇具有一定的特殊性。

2.1 介質(zhì)的特殊性

燃煤電廠石灰石-石膏法濕法脫硫之后的濕式電除塵器，其面對的煙氣介質(zhì)有3個特性：飽和煙氣含濕量大；呈酸性，腐蝕性強；所含顆粒物細微。介質(zhì)的3大特性對濕式電除塵器的選型、結(jié)構(gòu)、清灰方式、材料選擇、供電會產(chǎn)生重大影響。

2.2 介質(zhì)的理化特征

濕法脫硫后煙氣介質(zhì)所含顆粒物由兩部分構(gòu)成，一部分是前端除塵裝置未除盡，又經(jīng)濕法脫硫洗滌后逃逸的煙塵，其主要成分是SiO2、Al2O3，粒徑大部分在10μm以下，另一部分是脫硫塔逃逸的脫硫反應(yīng)物，其主要成分是硫酸鹽，即CaSO4·2H2O（石膏），粒徑細微及少量未反應(yīng)的CaCO3，粒徑取決于磨制工藝。

煙氣中所含氣體介質(zhì)主要有NOx、SO2、SO3、HCl、HF、NH3，多數(shù)以氣溶膠的形態(tài)存在，粒徑屬亞微米級或微米級。此外，煙氣中還有大量霧滴和水汽。

2.3 介質(zhì)的電氣特征

無論是固體顆粒物還是氣溶膠，由于霧滴和水汽的作用而失去其固有的電氣特征，易于荷電和捕集，沒有高比電阻和反電暈產(chǎn)生，但大量荷電的細微顆粒物和氣溶膠，如PM2.5和SO3氣溶膠，停留在空氣中，形成空間電荷，其極性與放電電極相同，能夠抑制電暈放電而發(fā)生電暈封閉，除塵性能因此受到影響，這是濕式電除塵器選型和設(shè)計時要特別關(guān)注的。

2.4 特定工藝的影響

潮濕的細微顆粒物捕集到收塵極板上，現(xiàn)有振打的方式已不能實現(xiàn)有效清灰，用水沖洗是目前普遍采用的有效方法，這也是濕式電除塵器得名的原因。于是，極板上均勻水膜的取得，噴淋沖洗制度，材料的抗結(jié)垢、抗腐蝕、抗電蝕能力成為影響濕式電除塵器性能和壽命的重要因素，選型和設(shè)計中應(yīng)加以考慮。

噴淋沖洗產(chǎn)生的灰水，又臟又酸，直接外排會產(chǎn)生二次污染，且耗水量大，灰水的循環(huán)使用是濕式電除塵器設(shè)計必須解決的重要問題。

2.5 選型設(shè)計指導(dǎo)原則

濕式電除塵器的選型設(shè)計仍然采用多依奇公式：

其中：

η — 濕式電除塵效率，%；

A — 總集塵面積，m2；

Q — 處理煙氣量，m3/s；

e — 近似2.718；

w — 驅(qū)進速度，m/s；

SCA — 比集塵面積，m2/m3/s；

κ—指數(shù)0.5。

除塵效率與煙氣流速成反比，與粉塵粒徑成正比，選型設(shè)計時應(yīng)充分考慮，類比時需合理修正。連續(xù)噴淋對除塵效率提高有利，選型時可適當考慮。

利用試驗數(shù)據(jù)進行選型設(shè)計時，要充分考慮模型與實際之間的偏差，選取適當?shù)男拚禂?shù)。修正系數(shù)一般取值小于1，SCA修正系數(shù)一般取值大于1。

煙氣流速一般取2～3m/s。

氣流分配與分布應(yīng)通過CFD數(shù)值模擬，必要時利用物理模型試驗校正。

3 對典型工藝的適應(yīng)性研究

燃煤電廠濕法脫硫后濕式電除塵器面對潮濕、腐蝕和細微顆粒物的介質(zhì)特性，極板的適應(yīng)性研究圍繞材料的電氣特性、抗結(jié)垢、抗腐蝕、抗電蝕展開。對比材料用不銹鋼金屬極板、導(dǎo)電玻璃鋼極板、柔性（膜）極板。

