濕式電除塵器在1000MW火力發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用分析

鄭瑞文　賈占偉　王躍軍

【摘 要】本文主要介紹目前火力發(fā)電企業(yè)煙塵達(dá)標(biāo)排放或超低排放新技術(shù)，其中濕式靜電除塵器是重要設(shè)備之一，通過(guò)對(duì)其應(yīng)運(yùn)背景、工作原理、技術(shù)特點(diǎn)以及優(yōu)缺點(diǎn)、運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)因素分析及控制、煙塵環(huán)保排放的對(duì)比分析，對(duì)濕式靜電除塵器的應(yīng)運(yùn)前景和投用效果做了詳細(xì)的論述，對(duì)濕式電除塵器系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)指導(dǎo)參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】煙塵；濕式電除塵；污染物

1 引言

2015年1月1日開(kāi)始執(zhí)行，國(guó)家環(huán)保部2011年7月29日發(fā)布的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB-13223-2011），壽光電廠地處山東省，屬于重點(diǎn)排放地區(qū)執(zhí)行燃煤鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)，煙塵≤5mg/m3，二氧化硫≤35mg/m3，氮氧化物≤50mg/m3的排放極限值要求。依據(jù)國(guó)華公司“近零排放”技術(shù)路線，壽光電廠一期2*1000MW機(jī)組煙氣除塵設(shè)計(jì)采用5電場(chǎng)干式電除塵+石灰石-石膏濕法脫硫+1電場(chǎng)濕式電除塵器技術(shù)方案，濕式電除塵器入口煙塵含量≤10 mg/Nm3，除塵效率70%，出口煙塵≤3 mg/Nm3。

2 濕式電除塵器的原理及特點(diǎn)

壽電公司采用菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰镜臐袷诫姵龎m器，它技術(shù)來(lái)源是引進(jìn)日本三菱重工大型燃煤電站濕式電除塵技術(shù)，濕式靜電除塵器的主要工作原理：將水霧噴向放電極和電暈區(qū)，水霧在芒刺電極形成的強(qiáng)大的電暈場(chǎng)內(nèi)荷電后分裂進(jìn)一步霧化，電場(chǎng)力、荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并，共同對(duì)粉塵粒子起捕集作用，最終粉塵粒子在電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)下到達(dá)集塵極而被捕集，水在集塵極上形成連續(xù)的水膜，將捕獲的粉塵沖刷到灰斗中隨水排出。

2.1 濕式電除塵器工作原理及結(jié)構(gòu)組成

濕式靜電除塵脫除的對(duì)象由粉塵和霧滴，但是由于霧滴與粉塵的物理特性存在差別，其工作原理也有所差異。從原理上來(lái)講，首先由于水滴的存在對(duì)電極放電產(chǎn)生了影響，要形成發(fā)射離子，金屬電極中的自由電子必須獲得足夠的能量，才能克服電離能而越過(guò)表面勢(shì)壘成為發(fā)射電子。讓電極表面帶水是降低表面勢(shì)壘的一種有效措施。水覆蓋金屬表面后，將原來(lái)的“金屬一空氣”界面分割成“金屬一水”界面和“水一空氣”界面，后兩種界面的勢(shì)壘比前一種界面的勢(shì)壘低很多。這樣，金屬表面帶水后，將原來(lái)的高勢(shì)壘分解為兩種低勢(shì)壘，大大削弱表面勢(shì)壘對(duì)自由電子的阻礙作用，使電子易于發(fā)射。另外，水中的多種雜質(zhì)離子在電場(chǎng)作用下，也易越過(guò)表面勢(shì)壘而成為發(fā)射離子。這些都改變了電極放電效果，使之能在低電壓下發(fā)生電暈放電。其次由于水滴的存在，水的電阻相對(duì)較小，水滴與粉塵結(jié)合后，使得高比電的粉塵比電阻下降，因此濕式靜電除塵的工作狀態(tài)會(huì)更加穩(wěn)定；另外由于濕式靜電除塵器采用水流沖洗，沒(méi)有振打裝置，所以不會(huì)產(chǎn)生二次揚(yáng)塵。

