330MW燃煤供熱機(jī)組徑流濕式靜電除塵器應(yīng)用

程立華，馬希紅，張立權(quán)

（河北建投宣化熱電有限責(zé)任公司，河北 張家口 075100）

1 高效終端處理技術(shù)—濕式電除塵技術(shù)

1.1 濕式電除塵技術(shù)對(duì)PM2.5去除機(jī)理

在電除塵器中對(duì)粉塵顆粒有兩種類型的荷電過程，對(duì)于直徑大于1μm的顆粒來說，電場荷電是主要作用，顆粒碰撞沿電力線運(yùn)動(dòng)的負(fù)離子而帶電，這時(shí)電壓的強(qiáng)弱是影響這個(gè)過程的最主要因素。對(duì)于直徑小于0.5μm的顆粒來說，擴(kuò)散荷電是主要作用，亞微米粒子在隨機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)與負(fù)離子碰撞而帶電，注入的電流密度是影響擴(kuò)散放電最重要的因素。濕式靜電除塵中，因放電極被水浸潤后，電子較易溢出，同時(shí)水霧被放電極尖端的強(qiáng)大電火花進(jìn)一步擊碎細(xì)化，使電場中存在大量帶電霧滴，大大增加亞微米粒子碰撞帶電的機(jī)率，而帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的速度是布朗運(yùn)行的數(shù)十倍，這樣就大幅度提高了亞微米粒子向集塵極運(yùn)行的速度，可以在較高的煙氣流速下，捕獲更多的微粒。

1.2 徑流濕式靜電除塵技術(shù)的特點(diǎn)

早先的WESP裝置多采用臥式板式技術(shù)（金屬極板），這種裝置由于采用水膜清灰方式，故需要設(shè)置專門的水處理系統(tǒng)，將收集的酸液在稀釋加堿中和后，一部分進(jìn)入脫硫補(bǔ)水，一部分循環(huán)使用，這對(duì)于堿的消耗很大，對(duì)噴嘴性能要求更高，且對(duì)水量、電量的消耗也相應(yīng)增大；此外，濕式電除塵器一般布置在煙氣脫硫系統(tǒng)后，故爐后需要增加布置場地，對(duì)于新建機(jī)組一般影響不明顯，對(duì)于已投產(chǎn)的老機(jī)組由于可供改造的場地有限，在使用空間上就提出了更嚴(yán)格的要求；第三，由于陰陽極均平行于氣流方向布置，陽極板采用平行懸掛的金屬極板，電暈電極采用框架式結(jié)構(gòu)，若達(dá)到85%的除塵效率，需要設(shè)置兩個(gè)電場，煙氣的系統(tǒng)阻力也隨之增加約為250～350Pa。

與傳統(tǒng)金屬陽極濕式靜電除塵器不同，徑流濕式靜電除塵器將收塵陽極板垂直于氣流方向布置，使電場力的方向與引風(fēng)力的方向在同一水平線上，使粉塵顆粒在引風(fēng)力與電場力的共同作用下，在新型陽極板上完成捕集。由于新型陽極板采用橫向布置，不僅對(duì)粉塵有一定的物理攔截作用，而且對(duì)細(xì)微顆粒物收集能力更強(qiáng)，減少收塵極數(shù)量。

2 項(xiàng)目概況

河北建投宣化熱電有限責(zé)任公司燃煤供熱機(jī)組鍋爐煙道尾部配置濕法石灰石——石膏全煙氣脫硫系統(tǒng)，不設(shè)GGH，經(jīng)過廣泛調(diào)研，決定采用徑流式濕法靜電除塵技術(shù)，在脫硫吸收塔后增加徑流濕式靜電除塵器，實(shí)現(xiàn)煙囪出口煙塵排放濃度低≤5mg/Nm3。

3 設(shè)計(jì)參數(shù)與系統(tǒng)構(gòu)成

河北建投宣化熱電有限責(zé)任公司330MW機(jī)組中采用的徑流濕式除塵器布置在脫硫后。煙氣先經(jīng)過電除塵器去除絕大部分粉塵，然后經(jīng)過濕式石灰石——石膏法去除SO2，最后將濕法脫硫后溫度低、濕度大、腐蝕性強(qiáng)的煙氣再經(jīng)過徑流濕法靜電除塵器進(jìn)行終端處理。