3.1 材料的電氣特性

不同材質(zhì)的極板，同極距300mm，在潮濕環(huán)境中通上高壓，測試其伏安特性，研究其電氣特性。結(jié)果表明，不銹鋼極板的二次電壓為60kV、丙綸（柔性）極板的二次電壓為48kV、碳纖維（柔性）極板的二次電壓為32kV。不銹鋼極板的起暈電壓為18kV、丙綸19kV、碳纖維的起暈電壓為10kV。伏安特性如圖1。

圖1 金屬極板與柔性極板的伏安特性對比

金屬極板與導(dǎo)電玻璃鋼極板的電氣特性對比試驗，在相同極距和相同溫度（70℃）條件下進行。結(jié)果表明，金屬極板的二次電壓為61kV，導(dǎo)電玻璃鋼極板的二次電壓隨材料導(dǎo)電性的提高而提高，表面電阻為50Ω的導(dǎo)電玻璃鋼極板的二次電壓為51kV，500Ω的導(dǎo)電玻璃鋼極板的二次電壓為48kV，105Ω的導(dǎo)電玻璃鋼極板的二次電壓為33kV。伏安特性如圖2。

圖2 金屬極板與導(dǎo)電玻璃鋼極板的伏安特性對比

試驗表明，金屬極板的電氣性能優(yōu)于非金屬（膜和導(dǎo)電玻璃鋼）極板的電氣性能，導(dǎo)電玻璃鋼極板的電氣性能隨著材料電阻的增高而降低。

3.2 材料的抗電蝕

金屬極板與導(dǎo)電玻璃鋼極板的抗電蝕對比試驗，在相同極距和相同溫度（70℃）的條件下進行，通過長時間耐電弧沖擊，測試伏安特性變化。結(jié)果表明，金屬極板的二次電壓基本維持在55～56kV之間，二次電流維持在5～5.7mA之間，極板沒有被擊穿；50Ω玻璃鋼極板的二次電壓基本維持在47～48kV之間，二次電流維持在3～3.5mA之間，極板沒有被擊穿；500Ω玻璃鋼極板的二次電壓和二次電流持續(xù)下降，二次電壓由約47kV下降至約33kV，二次電流由3.3mA下降至1mA左右，已被擊穿；105Ω玻璃鋼極板，經(jīng)受5min的電火花擊打之后，二次電壓立即下降，極板與陰極線之間出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象。

試驗表明，金屬極板的抗電蝕能力優(yōu)于導(dǎo)電玻璃鋼極板，導(dǎo)電玻璃鋼極板的抗電蝕能力隨著導(dǎo)電性能的提高而提高。

3.3 材料的抗結(jié)垢

金屬極板與非金屬極板的抗結(jié)垢試驗，在模擬濕式電除塵器的運行條件下進行，通過考察，對比不同材質(zhì)的極板在同等條件下掛灰和清除的能力。結(jié)果表明，金屬極板易清洗，不易結(jié)垢；導(dǎo)電玻璃鋼極板較難清洗，較易結(jié)垢；柔性極板難清洗，易結(jié)垢。

3.4 材料的抗腐蝕

不銹鋼極板的腐蝕試驗在實驗室進行，對304、316L、445、ND鋼、2205、2507等幾種典型不銹鋼，在50℃恒溫條件下做試樣浸泡腐蝕試驗，硫酸溶液濃度分別為10%、15%、20%、25%、30%，浸泡時間24小時，測量腐蝕量，推算各種材料的年腐蝕率，為正確選用極板材質(zhì)提供依據(jù)。同時將不同材質(zhì)的不銹鋼試樣懸掛在實際運行的濕式電除塵器中進行對比試驗。結(jié)果表明，316L不銹鋼是適應(yīng)目前應(yīng)用條件，性價比最高的不銹鋼材料；2205不銹鋼可應(yīng)用在腐蝕性更強，有特別要求的場合。

4 工程關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 緊湊型結(jié)構(gòu)

