火電廠濕式電除塵器的優(yōu)化與改進(jìn)

袁 亮甘 霖

（1國(guó)家電投集團(tuán)遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司重慶科技分公司 重慶 401122 2國(guó)家電投集團(tuán)遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司 重慶 401122）

1 引言

2014年9月，國(guó)家發(fā)展改革委、環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》，要求新建和現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到或接近燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，其中，煙塵排放濃度不高于10mg/Nm3[1]，很多火電廠已經(jīng)將煙塵排放濃度提高到不高于5mg/Nm3。2015年12月，環(huán)保部、發(fā)改委、能源局再次聯(lián)合印發(fā)了《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》，要求東部、中部和西部地區(qū)分別在2017年、2018年和2020年前基本完成超低排放改造[2]。在發(fā)改委、環(huán)保部、能源局于2015年12月2日聯(lián)合印發(fā)的關(guān)于實(shí)行燃煤電廠超低排放電價(jià)支持政策有關(guān)問(wèn)題的通知（發(fā)改價(jià)格[2015]2835號(hào)）中明確規(guī)定，對(duì)驗(yàn)收合格并符合超低排放要求的燃煤發(fā)電企業(yè)給予適當(dāng)?shù)纳暇W(wǎng)電價(jià)支持[3]。其中，2016年1月1日以前、以后并網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)超低排放的機(jī)組，對(duì)其統(tǒng)購(gòu)上網(wǎng)電量加價(jià)1分/kW·h、0.5分/kW·h（含稅），且加價(jià)電量與實(shí)現(xiàn)超低排放的時(shí)間比率掛鉤[3]。由此出現(xiàn)了濕式電除塵器技術(shù)、脫硫除塵一體化技術(shù)等針對(duì)超低排放煙塵處理的技術(shù)得到了大量運(yùn)用。

濕式電除塵器除塵技術(shù)原理與干式靜電除塵器基本相同：收塵極帶正電，放電極帶負(fù)電，產(chǎn)生不均勻高壓電場(chǎng)。經(jīng)過(guò)脫硫吸收塔或則凈煙道的煙氣經(jīng)氣流分布進(jìn)入WESP，其放電極在直流高壓作用下，將其周?chē)鷼怏w電離，粉塵在電場(chǎng)中荷電并在電場(chǎng)力的作用下向收塵極運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)到收塵極表面放電被捕集，經(jīng)間歇沖洗水收集后綜合利用或則處理；凈化后的煙氣從濕式電除塵器出口排出。主要優(yōu)點(diǎn)為：適應(yīng)煙氣特性范圍廣，不受粉塵比電阻限制；借助水力清灰，不會(huì)產(chǎn)生二次揚(yáng)塵。此外，WESP還能有效減少石膏雨等二次污染，有效脫除PM10、PM2.5和SO3酸霧等，大幅度減少對(duì)煙囪的腐蝕等。

濕式電除塵器結(jié)構(gòu)一般有管式和板式兩種，其中管式濕式電除塵器應(yīng)用最為廣泛，但隨著其應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，其在實(shí)際運(yùn)行中逐漸暴露了一些問(wèn)題，相關(guān)問(wèn)題已影響到電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行，本文通過(guò)對(duì)其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的分析，提出了相關(guān)改進(jìn)措施。

2 濕式電除塵器的優(yōu)化與改進(jìn)

