電廠700MW機(jī)組改造濕式電除塵技術(shù)分析

羅如生，余偉權(quán)，林國(guó)鑫，程國(guó)輝，陳藝聰，林翔，鄭巖峰

（1.福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000；2.廣東省粵電集團(tuán)有限公司，廣東 珠海 519000）

1 項(xiàng)目背景

燃煤電廠煙氣排放中含有的煙塵及SO2、NOx等，被認(rèn)為是造成大氣污染的主要原因。為同時(shí)滿足電力需求與環(huán)保要求，國(guó)家提出煤電升級(jí)行動(dòng)計(jì)劃。國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家能源局聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014～2020年）》（發(fā)改能源〔2014〕2093號(hào)）明確提出煤電改造的目標(biāo)與期限，要求東部地區(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(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值[2]。廣東省發(fā)改委印發(fā)的粵發(fā)改能電函〔2015〕2102號(hào)文件，要求全省煤電機(jī)組“基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值”，提出了比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格的污染物排放指標(biāo)，即煙塵及NOx、SO2排放濃度不高于10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3，鼓勵(lì)珠三角地區(qū)“達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值”，即煙塵及NOx、SO2排放濃度不高于5mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3 [1]。 廣東省某電廠是珠三角地區(qū)的重點(diǎn)發(fā)電企業(yè)，其1號(hào)、2號(hào)（2×700MW）機(jī)組鍋爐煙氣通過(guò)電袋復(fù)合除塵器處理后，出口粉塵濃度＜20mg/Nm3，已達(dá)到較低的排放水平，電袋復(fù)合除塵器后部的濕法脫硫裝置對(duì)粉塵仍有一定的脫除能力，但其自身仍會(huì)帶出部分含塵液滴，導(dǎo)致煙塵最終排放濃度存在不確定性。該電廠決定對(duì)1號(hào)、2號(hào)（2×700MW）機(jī)組進(jìn)行環(huán)保升級(jí)改造，以保障兩臺(tái)機(jī)組的煙塵排放濃度穩(wěn)定控制在5mg/Nm3以下，使煙塵濃度最終達(dá)標(biāo)排放。

2 技術(shù)路線選擇

2.1 濕式電除塵器優(yōu)勢(shì)

濕式電除塵器一般設(shè)置在脫硫設(shè)施與煙囪之間，用于去除脫硫后飽和濕煙氣中的煙塵、氣溶膠等細(xì)微顆粒，在濕法脫硫系統(tǒng)后布置濕式電除塵器可有效去除煙氣中的PM2.5粉塵、SO3和Hg及氧化物等污染物，具有聯(lián)合脫除的效果。濕式電除塵作為高效除塵的尖端精處理設(shè)備，在處理復(fù)雜濕煙氣PM2.5組分方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。我國(guó)近幾年陸續(xù)完成一批濕式電除塵改造工程，部分項(xiàng)目煙塵排放濃度甚至達(dá)到≤1mg/Nm3。

2.1.1 工作原理

濕式電除塵器的工作原理與干式靜電除塵器相同[3]，如圖1所示，在濕式電除塵器的陰、陽(yáng)極之間施加數(shù)萬(wàn)伏直流高壓電，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，電暈線周圍產(chǎn)生電暈放電，隨飽和濕煙氣進(jìn)入其中的塵（霧）粒子與這些正、負(fù)離子相碰撞、凝并而荷電。荷電后的塵（霧）粒子在高壓靜電場(chǎng)力的作用下向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，到達(dá)陽(yáng)極板后將其所帶的電荷釋放而被陽(yáng)極收集。不同于干式靜電除塵器振打清灰的方式，濕式電除塵器通過(guò)水沖刷清灰，具有清灰更加徹底，能長(zhǎng)期保持極板表面清潔，保障除塵器長(zhǎng)期穩(wěn)定高效運(yùn)行的特點(diǎn)。