濕式靜電除塵的沖洗水系統(tǒng)主要包括：循環(huán)水箱、循環(huán)水泵、廢水箱、廢水泵、堿液箱、加堿泵，濾網(wǎng)和原水供應(yīng)管道等，典型流程如下圖所示：濕式電除塵的沖洗水包括循環(huán)水和原水補(bǔ)水，從集電極流下的水在灰斗收集進(jìn)入廢水箱內(nèi)沉淀下來(lái)，上層澄清水作為循環(huán)水回用，由循環(huán)泵打入濕式電除塵里進(jìn)行噴淋，沉淀在底部的廢水作為脫硫工藝水或排放到廢水處理廠。循環(huán)水中增加加堿設(shè)施，以中和沖洗水中溶解煙氣中的SO3，避免與水接觸的部件產(chǎn)生嚴(yán)重的酸腐蝕。

2.2 影響濕式靜電除塵器除塵效率的主要因素

靜電除塵器整流變壓器二次電壓值、循環(huán)水量、煙氣粉塵濃度三因素對(duì)濕式靜電除塵效率的效應(yīng)都為正，即除塵效率隨著電壓的升高、水量的增大、粉塵濃度的加大而上升。其中電壓對(duì)除塵效率的影響最為顯著，其次是水量，粉塵濃度的影響最小，靜電和水霧相結(jié)合可顯著地提高了除塵效率。

2.3濕式靜電除塵器與干式靜電除塵器比較優(yōu)勢(shì)

利用噴水對(duì)集塵極清洗可使放電極和集塵極始終保持清潔，有效消除反電暈現(xiàn)象的發(fā)生，提高單位面積的集塵效率，在相同條件下達(dá)到更低的排放濃度。因取消了振打，避免了粉塵在振打過(guò)程中的二次揚(yáng)塵，特別適合于出口要求低粉塵濃度的場(chǎng)所（目前除塵器出口最低的粉塵濃度可達(dá)到1mg/Nm3以下水平）。在水中加入堿（NaOH）以中和煙氣中SO3形成的酸，噴嘴、極板和極線均采用不銹鋼材料，可有效防止嚴(yán)重腐蝕的發(fā)生；流經(jīng)噴嘴的循環(huán)水流量不隨機(jī)組負(fù)荷變化而變化，水量基本保持不變，循環(huán)水的補(bǔ)水量與煙氣中含塵量呈線性關(guān)系。

3 濕式電除塵器優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.1 濕式靜電除塵器主要優(yōu)點(diǎn)

（1）濕式靜電除塵器在日本已有30年以上的應(yīng)用歷史。日本中部電力碧南電廠五臺(tái)機(jī)組，將濕式靜電除塵器布置在濕式脫硫系統(tǒng)后，其排放濃度長(zhǎng)期穩(wěn)定在2-5 mg/Nm3，遠(yuǎn)低于日本國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和新國(guó)標(biāo)的要求，表明濕式靜電除塵器能高效地除去煙氣中的煙塵和石膏雨微液滴。

（2）濕式靜電除塵器沖洗水對(duì)煙氣有洗滌作用，可除去煙氣中部分SO3微液滴，雖然三菱和日立公司均無(wú)法提供具體除去率，但是沖洗水中必須加入堿液（NaOH）以中和水中酸性，也表明部分SO3液滴被捕獲后進(jìn)入水中。

（3）濕式靜電除塵器布置在濕法脫硫后，脫硫后的飽和煙氣中攜帶部分水滴，在通過(guò)高壓電場(chǎng)時(shí)也可捕獲并被水沖洗走，這樣可降低煙氣中總的攜帶水量，減小石膏雨形成的幾率。

（4）濕式靜電除塵器可以將進(jìn)口煙塵濃度從10mg/Nm3降到3 mg/Nm3，這些煙塵主要是PM2.5范圍內(nèi)的微塵。表明濕式靜電除塵器可有效地除去PM2.5微塵。

3.2 濕式靜電除塵器主要缺點(diǎn)

（1）濕式靜電除塵器需要大量的工業(yè)水作為沖洗水，雖然采用閉式循環(huán)，但是隨著水中含塵量的增加，必須不斷補(bǔ)入原水，排出廢水，廢水量與煙氣中含塵量呈線性關(guān)系。廢水一般回用到脫硫系統(tǒng)，但是廢水量過(guò)大必將增大脫硫系統(tǒng)水平衡的困難，同時(shí)增大電廠制水和廢水處理設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用。

