濕式電除塵技術的應用前景

牛得草　肖建

摘 要：濕式電除塵技術廣泛應用于冶金、電力、制酸、玻璃、光纖、化工等行業(yè)，它可用于處理PM2.5、酸霧、氣溶膠、微細顆粒物、汞、重金屬及二惡英等污染物。本文探討了濕式電除塵器在我國的應用前景。隨著國家環(huán)境保護政策標準的不斷升級，濕式電除塵器將是實現煙氣達標排放非常有效的凈化裝置。

關鍵詞：濕式電除塵器（WESP）；PM2.5；顆粒物；超低排放

中圖分類號：TQ05 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）13-0061-02

2012年國家頒布新的《環(huán)境空氣質量標準》（GB3095-2012），首次增設了顆粒物PM2.5濃度限值，這大大提升了煙塵顆粒的排放控制要求。從2011年至今，國家陸續(xù)出臺各項環(huán)保政策與法規(guī)條例，在工業(yè)煙塵顆粒排放量以及排放濃度控制上逐步有了更加嚴格的要求。同時國家對于濕式靜電除塵技術的引進、消化和使用也給出了明確的鼓勵和支持政策，這對于進一步提高行業(yè)污染物排放控制水平具有積極的深遠意義。濕式電除塵器（Wet Electrostatic Precipitator，簡稱WESP）可作為高效除塵的終端精處理設備，它具有控制復合污染物的強大功能，對微細的、黏性的或高比電阻粉塵及煙氣中酸霧、氣溶膠、汞、重金屬、二惡英等的收集都非常理想。因此，應加強對濕式電除塵技術的研究、應用和推廣。

1 濕式電除塵技術介紹

1.1 工作原理

濕式電除塵器與干式電除塵器除塵的基本原理相同，要經歷荷電、收集和清灰三個階段。金屬放電線在直流高電壓的作用下，將其周圍氣體電離，電場力、荷電水霧的碰撞攔截，吸附凝并，共同對粉塵粒子起捕集作用，最終粉塵粒子在電場力的驅動下到達集塵極而被捕集，而在極板捕獲到足夠多的水滴后則會在集塵極板上形成水膜，通過間斷或者連續(xù)對陽極板進行噴水，將捕獲的粉塵沖刷到灰斗中隨水排出。濕式電除塵器示意圖如圖1。

1.2 技術特點

濕式電除塵器相比于其他除塵器，有以下主要技術特點：

（1）不受粉塵比電阻的影響，對于亞微米大小的顆粒和極微細的粉塵（PM2.5），包括酸霧、濕煙氣中的氣溶膠、重金屬（汞等）都能有效收集；（2）能有效收集高比電阻、黏性大的粉塵，還能處理高濕、高溫、易燃、易爆的煙氣，適應范圍極廣，濕式靜電除塵器對粉塵的收集比常規(guī)干式靜電除塵器更能適用于多種行業(yè)；（3）利用噴水對集塵極清洗，有效避免了粉塵在振打過程中的二次揚塵，放電極和集塵極始終保持清潔，電極上無粉塵堆積現象，有效消除了反電暈現象，提高了集塵效率；（4）內部無運動部件，工作狀態(tài)穩(wěn)定，可靠性較高，運行維護工作量小；（5）電除塵器內的電場氣流速度較高及灰斗傾斜角減小，設備本體結構小，占地面積小，還可與其它煙氣治理設備相互結合多樣化設計[1]。

2 濕式電除塵技術的發(fā)展與應用

2.1 國外濕式電除塵器應用

1907年美國人George Cottrell首先發(fā)明濕式電除塵器[2]，并成功用于捕集硫酸酸霧。目前，濕式電除塵器在國外已經有較為成熟的應用實例，特別在日本已有30年以上的應用歷史。

在歐洲地區(qū)，大部分濕式電除塵器應用在化工、冶金等行業(yè)。1997年Werndorf電廠開始在煙氣脫硫之后使用濕式電除塵器，這是歐洲地區(qū)在電廠使用的第一套。歐洲地區(qū)燃煤火電機組相對較少，因此大型火電機組濕式電除塵器應用業(yè)績并不多。

在日本，三菱公司在1965年首次將濕式電除塵器用于燃氣輪機的高爐煤氣除塵上。自1975年，三菱公司生產的濕式電除塵器開始在化工廠進行重油鍋爐產生的煙氣的處理。1985年東京電力公司“Yokosukai號”265MW機組開始應用濕式電除塵器，運轉性能良好，出口含塵濃度在10mg/m3以下[3]。在日本，典型的應用案例為碧南電廠1～5號機組濕式電除塵器的應用，粉塵排放濃度可以長期穩(wěn)定在5mg/m3以下。