圖1 濕式電除塵工作原理

2.1.2 協(xié)同治理

SO3在溫度高于露點(diǎn)、低于205℃（400℉）時(shí)，以H2SO4微液滴形式存在[3]。其平均顆粒直徑小于0.4μm，屬亞微米顆粒范疇，導(dǎo)致干電和FGD對(duì)SO3去除率低。如圖2所示，在濕式電除塵中，放電極被水浸潤(rùn)后，電子易激發(fā)，電場(chǎng)中存在大量帶電霧滴，大大增加了亞微米粒子碰撞帶電的機(jī)率，而帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度是布朗運(yùn)動(dòng)的數(shù)十倍，這樣就大幅度提高了亞微米粒子向收塵極板運(yùn)行的速度，提高了收集效率。因此，濕式電除塵能夠在一定程度上去除亞微米粒子。據(jù)國(guó)內(nèi)外研究數(shù)據(jù)，濕式電除塵對(duì)SO3的去除率在30%～60%。

脫硫系統(tǒng)出口石膏以CaSO4、H2O液滴形式存在，脫硫后的飽和煙氣中攜帶部分水滴，在通過(guò)濕式電除塵的高壓電場(chǎng)時(shí)可被捕獲并被沖洗走，從而降低煙氣攜帶水量，減小石膏雨的形成機(jī)率。雖然國(guó)內(nèi)沒(méi)有實(shí)際的測(cè)試數(shù)據(jù)驗(yàn)證，但根據(jù)電除塵機(jī)理和濕式除塵機(jī)理的綜合作用，濕式電除塵可除去煙氣中的石膏液滴和重金屬亞微米顆粒物。

圖2 濕式電除塵對(duì)SO3去除原理

2.2 各型式濕式電除塵器對(duì)比

如圖3所示，國(guó)內(nèi)濕式電除塵常用型式主要有金屬平板式、非金屬導(dǎo)電玻璃蜂窩管式和非金屬柔性材料方管式三種[4]，其中金屬平板式濕式電除塵技術(shù)是國(guó)內(nèi)燃煤電廠的主流技術(shù)。

圖3 各種濕式電除塵結(jié)構(gòu)

（1）金屬平板式濕式電除塵的結(jié)構(gòu)型式與常規(guī)干電基本相同，陽(yáng)極板采用平板結(jié)構(gòu)，一般為臥式布置，煙氣平進(jìn)平出?？傮w尺寸較大，煙氣流速一般在2～3m/s，煙氣停留時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)PM2.5細(xì)微顆粒及氣溶膠等脫除率高。陽(yáng)極板及陰極線材質(zhì)多為316L或2205雙相不銹鋼，機(jī)械強(qiáng)度高、剛性好、不易變形、極間距有保證、電場(chǎng)穩(wěn)定性好，運(yùn)行電壓高。金屬極板耐高溫，當(dāng)脫硫系統(tǒng)故障時(shí)可在較高煙溫下運(yùn)行，抗電腐蝕。金屬極板表面平整，水膜分布均勻，清灰效果好，能夠長(zhǎng)期保證極板、極線干凈，確保設(shè)備高效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)為連續(xù)噴水清灰，具有脫除SOx、NH3、Hg等重金屬污染物的能力，噴淋水經(jīng)收集處理后，大部分水進(jìn)入噴淋系統(tǒng)循環(huán)使用，小部分排水根據(jù)電廠水處理工藝靈活分配，一般輸送給濕法脫硫系統(tǒng)循環(huán)使用。運(yùn)行耗水量大，循環(huán)水系統(tǒng)的存在，增加了水處理耗材。