本裝置的原理與常規(guī)濕式除塵器相似：金屬放電線在直流高壓的作用下，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(yùn)動(dòng)，并沉積在收塵極上。其優(yōu)勢體現(xiàn)在下述3方面：①與煙氣接觸部分全部采用2205雙相不銹鋼，其具有強(qiáng)度高，沖擊韌性好，抵抗氯離子和硫化物的應(yīng)力腐蝕。與普通不銹鋼相比，能大量節(jié)省用材；于作用在固定電極上的、采用2205雙相不銹鋼制成的新型陽極板，與普通陽極板相比，相同體積下具有更大的集塵面積，且通透率達(dá)到95%以上，大大降低了系統(tǒng)運(yùn)行阻力，減少了占地面積；③由于采用固定電極式陽極系統(tǒng)，只需在固定電極下部設(shè)計(jì)獨(dú)立的清洗室，使用高壓噴嘴在固定電極內(nèi)部向外沖洗網(wǎng)板，沖洗完的污水通過灰斗和管道排至脫硫塔循環(huán)使用，減少了系統(tǒng)的耗電量和耗水量。

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

表1為宣化熱電有限責(zé)任公司的平均煤種的煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)可以確定濕式靜電除塵器的設(shè)計(jì)參數(shù)，為除塵器性能測試提供重要依據(jù)。

表1 煤質(zhì)分析資料

根據(jù)煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)、脫硫裝置煙氣參數(shù)及電除塵器的實(shí)際參數(shù)，最終確定徑流濕式除塵裝置的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，具體數(shù)值如表2所示。

表2 徑流濕式靜電除塵器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成

本項(xiàng)目的徑流濕式除塵器主要由殼體、進(jìn)出風(fēng)口、分布板、陽極裝置、陰極裝置、沖洗裝置和供電電源等部分組成。結(jié)構(gòu)布置圖如圖1所示。

（1）分布板。煙氣自脫硫吸收塔出口進(jìn)入徑流濕式除塵裝置，此時(shí)煙道氣流分布不均勻，嚴(yán)重影響粉塵和液滴的去除效率，因此在濕式徑流除塵裝置進(jìn)風(fēng)口處布置2層分布板，通過布置分布板，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)煙氣的充分?jǐn)U散，減小了渦旋產(chǎn)生的區(qū)域并降低了系統(tǒng)的阻力損失。經(jīng)過現(xiàn)場進(jìn)行的氣流分布均勻性試驗(yàn)，氣流均勻性實(shí)現(xiàn)σ≤0.15，滿足濕式靜電除塵對(duì)氣流均布的要求。

圖1 徑流濕式電除塵器結(jié)構(gòu)布置

（2）陰極裝置。由于濕式靜電除塵器在濕煙氣環(huán)境下工作，故陰極系統(tǒng)全部采用具有耐腐蝕性的2205雙相不銹鋼材料制成。通過對(duì)收塵性能和2205加工性能的綜合考慮，選用魚骨狀形式作為電暈電極。極配型式可保證穩(wěn)定運(yùn)行電壓達(dá)90KV。吊桿在保溫箱內(nèi)采用絕緣瓷瓶支撐，保溫箱內(nèi)配有電加熱裝置并通入熱空氣，保證保溫箱內(nèi)部溫度維持在130～150℃，以防止絕緣子上結(jié)露腐蝕和爬電現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）陽極裝置。集塵極由陽極框架及陽極板組成，通過電焊技術(shù)，將金屬網(wǎng)板焊接在固定電極框架內(nèi)。當(dāng)前后兩層網(wǎng)板間壓差>120Pa時(shí)，開啟沖洗系統(tǒng)，對(duì)陽極板進(jìn)行清灰。根據(jù)目前工程的運(yùn)作狀況，陽極板沖洗頻率為2～3天一次，一次用水量 24t，折合每小時(shí) 0.3～0.5t。

（4）沖洗系統(tǒng)。沖洗系統(tǒng)主要用于對(duì)陽極板、陰極線、分布板進(jìn)行沖洗，防止它們產(chǎn)生大量粉塵粘附并結(jié)塊的現(xiàn)象，降低除塵效率。沖洗方式與常規(guī)剛性陽電極不同，常規(guī)陽電極通過沖洗水使其表面形成均勻的水膜，使黏附至極板上的煙塵顆粒隨水膜自流至下部集液槽。對(duì)于徑流濕式除塵器，則是通過高壓清洗噴嘴對(duì)其進(jìn)行清洗，沖洗完的灰水落入灰斗中，排放至脫硫塔泵坑作為脫硫塔補(bǔ)水，從而實(shí)現(xiàn)在線清灰。由于沖洗陽極和陰極裝置的要求不同，沖洗系統(tǒng)分開運(yùn)行。經(jīng)實(shí)際工況顯示，在機(jī)組100%負(fù)荷工況下，耗水量為0.6t/h。