2.1 WESP布置的優(yōu)化

WESP通常采用垂直煙氣流向，這時(shí)WESP可垂直煙氣流獨(dú)立布置也可與其他設(shè)備組合布置。獨(dú)立布置由于占地大，阻力大，需要單獨(dú)設(shè)置沖洗水收集系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜，故WESP與其他設(shè)備，如吸收塔組合布置的方式節(jié)約占地空間，阻力最小，無(wú)需單獨(dú)設(shè)置沖洗水收集系統(tǒng)，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，對(duì)于改造項(xiàng)目尤其適用。若WESP在吸收塔頂上一起布置，應(yīng)優(yōu)先考慮WESP的支撐要與吸收塔統(tǒng)一進(jìn)行考慮，盡量少采用單獨(dú)設(shè)置支架來(lái)支撐WESP，如在某300MW以上機(jī)組上，WESP項(xiàng)目可采用不新增獨(dú)立的梁柱，直接加固原吸收塔鋼結(jié)構(gòu)，提高殼體鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定能力以承受新增WESP荷載；最終吸收塔僅需增加部份縱橫向加勁肋即可滿(mǎn)足靜電濕式電除塵器傳來(lái)荷載，基礎(chǔ)無(wú)需加固，從而節(jié)約了大量的成本工程造價(jià)和施工工期，WESP的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及可靠性得到進(jìn)一步提升。

2.2 WESP流場(chǎng)的相關(guān)優(yōu)化

設(shè)計(jì)初期，各個(gè)廠家流場(chǎng)模擬都不規(guī)范，沒(méi)有相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此WESP實(shí)際運(yùn)行中流場(chǎng)也出現(xiàn)了很多問(wèn)題，后來(lái)根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的2016年07月01日實(shí)施的DL/T 1589－2016《濕式電除塵技術(shù)規(guī)范》要求：濕式電除塵裝置應(yīng)設(shè)煙氣均流裝置，用均方根差評(píng)定除塵裝置入口斷面氣流分布均勻性，均方根差宜不大于0.15[4]。要求所有WESP項(xiàng)目必須做流場(chǎng)模擬，一般WESP項(xiàng)目入口應(yīng)設(shè)煙氣均流裝置，出口根據(jù)流場(chǎng)需要設(shè)置煙氣均流裝置或?qū)Я靼?，通過(guò)對(duì)濕式電除塵器內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬仿真計(jì)算，提出了在氣流分布板迎風(fēng)面添加導(dǎo)流板和改變氣流分布板開(kāi)孔率綜合運(yùn)用的優(yōu)化方案[5]；流場(chǎng)數(shù)值模擬中采用了實(shí)體多孔板模型,并在網(wǎng)格劃分上做了局部加密的處理,克服了多孔介質(zhì)模型計(jì)算的不足,提高了計(jì)算精度[6]。另建議煙氣均流裝置采用不低于3mm厚316L及以上材質(zhì)，耐腐蝕且可靠性好。均流裝置必須設(shè)置有加固肋，按照不低于4KN/m2平臺(tái)荷載考慮，方便檢修人員進(jìn)行工作。

圖1 濕式電除塵優(yōu)化前后的入口速度分布

2.3 噴淋及排污系統(tǒng)的優(yōu)化

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在陽(yáng)極管的上部和下部均應(yīng)設(shè)置噴淋系統(tǒng)保證陽(yáng)極管表面干凈不會(huì)被塵阻擋影響除塵效果，但是實(shí)際運(yùn)行有的項(xiàng)目沖洗效果不好，而且單個(gè)電場(chǎng)沖洗的時(shí)候相鄰電場(chǎng)受影響比較大，無(wú)法保證WESP陽(yáng)極管長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。因此噴淋系統(tǒng)須能保證所有陽(yáng)極管及陰極線能無(wú)死角全覆蓋，建議覆蓋率不低于130%，同時(shí)必須要考慮電源分區(qū)的影響，某分區(qū)進(jìn)行沖洗時(shí)不能對(duì)干擾其他分區(qū)帶電工作。陽(yáng)極管上部噴淋系統(tǒng)應(yīng)考慮陰極大梁的影響，且沖洗時(shí)間較長(zhǎng)；陽(yáng)極管下部噴淋系統(tǒng)能保證沖洗，沖洗時(shí)間可較短。噴淋系統(tǒng)在濕電內(nèi)部的管道，噴嘴及支架建議采用316L及以上材質(zhì)，WESP內(nèi)部和外部連接的閥門(mén)應(yīng)采用濕煙氣的腐蝕，采用碳鋼襯膠或其他耐腐蝕閥門(mén)。排污水在不影響脫硫系統(tǒng)水平衡的條件下，建議優(yōu)先排入濕法脫硫系統(tǒng)。