（2）非金屬導(dǎo)電玻璃蜂窩管式濕式電除塵，煙氣沿蜂窩管通過(guò)除塵器，多為立式布置，煙氣流向?yàn)樯线M(jìn)下出或下進(jìn)上出?？傮w尺寸較緊湊，煙氣流速在3m/s左右，蜂窩管道受結(jié)構(gòu)限制不宜過(guò)長(zhǎng)。極板材質(zhì)導(dǎo)電玻璃鋼機(jī)械強(qiáng)度高，不易變形，但剛性一般。陰極線為合金材質(zhì)，位于陽(yáng)極管蜂窩結(jié)構(gòu)孔道中心采用重力張緊，運(yùn)行時(shí)受氣流影響易波動(dòng)，極間距較難保證，總體收塵效率易受影響。導(dǎo)電玻璃鋼不耐高溫，溫度高于95℃樹(shù)脂開(kāi)始變形，溫度高于120℃時(shí)對(duì)材質(zhì)有致命損害，脫硫故障時(shí)存在燒毀風(fēng)險(xiǎn)。不抗電腐蝕，極板易燒蝕。無(wú)水膜沖洗清灰，極板表面平整度有限，清灰無(wú)保證，有積灰可能，嚴(yán)重時(shí)將破壞水膜。系統(tǒng)沒(méi)有持續(xù)地噴水清灰， 影響了對(duì)SOx、NH3、Hg等重金屬污染物的脫除能力。噴淋系統(tǒng)每隔一段時(shí)間進(jìn)行沖洗，噴水時(shí)需要斷電或降電壓，短時(shí)降低收塵效果。無(wú)循環(huán)水系統(tǒng)，水系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行耗水量低。

（3）非金屬柔性材料方管式濕式電除塵，陽(yáng)極由非金屬柔性有機(jī)合成纖維、柔性材料織物構(gòu)成的方形孔道組成，煙氣流向?yàn)橄逻M(jìn)上出，立式布置，總尺寸較緊湊，方孔通道受結(jié)構(gòu)限制不宜過(guò)長(zhǎng)，煙氣流速約為3m/s，停留時(shí)間較短，高風(fēng)速時(shí)電極易擺動(dòng)，影響除塵性能。煙氣沿陽(yáng)極方孔流過(guò)，被濕煙氣浸濕的纖維材料收塵極具有導(dǎo)電性。柔性陽(yáng)極四周配有金屬框架和張緊裝置，陰極線為鉛銻合金材質(zhì)，位于每個(gè)方孔四個(gè)陽(yáng)極面的中間，機(jī)械強(qiáng)度弱，易變形擺動(dòng)，極板表面平整度有限，有積灰的可能，極間距不易保證，電場(chǎng)穩(wěn)定性差。通過(guò)收塵極板的全表面均勻水膜自流清灰，電極無(wú)噴淋清灰系統(tǒng)，靠收集飽和煙氣中水分的自重帶出煙塵等收集物，沉淀后進(jìn)入脫硫廢水地坑。系統(tǒng)沒(méi)有持續(xù)地噴水清灰， 影響了對(duì)SOx、NH3、Hg等重金屬污染物的脫除能力。噴淋系統(tǒng)每隔一段時(shí)間進(jìn)行沖洗，噴水時(shí)需斷電或降電壓，短時(shí)降低收塵效果。無(wú)循環(huán)水系統(tǒng)，水系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行耗水量低。

2.3 技術(shù)路線確定

低負(fù)荷運(yùn)行是目前階段許多大機(jī)組的常態(tài)，其它超低排放技術(shù)，如塵硫一體等多采用改進(jìn)吸收塔除霧器機(jī)械結(jié)構(gòu)達(dá)到物理除塵效果，鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，煙氣量減小，煙氣流速下降對(duì)其效果影響極大，較難保障除塵效果穩(wěn)定。濕式電除塵在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，其比集塵面積得到提高，除塵效率反而得到提高。從技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析，非金屬導(dǎo)電玻璃蜂窩式和非金屬柔性材料方管式兩種濕式電除塵經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，應(yīng)用逐漸增多，但在除塵性能和可靠性方面略次于金屬平板濕式電除塵。反觀金屬平板濕式電除塵，經(jīng)過(guò)幾十年的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的超潔凈排放示范項(xiàng)目大多采用臥式金屬平極濕式電除塵，足以說(shuō)明該技術(shù)的成熟可靠。該工程最終采用金屬平板式濕式電除塵為煙囪排放終端把關(guān)，以確保改造后實(shí)現(xiàn)可靠穩(wěn)定超低排放。