（2）濕式靜電除塵器布置在脫硫系統(tǒng)后，占地面積不大，對(duì)于新建機(jī)組對(duì)總平面布置的影響不明顯，但是對(duì)于已投產(chǎn)的老機(jī)組可供改造有場(chǎng)地有限，在場(chǎng)地布置上將是一個(gè)主要問(wèn)題。

（3）濕式靜電除塵器目前在大型燃煤機(jī)組上應(yīng)用業(yè)績(jī)較少，對(duì)于國(guó)內(nèi)脫硫系統(tǒng)后粉塵濃度較高的實(shí)際情況，其適應(yīng)性還有待實(shí)際應(yīng)用的檢驗(yàn)。

（4）濕式靜電除塵器雖然原理和結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但是因陽(yáng)極板和芒刺線、噴嘴等接觸煙氣的部件大量采用耐蝕不銹鋼材料；而且其技術(shù)未大規(guī)模投入生產(chǎn)，所以單個(gè)產(chǎn)品的技術(shù)成本較高，設(shè)備投資費(fèi)用要高于普通靜電除塵器（具體費(fèi)用制造廠未作明確的答復(fù)）。同時(shí)運(yùn)行過(guò)程中除了除塵器本體消耗的電量外，輔助的循環(huán)水泵等還將消耗部分電量，沖洗水中添加的NaOH溶液也將提高運(yùn)行成本，噴嘴更換和泵的維護(hù)也增加了額外費(fèi)用，因此濕式靜電除塵器的總運(yùn)行成本也將高于干式除塵器。

4 濕式電除塵器運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)因素分析及控制

4.1保證絕緣子室溫度

在濕式電除塵器啟動(dòng)前8小時(shí)以上投入絕緣子室電加熱系統(tǒng)，確保濕式電除塵器啟動(dòng)前或運(yùn)行中，絕緣子室溫度大于60℃以上，絕緣子室溫度偏低會(huì)產(chǎn)生爬電現(xiàn)象，造成濕式電除塵整流變壓器二次電壓偏低、二次電流偏大甚至?xí)?dǎo)致整流變壓器二次電流過(guò)電流，影響變壓器正常供電運(yùn)行或使用壽命。

4.2 避免濕式電除塵器干態(tài)運(yùn)行

在進(jìn)行濕式靜電除塵器啟動(dòng)操作時(shí)，必須先啟動(dòng)循環(huán)給水系統(tǒng)再開(kāi)高壓供電系統(tǒng)，運(yùn)行過(guò)程中保證循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行正常，提供正常壓力和流量的循環(huán)水，若出現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)失水，立即開(kāi)啟濕式電除塵器沖洗水閥門(mén)至電場(chǎng)內(nèi)部供水，保證濕式電除塵器電場(chǎng)內(nèi)部噴頭在有水的情況下運(yùn)行，否則煙塵進(jìn)入濕式電除塵器，導(dǎo)致內(nèi)部件（主要是陽(yáng)極板、陰極線）結(jié)垢，影響除塵器的收塵效果。

4.3 嚴(yán)禁在鍋爐完全投油時(shí)啟動(dòng)濕式電除塵器運(yùn)行

在鍋爐剩余25%油槍工作且投粉35%正常穩(wěn)定運(yùn)行，最好在油槍完全退出后啟動(dòng)濕式電除塵器運(yùn)行。未完全燃燒的油或油垢會(huì)污染濕式電除塵器陽(yáng)極板、陰極線，造成除塵器陽(yáng)極板與陰極線收塵、放電效果甚至在除塵器發(fā)生火花放電時(shí)殘余燃油可能發(fā)生著火現(xiàn)象。

4.4 避免濕式電除塵器進(jìn)口煙氣溫度超出80℃運(yùn)行

由于濕式電除塵器處于微酸性濕煙氣環(huán)境下工作，帶水酸性煙氣具有腐蝕性，濕式電除塵器殼體內(nèi)表面鱗片襯里耐溫只能達(dá)到80℃水平，禁止將高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)濕式電除塵器內(nèi)部，否則會(huì)損壞防腐襯里，影響濕式電除塵器殼體壽命，因此在鍋爐點(diǎn)火期間脫硫吸收塔漿液循環(huán)系統(tǒng)投入的情況下，啟動(dòng)濕式電除塵器運(yùn)行，方可保證進(jìn)入濕式電除塵器煙溫不會(huì)超過(guò)80℃。

