濕式電除塵器技術(shù)分析

尹連慶，唐志鵬，劉佳

(華北電力大學環(huán)境科學與工程學院，河北保定 071003)

濕式電除塵器技術(shù)分析

尹連慶，唐志鵬，劉佳

(華北電力大學環(huán)境科學與工程學院，河北保定 071003)

近期全國多地霧霾頻發(fā)，空氣質(zhì)量惡化，為改善空氣質(zhì)量，國家出臺了新的火電廠大氣污染物排放標準，加強對于煙塵、SO2、NOx的排放控制。為滿足新的排放標準，解決現(xiàn)運行電廠存在的細微顆粒物排放不達標、石膏雨以及藍煙問題，濕式電除塵器作為控制大氣復合污染物的精處理裝置，可以作為煙囪前的最后一道技術(shù)把關(guān)。分析了濕式電除塵器除塵機理、結(jié)構(gòu)特點以及布置方式，論述了國內(nèi)外應用情況，并在此基礎(chǔ)上就技術(shù)性和經(jīng)濟性兩方面與干式電除塵器、袋式除塵器和電袋除塵器進行分析比較，可為電廠選型提供參考。

濕式電除塵器;PM2．5;大氣復合污染物;經(jīng)濟性分析

1 概述

燃煤電廠一直是國家環(huán)境治理的重點，新出臺的污染物排放標準更是對近年來陸續(xù)跟進的除塵、脫硫以及脫硝系統(tǒng)提出了更高的要求，如何控制PM2．5細顆粒排放、石膏雨和煙囪藍煙等問題已成為當務之急。新的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223－2011)中，粉塵排放限值由50mg/m3提高到30mg/m3，重點地區(qū)提高到20mg/m3，單純的干式電除塵器已經(jīng)很難滿足要求，同時新標準也提高了NOx和SOx的排放限值，并增加了Hg的控制指標。濕式電除塵器(WESP)在實現(xiàn)超低排放、控制PM2．5和重金屬等復合污染物方面應用效果良好，國家環(huán)保部在《環(huán)境空氣細顆粒物污染防治技術(shù)政策(試行)》(征求意見稿)中明確指出:鼓勵火電企業(yè)采用濕式電除塵等新技術(shù)，防止脫硫脫硝造成的“石膏雨”以及“藍煙”污染。因此，應加強對濕式電除塵技術(shù)的研究和應用。

2 國內(nèi)外應用現(xiàn)狀和技術(shù)特點

2．1 國內(nèi)濕式電除塵器應用概況

我國在濕式電除塵技術(shù)研究方面起步較晚，最早主要是硫酸和冶金工業(yè)中應用了一些中小型的濕式電除塵器。從2009年開始，逐步開展了針對燃煤電廠應用濕式電除塵器的研究和探索，并取得了多個項目的成功應用。華電淄博熱電有限公司濕式電除塵工程，該項目充分考慮了老廠爐后場地有限的特點，采用了雙層復式臥式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊［1］。鞍鋼第二發(fā)電廠燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，引進日本三菱濕式電除塵器裝置(平板式)，用于除塵凈化進入煤氣壓縮機前高爐、焦爐煤氣。

2．2 國外濕式電除塵器應用概況

日本的濕式電除塵技術(shù)起步較早，已經(jīng)有30多年的應用史，僅三菱重工就有33臺套應用于電廠。日本碧南電廠5臺套濕式電除塵器投產(chǎn)20年來，煙塵排放濃度長期保持在2～5mg/m3的水平，并且濕式電除塵器本體和內(nèi)部構(gòu)件均未發(fā)生嚴重腐蝕。

美國在濕式電除塵方面研究也較早，與日本不同的是，美國應用較多的是垂直煙氣流獨立設計和與WFGD的整體式設計。典型工程有AES深水電廠，采用的是吸收塔后單獨布置的垂直煙氣流設計［2］。整體式布置方案具有不用另外占用場地，減少了內(nèi)部連接管道和土建，無單獨支架，管道布置簡單，投建成本和運行費用低的優(yōu)點。缺點是:由于布置在WFGD的上方，使得煙氣的流動阻力增加，同時高空布置也使得基礎(chǔ)和鋼結(jié)構(gòu)負荷增加［3］。

3 濕式電除塵器的原理及特點

3．1 工作原理

濕式電除塵器的工作原理和干式的類似，都是高壓電暈放電使粉塵或水霧荷電，荷電的粒子在電場力的作用下到達集塵板，但在粉塵的清除方式上，干式電除塵器采用的是機械振打，而濕式電除塵器采用沖刷液沖洗電極，將收塵板上捕獲的粉塵沖刷到灰斗中隨之排出。