4 性能測試結(jié)果

施工完畢后，對(duì)項(xiàng)目運(yùn)行情況進(jìn)行驗(yàn)收監(jiān)測，監(jiān)測期間，對(duì)供熱機(jī)組不同工況負(fù)荷、不同煤質(zhì)情況下，對(duì)除塵器出口煙塵排放濃度、SO3濃度進(jìn)行檢測。工況安排如表3所示。

監(jiān)測頻次：針對(duì)每一工況條件，煙塵每小時(shí)測試三次，每次不小于10min，計(jì)算小時(shí)均值；晝、夜共測試9次。

測試結(jié)果表明：在負(fù)荷最大、煤質(zhì)最差的情況下，煙囪入口含塵濃度為4mg/Nm3，除塵效率達(dá)到87%，SO3濃度為14 mg/Nm3，SO3去除率達(dá)到60%，性能指標(biāo)高于《燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB13/2209-2015）標(biāo)準(zhǔn)中要求的限值。

5 經(jīng)濟(jì)性分析

安裝了濕式電除塵器后，將大大改善電廠周圍的環(huán)境條件，為當(dāng)?shù)鼐用窦捌髽I(yè)創(chuàng)造一個(gè)良好的生活及工作環(huán)境。初步測算，一套330MW機(jī)組安裝濕式電除塵器后每年可減排粉塵約200t，按照年運(yùn)行6100h計(jì)算，平均外排水0.1t/h，耗電量50kW考慮，預(yù)計(jì)年用水量約610t，年水耗費(fèi)用1830元（水價(jià)3元 /t）；年耗電量約 305000kW·h，年電耗費(fèi)用 91500元（電價(jià) 0.3元/kW·h）。

6 結(jié)語

徑流濕式靜電除塵器與傳統(tǒng)濕式靜電除塵器類似，都是利用高壓電場使煙氣發(fā)生電離，氣流中的粉塵荷電并在電場力作用下與氣流分離。兩者不同之處在于前者垂直于煙氣方向布置，采用噴淋方式對(duì)粉塵進(jìn)行清除，而傳統(tǒng)濕式除塵器陰極、陽極系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為平行于煙氣方向，采用水膜清灰方式。與傳統(tǒng)濕式靜電除塵器相比，徑流濕式電除塵器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）徑流濕式電除塵器處理的是脫硫系統(tǒng)后的飽和濕煙氣，電暈電流大，對(duì)濕煙氣中的粉塵比電阻沒有要求，采用與煙氣方向垂直布置，能夠使塵粒荷電性能更好，尤其對(duì)微細(xì)粉塵去除率更高。

（2）由于陽極板具有更大的集塵面積和通透率，使得徑流濕式電除塵器結(jié)構(gòu)更加緊湊，占地面積少，不僅適合于新建工程，對(duì)場地受限的改造工程更能發(fā)揮其優(yōu)勢。

（3）徑流濕式電除塵器與煙氣接觸部位全部采用2205雙向不銹鋼材質(zhì)，其具有耐腐蝕性、高強(qiáng)度、良好的沖擊韌性和抵抗氯離子的性能，使用壽命能夠達(dá)到30年。

（4）常規(guī)除塵器，在運(yùn)行過程中，除高壓電源及供水水泵會(huì)引起電量的消耗外，由于增加了循環(huán)水系統(tǒng)，故輔助的循環(huán)水泵、堿液泵等還將消耗部分電量；此外，為實(shí)現(xiàn)在線的自動(dòng)清灰，使陽極板表面形成均勻的水膜，需要較多的沖洗水，且沖洗水中添加的NaOH溶液也將提高運(yùn)行成本。此外，噴嘴的更換和泵的維護(hù)也會(huì)增加額外費(fèi)用。

徑流濕式除塵器相對(duì)于常規(guī)除塵器而言，無水循環(huán)系統(tǒng)，電量主要用于除塵器本體（高壓電源、固定電極）及供水水泵中，在工程運(yùn)行中，利用壓差的檢測，實(shí)現(xiàn)在線噴淋，從而降低了耗水、耗電量。

（5）可以脫除絕大部分SO3。濕式電除塵器技術(shù)其成功使用的歷史近100年，在燃煤電廠也有30多年的應(yīng)用。從日本及歐美電廠運(yùn)行情況來看，濕式靜電除塵器可以長期高效穩(wěn)定地去除煙氣中PM2.5、SO3酸霧等微細(xì)顆粒物。

近年來，隨著國家對(duì)環(huán)境保護(hù)的日趨重視，濕式靜電除塵器在脫硫煙氣深度凈化中的優(yōu)勢更加突出。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，可以預(yù)計(jì)，在我國的燃煤電廠濕式靜電除塵器將會(huì)得到越來越多的推廣應(yīng)用。

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