3 工程技術(shù)特點(diǎn)

3.1 合理布局，滿足緊張工期

新增設(shè)的濕式電除塵高位布置在吸收塔出口，針對(duì)原吸收塔水平出口煙道通過(guò)較長(zhǎng)跨度斜下接入垂直段GGH的特點(diǎn)，方案布置因地制宜，合理利用原斜煙道所處空間布置濕式電除塵，不改變?cè)瓱煔庾呦?，并通過(guò)CFD氣流模擬，設(shè)置導(dǎo)流裝置，消除因煙道布局變化導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增加的問(wèn)題。

該改造工程緊迫，從簽訂協(xié)議至投運(yùn)周期僅有4個(gè)月，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、采購(gòu)、安裝等各環(huán)節(jié)均面臨巨大工期壓力?；谑┕ぶ芷诘目紤]，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)勘查后，確定利用原GGH鋼結(jié)構(gòu)支架方案。支架結(jié)構(gòu)采用懸臂支托，使新增支架基礎(chǔ)避開(kāi)地面煙道、電纜溝道等設(shè)備。如圖4所示，最終每爐支架僅需新增4根鋼立柱，且GGH鋼支架加固及新增鋼立柱土建基礎(chǔ)可實(shí)現(xiàn)不停爐施工，并充分利用煙囪及吸收塔間的空地，布置濕式電除塵控制間及水系統(tǒng)設(shè)備，最大限度降低項(xiàng)目投資，減少工程量，縮短改造工期。

3.2 特殊灰水分離裝置

濕式電除塵內(nèi)部沖洗之后的灰水呈弱酸性，且含有大量細(xì)微顆粒，不能直接循環(huán)使用。若直接廢棄將造成二次污染，同時(shí)消耗大量的工業(yè)用水。該項(xiàng)目的水系統(tǒng)遵循高效分離、循環(huán)利用的設(shè)計(jì)原則，結(jié)合場(chǎng)地特點(diǎn)，采用鋼結(jié)構(gòu)斜管沉淀池作為濕式電除塵灰水處理裝置。配套的斜管沉淀池理論處理水量約為80t/h，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷3.48m3/m2·h，占地空間6m（寬）×10m（長(zhǎng)）×5m（高）。如圖5所示，濕式電除塵內(nèi)部的沖洗水通過(guò)灰斗收集后引入斜管沉淀池，經(jīng)混凝、絮凝去除懸浮物，達(dá)到濕式電除塵電場(chǎng)沖洗水質(zhì)要求。處理后的灰水進(jìn)入循環(huán)水箱，通過(guò)循環(huán)泵打入濕式電除塵內(nèi)部做為沖洗水使用。斜管沉淀池底部污泥區(qū)設(shè)置泥斗收集沉淀后的污泥，通過(guò)排泥泵打入廠區(qū)污水處理系統(tǒng)。

圖5 水處理工藝

3.3 無(wú)熱風(fēng)吹掃陰極絕緣結(jié)構(gòu)

電除塵器陰極系統(tǒng)絕緣性能直接影響除塵效率，該電廠地處沿海地區(qū)，臺(tái)風(fēng)頻發(fā)，如按常規(guī)設(shè)置熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)，當(dāng)臺(tái)風(fēng)襲來(lái)時(shí)，帶雨水汽可能被熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)離心風(fēng)機(jī)吸入，進(jìn)入陰極絕緣子室使絕緣失效。絕緣子室設(shè)計(jì)取消了常規(guī)熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)，對(duì)陰極系統(tǒng)絕緣密封進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，每個(gè)陰極承壓絕緣子設(shè)置雙層加熱、雙層密封以防結(jié)露。內(nèi)層小密封筒略大于絕緣子尺寸，保障安全放電距離定制，其內(nèi)外均設(shè)置加熱器同步加熱，小密封筒外層設(shè)計(jì)大保溫箱，其空間充裕，便于內(nèi)部檢修。保溫箱內(nèi)空氣受熱膨脹，能有效壓制從絕緣子室泄漏的微正壓氣體，杜絕絕緣子室漏氣結(jié)露。