3．2 結(jié)構(gòu)特點

(1)本體結(jié)構(gòu)。濕式電除塵器主要由進出口煙道、除塵器殼體、導流板、整流格柵、陽極收塵板、陰極線、絕緣箱、沖洗水系統(tǒng)、電源及控制系統(tǒng)組成。結(jié)構(gòu)類型上一般分為板式和管式兩類，板式的集塵極為平板狀，水膜形成性好，極板間均布電暈線，主體類似于干式電除塵器，能處理水平或垂直流動的煙氣;管式的集塵極一般為多根并列的圓形或多邊形金屬管，中間分布電暈線，只能處理垂直流動的煙氣。濕式電除塵器外部構(gòu)件采用普通碳素鋼，內(nèi)表面加涂層以防腐蝕，安裝時要注意控制內(nèi)表面的破損，特別是焊接點、構(gòu)件連接處等。外殼的外部不需要保溫，因為煙氣溫度低于飽和溫度，因而外殼處的煙氣也幾乎沒有降溫［4］?？傮w來看，管式集塵極要比板式的效率高、便于布置且占用空間少［5］。

(2)清灰方式。干式電除塵器是通過振打的方式，將集塵極上的積灰振落到灰斗，而濕式電除塵器是將沖刷液噴淋至集塵板上形成連續(xù)的液膜，隨著沖刷液的流動將粉塵沖刷到灰斗中隨之排出。若集塵極上的粉塵不能及時沖刷下來，會產(chǎn)生運行電壓下降、電暈封閉和局部腐蝕等問題。常見的清灰方式包括自沖刷、噴霧沖刷和液膜沖刷［6］。不管哪類沖刷方式，沖刷液中含有的大量懸浮顆粒物以及酸性物質(zhì)，直接排放會造成二次污染和水資源的浪費，因此需要解決灰水循環(huán)和水耗問題。建議對沖洗水采用閉式循環(huán)。

3．3 濕式電除塵器的優(yōu)缺點

濕式電除塵器的優(yōu)點:對粉塵的適應能力強，能達到很高的除塵效率，同時也適用于處理高溫、高濕的煙氣;沒有二次揚塵;沒有錘擊設備等易損部件，可靠性高;能有效去除亞微米級顆粒、SO3氣溶膠和石膏微液滴，對控制PM2．5、藍煙和石膏雨效果良好;由于在電除塵器內(nèi)電場氣流速度較高，灰斗的傾斜角減小，設備的布置緊湊［7－8］;降低煙氣中總的攜帶水量，減小石膏雨形成的幾率。

存在的問題:排煙溫度需低于沖刷液的絕熱飽和溫度［9］;在高粉塵濃度和高SO2濃度時難以采用濕式電除塵器［10］;必須要有良好的防腐蝕措施;濕式電除塵器沖洗水雖采用閉式循環(huán)，但要與脫硫水系統(tǒng)保持平衡;多處部件需要用耐腐蝕材料，且未大規(guī)模生產(chǎn)，單個產(chǎn)品投入成本較高;新機組需單獨占用爐后場地，對老機組改造將會有場地布置問題。

4 新技術(shù)發(fā)展狀況

(1)濕式膜電除塵技術(shù)。該技術(shù)最早在1979年，由美國俄亥俄大學Pasic提出并研究成功［11］。濕式膜電除塵器采用碳纖維或硅纖維編織膜作為集塵極，代替?zhèn)鹘y(tǒng)電除塵器中的金屬集塵極，利用毛細作用，使水均勻的分布在膜表面，消除了傳統(tǒng)濕式電除塵器集塵板上容易出現(xiàn)的局部干燥區(qū)，避免反電暈的產(chǎn)生，也保證了電場的穩(wěn)定，提高了除塵效率。

(2)干濕復合電除塵技術(shù)。集合了干式和濕式電除塵技術(shù)的優(yōu)點，采用前級電場干式電除塵+末極電場濕式電除塵的配套方案，最早由美國電研所于20世紀90年代開始研究。

5 濕式電除塵器與現(xiàn)有除塵設備比較

以100MW機組為例，達到國家排放標準，對采用5電場干式電除塵器、袋式除塵器、電袋復合式除塵器(包含2電場)、4干式+1濕式電除塵器，進行技術(shù)性［12－13］、經(jīng)濟性比較［6，14－15］。

5．1 經(jīng)濟性比較

(1)設備費用。袋式除塵器＜5電場干式除塵器＜電袋復合式除塵器＜4干式+1濕式電除塵器;

(2)土建及施工費用。袋式除塵器＜電袋復合式除塵器＜5電場干式除塵器＜4干式+1濕式電除塵器;

(3)年運行、維護費用。5電場干式除塵器＜電袋復合式除塵器＜4干式+1濕式電除塵器＜袋式除塵器;