4.5整流變壓器運(yùn)行火花率監(jiān)視

運(yùn)行人員監(jiān)盤(pán)時(shí)，注意監(jiān)視檢查整流變壓器火花率在規(guī)定的范圍內(nèi)，火化率偏高時(shí)，電場(chǎng)內(nèi)部閃絡(luò)放電嚴(yán)重會(huì)發(fā)生陽(yáng)極板和陰極線擊穿，混搭后造成電場(chǎng)內(nèi)部短路，濕式電除塵器將無(wú)法正常工作，影響煙塵脫除效率，會(huì)造成煙氣出口含塵量偏高。因此監(jiān)盤(pán)時(shí)若發(fā)現(xiàn)整流變壓器火化率偏高時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整，使除塵器處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。

4.6 循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視

濕式電除塵器運(yùn)行中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水系統(tǒng)巡檢和監(jiān)視，每小時(shí)應(yīng)查看水系統(tǒng)工作情況：循環(huán)水供水壓力不得少于0.6MPa，補(bǔ)給水供水壓力不得少于0.6MPa，循環(huán)水PH值必須≥6。確保濕式電除塵器在濕態(tài)煙氣下工作，否則導(dǎo)致內(nèi)部件（主要是陽(yáng)極板、陰極線）腐蝕或結(jié)垢。

4.7 氫氧化鈉堿液系統(tǒng)運(yùn)行控制

在向堿儲(chǔ)罐注入堿液前應(yīng)檢查堿儲(chǔ)罐系統(tǒng)是否完好，有無(wú)泄漏，排氣閥是否暢通，液位計(jì)是否正常，待堿罐車(chē)出堿管與堿儲(chǔ)罐注液口對(duì)接好后，方可開(kāi)啟堿罐車(chē)出堿門(mén)，向堿儲(chǔ)罐注入堿液時(shí)應(yīng)密切注意液位計(jì)的液位顯示變化，若發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即關(guān)閉出堿門(mén)停止卸堿，當(dāng)液位顯示到規(guī)定液位時(shí)應(yīng)及時(shí)關(guān)閉出堿門(mén)，以防堿液過(guò)滿外溢。操作人員應(yīng)按安規(guī)要求穿戴好各種防護(hù)用具，操作時(shí)應(yīng)特別小心，防止堿燒傷操作人員。30%左右的堿液在10攝氏度以下就開(kāi)始結(jié)晶，堿液箱若在室外布置，要考慮保溫或伴熱。

5 結(jié)論

濕式電除塵器在火電廠應(yīng)用從技術(shù)理論和原理上，均可實(shí)現(xiàn)脫硫凈煙氣中SO3、NH3、微細(xì)煙塵（PM2.5）、汞等多種污染物聯(lián)合脫除功能，目前神華國(guó)華壽光發(fā)電有限責(zé)任公司1、2號(hào)機(jī)組采用菲達(dá)環(huán)保公司濕式電除塵器，分別與2016年7月28日、11月28日，168小時(shí)試運(yùn)行期間，在線連續(xù)監(jiān)測(cè)大氣污染物排放濃度的平均值為：粉塵<1mg/Nm3、二氧化硫<10mg/Nm3、氮氧化物<20mg/Nm3控制并長(zhǎng)期運(yùn)行，均優(yōu)于現(xiàn)行燃?xì)鈾C(jī)組排放標(biāo)準(zhǔn)（煙塵5mg/Nm3、二氧化硫35mg/Nm3、氮氧化物50mg/Nm3），實(shí)現(xiàn)了燃煤機(jī)組“近零排放”環(huán)保新突破，實(shí)踐證明濕式靜電除塵器在火電機(jī)組煙塵處理上具有良好的應(yīng)用效果。但是，濕式靜電除塵器在火力發(fā)電企業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較少，同時(shí)也給運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)一些潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素，需在后期實(shí)際運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中應(yīng)該加強(qiáng)注意對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素管控。

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（作者單位：神華國(guó)華壽光發(fā)電有限責(zé)任公司）