在美國，JOY公司于1975年在賓州電站開始中試濕式電除塵器。1986年AES Deepwater電廠155MW燃煤發(fā)電機組開始使用濕式電除塵設施。2002年N&B;電力公司開始在1050MW最大機組濕法脫硫后使用濕式電除塵設備。

目前國外專業(yè)設計制造濕式電除塵器的生產廠商主要有：美國巴布科克&威爾科克斯公司、日本三菱重工和日立公司。

2.2 國內濕式電除塵器應用

在我國，濕式電除塵器最早在冶金、化工行業(yè)中使用，其主要作為生產設備，技術也比較成熟。在空氣污染治理中，我國使用濕式電除塵器早期主要是受昂貴的進口價格因素困擾，隨著國家對PM2.5以及霧霾的影響越發(fā)重視，在強制環(huán)保要求下，國內能否生產出成本低、效率高的環(huán)保設備成為了行業(yè)的迫切需求。濕式電除塵器的研發(fā)得到國家科技部的高度重視和大力支持，被列入國家“863”計劃和國家國際科技合作專項。我國環(huán)保企業(yè)從2009年開始進行燃煤電廠濕式電除塵器的研究和開發(fā)，通過自主研發(fā)和技術引進，已掌握核心技術，應用已經比較成熟。

目前，濕式電除塵器設備在我國主要應用于如下領域。

2.2.1 鋼鐵冶金行業(yè)

鋼鐵冶金行業(yè)對于濕式電除塵器的使用主要分兩大塊。

一塊是用于對轉爐煤氣、焦爐煤氣以及高爐煤氣的凈化。2005年以前國內大部分鋼廠基本上都采用濕法（OG法）凈化回收轉爐煤氣，作為加壓前的精除塵，對濕式電除塵器的使用是一個標配；不過隨著新建轉爐中配套轉爐煤氣干法（LT法）除塵的逐漸使用，濕式電除塵器的保有總量將會呈現減少趨勢。在焦爐煤氣的凈化流程中，濕式電除塵器主要為中間環(huán)節(jié)凈化設備，設置在鼓風機前作為電捕焦油器使用。另外，為滿足鋼鐵廠少數用戶對煤氣含塵量的特別要求，有時候需要在用戶前端設置深度除塵環(huán)節(jié)，濕式電除塵作為首選。比如在CCPP系統(tǒng)前端設置的濕式電除塵一般要將煤氣的含塵量處理到1mg/m3以內。

另一塊是對燒結、豎爐等系統(tǒng)經電收塵和脫硫系統(tǒng)處理后仍不達標的煙氣治理。目前國內冶金企業(yè)采用的濕法脫硫正加裝濕式電除塵器的案例還不多，但隨著國家對大氣顆粒物排放濃度要求的進一步嚴格，尤其是2018年生態(tài)環(huán)境部《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案》（征求意見稿）中提出了鋼鐵企業(yè)超低排放限值，各生產工序有組織排放顆粒物不超過10mg/m3，濕式電除塵器在鋼鐵冶金行業(yè)煙氣治理上必將有更好的推廣和應用。

2.2.2 電力行業(yè)

在電力行業(yè)，濕式電除塵器是對燃煤鍋爐廢氣經電收塵、脫硫、脫硝系統(tǒng)處理后仍不達標的大氣排放治理（如圖2）。濕式電除塵器能高效收集電廠排放的對人體危害特別大的微細顆粒物PM2.5。隨著電廠SCR脫硝及濕法脫硫的不斷應用以及國家環(huán)保要求的提高，濕式電除塵技術不僅能解決環(huán)保設備更新改造的難題，更是一項能高效控制微細顆粒和酸霧等復合污染物排放濃度的技術[4]?！痘痣姀S大氣污染物排放標準》（GB13223—2011）中規(guī)定，一般地區(qū)燃煤鍋爐煙囪煙塵排放限值30mg/m3，重點地區(qū)燃煤鍋爐煙囪煙塵排放限值20mg/m3，汞及其化合物污染物排放限值0.03mg/m3。濕式電除塵技術已成為我國燃煤電廠實現煙氣超低排放的主流技術路線之一。