在國內(nèi)，絕大多數(shù)燃煤電廠場地有限，從濕法脫硫的吸收塔到煙囪之間不僅場地狹窄，且管道密布，支架林立，而濕式電除塵器由于用水清灰，為保證清灰效果，極板高度不能過高，目前，國際上通用的極板高度僅8m，濕式電除塵器要達到一定的性能，就要有足夠的規(guī)格，占地面積比較大，因此，再要布置濕式電除塵器，顯得異常困難，不解決緊湊結(jié)構(gòu)技術(shù)，就要影響濕式電除塵器的應(yīng)用。

解決場地問題，首先要因地制宜選擇濕式電除塵器的結(jié)構(gòu)形式，或立式，或臥式。立式比較適合小機組，大機組一般都用臥式。

對臥式濕式電除塵器而言，實現(xiàn)緊湊結(jié)構(gòu)的出路有兩條，一是向空中發(fā)展，二是內(nèi)部結(jié)構(gòu)的緊湊布置。向空中發(fā)展有二個途徑，一是復(fù)式布置，二是加高極板。

復(fù)式布置，要解決上層清灰水對下層電場的影響，下層陰極懸掛結(jié)構(gòu)，下層電場的維修更換，上、下層煙氣量的分配和電場內(nèi)氣流分布等問題。為此，開展了結(jié)構(gòu)設(shè)計研究、CFD計算機數(shù)值模擬和物理模型模擬研究，解決了上述問題。復(fù)式結(jié)構(gòu)可節(jié)約占地面積50%。圖3是復(fù)式濕式電除塵器在330MW機組、670MW機組上的應(yīng)用。

圖3 華電淄博330MW（左）大唐黃島670MW（右）機組復(fù)式濕式電除塵器

內(nèi)部結(jié)構(gòu)的緊湊研究主要從陰極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)著手，在分析了陰、陽極系統(tǒng)配置，陰極系統(tǒng)側(cè)部懸掛與頂部懸掛的結(jié)構(gòu)差異之后，確定采用頂部懸掛可以進一步縮小長度方向的占地面積，但需要著重解決噴淋系統(tǒng)的布置與陰極懸掛系統(tǒng)的干涉和阻礙。如果解決了這些問題，可實現(xiàn)頂部懸掛，單電場濕式電除塵器，長度方向可節(jié)約1.45m。

4.2 灰水分離器

濕式電除塵器的清灰水，必須經(jīng)過灰水分離后才能循環(huán)使用。

對高濃度灰水，宜采用過濾分離以適應(yīng)濕式電除塵器連續(xù)作業(yè)需求。現(xiàn)有的過濾技術(shù)有濾網(wǎng)過濾、介質(zhì)過濾等，應(yīng)用于不同場合。但類似濕式電除塵器，需過濾大量細顆粒物的過濾裝置尚不多見，需要開發(fā)研究。在解剖分析典型過濾器結(jié)構(gòu)和應(yīng)用問題后，對過濾結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新改進，實現(xiàn)細顆粒物的有效分離，滿足濕式電除塵器應(yīng)用需求。新型灰水分離器及分離效果如圖4。

圖4 新型灰水分離器（左）及分離效果（右）

5 案例

河北國華定州發(fā)電有限責任公司4號爐660MW機組濕法脫硫后配套一臺濕式電除塵器，于2014年11月完成改造投入運行。2015年9月測試，煙氣排放濃度1.8mg/Nm3。設(shè)備如圖5。

Wet ESP Technology and Application in Coal-fired Power Plant

LIN Guo-xin
(Fujian Lonjin Desulfurization and Denitration Engineering Co., Ltd, Fujian Longyan 364000, China)

The paper introduces wet ESP technology and research results and practice experiences, key technologies of containing mode selection design, typical technologies and engineering applications in coal-fired power plant.

wet ESP; compound structure; separating device of ash and water

圖5 國華定州660MW機組濕式電除塵器

X701 文獻標志碼：A 文章編號：1006-5377（2017）09-0036-04