2.4 加熱裝置的優(yōu)化建議

現(xiàn)有WESP采用較多采用熱風(fēng)加熱對(duì)所有絕緣箱進(jìn)行保護(hù)絕緣，現(xiàn)在加熱器運(yùn)行情況也十分不理想，由于管道過(guò)長(zhǎng)很難保證所有頂部絕緣箱和下部絕緣箱都能保持有熱風(fēng)吹掃，從而保證絕緣溫度，由此帶來(lái)安全隱患。根據(jù)規(guī)定，采用熱風(fēng)加熱時(shí)，絕緣子內(nèi)溫度不宜低于65℃。僅采用電加熱時(shí)，絕緣子壁溫不宜低于110℃。建議頂部絕緣箱僅采用電加熱即可，但是需要考慮足夠的備用措施，如兩用一備共三組電加熱器等；下部絕緣箱僅采用熱風(fēng)加熱和電加熱雙保險(xiǎn)措施，優(yōu)先使用熱風(fēng)加熱，電加熱作為備用措施。如果上下部均使用熱風(fēng)加熱時(shí)，建議上部和下部熱風(fēng)單獨(dú)設(shè)置含有風(fēng)機(jī)及加熱器的加熱系統(tǒng)，另外尤其注意當(dāng)熱風(fēng)系統(tǒng)有向下布置的U型管時(shí)，必須要設(shè)置排水管道，防止管道積水。

2.5 陰陽(yáng)極系統(tǒng)優(yōu)化建議

現(xiàn)有陰極系統(tǒng)有剛性電極和柔性電極兩種，柔性電極受氣流影響比較大，運(yùn)行電流不穩(wěn)定，建議采用剛性電極，運(yùn)行過(guò)程中更加可靠和穩(wěn)定，陰極線采用螺栓連接時(shí)，安裝完成后將固定螺栓給點(diǎn)焊在陰極框架上，可以有效避免在運(yùn)行過(guò)程中陰極系統(tǒng)的晃動(dòng)引起的螺栓松動(dòng)，從而造成陰極線螺栓脫落。現(xiàn)有陽(yáng)極系統(tǒng)大部分項(xiàng)目均采用導(dǎo)電玻璃鋼，需要對(duì)導(dǎo)電玻璃鋼的導(dǎo)電碳纖維的布置及質(zhì)量、電阻率等進(jìn)行嚴(yán)格把控，接地系統(tǒng)宜采用2205及以上材質(zhì)，防止電化學(xué)腐蝕；陽(yáng)極管在檢修過(guò)程重點(diǎn)檢查有無(wú)灼燒痕跡，如果有灼燒過(guò)熱痕跡，證明運(yùn)行中此處有放電過(guò)熱現(xiàn)象，需要排除安全隱患。

2.6 優(yōu)化運(yùn)行建議

根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備的運(yùn)行和試運(yùn)經(jīng)驗(yàn)，建議運(yùn)行前的準(zhǔn)備工作應(yīng)至少包括以下內(nèi)容：

（1）空載試車(chē)前要對(duì)濕式電除塵器內(nèi)部進(jìn)行全面檢查，清除放電極與集塵極間的雜物，電場(chǎng)內(nèi)、上(下)框架、氣流均布板及沖洗水管等嚴(yán)禁殘留任何雜物。

（2）用無(wú)水酒精清潔絕緣子并擦拭干凈，發(fā)現(xiàn)絕緣子損傷應(yīng)立即更換。

（3）接地裝置及其它安全設(shè)施必須安全可靠。

（4）確認(rèn)沖洗水系統(tǒng)中各設(shè)備、管路及電氣接線等符合要求。

（5）通電試運(yùn)行電加熱裝置、熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)和沖洗水系統(tǒng)，確保各系統(tǒng)完善及工作正常。