天津市近日發(fā)布了地方強制性標準《火電廠大氣污染物排放標準》（DB12/810—2018），該標準于2018年7月1日正式實施。在污染物限值方面，這項標準更是提出了超低限值，新建項目顆粒物排放要求不超過5mg/m3。

在環(huán)保問題日益突出的今天，火電廠的大氣污染已成為公眾日益關注的焦點，新標準的實施在更大程度上督促企業(yè)需要花大力氣改善我國目前大氣環(huán)境污染的狀況，濕式電除塵器在電力行業(yè)的應用前景良好。

2.2.3 硫酸工業(yè)

濕式電除塵器在硫酸生產中作為電除霧器使用，主要是用來清除爐氣酸霧中的礦塵、砷、硒氧化物等雜質，它具有阻力小、效率高、運行可靠等優(yōu)點，工藝氣體進入干吸工序前酸霧含量控制在5mg/m3以內[5]。濕式電除塵（霧）器的應用受行業(yè)發(fā)展的影響，前些年硫酸產能過剩，新上項目不多，新建濕式電除塵（霧）器數量有所下滑，近年來國內經濟形勢向好，用于硫酸的濕式電除塵器市場趨穩(wěn)并有所拓展。

2.2.4 玻璃行業(yè)

玻璃行業(yè)是四大“污染巨頭”之一，玻璃窯爐生產排放的主要污染物為硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）和粉塵，粉塵粒徑小，同時具有堿（Na+鹽、CaO等）含量高、粘附性強和腐蝕性高等特點。目前，玻璃行業(yè)應用濕式電除塵器為數不多，主要和之前行業(yè)排放標準不高有著直接的關系；但隨著國家環(huán)保要求的日益嚴格，玻璃行業(yè)也必將進入超低排放的行列之中。濕式電除塵技術在玻璃行業(yè)的應用前景可觀。

2.2.5 光纖行業(yè)

光纖預制棒是生產光纖光纜的重要基礎材料。光纖預制棒生產過程中會產生大量的含HCl、Cl2和SiO2微細粉塵的廢氣，必須經過除塵、除氯處理后才能排放。目前，國內光纖預制棒生產廠商對于制棒廢氣的處理基本都采用濕法除塵工藝，濕式電除塵技術在處理含微細SiO2方面十分有效。根據國內某光纖制造企業(yè)反饋的環(huán)保實測數據，光纖預制棒生產廢氣最后經過濕式電除塵處理后，顆粒物排放濃度長期低于5mg/m3，提前將光纖生產行業(yè)帶入超低排放領域。目前，中國正在加速信息化、5G網絡建設的步伐，從2005年到2017年，國家對光纖的需求都以兩位數的速度增長，光纖預制棒的產量將進入飛速增長階段，濕式電除塵在光纖行業(yè)的應用前途一片光明。

除了上述行業(yè)，濕式電除塵技術在化工、水泥、有色冶金、材料制備、集中供暖、制藥等領域也有成熟的應用。

3 結語

濕式電除塵器對SO3酸霧、氣溶膠、PM2.5粉塵等細微顆粒物有很好的脫除效果，能消除濕法脫硫帶來的“石膏雨”“藍煙”等污染問題，減少汞等重金屬的排放，能滿足粉塵濃度低于5mg/m3的排放要求。濕式電除塵技術在我國發(fā)展已經比較成熟，它在冶金、電力、制酸、玻璃、光纖、化工、水泥等行業(yè)均有廣泛應用。隨著國家大氣環(huán)境排放標準的進一步嚴格，濕式電除塵技術作為實現超低排放甚至超凈排放的一把利劍，必將在以后的環(huán)保治理中發(fā)揮巨大作用。

參考文獻

[1]廖大兵.濕式電除塵器的發(fā)展及其在火電廠的應用[D].華南理工大學碩士論文，2014.

[2]奧格爾斯比，尼科爾斯.電除塵器[M].北京：水利電力出版社，1983：7-8.

[3]Jdrusik M， wierczok A. The Influence of Fly Ash Physical and Chemical Properties on Electrostatic Precipitation Process[J].Journal of Electrostatics，2009，67（2）：105-109.

[4]趙琴霞.濕式電除塵技術及其在電廠的應用前景探討[J].電力科技與環(huán)保，2012，28（4）：24-26.

[5]席利麗.導電玻璃鋼電除霧器在硫酸凈化工藝中的應用[J].湖南有色冶金，2006，22（4）：60-62.