(4)總費用。5電場干式除塵器＜袋式除塵器＜電袋式復合除塵器＜4干式+1濕式電除塵器。

由此可見，濕式電除器的總費用最高，但其所帶來的社會效益和環(huán)境效益是無法估量的。

5．2 技術(shù)性比較

現(xiàn)在廣泛采用的干式電除塵、袋式除塵、電袋復合式除塵技術(shù)，僅能控制脫硫塔前的粉塵排放濃度，對于SCR以及WFGD后所產(chǎn)生的SO3氣溶膠和石膏微液滴沒有去除效果，對于PM2．5細微顆粒物和重金屬污染物的去除效果也很有限。干式電除塵器除塵性能受煤質(zhì)、飛灰成分、物相組成影響;袋式除塵器不受煤質(zhì)、飛灰特性影響，但對煙氣溫度、濕度、成分敏;感電袋復合式除塵器不受煤質(zhì)、飛灰特性影響，同樣對煙氣溫度、濕度等敏感，但要好于袋式除塵器;濕式電除塵器不受煤質(zhì)、煙氣工況影響，適用范圍較廣。濕式電除塵器作為大氣復合污染物的終端控制設備，在控制上述污染物、滿足新標準煙塵排放要求上都有出色的表現(xiàn)。表1列出了上述幾種除塵技術(shù)比較。

表1 各類除塵器的技術(shù)性比較

6 結(jié)語

濕式電除塵器在滿足新標準的同時，還能對PM2．5細微顆粒、SO3氣溶膠微液滴、有機污染物、重金屬污染物等起到有效的控制作用，其社會效益巨大?！癝CR+ESP/FF+WFGD+WESP”的大氣污染物控制模式，也是目前世界上燃煤電廠最先進的、控制污染物效果最好的方式。目前，國內(nèi)已有數(shù)臺套的濕式電除塵器成功應用，并且運行狀況良好。國內(nèi)外的濕式電除塵器投運經(jīng)驗表明，在燃煤電廠應用濕式電除塵器是完全可行的，而且對于復合污染物有著很好的控制效果，能夠解決眾多環(huán)境問題。相信隨著國家環(huán)保要求的不斷提高，濕式電除塵器也將日益受到重視，并在實現(xiàn)粉塵超低排放，控制PM2．5和大氣復合污染物方面發(fā)揮重要作用。

［1］中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會電除塵委員會．濕式電除塵新技術(shù)助燃煤電廠實現(xiàn)超低排放［N］．中國環(huán)境報，2013－10－09．

［2］劉云．濕式電除塵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及其在燃煤電廠的應用探討［C］．第15屆中國電除塵學術(shù)會議論文集．2013．

［3］Fu Wenling，Zhou Hao，Albert L Moretti．有效的SO3脫除技術(shù)－煙道噴吸收劑和安裝濕式電除塵器［C］．第十六屆二氧化硫、氮氧化物、汞、細顆粒物污染控制技術(shù)研討會論文集．2012．

［4］Fujishima H，Tsuchiya Y．濕式電除塵器在電站燃煤鍋爐上的應用［C］．第五屆國際電除塵學術(shù)會議文集．東京:1993．

［5］Ralph Altman，Wayne Buckley，Isaac Ray．Application of Wet Electrostatic Precipitation Technology In The Uti－lity Industry for Multiple Pollutant Control［外文會議］2001．

［6］劉鶴忠，陶秋根．濕式電除塵器在工程中的應用［J］．電力勘測設計，2012(3):43－47．

［7］黃三明．電除塵技術(shù)的發(fā)展與展望［J］．環(huán)境保護，2005(7):59－63．

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［10］陳招妹，趙琴霞，楊艷霞．濕式電除塵技術(shù)及其在電廠的應用前景［C］．第十四屆中國電除塵學術(shù)會議論文集．重慶:2011．

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［12］陳國榘．適應新排放標準的火電廠除塵技術(shù)［J］．科技導報，2010，28(3):90－95．

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［15］張秀琨，鄭剛．新型電袋復合除塵器在電廠的研究與應用［J］．上海電力學院學報，2007，23(3):236－239．

Technical analysis of wet electrostatic precipitator

Recently，in many places of China showed up haze frequently，air quality deteriorated，to improve air quality，the new emission standard of air pollutants for thermal power plants(GB 13223－2011)was issued，and the emission limits for dust，sulfur dioxide，nitrogen oxides was more stringent．To meet the new standard，and resolve the problems of tiny particles，gypsum rain and blue smoke in coal－fired power plant，wet electrostatic precipitators can be used as a fine processing equipment，to control the complex atmospheric pollutants before the stack．It analyzed the dust removal mechanism，structural characteristics and arrangement of wet electrostatic precipitator，discussed the applications of home and abroad，and compared with dry electrostatic precipitator，bag filter and electrical bag filter in two aspects of technical and economical．This conclusion can provide reference for power plant selection and design．

wet electrostatic precipitator;PM2．5;complex atmospheric pollutants;economic analysis

X701．2

B

1674－8069(2015)03－018－03

2014-12-19

2015-02-27

尹連慶(1959-)，男，碩士，教授，主要從事環(huán)境工程方面的教學與研究工作。E－mail:Yin－lq@126．com