（6）運(yùn)行前應(yīng)關(guān)閉并鎖緊所有的人孔門(mén)。

此外，在空載試運(yùn)行時(shí)，應(yīng)首先進(jìn)行熱風(fēng)吹掃系統(tǒng)的運(yùn)行正常，保溫箱加熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行，然后沖洗水系統(tǒng)的正常運(yùn)行（同時(shí)能達(dá)到能將陽(yáng)極系統(tǒng)潤(rùn)濕的目的），隨后進(jìn)行冷態(tài)空載升壓試驗(yàn)（要注意控制空升二次電壓，每個(gè)電場(chǎng)時(shí)間建議控制在1分鐘以下，切忌不可盲目升壓），最后空載升壓試驗(yàn)結(jié)束后再次開(kāi)啟噴淋系統(tǒng)沖洗一次。

2.7 其他建議

針對(duì)現(xiàn)在防腐采用玻璃鱗片樹(shù)脂易燃的問(wèn)題[7]，建議防腐材料可以采用合金貼襯或耐腐蝕的阻燃型結(jié)構(gòu)膠；現(xiàn)有脫硫吸收塔除霧器采用PP材質(zhì)極易燃燒，建議可以開(kāi)發(fā)阻燃材料組成的除霧器，除霧器的沖洗水及其支架可采用316L材質(zhì)；另外濕式除塵器和煙囪之間的凈煙道可設(shè)置煙氣擋板門(mén)，有效隔絕空氣，可有效防止或減少事故發(fā)生。

結(jié)語(yǔ)

本文在總結(jié)濕式電除塵塵器設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分別對(duì)其布置方式、流場(chǎng)特性、噴淋及排污系統(tǒng)、加熱裝置、陰陽(yáng)極系統(tǒng)進(jìn)行了總結(jié)分析，相關(guān)措施可有效減小現(xiàn)有濕式電除塵的建設(shè)和運(yùn)行問(wèn)題，保障電廠整體的安全運(yùn)行。

濕式電除塵器在滿(mǎn)足火電廠超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求中發(fā)揮了很大的作用，但是與脫硫除塵一體化技術(shù)相比存在能耗及投資運(yùn)行費(fèi)用較高的問(wèn)題，因此，濕式電除塵器仍有較大改進(jìn)優(yōu)化空間。

濕式電除塵器作為一種對(duì)火電廠大氣污染物超低排放是一種可靠的技術(shù)路線，在未來(lái)日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)下，可以重點(diǎn)攻關(guān)以下方向：

（1）火電廠煙塵滿(mǎn)足更低的排放標(biāo)準(zhǔn)低于3mg/Nm3甚至1mg/Nm3的要求。

（2）脫除SO3、汞等重金屬顆粒都能有效的脫除，可作為以后新的環(huán)保要求的時(shí)候的選擇方案之一。參考文獻(xiàn)

[1]國(guó)家發(fā)展改革委數(shù)據(jù)庫(kù).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)）[EB/OL].

[2]國(guó)家環(huán)保部數(shù)據(jù)庫(kù).關(guān)于印發(fā)《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》的通知（環(huán)發(fā)[2015]164號(hào)）[EB/OL].

[3]國(guó)家發(fā)展改革委數(shù)據(jù)庫(kù).關(guān)于實(shí)行燃煤電廠超低排放電價(jià)支持政策有關(guān)問(wèn)題的通知(發(fā)改價(jià)格[2015]2835號(hào))[EB/OL].

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[7]魯果,曹寧,張瑜.淺析濕式電除塵器起火原因及防治措施[J].第十七屆中國(guó)電除塵學(xué)術(shù)會(huì)議論文集,2017年.