3.4 高頻電源應(yīng)用

該項(xiàng)目采用高頻電源供電，以保障濕式電除塵長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行。濕式電除塵內(nèi)部電場(chǎng)工作環(huán)境潮濕，要求高壓設(shè)備在無(wú)火花或少火花模式下運(yùn)行，所以在控制上采用硬件和軟件雙重超微火花檢測(cè)。系統(tǒng)根據(jù)火花信號(hào)表征進(jìn)行閃絡(luò)預(yù)判，一旦發(fā)現(xiàn)立即調(diào)用火花處理程序進(jìn)入微細(xì)火花控制模式，快速分析微細(xì)火花數(shù)據(jù)并加以處理，迅速降壓輸出?；鸹ㄏ绾?，迅速恢復(fù)二次電壓輸出至接近火花閃絡(luò)前參數(shù)，防止連續(xù)閃絡(luò)。再根據(jù)運(yùn)行參數(shù)逐步增加輸出，直至運(yùn)行參數(shù)恢復(fù)至火花閃絡(luò)峰值或系統(tǒng)設(shè)定值。經(jīng)優(yōu)化控制軟件后，高頻電源可在幾十微秒內(nèi)關(guān)斷輸出，在短時(shí)間內(nèi)使火花熄滅，5～15ms恢復(fù)全功率供電。在100次/min的火花率下，平均輸出高壓無(wú)下降。高頻電源火花沖擊最小，恢復(fù)最快，最適于濕式電除塵。

4 運(yùn)行效果

該項(xiàng)目于2016年12月底正式投運(yùn)，圖6為濕式電除塵安裝后的外形圖。實(shí)際運(yùn)行中將濕式電除塵運(yùn)行電流極限設(shè)置為60%，二次電壓基本在40kV，火化率保持在0。各種工況下，根據(jù)CEMS在線監(jiān)測(cè)顯示結(jié)果（如圖7所示），出口粉塵排放濃度穩(wěn)定控制在2mg/Nm3以下，達(dá)到協(xié)議＜3.2mg/Nm3的要求。

圖6 濕式電除塵外形

圖7 CEMS運(yùn)行界面

5 結(jié)語(yǔ)

采用合理的技術(shù)路線，并根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)備選型及設(shè)計(jì)，因地制宜，優(yōu)化布局，是超低排放改造工程成功實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。本次改造的成功案例證明，金屬平板式濕式電除塵是實(shí)現(xiàn)可靠穩(wěn)定超低排放的首選裝備。該裝備對(duì)于火力發(fā)電廠常見(jiàn)的大氣污染物具有協(xié)同治理作用，不僅適用于電廠的改造工程，同時(shí)適用于新建火力發(fā)電廠工程。

[1] 環(huán)境保護(hù)部，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 13223-2011火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].2011.

[2] 國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)，環(huán)境保護(hù)部，國(guó)家能源局.關(guān)于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》的通知[EB/OL].2014.

[3] 陳招妹，王劍波，姚宇平，尹得仕.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(guó)電除塵學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2013.

[4] 張海濤.不同技術(shù)路線濕式電除塵器技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較[J].節(jié)能與環(huán)保， 2015（10）.

[5] 中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)電除塵委員會(huì).燃煤電廠超低排放技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2015.

[6] 周祖飛，金新榮.影響濕法煙氣脫硫效率的因素分析[J].浙江電力，2001 （3）：42-45.

[7] 郭俊，馬果駿，閻冬，等.論燃煤煙氣多污染物協(xié)同治理新模式——兼談龍凈環(huán)保 “煙氣治理島”模式[J].電力科技與環(huán)保，2012，28（3）：13-16.